控制回路中氣動調(diào)節(jié)閥的選用解讀

1、控制回路中氣動調(diào)節(jié)閥的選用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)，自動化水平較 高，在過程控制中，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 對執(zhí)行器的選擇顯得格外重要，對于安全防爆要求比較高的化工企業(yè)，絕大多數(shù) 執(zhí)行器采用的是氣動調(diào)節(jié)閥。氣動調(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)和類型氣動調(diào)節(jié)閥是由氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥兩部分組成的，氣動執(zhí)行

2、機(jī)構(gòu)是接收輸入的 氣源信號，產(chǎn)生相應(yīng)的推力，使推桿發(fā)生位移，推動閥門動作；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 門開度，最終控制流體流量的變化。氣動調(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，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)測量，但在高壓差情況下，流體 對材料沖刷和氣蝕嚴(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

3、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)用較為廣泛的閥之一。氣動調(diào)節(jié)閥有氣開與氣關(guān)兩種類型。確定調(diào)節(jié)閥開關(guān)方式的原則是：當(dāng)信號壓 力中斷時(shí)， 應(yīng)保證工藝設(shè)備和生產(chǎn)的安全。 如果閥門在信號中斷后處于打開位置， 流體不中斷最安全，則選用氣關(guān)閥；如果閥門在信號壓力中斷后處于關(guān)閉位置， 流體不通過最安全， 則選用氣開閥。 如加熱爐的燃料氣或燃料油管路上的調(diào)節(jié)閥， 應(yīng)選用氣開閥，當(dāng)信號中斷后，閥自動關(guān)閉，燃料被切斷，以免爐溫過高而發(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)信號中斷后，閥

4、自動打開， 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)流過閥的相對流量 q 與閥芯相對行程己 （閥門的相 對開度 ）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 （對數(shù)）、拋物線和快開等 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 3 種。拋物線特性介于直 線和等百之間，一般用等百特性來代替?？扉_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 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。

5、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/ pp 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)量方面分析對于一個(gè)簡單的控制系統(tǒng)，它是由控制對象、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=k1k2k3k4k5k1k5 分別表示變送器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、閥、控制對象的放大系數(shù)。在負(fù) 荷變動的情況下，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。一般來說，在一個(gè)確定的系統(tǒng)里， k1k3 的系 數(shù)是固定不變的，只有對象的放大系數(shù) x

6、5 隨負(fù)荷的變化而變化，為此選擇適當(dāng) 的流量特性來豐 i、償對象特性的變化，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使閥的工作 特性與固有特性不同。所以，應(yīng)根據(jù)對象的特性，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?？紤]工藝配管情況時(shí)，可參照表31 來選擇閥的固有特性。表 3 1 配管狀況表配管狀況 s=10.6 s=0.60.3 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

7、表 31 上看，當(dāng) s=10 6 時(shí)，所選固有流量特性和工作流量特性一致。當(dāng) s<03 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)閥在小開度時(shí)流量相對變化量大，過于靈敏，容易引起振蕩，閥 芯閥座易損壞，故在 s 值小、負(fù)荷變化幅度大的場合不宜采用。等百分比閥的放 大系數(shù)隨閥門行程增大而增大，流量相對變化量恒定不變。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 是指在閥門全開條件下， 閥兩端壓差 p 為 100 kpa ，流體密度 為 1gcm3 時(shí)， 通過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

8、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)測量介質(zhì)為液體時(shí)的計(jì)算方法，當(dāng)測量介質(zhì)為氣體時(shí)應(yīng)考慮溫度 和壓力對介質(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 05 倍的閥前壓力 p1，即 p<0 5p1 時(shí)另外，當(dāng)介質(zhì)為過熱蒸汽時(shí)，計(jì)算 c 值要考慮蒸汽的過熱度。確定完 cv 值以后，要對調(diào)節(jié)閥的開度進(jìn)行驗(yàn)算，要求最大流量時(shí)閥開度不大于 90，最小流量時(shí)開度不小于 10。在正常工況下， 閥門開度應(yīng)在 1585 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

9、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、使用溫度范圍、耐腐蝕等方面應(yīng) 不低于對工藝管道的要求，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閥內(nèi)件 的沖擊。一般對于非腐蝕性流體，常選用不銹鋼；對于腐蝕性較強(qiáng)的流體，可選 用哈氏合金；對于沖擊、振動、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定位器、電磁閥、回訊開關(guān)、過濾減壓器、保位 閥等。閥門定位器是調(diào)節(jié)閥的一個(gè)重要附件，常見的有氣動閥門定位器和電氣閥門定 位器兩種。它主要用于：1) 高壓差的場合；2) 高壓、高溫或低溫介質(zhì)的場合；3) 介質(zhì)中含有固體懸浮物或黏性流體的場合；4) 調(diào)節(jié)閥口徑較大的場合；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_關(guān)是需要在控制室實(shí)時(shí)監(jiān)測到閥位的信號才選用的。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。6 結(jié)束語調(diào)節(jié)閥是自動控制系統(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)