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耐腐蚀调节阀

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    调节阀又名控制阀,在工业自动化过程控制领域中,通过接受调节控制单元输出的控制信号,借助动力操作去改变介质流量、压力、温度、液位等工艺参数的最终控制元件。一般由执行机构和阀门组成。如果按行程特点,调节阀可分为直行程和角行程;按其所配执行机构使用的动力,可以分为气动调节阀、电动调节阀、液动调节阀三种;按其功能和特性分为线性特性,等百分比特性及抛物线特性三种。调节阀适用于空气、水、蒸汽、各种腐蚀性介质、泥浆、油品等介质。


1概述

在现代化工厂的自动控制中,调节阀起着十分重要的作用,这些工厂的生产取决于流动着的介质正确分配和控制。这些控制无论是能量的交换、压力的降低或者是简单的容器加料,都需要某些最终控制元件去完成。

调节阀在管道中起可变阻力的作用。它改变工艺流体的紊流度或者在层流情况下提供一个压力降,压力降是由改变阀门阻力或“摩擦”所引起的。这一压力降低过程通常称为“节流”。对于气体,它接近于等温绝热状态,偏差取决于气体的非理想程度(焦耳一汤姆逊效应)。在液体的情况下,压力则为紊流或粘滞摩擦所消耗,这两种情况都把压力转化为热能,导致温度略为升高。

常见的控制回路包括三个主要部分,第一部分是敏感元件,它通常是一个变送器。它是一个能够用来测量被调工艺参数的装置,这类参数如压力、液位或温度。变送器的输出被送到调节仪表——调节器,它确定并测量给定值或期望值与工艺参数的实际值之间的偏差,一个接一个地把校正信号送出给最终控制元件——调节阀。阀门改变了流体的流量,使工艺参数达到了期望值。

调节阀属于控制阀系列,主要作用是调节介质的压力、流量、温度等参数,是工艺环路中最终的控制元件。

2基本资料

调节阀又名控制阀,通过接受调节控制单元输出的控制信号,借助动力操作去改变流体流量。调节阀一般由执行机构和阀门组成。如果按其所配执行机构使用的动力,调节阀可以分为气动调节阀、电动调节阀、液动调节阀三种,另外,按其功能和特性分,线性特性,等百分比特性及抛物线特性三种。

阀体类型

调节阀的阀体种类很多,常用的阀体种类有直通单座、直通双座、角形、隔膜、小流量、三通、偏心旋转、蝶形、套筒式、球形等。

具体选择时,可做如下考虑:

(1)阀芯形状结构

主要根据所选择的流量特性和不平衡力等因素考虑。

(2)耐磨损性

当流体介质是含有高浓度磨损性颗粒的悬浮液时,阀的内部材料要坚硬。

(3)耐腐蚀性

由于介质具有腐蚀性,尽量选择结构简单阀门。

(4)介质的温度、压力

当介质的温度、压力高且变化大时,应选用阀芯和阀座的材料受温度、压力变化小的阀门,当温度≥250℃时应加散热器。

(5)防止闪蒸和空化

闪蒸和空化只产生在液体介质。在实际生产过程中,闪蒸和空化会形成振动和噪声,缩短阀门的使用寿命,因此在选择阀门时应防止阀门产生闪蒸和空化。

调节阀执行机构

为了使调节阀正常工作,配用的执行机构要能产生足够的输出力来保证高度密封和阀门的开启。

对于双作用的气动、液动、电动执行机构,一般都没有复位弹簧。作用力的大小与它的运行方向无关,因此,选择执行机构的关键在于弄清最大的输出力和电机的转动力矩。对于单作用的气动执行机构,输出力与阀门的开度有关,调节阀上的出现的力也将影响运动特性,因此要求在整个调节阀的开度范围建立力平衡。

对执行机构输出力确定后,根据工艺使用环境要求,选择相应的执行机构。对于现场有防爆要求时,应选用气动执行机构。从节能方面考虑,应尽量选用电动执行机构。若调节精度高,可选择液动执行机构。如发电厂透明机的速度调节、炼油厂的催化装置反应器的温度调节控制等。

调节阀的作用方式只是在选用气动执行机构时才有,其作用方式通过执行机构正反作用和阀门的正反作用组合形成。组合形式有4种即正正(气关型)、正反(气开型)、反正(气开型)、反反(气关型),通过这四种组合形成的调节阀作用方式有气开和气关两种。

对于调节阀作用方式的选择,主要从三方面考虑:a)工艺生产安全;b)介质的特性;c)保证产品质量,经济损失最小。

3名称大观

电动调节阀、压力调节阀、单座调节阀、气动调节阀、套筒调节阀、双座调节阀、三通调节阀、温度调节阀、风量调节阀、自力式调节阀、防火调节阀、分流调节阀、手动调节阀、笼式调节阀、微压调节阀、精小型调节阀、角形调节阀、回转式调节阀、多叶调节阀、差压调节阀、直通调节阀、电子式调节阀、合流调节阀、密封调节阀、蒸汽调节阀、给水调节阀、温控调节阀、防爆调节阀、自动调节阀、不锈钢调节阀、衬塑调节阀、锁闭调节阀、恒流量调节阀、瓣式调节阀、黄铜调节阀、升降式调节阀、单向调节阀、波纹管调节阀、锅炉给水调节阀、现场总线型调节阀等。

4分类

调节阀按行程特点可分为:直行程和角行程。直行程包括:单座阀、双座阀、套筒阀、笼式阀、角形阀、三通阀、隔膜阀;角行程包括:蝶阀、球阀、偏心旋转阀、全功能超轻型调节阀。

调节阀按驱动方式可分为:手动调节阀、气动调节阀、电动调节阀和液动调节阀,即以压缩空气为动力源的气动调节阀,以电为动力源的电动调节阀,以液体介质(如油等)压力为动力的液动调节阀;

按调节形式可分为:调节型、切断型、调节切断型;

按流量特性可分为:线性、对数型(百分比)、抛物线、快开。

5发展历程

调节阀的发展自20世纪初始至今已有八十年的历史,先后产生了十个大类的调节阀产品、自力式阀和定位器等,调节阀和控制阀的发展历程如下:

20年代:原始的稳定压力用的调节阀问世。

30年代:以“V”型缺口的双座阀和单座阀为代表产品V型调节球阀问世。

40年代:出现定位器,调节阀新品种进一步产生,出现隔膜阀、角型阀、蝶阀、球阀等。

50年代:球阀得到较大的推广使用,三通阀代替两台单座阀投入系统。

60年代:在国内对上述产品进行了系列化的改进设计和标准化、规范化后,国内才才有了完整系列产品。我们还在大量使用的单座阀、双座阀、角型阀、三通阀、隔膜阀、蝶阀、球阀七种产品仍然是六十年代水平的产品。这时,国外开始推出了第八种结构调节阀——套筒阀。

70年代:又一种新结构的产品——偏心旋转阀问世(第九大类结构的调节阀品种)。这一时期套筒阀在国外被广泛应用。70年代末,国内联合设计了套筒阀,使中国有了自己的套筒阀产品系列。

80年代:改革开放期间,中国成功引进了石化装置和调节阀技术,使套筒阀、偏心旋转阀得到了推广使用,尤其是套筒阀,大有取代单、双座阀之势,其使用越来越广。80年代末,调节阀又一重大进展是日本的Cv3000和精小型调节阀,它们在结构方面,将单弹簧的气动薄膜执行机构改为多弹簧式薄膜执行机构,阀的结构只是改进,不是改变。它的突出特点是使调节阀的重量和高度下降30%,流量系数提高30%。

90年代:90年代的调节阀重点是在可靠性、特殊疑难产品的攻关、改进、提高上。到了90年代末,由华林公司推出了第十种结构的产品——全功能超轻型阀。它突出的特点是在可靠性上、功能上和重量上的突破。功能上的突破——唯一具备全功能的产品,故此,可由一种产品代替众多功能上不齐全的产品,使选型简化、使用简化、品种简化;在重量上的突破——比主导产品单座阀、双座阀、套筒阀轻70~80%,比精小型阀还轻40~50%;可靠性的突破——解决了传统调节阀等各种不可靠性因素,如密封的可靠性、定位的可靠性、动作的可靠性等。该产品的问世,使中国的调节阀技术和应用水平达到了九十年代末先进水平;它是对调节阀的重大突破;尤其是电子式全功能超轻型阀,必将成为下世纪调节阀的主流。

6维护保养

调节阀正常运行后要进行维护和保养。调节阀作为自动化控制系统的一部分,其维护应与自动化仪表和其他设备同时进行。

调节阀的维护与一般仪表的维护类似,可分为被动性维护、预防性维护和预见性维护。被动性维护是当调节阀等设备出现故障时才进行维护的一种维护方法。由于设备发生故障才维护,因此常常造成生产过程停车,严重时甚至出现设备损坏或人员伤亡等。被动性维护是生产过程所不希望的维护,预防性维护是根据过去的运行经验,按时间进行维护的一种维护方法。例如,常用的定期维护就是预防性维护,它根据不同设备的运行情况制定相应的维护时间表,在设备还没有出现故障时就进行维护。由于故障没有发生就进行维护,因此,可大大降低故障发生概率。但这种维护方法并没有将当前使用的该调节阀实际情况进行分析,常常对还可以使用一定时间的调节阀进行拆装和检查,浪费了时间和资源。预见性维护从当前使用的调节阀数据分析出发,预见该调节阀的状态,从而使调节阀得到最大限度的利用。

一、 调节阀日常维护工作内容

调节阀日常维护工作内容分为巡回检查和定期维护两部分,巡回检查工作内容如下。

1、向当班工艺操作人员了解调节阀的运行情况。

2、查看调节阀和有关附件的供给能源(气源、液压油或电源)

3、检查液压油系统运行情况。

4、检查调节阀的各静、动密封点有无泄漏。

5、检查调节阀连接管线和接头有无松动或腐蚀。

6、检查调节阀有无异常声音和较大振动,检查供给情况。

7、检查调节阀的动作是否灵活,在控制信号变化时是否及时变化

8、侦听阀芯、阀座有无异常振动或杂音。

9、发现问题及时联系处理。

10、做好巡回检查的记录,并归档。

定期维护工作内容如下:

1、定期对调节阀外部进行清洁工作。

2、定期对调节阀填料函和其他密封部件进行调整,必要时应更换密封部件,保持静、动密封点的密封性。

3、定期对需润滑的部件添加润滑油。

4、定期对气源或液压过滤系统进行排污和清洁工作。

5、定期检查各连接点的连接情况,腐蚀情况,必要时应更换连接件。

二、 调节阀的定期校验

调节阀预见性维护工作尚未开展的单位,应对调节阀进行定期校验。定期校验工作是预防性维护工作。

根据不同工艺生产过程,调节阀的定期校验应有不同的校验周期。可结合制造商提供的资料确定各调节阀定期校验的周期。通常可在工艺生产过程进行大修的同时进行。一些调节阀应用在高压、高压降或腐蚀性较强的场合时,检验周期要缩短。

检验的内容主要是调节阀静态性能测试,必要时可增加相应的测试项目,例如调节阀流量特性的测试等。定期校验需要有关测试设备和仪器,还需要有更换的部件,因此,通常可委托制造厂商完成。

三、 调节阀的维修

调节阀维修分应急维修、定期维修和预见性维修。应急维修是调节阀出现故障,不能满足工艺操作要求时的维修。定期维修通常包括日常维修和与工艺停车大修同时进行的维修。预见性维修是根据预见性维护的分析结果,有针对性地对有关调节阀部件的维修。应急维修是调节阀发生故障后的维修,定期维修和预见性维修是调节阀发生故障前的维修。通常,调节阀的日常维修由仪表维修人员进行,与大修同时进行的定期维修由制造技术人员进行。

一) 调节阀日常检查和保养工作包括下列内容:

1、消除应力。由于安装或组合不当造成各种应力。例如,高温介质产生热应力,安装时紧.固力不平衡造成应力等。应力的不平衡作用在调节阀上,使调节阀阀杆、导向件变形,不能正确与阀座对中造成泄漏,变差增大等。因此,在日常维修中应进行消除应力的维修工作。

2、清除铁锈和污物。经常检查调节阀连接管道内有无铁锈、焊渣、污物等,发现后应及时清除。因为这些污物会造成调节阀阀芯和阀座的磨损,影响调节阀的正常运行。通常,可在调节阀前加装过滤网等过滤装置,并定期清洗。

3、检查调节阀支撑。调节阀支撑使调节阀的各部件处于不受重力等影响的位置。如果支撑不当会造成调节阀阀杆与阀座不能对中,使变差增大,密封性能下降。因此,应检查调节阀支撑是否合适。

4、清除气源、液压油等供应能源的污物。气源、液压源是调节阀运行的能量来源。仪用压缩空气、液压油中所含的杂质会堵塞节流孔和管道,造成故障。因此,定期检查气源、液压油,定期对过滤装置进行排污十分重要。

5、齿轮传动装置的检查。对手轮机构、电动执行器和液动执行器的齿轮传动装置应定期检查,添加润滑剂,防止咬卡现象发生。应检查制动和限位装置是否灵活好用。

6、填料函检查。应检查填料的磨损情况和压紧力,定期更换填料函,保证填料能够在起到密封的同时,减少其摩擦力的影口向。对无油润滑的填料函不应添加润滑油。

7、安全运行的检查。对在爆炸性危险场所使用的调节阀和有关附件应检查其安全运行情况例如,密封盖是否拧紧,安全栅的运行情况,电源供应情况等,保证调节阀及有关附件能够安全运行。

8、运输和保管。调节阀在运输和保管期间,应用专用支架固定,防止松动;安装在调节阀上的有关附件,如阀门定位器、手轮机构等应牢固,应防止与调节阀连接的反馈杆等部件受到外力损伤;各连接接口应用塑料膜封套,防止外物侵入;调节阀的连接口可用配套法兰和盲板密封,也可采用黏性纸密封,防止外物侵入。运输时应 加装牢固的木箱,并采取防风沙、雨水和粉尘等恶劣运输环境条件的影响。运输和保管的环境条件应满足产品说明书要求。

二) 调节阀和附件日常维修的主要内容如下:

1、气动执行机构膜片的更换。气动薄膜执行机构的膜片在运行过程中受到伸缩,因此,容易疲劳损坏。更换时应采用同规格的橡胶膜片,固紧时应使膜片受力均匀,防止泄漏和压坏膜片。

2、 研磨。阀芯与阀座之间在运行一定时间后造成泄漏,汽缸的活塞与缸体之间也会造成内部泄漏,这时应进行研磨。可进行手工研磨、机械磨削、镀层处理和镶套等方法,研磨用的金刚砂粒度应合适,研磨力应均匀和合适。经研磨后,应进行抛光,并满足所需光洁度和精度要求,满足阀芯与阀座的对中要求等,在总装后需进行密封性测试。

3、填料函更换。。填料函更换时应采用同类型的填料函,更换时应小心将填料勾出,正确拆除填料,防止对阀杆造成损伤。新填料函的安装应按照说明书要求,切口应错位,防止阀杆的螺纹对填料的刮伤,填料的压紧力应均匀和合适,防止造成应力和增大摩擦力。

4、传动部件的更换。调节阀和附件中的传动部件如果部分磨损可进行部件更换、修复等。在更换和修复后应保证传动灵活,传动间隙尽量小。

5、气动放大器的清洗。因仪用压缩空气内的污物造成气动放大器的节流孔堵塞时应对节流孔进行清洗,可采用合适的钢丝进行疏通和清洗。回装时,放大器膜片应受力均匀,防止造成堵塞或泄漏。可通过调节钢珠的压紧力调整放大器增益,防止共振。

7特征

第一代产品

从20世纪初以后的近百年时间里,调节阀还处于第一代产品的水平上。其调节阀的特征是:

①以20世纪六七十年代水平的单座阀、双座阀、套筒阀为主导产品;

②这代产品功能不齐全,不得不依靠扩充产品品种、变型来适应各种不同的场合,造成了品种规格繁多,对调节阀使用、计算、选型、调校、维护、备件等要求特别高;

③可靠性差,使用时出现的问题多;

④十分笨重。

现今,比较盛行的CV3000、精小型阀与传统老产品相比多了三个30%:重量下降30%;高度下降30%;流量系数提高30%。但它们没带来质的突破,只是对传统产品作了改进而已。

第二代产品

第二代产品从可靠性、功能、重量上应有质的突破。其调节阀的特征是:

①全功能超轻型调节阀代替了众多可靠性差、功能不齐全、又十分笨重的产品,代替了第一代的主导产品单座阀、双座阀、套筒阀,成为第二代主导产品;

②电子式电动全功能超轻型调节阀逐步取代传统的因原执行机构可靠性差,不得不采用的“气动阀+电气阀门定位器+气源”的组合方式。

从外观上看,第二代产品应具备轻型化、小型化、仪表化的特征。

第三代产品

其突出特征是智能化,并满足现场总线的要求,在应用上的特点是:

①与计算机接口;

②自诊断使可靠性更加提高,故障率进一步下降;

③改良阀的特性曲线,从而改变阀的调节品质;

④调节阀的品种以及对调节阀的使用要求进一步的简化;

⑤指标上,满足现代工业要求达到新的性能水平,例如一些工业部门推出的新的流程与系统对调节阀提出的一些苛刻的要求。

8结构组成

调节阀通常由电动执行机构或气动执行机构与阀体两部分共同组成。直行程主要有直通单座式和直通双座式两种,后者具有流通能力大、不平衡力小和操作稳定的特点,所以通常特别适用于大流量、高压降和泄漏少的场合。角行程主要有:V型电动调节球阀、电动蝶阀、通风调节阀、偏心蝶阀等。

9工作原理

调节阀用于调节介质的流量、压力和液位。根据调节部位信号,自动控制阀门的开度,从而达到介质流量、压力和液位的调节。调节阀分电动调节阀、气动调节阀和液动调节阀等。

调节阀由电动执行机构或气动执行机构和调节阀两部分组成。调节阀通常分为直通单座式调节阀和直通双座式调节阀两种,后者具有流通能力大、不平衡办小和操作稳定的特点,所以通常特别适用于大流量、高压降和泄漏少的场合。

10种类

简介

按用途和作用、主要参数、压力、介质工作温度、特殊用途(即特殊、专用阀)、驱动能源、结构等方式进行了分类,其中最常用的分类法是按结构将调节阀分为九个大类,6种为直行程,3种为角行程。

按用途和作用分类

a.两位阀:主要用于关闭或接通介质;

b.调节阀:主要用于调节系统。选阀时,需要确定调节阀的流量特性;

c.分流阀:用于分配或混合介质;

d.切断阀:通常指泄漏率小于十万分之一的阀。

按主要参数分类

1 按压力分类

(1)真空阀:工作压力低于标准大气压;

(2)低压阀:公称压力PN≤1.6MPa;

(3)中压阀:PN2.5~6.4MPa;

(4)高压阀:PN10.0~80.0MPa,通常为PN22、PN32;

(5)超高压阀:PN≥100MPa。

2 按介质工作温度分类

(1)高温阀:t>450℃;

(2)中温阀:220℃≤t≤450℃;

(3)常温阀:-40℃≤t≤220℃;④低温阀:-200℃≤t≤-40℃。

常用分类法

这种分类方法既按原理、作用又按结构划分,是目前国内、国际最常用的分类方法。一般分为九个大类:

直行程气动调节阀

(1)单座调节阀;

(2)双座调节阀;

(3)套筒调节阀;

(4)角形调节阀;

(5)三通调节阀;

(6)隔膜阀;

(7)蝶阀;

(8)球阀;

(9)偏心旋转阀。前6种为直行程,后三种为角行程。

这九种产品亦是最基本的产品,也称为普通产品、基型产品或标准产品。各种各样的特殊产品、专用产品都是在这九类产品的基础上改进变型出来的。

用途来分

(1)软密封切断阀;

(2)硬密封切断阀;

(3)耐磨调节阀;

(4)耐腐蚀调节阀;

(5)全四氟耐蚀调节阀

(6)全耐蚀合金调节阀;

(7)紧急动作切断或放空阀;

(8)防堵调节阀;

(9)耐蚀防堵切断阀;

(10)保温夹套阀;

(11)大压降切断阀;

(12)小流量调节阀;

(13)大口径调节阀;

(14)大可调比调节阀;

(15)低S节能调节阀;

(16)低噪音阀;

(17)精小型调节阀;

(18)衬里(橡胶、四氟、陶瓷)调节阀;

(19)水处理专用球阀;

(20)烧碱专用阀;

(21)磷铵专用阀;

(22)氯气调节阀;

(23)波纹管密封阀……

按驱动能源分类

(1)气动调节阀;

(2)电动调节阀;

(3)液动调节阀。

11CV值

编辑

流通能力Cv值()是调节阀选型的主要参数之一,调节阀的流通能力的定义为:当调节阀全开时,阀两端压差为0.1MPa,流体密度为1g/cm3时,每小时流径调节阀的流量数,称为流通能力,也称流量系数,以Cv表示,单位为t/h,液体的Cv值按下式计算。

根据流通能力Cv值大小查表,就可以确定调节阀的公称通径DN。

12按结构形式分类

(1)气动调节阀

① 按气动执行机构的形式分类

(a) 薄膜执行机构。又分直装式(正作用和反作用)及侧装式(正作用和作用)

(b) 活塞执行机构,又分比例式(正作用和反作用和二位式。

(c) 长行程执行机构

(d) 滚动薄膜执行机构。

② 按调节形式分类:(a)调节型;(b)切断型;(c)调节切断型。

③ 按移动型式分类:(a)直行程;(b)角行程。

④ 按阀芯形状分类:(a)平板形阀芯;(b)柱塞形阀芯;(c)窗口形阀芯;(d)套筒形阀芯;(e)多级形阀芯;(f)偏旋形阀芯;(g)蝶形阀芯;(h)球形阀芯。

⑤ 按流量特性分类:(a)直线;(b)等百分比;(c)抛物线;(d)快开。

⑥ 按上阀盖形式分类:(a)普通型;(b)散(吸)热型;(c)长颈型;(d)波纹管密封型。

(2) 电动调节阀

① 按电动职称机构的形式分类:(a)角行程;(b)直行程;(c)多回转式。

②按附件形式分类:(a)伺服放大器;(b)限位开关。

③按流量特性分类:(a)直线;(b)等百分比;(c)抛物线;(d)快开。

④按上盖形式分类:(a)普通型;(b)散(吸)热型;(c)长颈型;(d)波纹管密封型。

(3)手动调节阀。按阀芯性状分类:圆锥形;柱塞形;套筒形;多级形;偏旋形;蝶形;球形或半球形。

(4)(电)液动调节阀。

(5)智能调机阀。

13流量特性

简介

调节阀的流量特性,是在阀两端压差保持恒定的条件下,介质流经调节阀的相对流量与它的开度之间关系。调节阀的流量特性有线性特性,等百分比特性及抛物线特性三种。三种注量特性的意义如下:

调节阀流量特性

等百分比特性

等百分比特性的相对行程和相对流量不成直线关系,在行程的每一点上单位行程变化所引起的流量的变化与此点的流量成正比,流量变化的百分比是相等的。所以它的优点是流量小时,流量变化小,流量大时,则流量变化大,也就是在不同开度上,具有相同的调节精度。

线性特性

线性特性的相对行程和相对流量成直线关系。单位行程的变化所引起的流量变化是不变的。流量大时,流量相对值变化小,流量小时,则流量相对值变化大。

抛物线特性

流量按行程的二方成比例变化,大体具有线性和等百分比特性的中间特性。

从上述三种特性的分析可以看出,就其调节性能上讲,以等百分比特性为最优,其调节稳定,调节性能好。而抛物线特性又比线性特性的调节性能好,可根据使用场合的要求不同,挑选其中任何一种流量特性。

14应用

在现代化工厂的自动控制中,调节阀起着十分重要的作用,这些工厂的生产取决于流动着的液体和气体的正确分配和控制。这些控制无论是能量的交换、压力的降低或者是简单的容器加料,都需要*某些最终控制元件去完成。最终控制元件可以认为是自动控制的“体力”。在调节器的低能量级和执行流动流体控制所需的高能级功能之间,最终控制元件完成了必要的功率放大作用。

调节阀是最终控制元件的最广泛使用的型式。其他的最终控制元件包括计量泵、调节挡板和百叶窗式挡板(一种蝶阀的变型)、可变斜度的风扇叶片、电流调节装置以及不同于阀门的电动机定位装置。

尽管调节阀得到广泛的使用,调节系统中的其它单元大概都没有像它那样少的维护工作量。在许多系统中,调节阀经受的工作条件如温度、压力、腐蚀和污染都要比其它部件更为严重,然而,当它控制工艺流体的流动时,它必须令人满意地运行及最少的维修量。

在气动调节系统中,调节器输出的气动信号可以直接驱动弹簧一薄膜式执行机构或者活塞式执行机构,使阀门动作。在这种情况下,确定阀位所需的能量是由压缩空气提供的,压缩空气应当在室外的设备中加以干燥,以防止冻结,并应净化和过滤。

当一个气动调节阀和电动调节器配套使用时,可采用电一气阀门定位器或电一气转换器。压缩空气的供气系统可以和用于全气动的调节系统一样来考虑。

在调节理论的术语中,调节阀既有静态特性,又有动态特性,因而它影响整个控制回路成败。静态特性或增益项是阀的流量特性,它取决于阀门的尺寸、阀芯和阀座的组合结构、执行机构的类型、阀门定位器、阀前和阀后的压力以及流体的性质。第5章中将详细地介绍这些内容。

动态特性是由执行机构或阀门定位器一执行机构组合决定的。对于较慢的生产过程,如温度控制或液位控制,阀的动态特性在可控性方面一般不是限制因素。对于较快的系统,如液体的流量控制,调节阀可能有明显的滞后,在回路的可控性方面一定要有所考虑。一般只有控制系统的专家才需要关心调节阀的动态持性,关于应用阀门定位器的正规考虑如第9章中所讨论的,将满足大多数调节阀装置的需要。

自动调节阀的历史可追溯到自力式调压阀,它包括一个带有重物杆的球形阀,重物用来平衡阀芯力,从而得到某种程度的调节,另一种早期的自力式调压阌的形式是压力平衡式调压阀。工艺过程的压力用管线接到弹簧薄膜调压阀的薄膜气室上。无论是减压阀、阀后压力式调压阀或是差压调压阀都笔够从这种基型阀门的变更而制造出来。

气动变送器和调节器的出现,就必然地导致气动词节阀的应用。它们本质上是减压阀或阀后压力式调压阀,改用仪表压缩空气来代替工艺过程的流体。许多生产减压阀的公司已经发展成为调节阀制造厂。调节阀的应用从数量上和复杂性方面继续不断地得到发展,许多阀门的阀体和附件的改进可以用来解决各种各样的问题。本手册的意图是使工程们熟悉调节阀的结纸醉金迷和因素,帮助仪表工程师在应用中选用最好的阀体、执行机构和附件。

调节阀按行程特点可分为:直行程和角行程。直行程包括:单座阀、双座阀、套筒阀、角形阀、三通阀、隔膜阀;角行程包括:蝶阀、球阀、偏心旋转阀、全功能超轻型调节阀。调节阀按驱动方式可分为:气动调节阀、电动调节阀和液动调节阀;按调节形式可分为:调节型、切断型、调节切断型;按流量特性可分为:线性、等百分比、抛物线、快开。调节阀适用于空气、水、蒸汽、各种腐蚀性介质、泥浆、油品等介质。

15计算公式

调节阀的流量系数Kv,是调节阀的重要参数,它反映调节阀通过流体的能力,也就是调节阀的容量。根据调节阀流量系数Kv的计算,就可以确定选择调节阀的口径。为了正确选择调节阀的口径,必须正确计算出调节阀的额定流量系数Kv值。调节阀额定流量系数Kv的定义是:在规定条件下,即阀的两端压差为10Pa,流体的密度为lg/cm,额定行程时流经调节阀以m/h或t/h的流量数。

1. 一般液体的Kv值计算

a. 非阻塞流

判别式:△P<FL(P1-FFPV)

计算公式:Kv=10QL

式中:FL-压力恢复系数,见附表

FF-流体临界压力比系数,FF=0.96-0.28

PV-阀入口温度下,介质的饱和蒸汽压(绝对压力),kPa

PC-流体热力学临界压力(绝对压力),kPa

QL-液体流量m/h

ρ-液体密度g/cm

P1-阀前压力(绝对压力)kPa

P2-阀后压力(绝对压力)kPa

b. 阻塞流

判别式:△P≥FL(P1-FFPV)

计算公式:Kv=10QL

式中:各字符含义及单位同前

2. 气体的Kv值计算

a. 一般气体

当P2>0.5P1时

当P2≤0.5P1时

式中:Qg-标准状态下气体流量Nm/h

Pm-(P1+P2)/2(P1、P2为绝对压力)kPa

△P=P1-P2

G -气体比重(空气G=1)

t -气体温度℃

b.高压气体(PN>10MPa)

当P2>0.5P1时

当P2≤0.5P1时

式中:Z-气体压缩系数,可查GB/T 2624-81《流量测量节流装置的设计安装和使用》

3. 低雷诺数修正(高粘度液体KV值的计算)

液体粘度过高或流速过低时,由于雷诺数下降,改变了流经调节阀流体的流动状态,在Rev<2300时流体处于低速层流,这样按原来公式计算出的KV值,误差较大,必须进行修正。此时计算公式应为:

式中:Φ―粘度修正系数,由Rev查FR-Rev曲线求得;QL-液体流量 m/h

对于单座阀、套筒阀、角阀等只有一个流路的阀

对于双座阀、蝶阀等具有二个平行流路的阀

式中:Kv′―不考虑粘度修正时计算的流量系

ν ―流体运动粘度mm/s

FR -Rev关系曲线

FR-Rev关系图

4. 水蒸气的Kv值的计算

a. 饱和蒸汽

当P2>0.5P1时

当P2≤0.5P1时

式中:G―蒸汽流量kg/h,P1、P2含义及单位同前,K-蒸汽修正系数,部分蒸汽的K值如下:水蒸汽:K=19.4;氨蒸汽:K=25;氟里昂11:K=68.5;甲烷、乙烯蒸汽:K=37;丙烷、丙烯蒸汽:K=41.5;丁烷、异丁烷蒸汽:K=43.5。

b. 过热水蒸汽

当P2>0.5P1时

当P2≤0.5P1时

式中:△t―水蒸汽过热度℃,Gs、P1、P2含义及单位同前。

 

16处理方法

清洗法

管路中的焊渣、铁锈、渣子等在节流口、导向部位、下阀盖平衡孔内造成堵塞或卡住使阀芯曲面、导向面产生拉伤和划痕、密封面上产生压痕等。这经常发生于新投运系统和大修后投运初期。这是最常见的故障。遇此情况,必须卸开进行清洗,除掉渣物,如密封面受到损伤还应研磨;同时将底塞打开,以冲掉从平衡孔掉入下阀盖内的渣物,并对管路进行冲洗。投运前,让调节阀全开,介质流动一段时间后再纳入正常运行。

外接冲刷法

对一些易沉淀、含有固体颗粒的介质采用普通阀调节时,经常在节流口、导向处堵塞,可在下阀盖底塞处外接冲刷气体和蒸汽。当阀产生堵塞或卡住时,打开外接的气体或蒸气阀门,即可在不动调节阀的情况下完成冲洗工作,使阀正常运行。

安装管道过滤器法

对小口径的调节阀,尤其是超小流量调节阀,其节流间隙特小,介质中不能有一点点渣物。遇此情况堵塞,最好在阀前管道上安装一个过滤器,以保证介质顺利通过。带定位器使用的调节阀,定位器工作不正常,其气路节流口堵塞是最常见的故障。因此,带定位器工作时,必须处理好气源,通常采用的办法是在定位器前气源管线上安装空气过滤减压阀。

增大节流间隙法

如介质中的固体颗粒或管道中被冲刷掉的焊渣和锈物等因过不了节流口造成堵塞、卡住等故障,可改用节流间隙大的节流件—节流面积为开窗、开口类的阀芯、套筒,因其节流面积集中而不是圆周分布的,故障就能很容易地被排除。如果是单、双座阀就可将柱塞形阀芯改为“V”形口的阀芯,或改成套筒阀等。例如某化工厂有一台双座阀经常卡住,推荐改用套筒阀后,问题马上得到解决。

介质冲刷法

利用介质自身的冲刷能量,冲刷和带走易沉淀、易堵塞的东西,从而提高阀的防堵功能。常见的方法有:①改作流闭型使用;②采用流线型阀体;③将节流口置于冲刷最厉害处,采用此法要注意提高节流件材料的耐冲蚀能力。

直通改为角形法

直通为倒S流动,流路复杂,上、下容腔死区多,为介质的沉淀提供了地方。角形连接,介质犹如流过90弯头,冲刷性能好,死区小,易设计成流线型。因此,使用直通的调节阀产生轻微堵塞时可改成角形阀使℃用。

加大间隙

用于蒸汽管道上的套筒调节阀,如果阀芯和套筒间隙过小,或使用不同材质,很可能会因为膨胀系数的不同而受热卡死。可以在加工时适当加大间隙(以满足流量控制要求为前提),以防止类似情况的发生。

密封性能差的解决方法

1)研磨法

细的研磨,消除痕迹,减小或消除密封间隙,提高密封面的光洁度,以提高密封性能。

2)利用不平衡力增加密封比压法

执行机构对阀芯产生的密封压力一定,不平衡力对阀芯产生顶开趋势时,阀芯的密封力为两力相减,反之,对阀芯产生压闭趋势,阀芯的密封力为两力相加,这样就大大地增加了密封比压,密封效果可以比前者提高5~10倍以上.一般dg≥20的单密封类阀为前一种情况,通常为流开型,若认为密封效果不满意时,改为流闭型,密封性能将成倍增加.尤其是两位型的切断调节阀,一般均应按流闭型使用。

3)提高执行机构密封力法

提高执行机构对阀芯的密封力,也是保证阀关闭,增加密封比压,提高密封性能的常见方法。常用的方法有:

①移动弹簧工作范围;

②改用小刚度弹簧;

③增加附件,如带定位器;

④增加气源压力;

⑤改用具有更大推力的执行机构。

4)采用单密封、软密封法

对双密封使用的调节阀,可改用单密封,通常可提高10倍以上的密封效果,若不平衡力较大,应增加相应措施,对硬密封的阀可改用软密封,又可提高10倍以上密封效果。

5)改用密封性能好的阀

在不得已的情况下,可考虑改用具有更好的密封性能的阀.如将普通蝶阀改用椭圆蝶阀,进而还可改用切断型蝶阀、偏心旋转阀、球阀和为之专门设计的切断阀。

调节阀外泄的解决方法

1)增加密封油脂法

对未使用密封油脂的阀,可考虑增加密封油脂来提高阀杆密封性能。

2)增加填料法

为提高填料对阀杆的密封性能,可采用增加填料的方法。通常是采用双层、多层混合填料形式,单纯增加数量,如将3片增到5片,效果并不明显。

3)更换石墨填料法

大量使用的四氟填料,因其工作温度在-20~+200范围内,当温度在上、下限,变化较大时,其密封性便明显下降,老化快,寿命短。柔性石墨填料可克服这些缺点且使用寿命长。因而有的工厂全部将四氟填料改为石墨填料,甚至新购回的调节阀也将其中的四氟填料换成石墨填料后使用。但使用石墨填料的回差大,初时有的还产生爬行现象,对此必须有所考虑。

4)改变流向,置P2在阀杆端法

当△P较大,P1又较大时,密封P1显然比密封P2困难.因此,可采取改变流向的方法,将P1在阀杆端改为P2在阀杆端,这对压力高、压差大的阀是较有效的.如波纹管阀就通常应考虑密封P2。

5)采用透镜垫密封法

对于上、下盖的密封,阀座与上、下阀体的密封.若为平面密封,在高温高压下,密封性差,引起外泄,可以改用透镜垫密封,能得到满意的效果。

6)更换密封垫片

至今,大部分密封垫片仍采用石棉板,在高温下,密封性能较差,寿命也短,引起外泄。遇到这种情况,可改用缠绕垫片,“O”形环等,许多厂已采用。

调节阀振动的解决方法

1)增加刚度法

对振荡和轻微振动,可增大刚度来消除或减弱,如选用大刚度的弹簧,改用活塞执行机构等办法都是可行的。

2)增加阻尼法

增加阻尼即增加对振动的摩擦,如套筒阀的阀塞可采用“O”形圈密封,采用具有较大摩擦力的石墨填料等,这对消除或减弱轻微的振动还是有一定作用的。

3)增大导向尺寸,减小配合间隙法

轴塞形阀一般导向尺寸都较小,所有阀配合间隙一般都较大,有0.4~lmm,这对产生机械振动是有帮助.因此,在发生轻微的机械振动时,可通过增大导向尺寸,减小配合间隙来削弱振动。

4)改变节流件形状,消除共振法

因调节阀的所谓振源发生在高速流动、压力急剧变化的节流口,改变节流件的形状即可改变振源频率,在共振不强烈时比较容易解决。具体办法是将在振动开度范围内阀芯曲面车削0.5~1.0mm。如某厂家属区附近安装了一台自力式压力调节阀,因共振产生啸叫影响职工休息,我们将阀芯曲面车掉0.5mm后,共振啸叫声消失。

17安装要点

1)安装位置、高度、进出口方向必须符合设计要求,连接应牢固紧密。

2)安装在保温管道上的各类手动阀门,手柄均不得向下。

3)阀门安装前必须进行外观检查,阀门的铭牌应符合现行国家标准《通用阀门标志》GB 12220的规定。对于工作压力大于1.0 MPa 及在主干管上起到切断作用的阀门,安装前应进行强度和严密性能试验,合格后方准使用。强度试验时,试验压力为公称压力的1.5倍,持续时间不少于5min,阀门壳体、填料应无渗漏为合格。严密性试验时,试验压力为公称压力的1.1倍;试验压力在试验持续的时间应符合GB 50243标准要求,以阀瓣密封面无渗漏为合格。

18结构原理

自力式压力调节阀因为不需要其它外来能源如电源、气源,仅靠介质自身的能量来驱动,既节能又环保,使用方便,安装完毕后设定好压力值即可投入自动运行,所以在对控制精度要求不高,又缺乏电源、气源的场合,得到了越来越广泛的使用。但在使用过程中,一定要注意选型的特殊性,否则容易引起事故。在使用过程中,要注意使用的选型和安装环境,因此,详细了解自力式压力调节阀的工作原理和结构是非常重要的。

19用途适用

自力式压力调节阀(以下简称压力阀)是一种无需外来能源而只依靠调介质自身的压力变化进行自动调节压力的节能型产品.具有测量、执行、控制的综合功能。广泛适用于石油、化工、冶金、轻工等工业部门及城市供热、供嗳系统。本产品可用于非腐蚀性〔最高温度350℃〕的液体、气体和蒸汽等介质的压力控制装置。

20注意事项

1、 本阀应存放在干燥的室内,通路两端必须堵塞,不准堆置存放。

2、 长期存放的调节阀应定期检查,清除污垢,在各运动部分及加工面上应涂以防锈油,防止生锈。

3、 本阀应安装在水平管道上,必修垂直安装。阀杆向上。

4、 必修按图示箭头所指士介质进行安装。

21实际应用

简介

在生产过程自动化调节系统中,调节阀是一个重要的、必不可少的环节,被称之为生产过程自动化的“手脚”,是自动控制系统的终端控制元件之一。

调节阀流路简单、阻力小,一般情况下适用于正向使用(安装)。然而在高压降场合调节阀反向使用,以改善不平衡力和减少对阀芯的损伤,同时也有利于介质的流动、避免调节阀结焦和堵塞。调节阀在反向使用时,特别应该避免长时期小开度开启的情况,以防引起强烈振荡而损坏阀芯。特别在化工装置试生产阶段,由于试生产时负荷较低、设计工艺条件不可能很快达到要求,反向使用的调节阀应尽可能避免较长时间的小开度开启状况,以防调节阀损坏。

调节阀是由执行机构和阀两部分组成。从水力学观点来看,调节阀是一个局部阻力可以变化的节流元件,调节阀是按照输入信号通过改变行程来改变阻力系数,从而达到调节流量的目的。

结构与使用

1调节阀的结构

调节阀除阀体为角型外,其他结构均和单座阀相似,其特点决定了它的流路简单,阻力小,特别有利于高压降、高粘度、含有悬浮物和颗粒状物质流体的调节。它可以避免结焦,粘结和堵塞等现象发生,也便于清洗和自净。

2调节阀正、反向使用比较

一般情况下,调节阀均采用正向安装,即底进侧出。只有在高压差场合和高粘度、易结焦、含悬浮颗粒物介质的情况下,才推荐反向安装,即物料侧进底出。调节阀反向使用的目的是为了改善不平衡力和减少对阀芯的磨损,同时也有利于高粘度、易结焦和含悬浮颗粒物介质的流动,避免结焦和堵塞。

反向使用剖析

调节阀在高压降的工艺条件下,推荐反向使用。在试车时,调节阀产生强烈振荡,且发出刺耳的噪声,试车4h后阀芯就断裂了。但此并非质量问题,而是由于使用不合理所致。下面就其断裂原因进行分析。

除了蝶阀和隔膜阀在结构上完全对称外,所有其他结构的调节阀都是不对称的。当调节阀改变流动方向时,由于流路的变化会引起)值变化。各类调节阀的正常流向均为使阀芯打开的方向(正向使用),生产厂也只提供正常流向时的流通能力)值和流量特性。当调节阀反向使用时,既流体沿着使阀芯关闭的方向流动时,调节阀的流通能力会增大。水联动试车时,模拟工艺条件不可能很快达到正常状态,调节阀在较长时间内处于小开度状态下使用,由于不平衡力的作用,会出现严重的不稳定。所以调节阀会产生强烈的震荡并发出刺耳的噪声,因而导致阀芯很快断裂。而在正常工艺条件下,调节阀的开度是适中的,即使小开度也是短暂的,所以调节阀可正常安全使用。

结论

一般情况下,调节阀均不推荐反向使用,只有在高压差、高粘度、易结焦和含悬浮颗粒介质才推荐反向使用。反向使用时,应避免长期小开度情况下运行,尤其在试车时更应注意。

影响调节阀正常运行的因素及对策

1、前言

在自动化程度较高的化工控制系统,调节阀作为自动调节系统的终端执行装置,接受控制信号实现对化工流程的调节。它的动作灵敏度直接关系着调节系统的质量。据现场实际统计有70%左右的故障出自调节阀。因此在日常维护中总结分析影响调节阀安全运行的因素及其对策。

2、卡堵

调节阀经常出现的问题是卡堵,常出现在新投运系统和大修投运初期,由于管道内焊渣、铁锈等在节流口、导向部位造成堵塞使介质流通不畅,或调节阀检修中填料过紧,造成摩擦力增大,导致小信号不动作大信号动作过头的现象。

故障处理:可迅速开、关副线或调节阀,让脏物从副线或调节阀处被介质冲跑。另一办法用管钳夹紧阀杆,在外加信号压力情况下,正反用力旋动阀杆,让阀芯闪过卡处。若不能则增加气源压力增加驱动功率反复上下移动几次,即可解决问题。如若仍不动作,则需解体处理。

3、泄漏

3.1阀内漏,阀杆长短不适。气开阀,阀杆太长阀杆向上的(或向下)的距离不够,造成阀芯和阀座之间有空隙,不能充分接触,导致关不严而内漏。同样气关阀阀杆太短,导致阀芯和阀座之间有空隙,不能充分接触,导致关不严而内漏。

解决办法:应缩短(或延长)调节阀阀杆使调节阀长度合适,使其不再内漏。

3.2填料泄漏。填料装入填料函以后,经压盖对其施加轴向压力。由于填料的塑性,使其产生径向力,并与阀杆紧密接触,但这种接触是并不是非常均匀的。有些部位接触的松,有些部位接触的紧,甚至有些部位没有接触上。调节阀在使用过程中,阀杆同填料之间存在着相对运动,这个运动叫轴向运动。在使用过程中,随着高温、高压和渗透性强的流体介质的影响,调节阀填料函也是发生泄漏现象较多的部位。造成填料泄漏的主要原因是界面泄漏,对于纺织填料还会出现渗漏(压力介质沿着填料纤维之间的微小缝隙向外泄漏)。阀杆与填料间的界面泄漏是由于填料接触压力的逐渐衰减,填料自身老化等原因引起的,这时压力介质就会沿着填料与阀杆之间的接触间隙向外泄漏。

解决对策:为使填料装入方便,在填料函顶端倒角,在填料函底部放置耐冲蚀的间隙较小的金属保护环(与填料的接触面不能为斜面),以防止填料被介质压力推出。填料函各部与填料接触部分的金属表面要精加工,以提高表面光洁度,减少填料磨损。填料选用柔性石墨,因其具有气密性好,摩擦力小,长期使用后变化小,磨损的烧损小,维修容易,压盖螺栓重新拧紧后摩擦力不发生变化,耐压性和耐热性良好,不受内部介质的侵蚀,与阀杆和填料函内部接触的金属不发生点蚀或腐蚀。这样,有效地保护了阀杆填料函的密封,保证了填料的密封的可靠性和长期性。

3.3阀芯、阀座变形泄漏。芯、阀座泄漏的主要原因是由于调节阀生产过程中的铸造或锻造缺陷可导致腐蚀的加强。而腐蚀介质的通过,流体介质的冲刷也可造成调节阀的泄漏。腐蚀主要以侵蚀或气蚀的形式存在。当腐蚀性介质在通过调节阀时,便会产生对阀芯、阀座材料的侵蚀和冲击使阀芯、阀座成椭圆形或其他形状,随着时间的推移,导致阀芯、阀座不配套,存在间隙,关不严发生泄漏。

解决方法:关键把好阀芯、阀座的材质的选型关、质量关。选择耐腐蚀材料,对麻点、沙眼等缺陷的产品坚决剔除。若阀芯、阀座变形不太严重,可经过细砂纸研磨,消除痕迹,提高密封光洁度,以提高密封性能。若损坏严重,则应重新更换新阀。

4、振荡

调节阀的弹簧刚度不足,调节阀输出信号不稳定而急剧变动易引起调节阀振荡。还有说选阀的频率与系统频率相同或管道、基座剧烈振动,使调节阀随之振动。选型不当,调节阀工作在小开度存在着急剧的流阻、流速、压力的变化,当超过阀刚度,稳定性变差,严重时产生振荡。

解决对策:由于产生振荡的原因是多方面的,因此具体问题具体分析。对振动轻微的振动,可增加刚度来消除。如选用大刚度弹簧,改用活塞执行结构。管道、基座剧烈震动通过增加支撑消除振动干扰;选阀的频率与系统频率相同,则更换不同结构的阀;工作在小开度造成的振荡,则是选型不当流通能力C值选大,必须重新选型流通能力C值较小的或采用分程控制或子母阀以克服调节阀工作在小开度。

5、阀门定位器故障

5.1普通定位器采用机械式力平衡原理工作,即喷嘴挡板技术,主要存在以下故障类型:

1)因采用机械式力平衡原理工作,其可动部件较多,容易受温度,振动的影响,造成调节阀的波动;

2)采用喷嘴挡板技术,由于喷嘴孔很小,易被灰尘或不干净的气源堵住,是定位器不能正常工作;

3)采用力的平衡原理,弹簧的弹性系数在恶劣现场下发生改变,造成调节阀非线性导致控制质量下降。

5.2智能定位器由微处理器(cpu)、A/D,D/A转换器及等部件组成,其工作原理与普通定位器截然不同。给定值和实际值的比较纯是电动信号,不再是力平衡。因此能够克服常规定位器的力平衡的缺点。但在用于紧急停车场合时,如紧急切断阀、紧急放空阀等。这些阀门要求静止在某一位置,只有紧急情况出现时,才需要可靠地动作。长时间停留在某一位置容易使电气转换器失控造成小信号不动作的危险情况。此外用于阀门的位置传感电位器由于工作在现场,电阻值易发生变化造成小信号不动作,大信号全开的危险情况。因此为了确保智能定位器的可靠性和可利用性,必须对它们进行频繁的测试。

参考资料

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