moea_joint_essay
110年
[化工製程] 單元操作、輸送現象
第 二 題
📖 題組：
石化工業控制系統中最常見之控制閥為最終控制元件，請回答下列問題：（共3題，共15分）
石化工業控制系統中最常見之控制閥為最終控制元件，請回答下列問題：（共3題，共15分）
📝 此題為申論題，共 3 小題
小題 (二)
裂解工場稀釋蒸汽系統中有一中壓蒸汽控制閥為等百分比閥(EQ %)，從設計資料得知控制閥上游來源為中壓過熱蒸汽(Medium Steam, MS)，其入口壓力為 18 kg/cm²‧g、310 ℃，此控制閥全開下最大流量可達95 ton/hr，正常操作量為 74 ton/hr，希望經過此控制閥減壓 1.0 kg/cm²‧g，控制閥下游端壓力為 17 kg/cm²‧g、295 ℃供給下游之換熱器作熱交換使用，但值班工程師發現此控制閥開度經常維持在 35 %下之低開度，現場控制閥下游端之溫度顯示 270 ℃，又得知當等百分比閥(EQ %)在 20 ~ 80 %開度流量會接近線性閥(Linear)，請簡要說明此控制閥會產生何種現象？應如何解決？（3 分）
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低開度操作會造成壓降過大、流速過高，可能導致節流膨脹產生低溫及震動/沖蝕損壞。解決方法包括縮小閥門尺寸或改變控制閥內部特徵。
小題 (一)
請描繪控制閥的流量與開度之特徵曲線，並針對等百分比閥(EQ %)、線性閥(Linear)及速啟閥(On-off)予以標示，另請簡要說明為何速啟閥(On-off)在低開度下 30 %時，流量會接近 60 ~ 70 %之開度(請於繪圖結果標示並簡要說明)。（3 分）
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畫出 x 軸為閥開度、y 軸為相對流量的曲線圖。On-off 閥因閥瓣與閥座形狀設計，開啟初期流道面積急遽增加。
小題 (三)
供水工場冷卻水上游壓力為 5 kg/cm²‧g，希望經過此控制閥減壓 1.0 kg/cm²‧g供給下游端蒸餾塔冷卻器使用，已知冷卻水流量為 1712 ton/hr，水的比重為 1.0。（共 9 分）
(1)假設控制閥開度在全開下，請問此控制閥的Cv值為多少？並請查閱下表 M 品牌型錄，對照出適合的閥體尺吋(已知控制閥的設計方程式為Q̇=Cv∙f(x)√(ΔP/ρ) ，stem position, x 為閥開度f(x)，Q̇為冷卻水流量，ρ為流體比重，ΔP為控制閥上下游端的差壓)。（7 分）
| M品牌 Control Valve Types | |
|---|---|
| Valve Size | Cv(Full open) | Model |
| 16 | 2560 | Series 10000 |
| 14 | 2000 | Series 10000 |
| 12 | 1620 | Series 10000 |
| 10 | 1000 | Series 20000 |
| 8 | 750 | Group 45 |
| 6 | 450 | Series 20000 |
(2)假設有一管線為 16 吋，但已採購之控制閥尺吋比該管線尺吋小時，配管人員應如何解決(假設流速在可允許的狀態，且控制閥已經採購不可更換)？（2 分）
(1)假設控制閥開度在全開下，請問此控制閥的Cv值為多少？並請查閱下表 M 品牌型錄，對照出適合的閥體尺吋(已知控制閥的設計方程式為Q̇=Cv∙f(x)√(ΔP/ρ) ，stem position, x 為閥開度f(x)，Q̇為冷卻水流量，ρ為流體比重，ΔP為控制閥上下游端的差壓)。（7 分）
| M品牌 Control Valve Types | |
|---|---|
| Valve Size | Cv(Full open) | Model |
| 16 | 2560 | Series 10000 |
| 14 | 2000 | Series 10000 |
| 12 | 1620 | Series 10000 |
| 10 | 1000 | Series 20000 |
| 8 | 750 | Group 45 |
| 6 | 450 | Series 20000 |
(2)假設有一管線為 16 吋，但已採購之控制閥尺吋比該管線尺吋小時，配管人員應如何解決(假設流速在可允許的狀態，且控制閥已經採購不可更換)？（2 分）
思路引導 VIP
利用 Cv 值公式計算，注意單位轉換；採購閥門較小時，可利用漸縮管及漸擴管 (Reducer/Expander) 銜接。