InstruCalc Instrument Sizing Suite 7.1在儀表設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

王福君，方留安，趙柱

（中國天辰工程有限公司，天津300400）

1 軟件介紹

InstruCalc Instrument Sizing Suite 7.1（簡稱InstruCalc）是一款由美國I－Size Solutions公司開發(fā)的軟件，分為4個(gè)大的功能塊：

a）Control Valves（CV）調(diào)節(jié)閥計(jì)算模塊。依據(jù)ISA標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算公式，分別針對氣體、液體、蒸汽及兩相流介質(zhì)進(jìn)行調(diào)節(jié)閥（CV）值、口徑、噪聲值進(jìn)行計(jì)算。

b）Flow Elements（FE）節(jié)流元件計(jì)算模塊。依據(jù)ISO－5167—2003標(biāo)準(zhǔn)，分別針對氣體、液體、蒸汽介質(zhì)進(jìn)行多種節(jié)流元件的孔徑、β值等進(jìn)行計(jì)算。

c）Relief Devices安全閥計(jì)算模塊。針對安全閥、爆破片和呼吸閥的計(jì)算。

d）Miscellaneous混合雜項(xiàng)計(jì)算模塊?？梢杂?jì)算管道壓力損失、水錘等。

文中著重介紹CV，F(xiàn)E兩個(gè)模塊的應(yīng)用（以氣體介質(zhì)為例）。

1.1 CV模塊

CV模塊中計(jì)算步驟如下：

a）點(diǎn)擊主界面中CV模塊，選擇好介質(zhì)狀態(tài)“GAS”后，點(diǎn)擊“New calc”按鈕，彈出參數(shù)填寫和計(jì)算窗口，依次輸入氣體的流量、閥門壓降、介質(zhì)溫度、介質(zhì)入口壓力等參數(shù)，并選擇氣體的種類，軟件將自動(dòng)調(diào)用數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)填充該種氣體的物性參數(shù)，包括熱容比、相對分子質(zhì)量、操作密度、臨界溫度、臨界壓力。也可以選擇混合氣體，輸入各種氣體的組分后，軟件會(huì)自動(dòng)計(jì)算出上述參數(shù)。

依照OECD數(shù)據(jù)庫中關(guān)于可再生能源政策方面的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，選取促進(jìn)可再生能源發(fā)展和消費(fèi)的三大政策進(jìn)行比較，包括可再生能源研發(fā)補(bǔ)貼、固定上網(wǎng)電價(jià)機(jī)制以及綠證交易。OECD數(shù)據(jù)庫基于各國可再生能源技術(shù)研發(fā)的公共預(yù)算規(guī)模，計(jì)算出可再生能源研發(fā)補(bǔ)貼指數(shù)，指數(shù)值在0(補(bǔ)貼最低)～6(補(bǔ)貼最高)?？梢园l(fā)現(xiàn)大多數(shù)國家可再生能源研發(fā)補(bǔ)貼指數(shù)總體呈上升趨勢，但近年來趨勢比較穩(wěn)定(表2)。通過將這20個(gè)國家按照可再生能源研發(fā)補(bǔ)貼強(qiáng)度由低到高進(jìn)行排列，發(fā)現(xiàn)中國可再生能源研發(fā)補(bǔ)貼強(qiáng)度遠(yuǎn)低于歐盟，與歐盟可再生能源補(bǔ)貼強(qiáng)度最低的葡萄牙和斯洛文尼亞類似。

b）在軟件中選擇好相應(yīng)的閥門種類，如Globe，Cage，Butterfly等。針對微小流量調(diào)節(jié)閥的選擇，可以在軟件中選擇“Lo Flow”閥門形式進(jìn)行計(jì)算（一般控制閥的流量系數(shù)最小為0.08，而小流量控制閥的流量系數(shù)最小可達(dá)0.003 00～0.000 44）。

c）依次點(diǎn)擊“Normal”，“Maximum”，“Minimum”按鈕開始計(jì)算，生成的結(jié)果如圖1所示。注意：“Percent of valve Cv”并非閥門開度，閥門的開度如后面的閥門特性曲線圖中所示，亦可根據(jù)公式手動(dòng)計(jì)算。

圖1 調(diào)節(jié)閥計(jì)算界面（氣體）

當(dāng)閥門的工藝參數(shù)合理，閥門類型選擇正確時(shí)，此項(xiàng)會(huì)顯示“Normal”；而當(dāng)閥門差壓過大、流量過大，閥門的形式選擇又不合適時(shí)，會(huì)顯示“Chocked”，意為此時(shí)已經(jīng)產(chǎn)生阻塞流；而一旦形成阻塞流，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，噪聲也將超過95dB。這時(shí)就要重新選擇閥門類型，或是對工藝條件進(jìn)行確認(rèn)。

另外，閥門臨界差壓比和閥門類型的修正系數(shù)為軟件自動(dòng)生成。

d）保存計(jì)算結(jié)果后，還可以進(jìn)行一些后續(xù)詳細(xì)分析和計(jì)算，包括數(shù)據(jù)單的生成、壓降計(jì)算、流速計(jì)算分析，以及閥門調(diào)節(jié)特性曲線的生成（如圖2所示）。從圖2可以看出閥門在各流量下對應(yīng)的開度值（液體和蒸汽計(jì)算步驟與氣體介質(zhì)類似）。

1.2 FE模塊

FE模塊中的計(jì)算步驟如下：

a）點(diǎn)擊主界面中FE模塊，進(jìn)入FE計(jì)算模塊界面，其中列有各種形式的節(jié)流元件，包括標(biāo)準(zhǔn)孔板、阿牛巴、轉(zhuǎn)子、靶式、文丘里、彎管、渦街流量計(jì)、限流孔板等。根據(jù)工況要求選擇合適的流量計(jì)形式（以法蘭取壓標(biāo)準(zhǔn)孔板為例）。

圖2 調(diào)節(jié)閥特性曲線（等百分比）

b）輸入各項(xiàng)工藝參數(shù)。

c）輸出的計(jì)算結(jié)果如圖3所示，結(jié)果中包含了孔板厚度、開孔直徑等信息，其中“Max power loss”為節(jié)流元件的最大能耗損失。

圖3 法蘭取壓標(biāo)準(zhǔn)孔板計(jì)算界面（氣體）

需要說明的是：輸入條件中的Differential range差壓范圍，通過用戶手動(dòng)輸入，先給出一個(gè)預(yù)設(shè)定的差壓值，然后可再根據(jù)得出的β值、雷諾數(shù)、開孔孔徑等做反算調(diào)整，直至選擇出最合適的差壓范圍。

d）同上面的調(diào)節(jié)閥計(jì)算一樣，保存計(jì)算結(jié)果后，F(xiàn)E模塊也可以進(jìn)行一些后續(xù)的其他計(jì)算和分析，包括流速計(jì)算、差壓值和流量值曲線圖和流量計(jì)數(shù)據(jù)單的生成等；如果計(jì)算結(jié)果和曲線不理想，還可以選擇更改其他節(jié)流元件形式，以獲得最佳的測量性能。另外，該模塊也能用于計(jì)算限流孔板的開孔尺寸（液體和蒸汽介質(zhì)計(jì)算步驟與氣體介質(zhì)類似）。

2 軟件還需完善的問題

a）調(diào)節(jié)閥數(shù)據(jù)庫中，閥門類型有些偏少。閥門類型選擇的數(shù)據(jù)庫中，缺少目前工程中比較常用的柱塞閥、凸輪撓曲閥、V形球閥等。雖然軟件本身允許用戶自定義添加閥門類型，但是對于一般用戶來說，無法獲得各個(gè)制造廠閥門的完整參數(shù)。

b）調(diào)節(jié)閥計(jì)算中，輸出結(jié)果“計(jì)算CV占閥門額定CV百分比”這一項(xiàng)，意義不大；而對選擇閥門至關(guān)重要的閥門開度，卻沒有直接顯示，還需要計(jì)算系統(tǒng)壓降后，從生成的調(diào)節(jié)閥特性曲線中讀取，不直觀，不方便。

c）沒有直接批量導(dǎo)入功能。目前國內(nèi)外的大中型項(xiàng)目，調(diào)節(jié)閥和流量計(jì)的數(shù)量動(dòng)輒上百個(gè)、幾百上千個(gè)，軟件如果設(shè)有批量導(dǎo)入數(shù)據(jù)功能，可從Excel等文件中一次性批量導(dǎo)入，將進(jìn)一步大大提高工作效率，節(jié)約設(shè)計(jì)時(shí)間。

3 結(jié)束語

綜上所述，本文所介紹的InstruCalc計(jì)算軟件，能夠針對各種類型的調(diào)節(jié)閥、節(jié)流元件，包括安全閥進(jìn)行比較詳盡的計(jì)算和分析，并能生成閥門和節(jié)流元件數(shù)據(jù)單和特性曲線等圖表，較好地滿足了目前儀表設(shè)計(jì)工作中對設(shè)計(jì)深度和計(jì)算工作日益增加的要求，提高了儀表設(shè)計(jì)工作的效率和準(zhǔn)確性。

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