气动调节阀和开关阀总用气量的统计方法

张瑞祥，申景军，包耀龙

(1.西北电力设计院有限公司自动化室，陕西 西安 710075；2.陕西华电新能源发电有限公司，陕西 西安 710075)

气动调节阀和开关阀总用气量的统计方法

张瑞祥1，申景军1，包耀龙2

(1.西北电力设计院有限公司自动化室，陕西 西安 710075；2.陕西华电新能源发电有限公司，陕西 西安 710075)

本文在查阅各种规程规范和文献的基础上,对气动调节阀和开关阀总的用气量的不同计算方法和公式进行分析比较，总结出实际可操作的一种方法供今后的工程中应用，对指导设计人员的工作有实际意义。

气动调节阀；气动开关阀；用气量。

1 概述

在火力发电厂仪表与控制用压缩空气设计方面，DL5000－2000《火力发电厂设计技术规程》中提出“根据调研多数300 MW (600 MW)机组电厂单台空气压缩机的容量为20 m3/min(40 m3/min)，当两台机组正常运行时，仪用压缩空气用量为20～30 m3/min (30～50 m3/min)。200M容量及以下机组，两台机组最大热工控制用气量不超过6 m3/min。”GB 50660－2011《大中型火力发电厂设计规范》中规定仪表与控制用空压机的运行台数宜为每台机组一台，单台容量应能满足每台机组仪表与控制用气动设备的最大连续用气量。

以上规定的参考值都是根据以往燃煤电厂经验得出的，随着新能源项目的出现，如太阳能光热电站的仪用空气主要用气设备基本都是气动门，电站气动门的总用气量关系到全厂空压机的容量选择。因此，本文在查阅各种规程规范和文献的基础上,对气动调节阀和开关阀用气量的不同计算方法和公式进行分析比较，总结出实际可操作的一种方法供今后的工程中应用。

2 用气量计算方法汇总

2.1 基本概念简述

耗气量：气动仪表、元件或控制设备为完成给定动作在规定时间内所消耗的标准状态空气量，以每小时标准立方米( Nm3/h)表示， Nm3/h指的是标准状态101.325 kPa，0 ℃，实际应用中可以根据PV/T=C(常数)转换成工作状态 m3/h。

静态耗气量：气动仪表、元件或控制设备在稳定工作时所消耗的空气流量，在有的文献中称为稳态空气量。

动态耗气量：气动元件或控制设备在完成某一动作的过程中所消耗的空气流量。

2.2 耗气量计算方法

执行机构的总耗气量可分为累加法和估算法。从理论上来说，工程项目执行机构的耗气量应该是各种执行机构耗气量的汇总，此种方法虽然比较准确，但是较为繁琐，只有在项目施工图阶段，资料收集较为齐全的情况下可采用此种方法。对于调节型气动门的耗气量指的是阀门定位器的耗气量，通过查阅行业内应用较多的一些定位器的样本，基本耗气量在1 Nm3/h以内。对于开关型气动门的耗气量，厂家样本一般都是执行机构单次动作的耗气量，行业内应用的气动执行机构的设备产品也较多，而执行机构动作的次数是个很复杂的问题，所以统计开关型气动执行机构总的耗气量是一个难点。

在工程具体实施过程中，热控专业往往要提前给工艺专业提气源资料，而此时还不具备收集详细的执行机构耗气资料，所以估算法实际应用的更为广泛，即平均按照每个执行机构的耗气量乘以执行机构数量并考虑同时率来统计。

2.2.1 石化设计

SHT 3020－2013《石油化工仪表供气设计规范》中给出了单台用气设备的耗气量，见表1。同时，指出气缸阀的耗气量取决于气缸容积和装置对阀开关次数的要求，而这两者又与工艺操作紧密相关，表2是耗气量为1 m3/ h～2 m3/h(标准状态)时某型气缸阀1 h内开关次数的示例。

表1 用气设备单台耗气量取值

表2 用气设备单台耗气量取值

2.2.2 化工设计

HGT 20510－2014《仪表供气设计规范》中给出了仪表总耗气量计算，宜采用汇总方式计算，也可以采用下列简单的方法估算仪表总耗气量。

(1)每台控制阀耗气量为0.7 Nm3/h～1.5 Nm3/h。

(2)切断阀的耗气量要根据气缸容积和每小时大约动作次数估算。

表3 用气设备单台耗气量取值

2.2.3 火力发电设计

在 DL/T5455－2012 《火力发电厂热工电源及气源系统设计技术规程》中，仪表与控制用气气源装置的设计容量应满足气动仪表与控制设备的负荷要求，仪表与控制气源系统的计算流量应以各用气设备的最大耗气量为依据，按下式计算：

式中：Q为计算流量(N· m3/min)；K1为损耗系数，

可取1.5；∑Qc－为各用气设备最大耗气量

总量(N· m3/min)。

对于每个气动控制设备，其总耗气量可按照公式(2)计算。

式中：Qt为总耗气量(N· m3/h)； Qj为静态耗气

量(N· m3/h)； Qd为动态耗气量(N· m3/h)；

对于静态耗气量Qj，调节型气动执行器静态耗气量可根据定位器的耗气量数值估算，开关型气动执行器静态耗气量数值可取零；对于动态耗气量 Qd，可按照公式(3)计算：

式中：Qd为动态耗气量(N· m3/h)； V为作动容

积(m3)； p为压缩空气的工作压力(MPa)；

n为作动频率(次/h)。

仪表与控制设备总耗气量可按照公式(4)计算。

式中：∑Qc为仪表与控制设备最大耗气量总量

(N· m3/min)； ∑Qp1为所有调节型气动执行器耗气量之和(N· m3/min)； ∑Qp2为所有开关型气动执行器耗气量之和(N· m3/min)；∑Qp3为所有气动仪表及气动元件耗气量之和(N· m3/min)；Kb为动作同时率(可按50%～80%选取)； Ka为备用系数(由新增的用气设备数量、系数裕量、仪表管路损失等因素确定，可按120%～150%选取)；此规程虽然给出了详细的计算方法，但是计算过程中一些重要的计算参数还需查阅厂家的设备资料，而且一些参数跟工艺操作有关，不太容易确定。

2.2.4 国际标准

美国流程工业实践学会PIP(Process Industry Practices)，如果不考虑精度问题，单台设备用风量约为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 计算实例

3.1 推荐估算方法

综合以上各种计算方法和参数，并考虑工程应用过程中的可操作性，本文提出气动门总耗气量的计算采用如下原则：气动调节阀耗气量1 Nm3/h，气动开关阀耗气量2 Nm3/h，气动门总耗气量可按照公式(5)计算：

式中：∑Qc为仪表与控制设备最大耗气量总量(N· m3/min)； ∑Qp1为所有调节型气动执行器耗气量之和(N· m3/min)；∑Qp2为所有开关型气动执行器耗气量之和(N· m3/min)；Kb为动作同时率(按80%选取)； Ka为备用系数(按150%选取)；

3.2 工程应用

依托我公司正在施工图阶段的某50 MW和150 MW太阳能光热项目为例，其中某50 MW太阳能光热项目主要工艺系统气动调节阀共计16个，气动开关阀共计11，按公式(5)计算后得出气动门总耗气量为50.4 Nm3/h。

3.3 方法验证

为了验证此方法，参考某600 MW火电机组，主要工艺系统气动开关门112个，气动调节门175个，气动门总耗气量计算结果为531.3 Nm3/h，根据目前DL5000－2000《火力发电厂设计技术规程》中600 MW机组电厂“当两台机组正常运行时，仪用压缩空气用量为(18000～3000 m3/h)”，暂不考虑其他仪用空气，计算结果531.3 Nm3/h在此范围内(对于火力发电厂仪用空气主要用在气动门上，但是还在其他仪表和设备有应用，如火检冷却风、仪表吹扫等)。

4结论

本文计算过程中的相关系数均考虑了一定的裕量，在实际工程设计过程中，还需要根据工程的设备特点进行修正，例如火力发电厂的气动烟风挡板、主蒸汽高低压气动旁路阀等，耗气量可能要高于常规气动执行机构的参考值，计算时可以单独统计。

气动执行机构在电厂可靠运行中起到非常重要的作用，而气动执行机构的耗气量是电厂仪用压缩空气系统中较为复杂的，本文提供的计算方法供同行参考。

[1]DL 5000－2000，火力发电厂设计技术规程[S]．

[2]GB 50660，大中型火力发电厂设计规范[S]．

[3]SH/T 3020，石油化工仪表供气设计规范[S]．

[4]HG/T 20510，仪表供气设计规范[S]．

[5]DL/T 20510，火力发电厂热工电源及汽源系统设计技术规程[S]．

[6] 冯欣．浅谈PIP规范 [J]．石油化工自动化，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

张瑞祥(1979- )，男，陕省西安人，硕士，高级工程师，研究方向火力发电厂先进控制策略，现从事火力发电厂仪表与控制设计工作。