氣動調節閥和開關閥總用氣量的統計方法

張瑞祥，申景軍，包耀龍

(1.西北電力設計院有限公司自動化室，陜西 西安 710075；2.陜西華電新能源發電有限公司，陜西 西安 710075)

氣動調節閥和開關閥總用氣量的統計方法

張瑞祥1，申景軍1，包耀龍2

(1.西北電力設計院有限公司自動化室，陜西 西安 710075；2.陜西華電新能源發電有限公司，陜西 西安 710075)

本文在查閱各種規程規范和文獻的基礎上,對氣動調節閥和開關閥總的用氣量的不同計算方法和公式進行分析比較，總結出實際可操作的一種方法供今后的工程中應用，對指導設計人員的工作有實際意義。

氣動調節閥；氣動開關閥；用氣量。

1 概述

在火力發電廠儀表與控制用壓縮空氣設計方面，DL5000－2000《火力發電廠設計技術規程》中提出“根據調研多數300 MW (600 MW)機組電廠單臺空氣壓縮機的容量為20 m3/min(40 m3/min)，當兩臺機組正常運行時，儀用壓縮空氣用量為20～30 m3/min (30～50 m3/min)。200M容量及以下機組，兩臺機組最大熱工控制用氣量不超過6 m3/min?！盙B 50660－2011《大中型火力發電廠設計規范》中規定儀表與控制用空壓機的運行臺數宜為每臺機組一臺，單臺容量應能滿足每臺機組儀表與控制用氣動設備的最大連續用氣量。

以上規定的參考值都是根據以往燃煤電廠經驗得出的，隨著新能源項目的出現，如太陽能光熱電站的儀用空氣主要用氣設備基本都是氣動門，電站氣動門的總用氣量關系到全廠空壓機的容量選擇。因此，本文在查閱各種規程規范和文獻的基礎上,對氣動調節閥和開關閥用氣量的不同計算方法和公式進行分析比較，總結出實際可操作的一種方法供今后的工程中應用。

2 用氣量計算方法匯總

2.1 基本概念簡述

耗氣量：氣動儀表、元件或控制設備為完成給定動作在規定時間內所消耗的標準狀態空氣量，以每小時標準立方米( Nm3/h)表示， Nm3/h指的是標準狀態101.325 kPa，0 ℃，實際應用中可以根據PV/T=C(常數)轉換成工作狀態 m3/h。

靜態耗氣量：氣動儀表、元件或控制設備在穩定工作時所消耗的空氣流量，在有的文獻中稱為穩態空氣量。

動態耗氣量：氣動元件或控制設備在完成某一動作的過程中所消耗的空氣流量。

2.2 耗氣量計算方法

執行機構的總耗氣量可分為累加法和估算法。從理論上來說，工程項目執行機構的耗氣量應該是各種執行機構耗氣量的匯總，此種方法雖然比較準確，但是較為繁瑣，只有在項目施工圖階段，資料收集較為齊全的情況下可采用此種方法。對于調節型氣動門的耗氣量指的是閥門定位器的耗氣量，通過查閱行業內應用較多的一些定位器的樣本，基本耗氣量在1 Nm3/h以內。對于開關型氣動門的耗氣量，廠家樣本一般都是執行機構單次動作的耗氣量，行業內應用的氣動執行機構的設備產品也較多，而執行機構動作的次數是個很復雜的問題，所以統計開關型氣動執行機構總的耗氣量是一個難點。

在工程具體實施過程中，熱控專業往往要提前給工藝專業提氣源資料，而此時還不具備收集詳細的執行機構耗氣資料，所以估算法實際應用的更為廣泛，即平均按照每個執行機構的耗氣量乘以執行機構數量并考慮同時率來統計。

2.2.1 石化設計

SHT 3020－2013《石油化工儀表供氣設計規范》中給出了單臺用氣設備的耗氣量，見表1。同時，指出氣缸閥的耗氣量取決于氣缸容積和裝置對閥開關次數的要求，而這兩者又與工藝操作緊密相關，表2是耗氣量為1 m3/ h～2 m3/h(標準狀態)時某型氣缸閥1 h內開關次數的示例。

表1 用氣設備單臺耗氣量取值

表2 用氣設備單臺耗氣量取值

2.2.2 化工設計

HGT 20510－2014《儀表供氣設計規范》中給出了儀表總耗氣量計算，宜采用匯總方式計算，也可以采用下列簡單的方法估算儀表總耗氣量。

(1)每臺控制閥耗氣量為0.7 Nm3/h～1.5 Nm3/h。

(2)切斷閥的耗氣量要根據氣缸容積和每小時大約動作次數估算。

表3 用氣設備單臺耗氣量取值

2.2.3 火力發電設計

在 DL/T5455－2012 《火力發電廠熱工電源及氣源系統設計技術規程》中，儀表與控制用氣氣源裝置的設計容量應滿足氣動儀表與控制設備的負荷要求，儀表與控制氣源系統的計算流量應以各用氣設備的最大耗氣量為依據，按下式計算：

式中：Q為計算流量(N· m3/min)；K1為損耗系數，

可取1.5；∑Qc－為各用氣設備最大耗氣量

總量(N· m3/min)。

對于每個氣動控制設備，其總耗氣量可按照公式(2)計算。

式中：Qt為總耗氣量(N· m3/h)； Qj為靜態耗氣

量(N· m3/h)； Qd為動態耗氣量(N· m3/h)；

對于靜態耗氣量Qj，調節型氣動執行器靜態耗氣量可根據定位器的耗氣量數值估算，開關型氣動執行器靜態耗氣量數值可取零；對于動態耗氣量 Qd，可按照公式(3)計算：

式中：Qd為動態耗氣量(N· m3/h)； V為作動容

積(m3)； p為壓縮空氣的工作壓力(MPa)；

n為作動頻率(次/h)。

儀表與控制設備總耗氣量可按照公式(4)計算。

式中：∑Qc為儀表與控制設備最大耗氣量總量

(N· m3/min)； ∑Qp1為所有調節型氣動執行器耗氣量之和(N· m3/min)； ∑Qp2為所有開關型氣動執行器耗氣量之和(N· m3/min)；∑Qp3為所有氣動儀表及氣動元件耗氣量之和(N· m3/min)；Kb為動作同時率(可按50%～80%選取)； Ka為備用系數(由新增的用氣設備數量、系數裕量、儀表管路損失等因素確定，可按120%～150%選取)；此規程雖然給出了詳細的計算方法，但是計算過程中一些重要的計算參數還需查閱廠家的設備資料，而且一些參數跟工藝操作有關，不太容易確定。

2.2.4 國際標準

美國流程工業實踐學會PIP(Process Industry Practices)，如果不考慮精度問題，單臺設備用風量約為3.4 m3/h(2ft3/min)(In the absence of accurate consumption data a reasonable estimate shall be made by allowing 2.0 Standard Cubic Feet per Minute(SCFM) per device)。

3 計算實例

3.1 推薦估算方法

綜合以上各種計算方法和參數，并考慮工程應用過程中的可操作性，本文提出氣動門總耗氣量的計算采用如下原則：氣動調節閥耗氣量1 Nm3/h，氣動開關閥耗氣量2 Nm3/h，氣動門總耗氣量可按照公式(5)計算：

式中：∑Qc為儀表與控制設備最大耗氣量總量(N· m3/min)； ∑Qp1為所有調節型氣動執行器耗氣量之和(N· m3/min)；∑Qp2為所有開關型氣動執行器耗氣量之和(N· m3/min)；Kb為動作同時率(按80%選取)； Ka為備用系數(按150%選取)；

3.2 工程應用

依托我公司正在施工圖階段的某50 MW和150 MW太陽能光熱項目為例，其中某50 MW太陽能光熱項目主要工藝系統氣動調節閥共計16個，氣動開關閥共計11，按公式(5)計算后得出氣動門總耗氣量為50.4 Nm3/h。

3.3 方法驗證

為了驗證此方法，參考某600 MW火電機組，主要工藝系統氣動開關門112個，氣動調節門175個，氣動門總耗氣量計算結果為531.3 Nm3/h，根據目前DL5000－2000《火力發電廠設計技術規程》中600 MW機組電廠“當兩臺機組正常運行時，儀用壓縮空氣用量為(18000～3000 m3/h)”，暫不考慮其他儀用空氣，計算結果531.3 Nm3/h在此范圍內(對于火力發電廠儀用空氣主要用在氣動門上，但是還在其他儀表和設備有應用，如火檢冷卻風、儀表吹掃等)。

4結論

本文計算過程中的相關系數均考慮了一定的裕量，在實際工程設計過程中，還需要根據工程的設備特點進行修正，例如火力發電廠的氣動煙風擋板、主蒸汽高低壓氣動旁路閥等，耗氣量可能要高于常規氣動執行機構的參考值，計算時可以單獨統計。

氣動執行機構在電廠可靠運行中起到非常重要的作用，而氣動執行機構的耗氣量是電廠儀用壓縮空氣系統中較為復雜的，本文提供的計算方法供同行參考。

[1]DL 5000－2000，火力發電廠設計技術規程[S]．

[2]GB 50660，大中型火力發電廠設計規范[S]．

[3]SH/T 3020，石油化工儀表供氣設計規范[S]．

[4]HG/T 20510，儀表供氣設計規范[S]．

[5]DL/T 20510，火力發電廠熱工電源及汽源系統設計技術規程[S]．

[6] 馮欣．淺談PIP規范 [J]．石油化工自動化，2008，(6)．

Statistical Method of Total Gas Consumption about Pneumatic Control Valve and Switch Valve

ZHANG Rui-xiang1, SHENG Jing-jun1, BAO yao-long2
(1.Automation Department of Northwest Electric Power Design Institute, Xi'an 710075, China; 2. Shanxi Huadian New Energy Power Generation Limited Corp, Xi'an 710075, China)

Based on data from different specification and study article, different computing methods and formula for pneumatic regulator valve and on off valve total air consumption are analyzed and compared. One practical computing method is proposed in the article, it has some practical significance for designer.

pnenumatic regulator valve; pnenumatic on-off valve;air consumption.

TM621

B

1671-9913(2016)04-0030-03

2016-03-03

張瑞祥(1979- )，男，陜省西安人，碩士，高級工程師，研究方向火力發電廠先進控制策略，現從事火力發電廠儀表與控制設計工作。