控制回路中氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的選用方法|資料

1引言

哈爾濱氣化廠是一個(gè)利用煤加壓氣化工藝生產(chǎn)煤氣的化工企業(yè)，自動(dòng)化水平較高，在過(guò)程控制中，執(zhí)行器的控制品質(zhì)與生產(chǎn)工況的穩(wěn)定有著密切的聯(lián)系，所以對(duì)執(zhí)行器的選擇顯得格外重要，對(duì)于安全防爆要求比較高的化工企業(yè)，絕大多數(shù)執(zhí)行器采用的是氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥。

氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的選擇一般要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮：

1)根據(jù)工藝條件，選擇合適的調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)和類型。

2)根據(jù)工藝對(duì)象，選擇合適的流量特性。

3)根據(jù)工藝參數(shù)，計(jì)算流量系數(shù)，選擇閥的口徑。

　　4)根據(jù)工藝要求，選擇材料和輔助裝置。

下面針對(duì)以上4點(diǎn)加以論述。

　　2調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)和類型

　　氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥是由氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥兩部分組成的，氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是接收輸入的氣源信號(hào)，產(chǎn)生相應(yīng)的推力，使推桿發(fā)生位移，推動(dòng)閥門(mén)動(dòng)作；而閥是指與管路聯(lián)接的閥體組件部分，它接受執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推桿推力，改變閥桿位移，從而改變閥門(mén)開(kāi)度，最終控制流體流量的變化。

　　氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥按其行程可分為直行程和角行程兩種，按其結(jié)構(gòu)類型分直通單座閥、直通雙座閥、高壓閥、角形閥、套筒閥、隔膜閥、蝶閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥等。其中直通閥比較常見(jiàn)，單座閥泄漏量較小，但閥前后壓差不能太大，而雙座閥正好與之相反。高壓閥適合于高靜壓和高壓差的介質(zhì)測(cè)量，但在高壓差情況下，流體對(duì)材料沖刷和氣蝕嚴(yán)重，一般要考慮閥芯和閥座的材質(zhì)，以提高其使用壽命。在高壓差、高黏度、含懸浮物和顆粒狀物質(zhì)流體的控制中可選用角形閥。隔膜閥更適用于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的控制。蝶閥適用于大流量、低壓差的氣體介質(zhì)。套筒閥采用平衡型閥芯結(jié)構(gòu)，具有低噪聲的特點(diǎn)，是應(yīng)用較為 的閥之一。

　　氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥有氣開(kāi)與氣關(guān)兩種類型。確定調(diào)節(jié)閥開(kāi)關(guān)方式的原則是：當(dāng)信號(hào)壓力中斷時(shí)，應(yīng)保證工藝設(shè)備和生產(chǎn)的安全。如果閥門(mén)在信號(hào)中斷后處于打開(kāi)位置，流體不中斷最安全，則選用氣關(guān)閥；如果閥門(mén)在信號(hào)壓力中斷后處于關(guān)閉位置，流體不通過(guò)最安全，則選用氣開(kāi)閥。如加熱爐的燃料氣或燃料油管路上的調(diào)節(jié)閥，應(yīng)選用氣開(kāi)閥，當(dāng)信號(hào)中斷后，閥自動(dòng)關(guān)閉，燃料被切斷，以免爐溫過(guò)高而發(fā)生事故；鍋爐進(jìn)水管路上的調(diào)節(jié)閥，應(yīng)選用氣關(guān)閥，當(dāng)信號(hào)中斷后，閥自動(dòng)打開(kāi)，仍然向鍋爐內(nèi)送水，可以避免鍋爐燒干。

　　3調(diào)節(jié)閥的流量特性

　　調(diào)節(jié)閥的流量特性是指介質(zhì)流過(guò)閥的相對(duì)流量Q與閥芯相對(duì)行程己(閥門(mén)的相對(duì)開(kāi)度)之間的函數(shù)關(guān)系：

　　Q=f(L)

　　當(dāng)調(diào)節(jié)閥兩端壓差△P保持不變時(shí)，閥的流量特性稱為固有流量特性。固有流量特性主要有直線、等百分比(對(duì)數(shù))、拋物線和快開(kāi)等4種類型，如圖3—1所示：

　　在生產(chǎn)中閥的固有流量特性有直線、等百分比和快開(kāi)3種。拋物線特性介于直線和等百之間，一般用等百特性來(lái)代替?？扉_(kāi)特性主要用于二位式控制。

　　在一般情況下，閥兩端壓差不可能永遠(yuǎn)保持不變，這時(shí)閥的固有流量特性就會(huì)發(fā)生畸變，閥在實(shí)際工作條件下的特性稱之為工作流量特性。這時(shí)在確定流量特性時(shí)要引入一個(gè)稱為閥阻比的系數(shù)S。

　　S=△P/∑△P

　　∑△P為系統(tǒng)總壓差，是閥、全部工藝設(shè)備和管路系統(tǒng)上的各壓差之和。

　　從以下3個(gè)方面內(nèi)容對(duì)閥的工作流量特性進(jìn)行分析：

　　1)從控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量方面分析

　　對(duì)于一個(gè)簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)，它是由控制對(duì)象、變送器、調(diào)節(jié)器和調(diào)節(jié)閥幾個(gè)基本環(huán)節(jié)組成的，系統(tǒng)的總放大系數(shù)K=K1K2K3K4K5

　　K1~K5分別表示變送器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、閥、控制對(duì)象的放大系數(shù)。在負(fù)荷變動(dòng)的情況下，要使控制系統(tǒng)能保持預(yù)定的控制指標(biāo)，希望總放大系數(shù)在控制系統(tǒng)的整個(gè)操作范圍內(nèi)保持不變。一般來(lái)說(shuō)，在一個(gè)確定的系統(tǒng)里，K1~K3的系數(shù)是固定不變的，只有對(duì)象的放大系數(shù)X5隨負(fù)荷的變化而變化，為此選擇適當(dāng)?shù)牧髁刻匦詠?lái)豐I、償對(duì)象特性的變化，保證K4K5的乘積是個(gè)常數(shù)就保證了系統(tǒng)的總放大系數(shù)K是個(gè)穩(wěn)定值。

　　2)從工藝配管情況分析

　　調(diào)節(jié)閥總是與管道、設(shè)備連在一起使用的，管道阻力的存在必然會(huì)使閥的工作特性與固有特性不同。所以，應(yīng)根據(jù)對(duì)象的特性，選擇合適的工作特性，再根據(jù)配管情況選擇相應(yīng)閥的固有流量特性。考慮工藝配管情況時(shí)，可參照表3—1來(lái)選擇閥的固有特性。襯氟蝶閥

　　表3—1配管狀況表

　　配管狀況S=1~0.6 S=0.6~0.3 S＜0.3閥的工作特性直線等百分比直線等百分比不宜控制閥的固有特性直線等百分比等百分比等百分比不宜控制

　　從表3—1上看，當(dāng)S=1~0.6時(shí)，所選固有流量特性和工作流量特性一致。當(dāng)S<0.3時(shí)，特性曲線畸變嚴(yán)重不宜控制。

　　3)從負(fù)荷變化情況分析

直線特性調(diào)節(jié)閥在小開(kāi)度時(shí)流量相對(duì)變化量大，過(guò)于靈敏，容易引起振蕩，閥芯閥座易損壞，故在S值小、負(fù)荷變化幅度大的場(chǎng)合不宜采用。等百分比閥的放大系數(shù)隨閥門(mén)行程增大而增大，流量相對(duì)變化量恒定不變。

　　4調(diào)節(jié)閥的口徑

　　調(diào)節(jié)閥口徑的確定是在計(jì)算閥流量系數(shù)CV的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。流量系數(shù)的定義是指在閥門(mén)全開(kāi)條件下，閥兩端壓差△P為100 kPa，流體密度ρ為1g／cm3時(shí)，通過(guò)閥的流體體積流量為Q(m3／h)，其節(jié)流公式為：

　　C是一個(gè)比例系數(shù)，它與流量系數(shù)的關(guān)系是m倍，即CV=mC。當(dāng)流量特性為直線型時(shí)m=1.63，當(dāng)流量特性為等百分比型時(shí)m=1.97。

　　式(4--1)是當(dāng)測(cè)量介質(zhì)為液體時(shí)的計(jì)算方法，當(dāng)測(cè)量介質(zhì)為氣體時(shí)應(yīng)考慮溫度和壓力對(duì)介質(zhì)體積的影響，其C值的計(jì)算分兩種情況：

　　當(dāng)閥前后壓差△P小于0.5倍的閥前壓力P1，即△P<0.5P1時(shí)

　　另外，當(dāng)介質(zhì)為過(guò)熱蒸汽時(shí)，計(jì)算C值要考慮蒸汽的過(guò)熱度。

　　確定完CV值以后，要對(duì)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度進(jìn)行驗(yàn)算，要求最大流量時(shí)閥開(kāi)度不大于90%，最小流量時(shí)開(kāi)度不小于10%。在正常工況下，閥門(mén)開(kāi)度應(yīng)在15%~85%之間。最后根據(jù)CV值確定調(diào)節(jié)閥口徑。

　　5調(diào)節(jié)閥的材料和輔助裝置

　　調(diào)節(jié)閥的閥體一般選用鑄鐵材質(zhì)，其耐壓等級(jí)、使用溫度范圍、耐腐蝕等方面應(yīng)不低于對(duì)工藝管道的要求，但在介質(zhì)為易燃易爆的流體時(shí)應(yīng)作特殊考慮。閥芯、閥座材質(zhì)的選用應(yīng)考慮到流體中是否有固體顆粒產(chǎn)生的磨損和氣蝕作用對(duì)閥內(nèi)件的沖擊。一般對(duì)于非腐蝕性流體，常選用不銹鋼；對(duì)于腐蝕性較強(qiáng)的流體，可選用哈氏合金；對(duì)于沖擊、振動(dòng)、磨損嚴(yán)重的流體，可選用堆焊硬質(zhì)合金或噴涂材質(zhì)。另外當(dāng)操作介質(zhì)溫度高于+200℃時(shí)，要選擇帶散熱片的上閥蓋。

　　調(diào)節(jié)閥的輔助裝置主要有閥門(mén)定位器、電磁閥、回訊開(kāi)關(guān)、過(guò)濾減壓器、保位閥等。

　　閥門(mén)定位器是調(diào)節(jié)閥的一個(gè)重要附件，常見(jiàn)的有氣動(dòng)閥門(mén)定位器和電氣閥門(mén)定位器兩種。它主要用于：

　　1)高壓差的場(chǎng)合；

　　2)高壓、高溫或低溫介質(zhì)的場(chǎng)合；

　　3)介質(zhì)中含有固體懸浮物或黏性流體的場(chǎng)合；

　　4)調(diào)節(jié)閥口徑較大的場(chǎng)合；

　　5)實(shí)現(xiàn)分程控制；

　　6)改善調(diào)節(jié)閥的流量特性。

　　電磁閥的作用是快速地切斷和接通氣源，使閥處于完全通、斷的位置，多用于安全放空閥?；赜嶉_(kāi)關(guān)是需要在控制室實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到閥位的信號(hào)才選用的。保位閥的選擇是根據(jù)工藝狀況，當(dāng)氣源切斷時(shí)，閥位要求保持在一定的位置上，但這種情況不多見(jiàn)。

　　6結(jié)束語(yǔ)

　　調(diào)節(jié)閥是自動(dòng)控制系統(tǒng)中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，若選擇計(jì)算不準(zhǔn)確，使用維護(hù)不得當(dāng)，將直接影響控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量，甚至造成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故。為此，對(duì)調(diào)節(jié)閥的正確選用、安裝和維修等各項(xiàng)工作都必須高度重視。

　　隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，對(duì)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的要求越來(lái)越高，這些要求包括：新結(jié)構(gòu)、新材料、，、與計(jì)算機(jī)通訊以及優(yōu)越的動(dòng)態(tài)性能等。因此，對(duì) 調(diào)節(jié)閥的研究和學(xué)習(xí)是一項(xiàng)艱巨而重要的任務(wù)。

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