正確選擇調節閥

                           正確選擇調節閥

                     上海申弘閥門有限公司


    調節閥是工業過程控制系統中的終端執行元件，工業過程連續生產自動控制系統中一般均需要用調節閥來控制過程生產中的各種工藝參數，來達到對流體的壓力、溫度、流量和液位等參數的調節，通常被人們稱之為工業過程自動化生產中的“手和腳"。它的應用質量直接反應在系統的調節品質上。作為過程控制中的終端執行元件，人們對它的重要性較過去有了更深刻地認識。調節閥應用的好壞，除產品質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，造成系統運行不穩定，有的甚至無法投用的例子很多。所以，用戶及系統設計人員要充分認識到調節閥在現場的重要性，必須對調節閥的選型引起足夠的重視。 


選擇調節閥門 關鍵是要評估動態特性


   多年來人們在選擇調節閥時考慮的一直是若干傳統因素，例如壓力額定值、壓力降、流動介質、溫度和成本等。然而，過去10年中情況發生了很大變化，閥門設計取得了不少進展，生產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因素的重要性已經大大削弱了。
動態特性
雖然有些傳統因素仍很重要，但它們僅僅偏重于閥的“靜態"性能。實際上它們是在“工作臺"上對閥進行測量所獲得的結果，但這樣的結果很難說明閥門在實際運行條件下將會表現出什么樣的性能。傳統理論認為，仔細調節靜態因素將會使閥（從而也使整個回路）獲得良好的性能。然而，現在我們認識到情況并非總是如此。
研究人員和生產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因素而選擇的)對于優化控制回路性能未能產 生多大效果。后繼研究表明，閥的動態特性對于降低流程易變性起了很重要的作用。在許多關鍵的流程中，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效率并減少廢物，從而可取得超過100萬美元的經濟效益。很顯然，這樣的經濟效益使我們*可以否定傳統的做法，即只根據閥的初購買價格來 決定是否購買。
其次，傳統的看法總是認為，流程優化的改進總是來自于控制室控制儀表的升級。但是，測試數據表明，在使用相同控制儀表的條件下，閥的動態特性能夠對回路性能產生顯著的影響。如果調節閥的精度只能達到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，首先應考察一下4種基本型式的節流調節閥，即籠式球閥、旋轉浮球閥、偏心閥與蝶形閥。
籠式球閥的調整片形式的種類非常廣泛，因此能夠滿足大多數應用場合的需求，從而使它成為各種閥中的。籠式球閥調整片有很多種，包括平衡 調整片、非平衡調整片、彈性座調整片、受約束調整片及全尺寸調整片等。在許多情況下，一種閥體的各種調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。*的結構設計使其對于流程易變性的控制更。這一點從Fisher公司的新產品BV500可見一斑。除此之外，偏心閥的優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，并且可以用大多數鑄合 金來制造，但蝶形閥不符合ANSI關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,可調式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導式減壓閥,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、調節閥、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。調節閥選型的一般原則是：在滿足使用功能的前提下，所選的調節閥應結構簡單、性能可靠、價格低廉、壽命長、維護方便等。下面著重介紹調節閥閥型的選擇和和附件的選擇。    


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


  1.1 標準型調節閥的特點及正確選擇    


1.1.1 直通單座調節閥 
    直通單座調節閥只有一個閥芯和一個閥座，容易實現嚴格的密封，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合材料的軟密封，標準泄漏量為0.01%C（C是額定流量系數），允許壓差小，流通能力小，比如DN100單座調節閥的允許壓差僅120kPa，流通能力僅為100。流路復雜，結構簡單，適用于泄漏要求嚴格、工作壓差較小的干凈介質的場合，但小規格的調節閥（DN1/2、3/4、20）亦可用于壓差較大的場合，是應用的調節閥之一，當進一步設計后，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。但流體介質對閥芯的推力大，即不平衡力大，需配推力較大的執行機構，因此，在高壓差、大口徑的應用場合，不宜采用這類調節閥。選用此閥應特別注意壓差校核，防止被頂開。  





  1.1.2 直通雙座調節閥


直通雙座調節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雙座調節閥允許壓差280kPa，流通能力大，與相同口徑的其它調節閥相比，雙座調節閥可流過更多流體，同口徑雙座調節閥流通能力比單座調節閥流通能力約大20%～50%。例如，DN100雙座調節閥的流通能力達160。因此，為獲得相同的流通能力，雙座調節閥可選用較小推力的執行機構。雙座調節閥采用頂底雙導向，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，而不需要改選執行機構的正作用或反作用類型。雙座調節閥的上、下閥芯不能同時保證關閉，泄漏量較大，標準泄漏量為0.1%C（C是額定流量系數）；流路復雜，不適用于高壓差的應用場合，因為在該種應用場合，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和高黏度流體的控制。    





1.1.3 套筒調節閥 
    套筒調節閥又稱籠式閥，它的閥內件采用閥芯和閥籠（套筒），套筒可以是直通單座調節閥，也可以是雙座調節閥或角形調節閥等：有單密封、雙密封兩種結構，前者相當于單座調節閥，適應于單座調節閥場合；后者相當于雙座調節閥，適應于雙座調節閥場合。除此之外，它還具有穩定性好、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、雙座調節閥貴50%～200%，還需要專門的纏繞密封墊，它的應用也比較廣泛，僅次于單、雙座調節閥，但對于不干凈介質和易結晶、結巴、結垢介質不應選用此閥。


   


1.1.4 角形調節閥 
    角形調節閥是具有特殊閥體結構的單座調節閥，適用于特定的配管和流體場合，它是將直通的閥體改變為角形（相當于一個彎頭）閥體，其節流、受力形式*等同于單座調節閥。保留了單座調節閥泄漏小、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，還可進一步改進為防堵角閥，適用于含有懸浮顆粒介質的工況場合，尤其在安裝空間受限制的場合特別適用。 



    1.1.5 三通調節閥 
    三通調節閥利用閥芯自身導向，更換氣開、氣關時必須更換執行機構，應注意的是它的氣開、氣關的含義與其它調節閥不一樣，它的氣開和氣關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節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 隔膜調節閥


隔膜調節閥由耐腐蝕的隔膜和內襯耐腐蝕材質的閥體組成，流路簡單，適應于不干凈介質及弱腐蝕性介質的兩位切斷場合。它是早的調節閥之一，由于具有近似快開的流量特性，調節品質較差，又受隔膜和襯里材質的影響，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，設閥板節流，是用于控制的普通的旋轉調節閥。適用于低壓、中壓或者極少數情況下用于高靜壓、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節閥輕4～10倍，口徑與價格比小，特別適用于大口徑的場合，且調節閥的口徑越大，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節閥，同規格相比，額定流量系數大，常用于大流量及不干凈介質的場合；“V"形球閥提供近似對數流量特性，且可調比大，“V"形球芯與閥座相對旋動時產生剪切作用，尤其適用于高黏度、懸浮流、紙漿等不干凈、含纖維介質的調節和切斷。球閥的價格比較昂貴。    


1.1.9 偏心旋轉閥 
    又稱凸輪撓曲閥，它綜合了球閥、蝶閥的長處，流路簡單，“自潔"性能和調節性能好，適用于結晶、結巴及不干凈介質的場合；閥體體積小、重量輕，可根據現場安裝的位置不更換任何零件而靈活組裝；額定流量系數大，比同口徑的單座、雙座調節閥大10%～30%，可調比大，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定運行；比例調節時，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 特殊型調節閥的選擇 
    為特殊應用，在上述調節閥的基礎上，如果上閥蓋加長、添加散熱片可用于低溫和高溫場合；采用多個彈簧的執行機構可減小整個調節閥的體積和重量；為降低噪聲采用一系列降噪措施設計可組成低噪聲調節閥。此外，還有為便于維護和清洗采用閥體分離結構的閥體分離調節閥；為連鎖動作的快速要求采用的快速切斷調節閥；為小流量控制要求設計的小流量調節閥；為防止泄漏采用的波紋管密封調節閥等。 
    這些特殊類型的調節閥都是為了滿足特殊工藝生產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雜、使用要求高、生產批量小的特點，這些調節閥通常都是由標準類型產品針對使用要求演變、改進而來的。因此，首先應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的變形型式及材料等。  


 


2 附件的選擇 

    調節閥的附件主要有：閥門定位器、閥位開關、氣動保位閥、氣動繼動器、電磁閥、空氣過濾減壓器、手輪機構、閥位傳送器和轉換器等。其中閥門定位器有電氣閥門定位器和氣動閥門定位器，主要用于改善調節閥的工作特性，實現正確定位，提高調節閥位置的線性度，減少調節信號的傳遞滯后，改變調節閥的流量特性，改變調節閥對信號壓力的響應范圍，實現分程控制和正確定位。它是調節閥主要的附件之一，其好壞會直接影響到調節閥及調節系統的性能和品質。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“分程"功能，即閥門定位器只對輸入信號的某個范圍有響應。若閥門定位器能實現該功能，就可根據實際需要用一個輸入信號來控制兩臺或多臺調節閥；     2）零點和量程的調校是否容易，標定是否獨立，穩定性如何； 
    3）閥門定位器的精度如何。在理想工作狀態下，對應某一輸入信號，調節閥的內件（包括調節閥的閥芯、閥桿、閥座等）每次都應準確地定位在所需要的位置，而不管行程的方向或者調節閥的內件承受多大的負載； 
    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，并根據它們之間的偏差調節其本身的輸出。如果閥門定位器對這種偏差響應速度快，那么單位時間里介質的流動量就大，調節系統對設定點和負載變化的響應就愈快，即系統的誤差愈小，控制品質也就愈佳。一般來說，頻率特性愈高，即對頻率響應的靈敏度愈高，控制性能就愈好。需要注意的是頻率特性的評估應采取實驗和理論相結合的方法，而非一味憑借理論，并且在評估時，實驗方法必須穩定、科學，同時應將閥門定位器和執行機構合并起來一塊考慮； 
    5）閥門定位器與調節閥組合以后，其定位分辨力變化如何。定位分辨力對調節系統的控制品質有非常明顯的作用，因為分辨力越高，調節閥的定位就越接近理想值，因調節閥過調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節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行機構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。所有附件都起補充功能和保證調節閥正確運行的作用，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的運行成本并降低可靠性。 

    3 結論 
    調節閥的正確選型是應用好調節閥的*步，也是關鍵的一步，選型的好壞直接影響到調節閥的使用效果，進而影響系統的調節品質。當然選型工作比較復雜，同時更是一門學問，需要在實際運用當中不斷探索和總結。因此，我們有必要在調節閥的選型方面，在熟悉相關專業知識的前提下，掌握一定的方法和技巧，惟有如此，才能真正發揮其在工業過程自動化控制中“手和腳"的作用。與本文相關的論文有：中國閥門產值遞增