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阀门系数Cv值的确定和意义
1. 概述：
通常测定阀门的方法是阀门系数（Cv）,它也被称为流动系数。当为特殊工况选择阀门时，使用阀门系数确定阀门尺寸，该阀门可在工艺流体稳定的控制下，能够通过所需要的流量。阀门制造商通常公布各种类型阀门的Cv值，它是近似值，并能按照管线结构或阀座制造而变动上调10％。
如一个阀门不能正确计算Cv，通常将削弱在两个方面之一的阀门性能：如果Cv对所需要的工艺而言太小，则阀门本身或阀内的阀芯尺寸不够，会使工艺系统流量不够。此外，因为阀门的节流会导致上游压力增加，并在阀门导致上游泵或其他上游设备损坏之前产生高的背压。尺寸不够的Cv也会产生阀内的较高阻力降，它将导致空穴现象或闪蒸。
如果Cv计算值比系统需要的过高，通常选用一个大的超过尺寸的阀门。显然，一个大尺寸阀门的造价、尺寸及重量是主要的缺点。除此之外，如果阀门是节流操作，控制问题明显会发生。通常闭合元件，如旋塞或阀盘，正位于阀座之外，它有可能产生高压力降和较快流速而产生气穴现象及闪蒸，或阀芯零件的磨损。此外，如果闭合元件在阀座上闭合而操作器又不能够控制在该位置，它将被吸入到阀座。这种现象被称为溶缸闭锁效应。

2. Cv的定义
一个美国加仑（3.8L）的水在60°F（16℃）时流过阀门，在一分钟内产生1.0psi（0.07bar）的压力降。

3. Cv值的计算方法
3.1 液体
3.11 基本液体确定尺寸公式
1) 当P＜Pc=FL2(P1-Pv)：一般流动
Cv=Q
2) PPc：阻塞流动
当Pv＜0.5P1时
Pc=FL2(P1-Pv)
当Pv0.5P1时
Pc= FL2［P-(0.96-0.28)Pv］
Cv=Q
式中 Cv----阀门流动系数；
Q------流量，gal/min；
Sg-----流体比重（流动温度时）；
P----压力降，psia
Pc---阻塞压力降 psia
FL-------压力恢复系数 见表1
P1-------上游压力 psia
Pv--------液体的蒸气压（入口温度处） psia
Pc--------液体临界压力 psia 见表2

表1：典型FL系数

调节阀形式
流向
FL值
单
座
调
节
阀
柱塞形阀芯
流开
0.90
流闭
0.80
“V”形阀芯
任意流向
0.90

套筒形阀芯
流开
0.90
流闭
0.80
双座调节阀
柱塞形阀芯
任意流向
0.85
“V”形阀芯
任意流向
0.90

角型调节阀

柱塞形阀芯

流开
0.80
流闭
0.90
套筒形阀芯
流开
0.85
流闭
0.80
文丘里形
流闭
0.50
球阀
“O”型
任意流向
0.55
“V”型
任意流向
0.57
蝶阀
60°全开
任意流向
0.68
90°全开
任意流向
0.55
偏心旋转阀
流开
0.85

表2 常用工艺流体的临界压力Pc

液体
临界压力（psia/bar）
液体
临界压力（psia/bar）
氨气
1636.1/112.8
异丁烷
529.2/36.5
氩
707.0/48.8
异丁烯
529.2/36.5
苯
710.0/49.0
煤油
350.0/24.1
丁烷
551.2/38.0
甲烷
667.3/46.0
CO2
1070.2/73.8
氮
492.4/33.9
CO
507.1/35.0
一氧化二氮
1051.1/72.5
氯
1117.2/77.0
氧
732.0/50.5
道式热载体A
547.0/37.7
光气
823.2/56.8
乙烷
708.5/48.8
丙烷
615.9/42.5
乙烯
730.5/50.3
丙烯
670.3/46.2
燃料油
330.0/22.8
冷冻剂11
639.4/44.1
汽油
410.0/28.3
冷冻剂12
598.2/41.2
氦
32.9/2.3
冷冻剂22
749.7/51.7
氢
188.1/13.0
海水
3200.0/220.7
HCI
1205.4/83.1
水
3208.2/221.2
3.12 参数来源
1） 实际压力降：定义为上游（入口）与下游（出口）之间的压力差。
P=P1-P2
式中 P------实际压力降，psia
P1------上游压力（阀门入口处），psia
P2------下游压力（阀门出口处），psia

2） 确定比重：
流体比重Sg值应该使用操作温度和比重数据参考表确定。
3） 流量Q：每分钟流过阀门的流量数（加仑），单位：gal/min
4) 阻塞压力降Pc:假定如果压力降增加，则流量将按比例增加。但是存在一个点，此处进一步增加压力降将不改变阀门流率，这就是通常所称的阻塞流量。Pc用来表示发生阻塞流率的理论点。
4）压力恢复系数FL：调节阀节流处由P1直接下降到P2，见图示中需线所示。但实际上，压力变化曲线如图中实线所示，存在差压力恢复的情况。不同结构的阀，压力恢复的情况不同。阻力越小的阀，恢复越厉害，越偏离原推导公式的压力曲线，原公式计算的结果与实际误差越大。因此，引入一个表示阀压力恢复程度的系数FL来对原公式进行修正。

P1
Pv
P2
△Pc
△Pvc
双阀座
球阀
图1 阀内压力恢复

3.13 Kv与Cv值的换算
国内的流量系数是用Kv表示，其定义为：当调节阀全开，阀两端压差P为100KPa，流体重度r为1gf/cm3(即常温)时，每小时流经调节阀的流量数，以m3/h或t/h计。
由于Kv与Cv定义不同，试验所测得的数值不同，它们之间的换算关系：
Cv=1.167Kv

3.2 气体
基本气体确定尺寸公式
1）＜0.5 FL2：一般流动
Q=1360Cv
Cv=

2）0.5 FL2：阻塞流动

Q=1178Cv
Cv=FL
式中：Q--------气体流，scfh
Cv-------确定阀门尺寸系数
Gg-------比重或气体与标准状态下空气的比值
T1-------绝对上游温度（°R=°F+460）
P1-------上游压力 psia
P2-------下游压力 psia
FL--------压力恢复系数 见表1

3.3 公式计算步骤
第一步：根据已知条件查参数：FL、Pc
第二步：决定流动状态。
液体：（1）判别Pv是大于还是小于0.5P1；
（2）由（1）采用相应的Pc公式：
（3）P＜Pc为一般流动：PPc为阻塞流动。
气体：＜0.5FL2为一般流动，0.5FL2为阻塞流动。
第三步：根据流动状态采用相应Cv值计算公式

4. 计算实例题
例1 下列操作条件用英制单位给出：
液体 氨
临界压力 1638.2psia
温度 20°F
上游压力，P1 149.7psia
下游压力，P2 64psia
流率，Q 850gal/min
蒸气压力，Pv 45.6psia
比重，Sg 0.65
选用高压阀门，流闭型
第一步：查表得FL=0.8, Pc=1636psia
第二步： 0.5P1=74.85＞Pv
Pc=FL2(P1-Pv)=66.6
P=P1-P2=149.7-64=85.7
P＞Pc,为阻塞流动。
第三步：采用阻塞流动公式
Cv=Q=850=83.9
例2 下列操作条件用英制单位给出:
气体 空气
温度 68°F
气体重度，Gg 1
上游温度，P1 1314.7psia
下游温度，P2 1000psia
流率，Q 2000000scfh
选用单座阀，流开型。
第一步：查表FL=0.9
第二步：===0.23＜0.5FL2=0.5*0.92=0.4，为一般流动。
第三步：采用一般流动Cv值计算公式
Q=1360Cv
Cv= =
=56

例3 在例2基础上，改P2=99.7psia
==0.920.5FL2=0.5*0.92=0.4
为阻塞流动。采用公式为：
Q=1178Cv
Cv==
=46.6

5. 结语
合理选择阀门，必须正确选择阀门尺寸，如果阀门尺寸太小，则通过阀门的最大流量会受到限制并且将影响系统的功能。如果阀门尺寸过大，用户必须承受安装较大阀门的附加费用。其他的主要缺点是整个流动控制是在行程的前一半完成，意味着位置的很小变化将产生大的流量变化。此外因为调节发生在行程的前半部，当调节元件操作接近阀座时流量控制是很困难的。当产生希望的流动特性和最大流量输出时，节流阀的理想状态是使用全范围行程。因此，我们必须正确计算阀门系数Cv值。

参考文献：
［美］Philip L.Skousen 著 孙家孔 译 《阀门手册》第二版
北京：中国石化出版社出版发行 2006
明赐东 著 《调节阀 计算 选型 使用》
成都：成都科技大学出版社发行 1999

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