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正確選擇化工調(diào)節(jié)閥
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之前介紹電動(dòng)閘閥工作原理，現(xiàn)在介紹正確選擇化工調(diào)節(jié)閥在生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化中，用來(lái)控制流體流量的調(diào)節(jié)閥已遍及各個(gè)行業(yè)。在化工行業(yè)的過(guò)程控制系統(tǒng)中，作為zui終控制過(guò)程介質(zhì)各項(xiàng)質(zhì)量及安全生產(chǎn)指標(biāo)的調(diào)節(jié)閥，在穩(wěn)定生產(chǎn)、優(yōu)化控制、維護(hù)及檢修成本控制等方面都起著舉足輕重的作用。下文將就調(diào)節(jié)閥在應(yīng)用中須注意的幾個(gè)問(wèn)題，談一些自己的拙見(jiàn)，以期與大家共同探討。
正確選擇化工調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥是通過(guò)改變節(jié)流方式來(lái)控制流量的，它既是一種有效的調(diào)節(jié)手段，同時(shí)又是一個(gè)會(huì)產(chǎn)生節(jié)流能耗的部件。隨著裝置高負(fù)荷運(yùn)行，調(diào)節(jié)閥的腐蝕、沖刷、磨損、振動(dòng)、內(nèi)漏等問(wèn)題不斷發(fā)生，從而導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥的使用壽命縮短、工作可靠性下降、進(jìn)而引起工藝系統(tǒng)和裝置的生產(chǎn)效率大幅度下降，嚴(yán)重時(shí)可以導(dǎo)致全線(xiàn)停車(chē)。這在視質(zhì)量和效益為生命的企業(yè)管理中尤為重要和緊迫。因此，如何選擇和安裝好調(diào)節(jié)閥，使調(diào)節(jié)閥在一個(gè)高性能狀態(tài)下運(yùn)行將是一個(gè)很關(guān)鍵的問(wèn)題。
選擇調(diào)節(jié)閥時(shí)，首先要收集完整的工藝流體的物理特性參數(shù)與調(diào)節(jié)閥的工作條件，主要有流體的成份、溫度、密度、粘度、正常流量、zui大流量、zui小流量、zui大流量與zui小流量下的進(jìn)出口壓力、zui大切斷壓差等。在對(duì)調(diào)節(jié)閥具體選型確定前，還必須充分掌握和確定調(diào)節(jié)閥本身的結(jié)構(gòu)、形式、材料等方面的特點(diǎn)，而技術(shù)方面需要重點(diǎn)考慮流量特性、壓降、閃蒸、氣蝕、噪聲等問(wèn)題。
一、流量特性的選擇
調(diào)節(jié)閥的流量特性是指介質(zhì)流過(guò)閥的相對(duì)流量與相對(duì)位移間的關(guān)系。選擇的總體原則是調(diào)節(jié)閥的流量特性應(yīng)與調(diào)節(jié)對(duì)象特性及調(diào)節(jié)器特性相反，這樣可使調(diào)節(jié)系統(tǒng)的綜合特性接近于線(xiàn)性。選擇通常在工藝系統(tǒng)要求下進(jìn)行，但是還要考慮很多實(shí)際情況，現(xiàn)分別加以說(shuō)明。
1、直線(xiàn)性流量調(diào)節(jié)閥
直線(xiàn)性流量特性是指調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量與相對(duì)位移成直線(xiàn)關(guān)系，即單位位移變化所引起的流量變化是常數(shù)。選用直線(xiàn)性流量特性閥的場(chǎng)合一般為：①差壓變化小，幾乎恒定；②工藝系統(tǒng)主要參數(shù)的變化呈線(xiàn)性；③系統(tǒng)壓力損失大部分分配在調(diào)節(jié)閥上（改變開(kāi)度，閥上差壓變化相對(duì)較?。?；④外部干擾小，給定值變化小，可調(diào)范圍要求小的場(chǎng)合。
2、等百分比特性調(diào)節(jié)閥
等百分比流量特性也稱(chēng)對(duì)數(shù)流量特性。它是指單位相對(duì)位移變化所引起的相對(duì)流量變化與此點(diǎn)的相對(duì)流量成正比關(guān)系。即調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)是變化的，它隨相對(duì)流量的增大而增大。優(yōu)先選用等百分比特性閥的場(chǎng)合為：①實(shí)際可調(diào)范圍大；②開(kāi)度變化，閥上差壓變化相對(duì)較大；③管道系統(tǒng)壓力損失大；④工藝系統(tǒng)負(fù)荷大幅度波動(dòng)；⑤調(diào)節(jié)閥經(jīng)常在小開(kāi)度下運(yùn)行。
除了以上兩種常用的流量特性之外，還有拋物線(xiàn)特性和快開(kāi)特性等其他流量特性的調(diào)節(jié)閥。在密封結(jié)構(gòu)上，若流量特性精度要求高，則可選用高精度流量特性的金屬密封型，而軟密封型精度較低。
3、調(diào)節(jié)閥壓降的系統(tǒng)考慮
調(diào)節(jié)閥作為過(guò)程控制系統(tǒng)中的終端部件，是zui常用的一種執(zhí)行器。按過(guò)程控制系統(tǒng)的要求，調(diào)節(jié)閥應(yīng)具有在低能量消耗的狀態(tài)下工作，且能充分與系統(tǒng)匹配的工作特性。但是在調(diào)節(jié)閥的使用中這兩個(gè)要求是不能同時(shí)滿(mǎn)足的，甚至是互相矛盾的。在要得到同樣的流量的情況下，選擇一只較小口徑的調(diào)節(jié)閥，雖然其他阻力不變而總的阻力必然比較大，形成大的系統(tǒng)總壓降。假若物流的推動(dòng)力是由泵產(chǎn)生，就意味著必須選功率大一些的泵和電機(jī)，這樣必然帶來(lái)大的能耗。
當(dāng)管道系統(tǒng)中介質(zhì)的流速增加時(shí)，流體通過(guò)管道上的各種安裝部件時(shí)產(chǎn)生的流體壓降也會(huì)發(fā)生一系列的動(dòng)態(tài)變化，作為管道流體控制主要部件的調(diào)節(jié)閥所引起的流體壓降是一個(gè)很重要而又容易被忽略的因素，我們?cè)诜治雠c調(diào)節(jié)閥有關(guān)的系統(tǒng)問(wèn)題時(shí)，不僅要考慮到調(diào)節(jié)閥本身的問(wèn)題，而且也要考慮到調(diào)節(jié)閥的壓降對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)平衡的影響。
4、調(diào)節(jié)閥的閃蒸和氣蝕
在調(diào)節(jié)閥內(nèi)流動(dòng)的液體常常出現(xiàn)閃蒸和氣蝕兩種現(xiàn)象。它們的發(fā)生不但影響口徑的選擇和計(jì)算，而且將導(dǎo)致嚴(yán)重的噪聲、振動(dòng)、材質(zhì)的破壞等。在這種情況下，調(diào)節(jié)閥的工作壽命會(huì)大大縮短，對(duì)此在選型使用中要尤其重視。
正常情況下，作為液體狀態(tài)的介質(zhì)，流入、流經(jīng)、流出調(diào)節(jié)閥時(shí)均保持液態(tài)。閃蒸作為液體狀態(tài)的介質(zhì)，流入調(diào)節(jié)閥時(shí)是液態(tài)，在流經(jīng)調(diào)節(jié)閥中的縮流處時(shí)，流體的壓力低于氣化壓力，液態(tài)介質(zhì)變成氣態(tài)介質(zhì)，并且它的壓力不會(huì)再回復(fù)到氣化壓力之上，流出調(diào)節(jié)閥時(shí)介質(zhì)一直保持氣態(tài)。
閃蒸就象一種噴沙現(xiàn)象，它作用在閥體和管線(xiàn)的下游部分，給調(diào)節(jié)閥和管道的內(nèi)表面造成嚴(yán)重的沖蝕，同時(shí)也降低了調(diào)節(jié)閥的流通能力。氣蝕作為液體狀態(tài)的介質(zhì)，流入調(diào)節(jié)閥時(shí)是液態(tài)，在流經(jīng)調(diào)節(jié)閥中的縮流處時(shí)流體的壓力低于氣化壓力，液態(tài)介質(zhì)變成氣態(tài)介質(zhì)，隨后它的壓力又回復(fù)到氣化壓力之上，zui后在流出調(diào)節(jié)閥前介質(zhì)又變成液態(tài)?？梢愿鶕?jù)一些現(xiàn)象來(lái)初步判斷氣蝕的存在，當(dāng)氣蝕開(kāi)始時(shí)它會(huì)發(fā)出一種嘶嘶聲，當(dāng)氣蝕發(fā)展到*穩(wěn)定時(shí)，調(diào)節(jié)閥中會(huì)發(fā)出嘎嘎的聲音，就像有碎石在流過(guò)調(diào)節(jié)閥時(shí)發(fā)出的聲響。氣蝕對(duì)調(diào)節(jié)閥及內(nèi)件的損害也是很大的，同時(shí)它也降低了調(diào)節(jié)閥的流通效能，就像閃蒸一樣。因此，我們必須采取有效的措施來(lái)防止或者zui大限度地減小閃蒸或氣蝕的發(fā)生：
（1）盡量將調(diào)節(jié)閥安裝在系統(tǒng)的zui低位置處，這樣可以相對(duì)提高調(diào)節(jié)閥入口和出口的壓力；
（2）在調(diào)節(jié)閥的上游或下游安裝一個(gè)截止閥或者節(jié)流孔板，以改變調(diào)節(jié)閥原有的安裝壓降特性（這種方法一般對(duì)于小流量情況比較有效）；
（3）選用專(zhuān)門(mén)的反氣蝕內(nèi)件也可以有效地防止閃蒸或氣蝕，它可以改變流體在調(diào)節(jié)閥內(nèi)的流速變化，從而增加了內(nèi)部壓力；
（4）盡量選用材質(zhì)較硬的調(diào)節(jié)閥。因?yàn)樵诎l(fā)生氣蝕時(shí)，對(duì)于這樣的調(diào)節(jié)閥，它有一定的抗沖蝕性和耐磨性，可以在一定的條件下讓氣蝕存在，并且不會(huì)損壞調(diào)節(jié)閥的內(nèi)件。相反，對(duì)于軟性材質(zhì)的調(diào)節(jié)閥，由于它的抗沖蝕性和耐磨性較差，當(dāng)發(fā)生氣蝕時(shí)，調(diào)節(jié)閥的內(nèi)部構(gòu)件很快就會(huì)被磨損，因而無(wú)法在有氣蝕的情況下正常工作。
總之，目前還沒(méi)有什么工程材料能夠適應(yīng)嚴(yán)重條件下的氣蝕情況，只能針對(duì)客觀情況來(lái)綜合分析，選擇一種相對(duì)比較合理的解決辦法。
1、 自力式壓力調(diào)節(jié)閥閥后壓力控制工作原理，工作介質(zhì)的閥前壓力P1經(jīng)過(guò)閥芯、閥座的節(jié)流后，變?yōu)殚y后壓力P2。P2經(jīng)過(guò)控制管線(xiàn)到達(dá)執(zhí)行器的下膜室內(nèi)作用在頂盤(pán)上，產(chǎn)生的作用力與彈簧的反作用力相平衡，決定了閥芯、閥座的相對(duì)位置，控制閥后壓力。當(dāng)閥后壓力P2增加時(shí)，P2作用在頂盤(pán)上的作用力也隨之增加。此時(shí)，頂盤(pán)的作用力大于彈簧的反作用力，使閥芯關(guān)向閥座的位置，直到頂盤(pán)的作用力與彈簧的反作用力相平衡為止。這時(shí)，閥芯與閥座的流通面積減少，流阻變大，從而使P2降為設(shè)定值。同理，當(dāng)閥后壓力P2降低時(shí)，作用方向與上述相反，這就是自力式（閥后）壓力調(diào)節(jié)閥的工作原理。
2、 自力式壓力調(diào)節(jié)閥閥前壓力控制工作原理，工作介質(zhì)的閥前壓力P1經(jīng)過(guò)閥芯、閥座后的節(jié)流后，變?yōu)殚y后壓力P2。同時(shí)P1經(jīng)過(guò)控制管線(xiàn)輸入到執(zhí)行器的上膜室內(nèi)作用在頂盤(pán)上，產(chǎn)生的作用力與彈簧的反作用力相平衡，決定了閥芯、閥座的相對(duì)位置，控制閥前壓力。當(dāng)閥后壓力P1增加時(shí)，P1作用在頂盤(pán)上的作用力也隨之增加。此時(shí)，頂盤(pán)的作用力大于彈簧的反作用力，使閥芯向離開(kāi)閥座的方向移動(dòng)，直到頂盤(pán)的作用力與彈簧的反作用力相平衡為止。這時(shí)，閥芯與閥座的流通面積減大，流阻變小，從而使P1降為設(shè)定值。同理，當(dāng)閥后壓力P1降低時(shí)，作用方向與上述相反，這就是自力式（閥前）壓力調(diào)節(jié)閥的工作原理。
氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥工作原理
氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥就是利用壓縮空氣為動(dòng)力源，把氣缸當(dāng)做執(zhí)行器，并借助于電氣閥門(mén)定位器、轉(zhuǎn)換器、電磁閥、保位閥等附件去驅(qū)動(dòng)閥門(mén)，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)流量的調(diào)節(jié)，接收工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的控制信號(hào)來(lái)完成調(diào)節(jié)管道介質(zhì)的流量、壓力、溫度等各種工藝參數(shù)。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的特點(diǎn)就是控制簡(jiǎn)單，反應(yīng)快速，且本質(zhì)安全，不需另外再采取防爆措施。
氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥動(dòng)作分氣開(kāi)型和氣關(guān)型氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥動(dòng)作分氣開(kāi)型和氣關(guān)型兩種。氣開(kāi)型（Air to Open） 是當(dāng)膜頭上空氣壓力增加時(shí)，閥門(mén)向增加開(kāi)度方向動(dòng)作，當(dāng)達(dá)到輸入氣壓上*，閥門(mén)處于全開(kāi)狀態(tài)。反過(guò)來(lái)，當(dāng)空氣壓力減小時(shí)，閥門(mén)向關(guān)閉方向動(dòng)作，在沒(méi)有輸入空氣時(shí)，閥門(mén)全閉。故有時(shí)氣開(kāi)型閥門(mén)又稱(chēng)故障關(guān)閉型（Fail to Close FC）。氣關(guān)型（Air to Close）動(dòng)作方向正好與氣開(kāi)型相反。當(dāng)空氣壓力增加時(shí)，閥門(mén)向關(guān)閉方向動(dòng)作；空氣壓力減小或沒(méi)有時(shí)，閥門(mén)向開(kāi)啟方向或全開(kāi)為止。故有時(shí)又稱(chēng)為故障開(kāi)啟型（Fail to Open FO）。
電動(dòng)調(diào)節(jié)閥工作原理
上海申弘閥門(mén)有限公司主營(yíng)閥門(mén)有：截止閥,電動(dòng)截止閥,氣動(dòng)截止閥,電動(dòng)蝶閥,氣動(dòng)蝶閥上海申弘閥門(mén)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)時(shí)間略微比氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥來(lái)的要晚些，但是其使用范圍卻越來(lái)越廣泛。因?yàn)椴恍枰獨(dú)庠?，安裝使用比較方便，只需接通電源和控制信號(hào)就可以工作了。
電動(dòng)調(diào)節(jié)閥由電動(dòng)執(zhí)行器和調(diào)節(jié)閥兩部分組成。電動(dòng)執(zhí)行器有直行程和角行程兩種，分別與直行程調(diào)節(jié)閥和角行程調(diào)節(jié)閥組合，例如：?jiǎn)巫{(diào)節(jié)閥，雙座調(diào)節(jié)閥，套筒調(diào)節(jié)閥等是直行程調(diào)節(jié)閥。V型球閥，蝶閥，偏心旋轉(zhuǎn)閥等是角行程調(diào)節(jié)閥。只有相應(yīng)種類(lèi)的電動(dòng)執(zhí)行器和調(diào)節(jié)閥才能組成一套電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。
電動(dòng)執(zhí)行器一般由永磁同步電機(jī)，蝸輪蝸桿減速器或行星齒輪減速器，反饋電位器和控制線(xiàn)路，控制器，輸出軸，支架所組成。電機(jī)作為動(dòng)力源，其大小決定了輸出力和扭矩的大小。減速器保證了動(dòng)作速度。反饋電位器和控制線(xiàn)路可以接受PLC工業(yè)計(jì)算機(jī)輸出的控制信號(hào)4-20MA或1-5V來(lái)控制電動(dòng)執(zhí)行器比例動(dòng)作，并有反饋信號(hào)輸出給控制系統(tǒng)，當(dāng)達(dá)到控制平衡時(shí)執(zhí)行器保持不動(dòng)狀態(tài)?，F(xiàn)在控制線(xiàn)路一般都集成一個(gè)控制器內(nèi)，由環(huán)氧樹(shù)脂灌裝，防潮防震，可靠性高。支架是用來(lái)連接調(diào)節(jié)閥，一端連接電動(dòng)執(zhí)行器，一端連接調(diào)節(jié)閥。輸出軸與調(diào)節(jié)閥的閥桿相連接，使執(zhí)行器的輸出力或扭矩傳遞到調(diào)節(jié)閥，帶動(dòng)調(diào)節(jié)閥完成比例控制動(dòng)作。
在電動(dòng)調(diào)節(jié)閥出行信號(hào)故障時(shí)可以使用手操器來(lái)進(jìn)行遠(yuǎn)程手動(dòng)控制，其可以自動(dòng)切換自動(dòng)和手動(dòng)操作，非常方便。當(dāng)電源出行故障時(shí)就只能現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)其行程，完成調(diào)節(jié)過(guò)程。電動(dòng)執(zhí)行器一般都帶有手動(dòng)操作部分，這點(diǎn)和氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥有著不同，后者一般手輪機(jī)構(gòu)都是選配的。
5、調(diào)節(jié)閥的噪聲分析
氣蝕和噪聲是調(diào)節(jié)閥在控制高壓差流體中的兩大公害。調(diào)節(jié)閥上的噪聲更是石油化工生產(chǎn)中的主要污染源。在使用中除需選用低噪聲結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)閥外，改變閥的操作條件更是消除或降低氣蝕和噪聲的根本方法。調(diào)節(jié)閥在工作時(shí)，應(yīng)注意它的噪聲情況，分析好噪聲的產(chǎn)生機(jī)理可以更好地監(jiān)視調(diào)節(jié)閥的工作狀態(tài)和有效處理所發(fā)生的問(wèn)題，下面通過(guò)舉例說(shuō)明。
（1）機(jī)械類(lèi)振動(dòng)——如當(dāng)閥芯在套筒內(nèi)水平運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以使閥芯與套筒的間隙盡量小或者使用硬質(zhì)表面的套筒。
（2）固有頻率振動(dòng)——如閥芯或者其它的組件，它們都有一個(gè)固有振動(dòng)頻率，對(duì)此，可以通過(guò)專(zhuān)門(mén)的鑄造或鍛造處理來(lái)改變閥芯的特性，如有必要也可以更換其他類(lèi)型的閥芯。
（3）閥芯不穩(wěn)定性——如由于閥芯振蕩性位移引起流體的壓力波動(dòng)所產(chǎn)生的噪聲，這種情況一般是由于調(diào)節(jié)回路執(zhí)行器等的阻尼因素引起的，對(duì)此可以重新調(diào)節(jié)阻尼系數(shù)或者在閥芯位移方向上加上減振設(shè)施。
（4）介質(zhì)的力學(xué)流動(dòng)性——介質(zhì)在管道或者調(diào)節(jié)閥中流動(dòng)時(shí)，也會(huì)發(fā)出噪聲，對(duì)于這種情況，這里不作具體闡述（氣蝕也會(huì)產(chǎn)生噪聲）。
二、結(jié)語(yǔ)
調(diào)節(jié)閥的選型和應(yīng)用是一個(gè)專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)、涉及技術(shù)領(lǐng)域廣的系統(tǒng)工作，我們不僅要在理論上充分了解它的各種特性，而且要結(jié)合實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)來(lái)綜合分析判斷，做到理論和實(shí)踐科學(xué)地結(jié)合起來(lái)，才可以做好這個(gè)工作。與本文相關(guān)的產(chǎn)品有：加長(zhǎng)桿蝶閥安裝注意事項(xiàng)
