安全閥選型驗證及閉式系統(tǒng)排汽反力計算軟件設(shè)計

徐斌+李濤+鄭冠捷+陳國強

摘 要： 針對安全閥的選型及閉式系統(tǒng)中排汽反力的計算問題，采用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言Visual Basic 6.0編寫專業(yè)計算軟件。軟件在Windows XP和Windows 7，Windows 8環(huán)境下運行通過。整個軟件采用模塊化編寫，集成了水蒸汽的特性參數(shù)， 界面設(shè)計簡潔，功能實用，操作簡便。該軟件以工程設(shè)計需求為依據(jù)，直觀展現(xiàn)了排汽口的形式， 實現(xiàn)了對安全閥選型的判斷和不同工況下安全閥開啟對設(shè)備的反力、各種布置形式的排汽管道反力的計算。

關(guān)鍵詞： 安全閥選型； 排汽反力計算； VB 6.0； 布置形式； 排汽管道

中圖分類號： TN954+.2?34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）24?0163?03

Abstract： The calculation software is compiled with the object?oriented programming language Visual Basic 6.0 to select correct safety valve and calculate the closed?system exhaust reaction force. This software can run in the Windows XP， Windows 7， and Windows 8. The modularization compiling mode is adopted in the whole software， in which the characteristic parameters of water vapor are integrated. The interfacial design is coherent， and the operation is simple. The practical software meets the engineering design requirements， and directly displays the form of the exhaust port. The model?selection judgement of the safety valve and the calculation of the exhaust pipe counterforce were realized under various working conditions.

Keywords： safety valve selection； exhaust reaction force calculation； VB 6.0； layout form； exhaust pipe

0 引 言

安全閥是鍋爐、壓力容器和其他受壓設(shè)備的調(diào)壓保護(hù)裝置，安全閥的合理計算和設(shè)計對承壓設(shè)備和裝置至關(guān)重要。安全閥閥瓣開啟泄放時，管道內(nèi)流體的快速流動會對排放管道、支撐結(jié)構(gòu)和連接設(shè)備產(chǎn)生沖擊性荷載，其引起的應(yīng)力和彎矩不容忽視[1]。因此，安全閥的合理選型和排汽管道的合理布置，對承壓設(shè)備和管系的安全運行具有十分重要的意義。目前國內(nèi)相關(guān)規(guī)范已經(jīng)給出相關(guān)的計算公式[2]，但是該計算方法是將蒸汽視為理想汽體推導(dǎo)而得到的，對于飽和蒸汽，由于其熱力學(xué)特性已經(jīng)偏離理想汽體，所以按此公式計算的結(jié)果有待討論。國內(nèi)學(xué)者對API RP520 和ASME B31.1兩種方法進(jìn)行了比較[3?5]，歸納出了這兩種方法適用范圍和局限性。此外，目前并無標(biāo)準(zhǔn)通用的安全閥選型和反力計算軟件，該問題的解決主要依據(jù)各個企業(yè)、廠家自主編制的Excel格式計算表或其他計算插件完成。

本文通過對《ASME B31.1?2010壓力管道規(guī)范》《火力發(fā)電廠汽水管道應(yīng)力計算技術(shù)規(guī)程》和《流體力學(xué)》中的相關(guān)理論和計算方法進(jìn)行比較總結(jié)，利用介質(zhì)比容變化大的管道水力計算方法，結(jié)合一維定常流動的理論，推導(dǎo)出一套完整的計算模型 [6?13]。其涵蓋了便于工程使用的安全閥選型、排汽管道通流能力和排汽反力的計算方法。本文軟件采用VB 6.0編制，界面友好，便于操作，可極大地提高工作效率；提高設(shè)計計算的準(zhǔn)確性、合理性和先進(jìn)性。本軟件以工程設(shè)計需求為依據(jù)，實現(xiàn)了對安全閥選型的判斷，和不同工況下安全閥開啟對設(shè)備的反力、各種布置形式的排汽管道反力，具有較廣的應(yīng)用前景。

1 軟件功能及適用范圍

本軟件功能目標(biāo)是根據(jù)建立較為完善后的計算理論，實現(xiàn)安全閥的選型計算，通流能力計算，安全閥開啟時對設(shè)備的反力計算，能快速準(zhǔn)確判斷流動是否達(dá)到臨界，并根據(jù)流動狀態(tài)準(zhǔn)確計算典型排汽口形式下的排汽反力。軟件界面應(yīng)簡潔清晰，便于設(shè)計人員操作，減少人工負(fù)擔(dān)，從而提高工作效率，提高計算的準(zhǔn)確性；力求使安全閥選型和排汽反力計算做到理論先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、結(jié)果準(zhǔn)確。軟件的功能需求和相應(yīng)的功能見表1。

2 編制說明

2.1 算法設(shè)計

軟件算法針對火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計需要，通過對《ASME B31.1?2010》以及《DL/T5366?2006火力發(fā)電廠汽水管道應(yīng)力計算技術(shù)規(guī)程》計算方法進(jìn)行比較總結(jié)，利用介質(zhì)比容變化大的管道水力計算方法，結(jié)合一維定常流動的理論，推導(dǎo)出一套完整的便于工程使用的安全閥選型、排汽管道通流能力和排汽反力的計算方法。軟件的算法流程如圖1所示，首先，根據(jù)已知輸入的安全閥開啟壓力、安全閥喉部直徑、排汽參數(shù)、安全閥流量系數(shù)和安全閥并聯(lián)個數(shù)，判斷排放汽源屬于過熱蒸汽還是飽和蒸汽，求得此安全閥的最大通流量，并與實際所需排汽流量相比較，若實際所需排汽流量小于所選安全閥最大流量，則選型正確，否則選型錯誤。選型正確后，根據(jù)蒸汽參數(shù)判斷是否臨界，并根據(jù)不同的排汽口形式，求得安全閥開啟時對設(shè)備的反力和對管道產(chǎn)生的反力。

2.2 計算精度

軟件計算所需要的數(shù)據(jù)，其精度對計算結(jié)果影響很大。以排汽管道的規(guī)格而言，管道內(nèi)徑一般以mm為單位，采用國際單位，則為10-3 m量級。而在計算流速等參數(shù)時，需要用到通流面積，面積單位至少達(dá)到10-6 m2量級。此外，由于水蒸汽的參數(shù)眾多，數(shù)據(jù)復(fù)雜，且數(shù)據(jù)精度對結(jié)果影響很大，因此軟件在計算模塊和水蒸汽模塊都采用雙精度（Double）執(zhí)行。

2.3 接口設(shè)計

（1） 數(shù)據(jù)輸入/輸出。軟件數(shù)據(jù)的輸入和輸出，利用“Frame”控件將窗口分為整齊明了的區(qū)域，并表明區(qū)域的詳細(xì)名稱。數(shù)據(jù)的展示像是利用“Lable”+“Text”的形式展現(xiàn)， 并清楚標(biāo)明數(shù)據(jù)名稱和單位，如圖2所示。

（2） 排汽口形式選擇。為了使用戶能直觀地分辨排汽口型式，并根據(jù)工程需要快速做出選擇，軟件利用“image”屬性，結(jié)合鼠標(biāo)的點選功能，實現(xiàn)對排汽口型式的選擇，見圖3。

（3） 用戶提示。為了防止人為錯誤，軟件采用實現(xiàn)輸入量和輸出量的自主判斷，利用“MsgBox”功能，實現(xiàn)當(dāng)輸入變量存在問題時，彈出對話框予以提示。對于安全閥選型問題，若用戶選型錯誤，也可彈出對話提示“選型錯誤”，見圖4。

此外，為了便于用戶操作軟件，界面中多處增加提示功能，并用紅色鮮明字體標(biāo)出。

（4） 進(jìn)程控制。軟件采用 “commandbutton”按鈕實現(xiàn)相應(yīng)的軟件功能。為了保證軟件按照既定的流程運行，避免出現(xiàn)用戶誤操作而出錯，在界面中利用“True”和“False”屬性實現(xiàn)對輸入/輸出區(qū)域的控制。在計算流程到達(dá)之前，將該部分鎖死，使用戶無法操作，直至流程命令到達(dá)。

2.4 軟件模塊設(shè)計

軟件采用模塊化編程，將界面設(shè)計、數(shù)據(jù)讀寫、數(shù)據(jù)計算、判斷提示等內(nèi)容按照不同的模塊進(jìn)行編寫，并將水蒸汽的性質(zhì)參數(shù)集成在獨立的模塊之中。計算模塊主要包括安全閥選型計算及判斷，排汽流動參數(shù)計算，判斷是否臨界和根據(jù)排汽口型式求解排汽反力三個部分。如此可使各個模塊單獨進(jìn)行設(shè)計、調(diào)試、模塊接口的結(jié)構(gòu)、參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化、易實現(xiàn)模塊橫縱系列之間的相互調(diào)用，從而降低程序的復(fù)雜程度，使程序的設(shè)計、調(diào)試和維護(hù)等操作簡單化。

3 軟件圖形界面

軟件成品如圖5和圖6所示。用戶進(jìn)入軟件主界面，點擊“進(jìn)入”開啟計算界面。

首先需要進(jìn)行安全閥選型計算，用戶根據(jù)填入所需要的信息填入?yún)?shù)后，點擊“選型計算”即可。

選型完成后，點擊選定的排汽口形式，輸入排汽管道參數(shù)、阻力系數(shù)和汽流偏轉(zhuǎn)角等信息后，點擊“計算”，即完成流動參數(shù)和排汽反力的計算。

4 結(jié) 論

程序功能設(shè)定完全來自于工程應(yīng)用中產(chǎn)生的實際需求，操作方式完全符合設(shè)計人員的試用習(xí)慣，實現(xiàn)了計算結(jié)果的準(zhǔn)確快速、清晰明確的輸出功能，一定程度上提高了生產(chǎn)效率。程序在細(xì)節(jié)與用戶界面上清晰簡明，提高了設(shè)計準(zhǔn)確性，實用性強、容易操作、降低了新程序的學(xué)習(xí)時間成本。

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