InstruCalc Instrument Sizing Suite 7.1在仪表设计中的应用

王福君，方留安，赵柱

（中国天辰工程有限公司，天津300400）

1 软件介绍

InstruCalc Instrument Sizing Suite 7.1（简称InstruCalc）是一款由美国I－Size Solutions公司开发的软件，分为4个大的功能块：

a）Control Valves（CV）调节阀计算模块。依据ISA标准的计算公式，分别针对气体、液体、蒸汽及两相流介质进行调节阀（CV）值、口径、噪声值进行计算。

b）Flow Elements（FE）节流元件计算模块。依据ISO－5167—2003标准，分别针对气体、液体、蒸汽介质进行多种节流元件的孔径、β值等进行计算。

c）Relief Devices安全阀计算模块。针对安全阀、爆破片和呼吸阀的计算。

d）Miscellaneous混合杂项计算模块。可以计算管道压力损失、水锤等。

文中着重介绍CV，FE两个模块的应用（以气体介质为例）。

1.1 CV模块

CV模块中计算步骤如下：

a）点击主界面中CV模块，选择好介质状态“GAS”后，点击“New calc”按钮，弹出参数填写和计算窗口，依次输入气体的流量、阀门压降、介质温度、介质入口压力等参数，并选择气体的种类，软件将自动调用数据库数据填充该种气体的物性参数，包括热容比、相对分子质量、操作密度、临界温度、临界压力。也可以选择混合气体，输入各种气体的组分后，软件会自动计算出上述参数。

依照OECD数据库中关于可再生能源政策方面的统计数据，选取促进可再生能源发展和消费的三大政策进行比较，包括可再生能源研发补贴、固定上网电价机制以及绿证交易。OECD数据库基于各国可再生能源技术研发的公共预算规模，计算出可再生能源研发补贴指数，指数值在0(补贴最低)～6(补贴最高)。可以发现大多数国家可再生能源研发补贴指数总体呈上升趋势，但近年来趋势比较稳定(表2)。通过将这20个国家按照可再生能源研发补贴强度由低到高进行排列，发现中国可再生能源研发补贴强度远低于欧盟，与欧盟可再生能源补贴强度最低的葡萄牙和斯洛文尼亚类似。

b）在软件中选择好相应的阀门种类，如Globe，Cage，Butterfly等。针对微小流量调节阀的选择，可以在软件中选择“Lo Flow”阀门形式进行计算（一般控制阀的流量系数最小为0.08，而小流量控制阀的流量系数最小可达0.003 00～0.000 44）。

c）依次点击“Normal”，“Maximum”，“Minimum”按钮开始计算，生成的结果如图1所示。注意：“Percent of valve Cv”并非阀门开度，阀门的开度如后面的阀门特性曲线图中所示，亦可根据公式手动计算。

图1 调节阀计算界面（气体）

当阀门的工艺参数合理，阀门类型选择正确时，此项会显示“Normal”；而当阀门差压过大、流量过大，阀门的形式选择又不合适时，会显示“Chocked”，意为此时已经产生阻塞流；而一旦形成阻塞流，根据经验值，噪声也将超过95dB。这时就要重新选择阀门类型，或是对工艺条件进行确认。

另外，阀门临界差压比和阀门类型的修正系数为软件自动生成。

d）保存计算结果后，还可以进行一些后续详细分析和计算，包括数据单的生成、压降计算、流速计算分析，以及阀门调节特性曲线的生成（如图2所示）。从图2可以看出阀门在各流量下对应的开度值（液体和蒸汽计算步骤与气体介质类似）。

1.2 FE模块

FE模块中的计算步骤如下：

a）点击主界面中FE模块，进入FE计算模块界面，其中列有各种形式的节流元件，包括标准孔板、阿牛巴、转子、靶式、文丘里、弯管、涡街流量计、限流孔板等。根据工况要求选择合适的流量计形式（以法兰取压标准孔板为例）。

图2 调节阀特性曲线（等百分比）

b）输入各项工艺参数。

c）输出的计算结果如图3所示，结果中包含了孔板厚度、开孔直径等信息，其中“Max power loss”为节流元件的最大能耗损失。

图3 法兰取压标准孔板计算界面（气体）

需要说明的是：输入条件中的Differential range差压范围，通过用户手动输入，先给出一个预设定的差压值，然后可再根据得出的β值、雷诺数、开孔孔径等做反算调整，直至选择出最合适的差压范围。

d）同上面的调节阀计算一样，保存计算结果后，FE模块也可以进行一些后续的其他计算和分析，包括流速计算、差压值和流量值曲线图和流量计数据单的生成等；如果计算结果和曲线不理想，还可以选择更改其他节流元件形式，以获得最佳的测量性能。另外，该模块也能用于计算限流孔板的开孔尺寸（液体和蒸汽介质计算步骤与气体介质类似）。

2 软件还需完善的问题

a）调节阀数据库中，阀门类型有些偏少。阀门类型选择的数据库中，缺少目前工程中比较常用的柱塞阀、凸轮挠曲阀、V形球阀等。虽然软件本身允许用户自定义添加阀门类型，但是对于一般用户来说，无法获得各个制造厂阀门的完整参数。

b）调节阀计算中，输出结果“计算CV占阀门额定CV百分比”这一项，意义不大；而对选择阀门至关重要的阀门开度，却没有直接显示，还需要计算系统压降后，从生成的调节阀特性曲线中读取，不直观，不方便。

c）没有直接批量导入功能。目前国内外的大中型项目，调节阀和流量计的数量动辄上百个、几百上千个，软件如果设有批量导入数据功能，可从Excel等文件中一次性批量导入，将进一步大大提高工作效率，节约设计时间。

3 结束语

综上所述，本文所介绍的InstruCalc计算软件，能够针对各种类型的调节阀、节流元件，包括安全阀进行比较详尽的计算和分析，并能生成阀门和节流元件数据单和特性曲线等图表，较好地满足了目前仪表设计工作中对设计深度和计算工作日益增加的要求，提高了仪表设计工作的效率和准确性。

［1］ 陆德民，张振基，黄步余.石油化工自动控制设计手册［M］.3版.北京：化学工业出版社，2000.

［2］ 周春晖.过程控制工程手册［M］.北京：化学工业出版社，1993.

［3］ 孙淮清.流量测量节流装置设计手册［M］.北京：化学工业出版社，2005.

［4］ 中国石化集团上海工程有限公司.化工工艺设计手册［M］.3版.北京：化学工业出版社，2003.

［5］ 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB／T 2624.1—2006用安装在圆形截面管道中的差压装置测量满管流体流量.第1部分：一般原理和要求［S］.北京：中国标准出版社，2006.

［6］ 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB／T 2624.1—2006用安装在圆形截面管道中的差压装置测量满管流体流量.第2部分：孔板［S］.北京：中国标准出版社，2007.

［7］ 国家石油和化学工业局.SH 3005—1999石油化工自动化仪表选型设计规范［S］.北京：中国石化出版社，1999.

［8］ 国家石油和化学工业局.HG／T 20507—2000自动化仪表选型设计规范［S］.北京：全国化工工程建设标准编辑中心，2000.

［9］ 邱宣振，贺大运，姜国平.工程自动化设计应用手册［M］.北京：国际教科文出版社，2004.

［10］ 王树清，乐嘉谦.自动化与仪表工程师手册［M］.北京：化学工业出版社，2010.

［11］ 孙淮清，王建.流量测量、节流装置设计手册［M］.北京：化学工业出版社，2000.

［12］ 乐嘉谦.仪表工手册［M］.北京：化学工业出版社，2007.

［13］ 明赐东.调节阀计算、选型、使用［M］.成都：成都科技大学出版社，1999.