正確選擇調(diào)節(jié)閥

                           正確選擇調(diào)節(jié)閥

                     上海申弘閥門有限公司


    調(diào)節(jié)閥是工業(yè)過程控制系統(tǒng)中的終端執(zhí)行元件，工業(yè)過程連續(xù)生產(chǎn)自動控制系統(tǒng)中一般均需要用調(diào)節(jié)閥來控制過程生產(chǎn)中的各種工藝參數(shù)，來達到對流體的壓力、溫度、流量和液位等參數(shù)的調(diào)節(jié)，通常被人們稱之為工業(yè)過程自動化生產(chǎn)中的“手和腳"。它的應(yīng)用質(zhì)量直接反應(yīng)在系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)上。作為過程控制中的終端執(zhí)行元件，人們對它的重要性較過去有了更深刻地認識。調(diào)節(jié)閥應(yīng)用的好壞，除產(chǎn)品質(zhì)量和用戶是否正確安裝、使用與維護外，正確地計算選型十分重要。由于計算選型的失誤，造成系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，有的甚至無法投用的例子很多。所以，用戶及系統(tǒng)設(shè)計人員要充分認識到調(diào)節(jié)閥在現(xiàn)場的重要性，必須對調(diào)節(jié)閥的選型引起足夠的重視。 


選擇調(diào)節(jié)閥門 關(guān)鍵是要評估動態(tài)特性


   多年來人們在選擇調(diào)節(jié)閥時考慮的一直是若干傳統(tǒng)因素，例如壓力額定值、壓力降、流動介質(zhì)、溫度和成本等。然而，過去10年中情況發(fā)生了很大變化，閥門設(shè)計取得了不少進展，生產(chǎn)流程的成本效益特性與以前相比已大不相同，這使許多以前在選擇閥門時必須考慮的傳統(tǒng)因素的重要性已經(jīng)大大削弱了。
動態(tài)特性
雖然有些傳統(tǒng)因素仍很重要，但它們僅僅偏重于閥的“靜態(tài)"性能。實際上它們是在“工作臺"上對閥進行測量所獲得的結(jié)果，但這樣的結(jié)果很難說明閥門在實際運行條件下將會表現(xiàn)出什么樣的性能。傳統(tǒng)理論認為，仔細調(diào)節(jié)靜態(tài)因素將會使閥（從而也使整個回路）獲得良好的性能。然而，現(xiàn)在我們認識到情況并非總是如此。
研究人員和生產(chǎn)商進行的成千上萬次性能檢查證明，多達50%的在用閥(其中有許多是通過考慮傳統(tǒng)因素而選擇的)對于優(yōu)化控制回路性能未能產(chǎn) 生多大效果。后繼研究表明，閥的動態(tài)特性對于降低流程易變性起了很重要的作用。在許多關(guān)鍵的流程中，不同的閥門降低流程易變性的幅度即使相差1%也能夠大幅度提高生產(chǎn)效率并減少廢物，從而可取得超過100萬美元的經(jīng)濟效益。很顯然，這樣的經(jīng)濟效益使我們*可以否定傳統(tǒng)的做法，即只根據(jù)閥的初購買價格來 決定是否購買。
其次，傳統(tǒng)的看法總是認為，流程優(yōu)化的改進總是來自于控制室控制儀表的升級。但是，測試數(shù)據(jù)表明，在使用相同控制儀表的條件下，閥的動態(tài)特性能夠?qū)芈沸阅墚a(chǎn)生顯著的影響。如果調(diào)節(jié)閥的精度只能達到5%，那么，花費大量的錢去配置一套其控制精度可達到0.5%的控制儀表系統(tǒng)并不能起到多大作用。
閥門類型
在尋找一種與使用場合相匹配的閥門時，首先應(yīng)考察一下4種基本型式的節(jié)流調(diào)節(jié)閥，即籠式球閥、旋轉(zhuǎn)浮球閥、偏心閥與蝶形閥。
籠式球閥的調(diào)整片形式的種類非常廣泛，因此能夠滿足大多數(shù)應(yīng)用場合的需求，從而使它成為各種閥中的。籠式球閥調(diào)整片有很多種，包括平衡 調(diào)整片、非平衡調(diào)整片、彈性座調(diào)整片、受約束調(diào)整片及全尺寸調(diào)整片等。在許多情況下，一種閥體的各種調(diào)整片配置是可以互換的。
籠式球閥也有若干缺點。一是該閥的尺寸受到限制（通常為16英寸）;二是與同等規(guī)格的視線閥（如浮球閥或蝶形閥）相比，其容量比較低;三是售價較高，特別是大口徑的籠式球閥。然而，在降低流程易變性方面，籠式球閥具有優(yōu)異的性能，常常足以彌補這些缺陷。
偏心閥比浮球閥的摩擦更小，價格更低。*的結(jié)構(gòu)設(shè)計使其對于流程易變性的控制更。這一點從Fisher公司的新產(chǎn)品BV500可見一斑。除此之外，偏心閥的優(yōu)缺點與浮球閥相差不大。
按閥的性能來衡量，蝶形閥屬于低檔閥。蝶形閥的流量大，價格*，而且有多種不同的口徑。但是，蝶形閥的特性曲線只有等比例特性曲線一種，這就大大限制了蝶形閥降低流程易變性的性能。由于這一原因，蝶形閥只能用于負載固定不變的場合中。雖然蝶形閥有多種不同的口徑，并且可以用大多數(shù)鑄合 金來制造，但蝶形閥不符合ANSI關(guān)于面對面尺寸的要求，也不適用于易起空泡的流體或噪聲較大等場合。
    上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導(dǎo)式減壓閥,空氣減壓閥,氮氣減壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調(diào)節(jié)閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動閥門、電動閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。調(diào)節(jié)閥選型的一般原則是：在滿足使用功能的前提下，所選的調(diào)節(jié)閥應(yīng)結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、價格低廉、壽命長、維護方便等。下面著重介紹調(diào)節(jié)閥閥型的選擇和和附件的選擇。    


1 調(diào)節(jié)閥閥型的選擇 
    調(diào)節(jié)閥的分類方法很多，目前國內(nèi)和上通常采用的一種分類方法是按結(jié)構(gòu)、原理和作用劃分，總共為9大類，即直通單座調(diào)節(jié)閥、直通雙座調(diào)節(jié)閥、套筒調(diào)節(jié)閥、角形調(diào)節(jié)閥、三通調(diào)節(jié)閥、隔膜閥、蝶閥、球閥和偏心旋轉(zhuǎn)閥，這九類產(chǎn)品是基本、普通的產(chǎn)品，通常也稱為標準型產(chǎn)品，其它在此基礎(chǔ)上結(jié)合實際應(yīng)用改進而來的，稱為特殊型產(chǎn)品。  


  1.1 標準型調(diào)節(jié)閥的特點及正確選擇    


1.1.1 直通單座調(diào)節(jié)閥 
    直通單座調(diào)節(jié)閥只有一個閥芯和一個閥座，容易實現(xiàn)嚴格的密封，可采用金屬與金屬的硬密封，或金屬與聚四氟乙烯或其它復(fù)合材料的軟密封，標準泄漏量為0.01%C（C是額定流量系數(shù)），允許壓差小，流通能力小，比如DN100單座調(diào)節(jié)閥的允許壓差僅120kPa，流通能力僅為100。流路復(fù)雜，結(jié)構(gòu)簡單，適用于泄漏要求嚴格、工作壓差較小的干凈介質(zhì)的場合，但小規(guī)格的調(diào)節(jié)閥（DN1/2、3/4、20）亦可用于壓差較大的場合，是應(yīng)用的調(diào)節(jié)閥之一，當進一步設(shè)計后，可作為切斷閥使用。閥芯形狀決定了流量特性，受沖刷后失去原有特性，更換閥芯可改變流量特性。但流體介質(zhì)對閥芯的推力大，即不平衡力大，需配推力較大的執(zhí)行機構(gòu)，因此，在高壓差、大口徑的應(yīng)用場合，不宜采用這類調(diào)節(jié)閥。選用此閥應(yīng)特別注意壓差校核，防止被頂開。  





  1.1.2 直通雙座調(diào)節(jié)閥


直通雙座調(diào)節(jié)閥有兩個閥芯和兩個閥座，由于上閥芯所受向上推力和下閥芯所受向下推力基本平衡，因此，整個閥芯所受不平衡力小，允許壓差大，比如DN100雙座調(diào)節(jié)閥允許壓差280kPa，流通能力大，與相同口徑的其它調(diào)節(jié)閥相比，雙座調(diào)節(jié)閥可流過更多流體，同口徑雙座調(diào)節(jié)閥流通能力比單座調(diào)節(jié)閥流通能力約大20%～50%。例如，DN100雙座調(diào)節(jié)閥的流通能力達160。因此，為獲得相同的流通能力，雙座調(diào)節(jié)閥可選用較小推力的執(zhí)行機構(gòu)。雙座調(diào)節(jié)閥采用頂?shù)纂p導(dǎo)向，因此，正體閥和反體閥的改裝方便，即只需將閥芯和閥座反過來安裝就能將正體閥改為反體閥，或者將反體閥改為正體閥，而不需要改選執(zhí)行機構(gòu)的正作用或反作用類型。雙座調(diào)節(jié)閥的上、下閥芯不能同時保證關(guān)閉，泄漏量較大，標準泄漏量為0.1%C（C是額定流量系數(shù)）；流路復(fù)雜，不適用于高壓差的應(yīng)用場合，因為在該種應(yīng)用場合，閥受到高壓流體的沖刷較為嚴重，并且容易形成閃蒸和空化，加重對閥體的沖刷，同樣它也不適用于含纖維介質(zhì)和高黏度流體的控制。    





1.1.3 套筒調(diào)節(jié)閥 
    套筒調(diào)節(jié)閥又稱籠式閥，它的閥內(nèi)件采用閥芯和閥籠（套筒），套筒可以是直通單座調(diào)節(jié)閥，也可以是雙座調(diào)節(jié)閥或角形調(diào)節(jié)閥等：有單密封、雙密封兩種結(jié)構(gòu)，前者相當于單座調(diào)節(jié)閥，適應(yīng)于單座調(diào)節(jié)閥場合；后者相當于雙座調(diào)節(jié)閥，適應(yīng)于雙座調(diào)節(jié)閥場合。除此之外，它還具有穩(wěn)定性好、裝卸方便、維護方便、有降低噪音和降低空化影響的特點，但價格比單、雙座調(diào)節(jié)閥貴50%～200%，還需要專門的纏繞密封墊，它的應(yīng)用也比較廣泛，僅次于單、雙座調(diào)節(jié)閥，但對于不干凈介質(zhì)和易結(jié)晶、結(jié)巴、結(jié)垢介質(zhì)不應(yīng)選用此閥。


   


1.1.4 角形調(diào)節(jié)閥 
    角形調(diào)節(jié)閥是具有特殊閥體結(jié)構(gòu)的單座調(diào)節(jié)閥，適用于特定的配管和流體場合，它是將直通的閥體改變?yōu)榻切危ㄏ喈斢谝粋€彎頭）閥體，其節(jié)流、受力形式*等同于單座調(diào)節(jié)閥。保留了單座調(diào)節(jié)閥泄漏小、許用壓差小的特點。除此之外，由于其流路簡單具有“自潔"性能，可適用于不干凈介質(zhì)，還可進一步改進為防堵角閥，適用于含有懸浮顆粒介質(zhì)的工況場合，尤其在安裝空間受限制的場合特別適用。 



    1.1.5 三通調(diào)節(jié)閥 
    三通調(diào)節(jié)閥利用閥芯自身導(dǎo)向，更換氣開、氣關(guān)時必須更換執(zhí)行機構(gòu)，應(yīng)注意的是它的氣開、氣關(guān)的含義與其它調(diào)節(jié)閥不一樣，它的氣開和氣關(guān)必須要明確對哪一路而言，即水平位置還是垂直位置。它有三個通道，可代替兩個直通單座調(diào)節(jié)閥用于分流和合流兩組流及溫差≤150℃的場合，當DN≤80mm時，合流閥可用于分流場合。    





1.1.6 隔膜調(diào)節(jié)閥


隔膜調(diào)節(jié)閥由耐腐蝕的隔膜和內(nèi)襯耐腐蝕材質(zhì)的閥體組成，流路簡單，適應(yīng)于不干凈介質(zhì)及弱腐蝕性介質(zhì)的兩位切斷場合。它是早的調(diào)節(jié)閥之一，由于具有近似快開的流量特性，調(diào)節(jié)品質(zhì)較差，又受隔膜和襯里材質(zhì)的影響，不能用于高溫和高壓等工況，一般工作壓力≤1.6MPa，工作溫度≤150℃，加之隔膜容易損壞、壽命短的缺點，現(xiàn)在使用的場合已不多。  





  1.1.7 蝶閥 
    蝶閥相當于一段管道來做閥體，設(shè)閥板節(jié)流，是用于控制的普通的旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥。適用于低壓、中壓或者極少數(shù)情況下用于高靜壓、大流量的場合，但壓差有限制。其體積小、重量輕，比同口徑的球形類調(diào)節(jié)閥輕4～10倍，口徑與價格比小，特別適用于大口徑的場合，且調(diào)節(jié)閥的口徑越大，此特點越顯著。一般當DN>300mm時，通常都由蝶閥來完成。    


1.1.8 球閥 
    球閥是一種成熟的老產(chǎn)品，有“O"形和“V"形球閥之分，流路簡單，流阻小，損失小，“自潔"性能。“O"形球閥是一種無阻力調(diào)節(jié)閥，同規(guī)格相比，額定流量系數(shù)大，常用于大流量及不干凈介質(zhì)的場合；“V"形球閥提供近似對數(shù)流量特性，且可調(diào)比大，“V"形球芯與閥座相對旋動時產(chǎn)生剪切作用，尤其適用于高黏度、懸浮流、紙漿等不干凈、含纖維介質(zhì)的調(diào)節(jié)和切斷。球閥的價格比較昂貴。    


1.1.9 偏心旋轉(zhuǎn)閥 
    又稱凸輪撓曲閥，它綜合了球閥、蝶閥的長處，流路簡單，“自潔"性能和調(diào)節(jié)性能好，適用于結(jié)晶、結(jié)巴及不干凈介質(zhì)的場合；閥體體積小、重量輕，可根據(jù)現(xiàn)場安裝的位置不更換任何零件而靈活組裝；額定流量系數(shù)大，比同口徑的單座、雙座調(diào)節(jié)閥大10%～30%，可調(diào)比大，可達100：1；閥座密封可靠，由于閥芯支撐臂的擾性作用以及閥芯球面偏心旋轉(zhuǎn)運動減少了所要求的操作力矩，補償了一些不對稱性，在流開、流閉和高壓差下都能穩(wěn)定運行；比例調(diào)節(jié)時，需配定位器，可通過改變定位器中凸板位置，方便地得到直線或等百分比流量特性。  


 


1.2 特殊型調(diào)節(jié)閥的選擇 
    為特殊應(yīng)用，在上述調(diào)節(jié)閥的基礎(chǔ)上，如果上閥蓋加長、添加散熱片可用于低溫和高溫場合；采用多個彈簧的執(zhí)行機構(gòu)可減小整個調(diào)節(jié)閥的體積和重量；為降低噪聲采用一系列降噪措施設(shè)計可組成低噪聲調(diào)節(jié)閥。此外，還有為便于維護和清洗采用閥體分離結(jié)構(gòu)的閥體分離調(diào)節(jié)閥；為連鎖動作的快速要求采用的快速切斷調(diào)節(jié)閥；為小流量控制要求設(shè)計的小流量調(diào)節(jié)閥；為防止泄漏采用的波紋管密封調(diào)節(jié)閥等。 
    這些特殊類型的調(diào)節(jié)閥都是為了滿足特殊工藝生產(chǎn)過程或某一特定使用場合使用的閥，屬于非標準的。它們具有工作條件復(fù)雜、使用要求高、生產(chǎn)批量小的特點，這些調(diào)節(jié)閥通常都是由標準類型產(chǎn)品針對使用要求演變、改進而來的。因此，首先應(yīng)按非特殊性來確定其基本型式，然后再針對特殊性來確定相應(yīng)的變形型式及材料等。  


 


2 附件的選擇 

    調(diào)節(jié)閥的附件主要有：閥門定位器、閥位開關(guān)、氣動保位閥、氣動繼動器、電磁閥、空氣過濾減壓器、手輪機構(gòu)、閥位傳送器和轉(zhuǎn)換器等。其中閥門定位器有電氣閥門定位器和氣動閥門定位器，主要用于改善調(diào)節(jié)閥的工作特性，實現(xiàn)正確定位，提高調(diào)節(jié)閥位置的線性度，減少調(diào)節(jié)信號的傳遞滯后，改變調(diào)節(jié)閥的流量特性，改變調(diào)節(jié)閥對信號壓力的響應(yīng)范圍，實現(xiàn)分程控制和正確定位。它是調(diào)節(jié)閥主要的附件之一，其好壞會直接影響到調(diào)節(jié)閥及調(diào)節(jié)系統(tǒng)的性能和品質(zhì)。下面著重介紹選擇閥門定位器時需要考慮的幾種主要因素： 
    1）閥門定位器能否實現(xiàn)“分程"功能，即閥門定位器只對輸入信號的某個范圍有響應(yīng)。若閥門定位器能實現(xiàn)該功能，就可根據(jù)實際需要用一個輸入信號來控制兩臺或多臺調(diào)節(jié)閥；     2）零點和量程的調(diào)校是否容易，標定是否獨立，穩(wěn)定性如何； 
    3）閥門定位器的精度如何。在理想工作狀態(tài)下，對應(yīng)某一輸入信號，調(diào)節(jié)閥的內(nèi)件（包括調(diào)節(jié)閥的閥芯、閥桿、閥座等）每次都應(yīng)準確地定位在所需要的位置，而不管行程的方向或者調(diào)節(jié)閥的內(nèi)件承受多大的負載； 
    4）閥門定位器的作用速度如何以及頻率特性如何。因為閥門定位器可以不斷比較輸入信號和閥位，并根據(jù)它們之間的偏差調(diào)節(jié)其本身的輸出。如果閥門定位器對這種偏差響應(yīng)速度快，那么單位時間里介質(zhì)的流動量就大，調(diào)節(jié)系統(tǒng)對設(shè)定點和負載變化的響應(yīng)就愈快，即系統(tǒng)的誤差愈小，控制品質(zhì)也就愈佳。一般來說，頻率特性愈高，即對頻率響應(yīng)的靈敏度愈高，控制性能就愈好。需要注意的是頻率特性的評估應(yīng)采取實驗和理論相結(jié)合的方法，而非一味憑借理論，并且在評估時，實驗方法必須穩(wěn)定、科學(xué)，同時應(yīng)將閥門定位器和執(zhí)行機構(gòu)合并起來一塊考慮； 
    5）閥門定位器與調(diào)節(jié)閥組合以后，其定位分辨力變化如何。定位分辨力對調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制品質(zhì)有非常明顯的作用，因為分辨力越高，調(diào)節(jié)閥的定位就越接近理想值，因調(diào)節(jié)閥過調(diào)而造成的波動變化就可以得到有效抑制，從而終達到限制被調(diào)節(jié)量周期性變化的目的。 
    6）閥門定位器的大額定供氣壓力是否和執(zhí)行機構(gòu)的額定操作壓力相匹配，安裝和連接是否方便，維護量和維護程度如何，等等。 
    而除閥門定位器外，其它的幾類附件相對來說比較簡單，在此不需要重復(fù)。所有附件都起補充功能和保證調(diào)節(jié)閥正確運行的作用，在選擇時要把握的原則是必要的增加，不必要的舍棄，否則只會提高控制系統(tǒng)的運行成本并降低可靠性。 

    3 結(jié)論 
    調(diào)節(jié)閥的正確選型是應(yīng)用好調(diào)節(jié)閥的*步，也是關(guān)鍵的一步，選型的好壞直接影響到調(diào)節(jié)閥的使用效果，進而影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)。當然選型工作比較復(fù)雜，同時更是一門學(xué)問，需要在實際運用當中不斷探索和總結(jié)。因此，我們有必要在調(diào)節(jié)閥的選型方面，在熟悉相關(guān)專業(yè)知識的前提下，掌握一定的方法和技巧，惟有如此，才能真正發(fā)揮其在工業(yè)過程自動化控制中“手和腳"的作用。與本文相關(guān)的論文有：中國閥門產(chǎn)值遞增