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控制阀应用中现状和标准化发展问题

数读市场中国仪表网2009年03月23日 11:18人气:4371

1.控制阀应用中存在的问题

  ①控制阀的品种多,规格多,参数多。控制阀为适应不同工业生产过程的控制要求,例如温度、压力、介质特性等,有近千种不同规格、不同类型的产品,使控制阀的选型不方便、安装应用不方便、维护不方便、管理不方便。

  ②控制阀的可靠性差。控制阀在出厂时的特性与运行一段时间后的特性有很大差异,例如,泄漏量增加、噪声增大、阀门复现性变差等,给长期稳定运行带来困难。

  ③控制阀笨重,给控制阀的运输、安装、.维护带来不便。通常,控制阀重量比一般的仪表重量要重几倍到上百倍,例如,一台DN200的控制阀重达700kg,运输、安装和维护都需要动用一些机械设备才能完成,给控制阀的应用带来不便。

  ④控制阀的流量特性与工业过程被控对象特性不匹配,造成控制系统品质变差。控制阀的理想流量特性已在产品出厂时确定,但工业过程被控对象特性各不相同,力口上压降比变化,使控制阀工作流量特性不能与被控对象特性匹配,并使控制系统控制品质变差。

  ⑤控制阀噪声过大。工业应用中,控制阀噪声已成为工业设备的主要噪声源,因此,降低控制阀噪声成为当前重要的研究课题,并得到各国政府的重视。

  ⑥控制阀是耗能设备,在能源越来越紧缺的当前,更应采用节能技术,降低控制阀的能耗,提高能源的利用率。

  2.控制阀的发展方向

  控制阀的发展方向主要为智能化、标准化、精小化、旋转化和安全化。

  (1)智能化和标准化.控制阀的智能化和标准化已经提到议事日程。智能化主要采用智能阀门定位器。智能化化表现在下列方面。

  ①控制阀的自诊断,运行状态的远程通信等智能功能,使控制阀的管理方便,故障诊断变得容易,也降低了对维护人员的技能要求。

  ②减少产品类型,简化生产流程。采用智能阀门定位器不仅可方便地改变控制阀的流量特性,也可提高控制系统的控制品质。因此,对控制阀流量特性的要求可简化及标准化(例如,仅生产线性特性控制阀)o用智能化功能模块实现与被控对象特性的匹配,使控制阀产品的类型和品种大大减少,使控制阀的制造过程得到简化,并在生产和市场中经受考验和认可。

  ③数字通信。数字通信将在控制阀中获得广泛应用,以HART通信协议为基础,一些控制阀的阀门定位器将输入信号和阀位信号在同一传输线实现;以现场总线技术为基础,控制阀与阀门定位器、PID控制功能模块结合,使控制功能在现场级实现,使危险分散,使控制更及时、更迅速。

  ④智能阀门定位器。智能阀门定位器具有阀门定位器的所有功能,同时能够改善控制阀的动态和静态特性,提高控制阀的控制精度,因此,智能阀门定位器将在今后一段时间内成为重要的控制阀辅助设备被广泛应用。

  控制阀的标准化表现在下列方面。

  ①为了实现互换性,使同样尺寸和规格的不同厂商生产的控制阀能够互换,使用户不必为选择制造商而花费大量时间。

  ②为了实现互操作性,不同制造商生产的控制阀应能够与其他制造商的产品协同工作,不会发生信号的不匹配或阻抗的不匹配等现象。

  ③标准化的诊断软件和其他辅助软件,使不同制造商的控制阀可进行运行状态的诊断,运行数据的分析等。

  ④标准化的选型程序。控制阀选型仍是自控设计人员十分关心的问题,采用标准化的计算程序,根据工艺所提供数据,能够正确计算所需控制阀的流量系数,确定配管及选用合适的阀体、阀芯及阀内件材质等,使设计过程标准化,提高设计质量。

  (2)精小化.为降低控制阀的重量,便于运输、安装和维护,控制阀的精小化采用了下列措施。

  ①采用精小型执行机构。采用轻质材料,采用多组弹簧替代一组弹簧,降低执行机构高度,通常,精小型气动薄膜执行机构组成的控制阀比同类型气动薄膜执行机构组成的控制阀高度要降低约30%,重量降低约30%,而流通能力可提高约30%。

  ②改变流路结构。例如,将阀芯的移动改变为阀座的移动,将直线位移改变为角位移等,使控制阀体积缩小,重量减轻。

  ③采用电动执行机构。不仅可减少采用气动执行机构所需的气源装置和辅助设备,也可减少执行机构的重量。例如,Fisher公司的9000系列电动执行机构,其20型的高度小于330mm,使整个控制阀(带数字控制器和执行机构)质量降低到20~32kg(3)旋转化由于旋转类控制阀,例如球阀等,有相对体积较小、流路阻力较小、可调比较大、密封性较好、防堵性能较好、流通能力较大等优点,因此,在控制阀新品种中,旋转阀的比重增大。特别是大口径管道中,普遍采用球阀、蝶阀等类型控制阀,从国外近年的产品看,旋转阀应用的比例正逐年增长。

  (4)安全化仪表控制系统的安全性已经得到各方面的重视,安全仪表系统(SIS)对控制阀的要求也越来越高,表现在以下几方面。

  ①对控制阀故障信息诊断和处理要求提高,不仅要对控制阀进行故障发生后的被动性维护,而且要进行故障发生前的预防性维护和预见性维护。因此,对组成控制阀的有关组件进行统计和分析,及时提出维护建议等变得更重要。

  ②对用于紧急停车系统或安全联锁系统的控制阀,提出及时、可靠、安全动作的要求。确保这些控制阀能够反应灵敏、准确。

  ③对用于危险场所的控制阀,应简化认证程序。例如,对本安应用的现场总线仪表,可简化为采用FISCO现场总线本质安全概念,使对本安产品的认证过程简化。

  ④与其他现场仪表的安全性类似,对控制阀的安全性,可采用隔爆技术\防火技术、增安技术、本安技术、无火花技术等;对现场总线仪表,还可采用实体概念、本安概念、FISCO概念和非易燃(FINCO)概念等。

  (5)节能降低能源消耗,提高能源利用率是控制阀的一个发展方向。主要有下列几个发展方向。

  ①采用低压降比的控制阀。使控制阀在整个系统压降中占的比例减少,从而降低能耗,因此,设计低压降比的控制阀是发展方向之一;另一个发展方向是采用低阻抗控制阀,例如采用蝶阀、偏心旋转阀等。

  ②采用自力式控制阀。例如,直接采用阀后介质的压力组成自力式控制系统,用被控介质的能量实现阀后压力控制。

  ③采用电动执行机构的控制阀。气动执行机构在整个控制阀运行过程中都需要有一定的气压,虽然可采用消耗量小的放大器等,但日积月累,耗气量仍是巨大的。采用电动执行机构,在改变控制阀开度时,需要供电,在达到所需开度时就可不再供电,因此,从节能看,电动执行机构比气动执行机构有明显节能优点。

  ④采用压电控制阀。在智能电气阀门定位器中采用压电控制阀,只有当输出信号增加时才耗用气源。

  ⑤采用带平衡结构的阀芯,降低执行机构推力或推力矩,缩小膜头气室,降低能源需要。

  ⑥采用变频调速技术代替控制阀。对高压降比的应用场合,如果能量消耗很大,可采用变频调速技术,采用变频器改变有关运转设备的转速,降低能源消耗。

  (6)保护环境环境污染已经成为公害,控制阀对环境的污染主要有控制阀噪声和控制阀的泄漏。其中,控制阀噪声对环境的污染更是十分严重。

  ①降低控制阀噪声。研制各种降低控制阀噪声的方法,包括从控制阀流路设计到控制阀阀内件的设计,从噪声源的分析到降低噪声的措施等。主要有设计降噪控制阀和降噪控制阀阀内件;合理分配压降,使用外部降噪措施,例如,增加隔离、采用消声器等。

  ②降低控制阀的大气污染。控制阀的大气污染指控制阀的“跑”、“冒”、“滴”、“漏”,这些泄漏物不仅造成物料或产品的浪费,而且对大气环境造成污染,有时,还会造成人员的伤亡或设备爆炸等事故。因此,研制控制阀填料结构和填料类型、研制控制阀的密封等将是控制阀今后一个重要的研究课题。计算机科学、控制理论和自动化仪表等高新科学技术的发展推动了控制阀的发展,例如,现场总线控制阀和智能阀门定位器的研制、数字通信在控制阀的实现等。控制阀的发展也推动了其他科学技术的发展,例如,对防腐蚀材料的研究、对削弱和降低噪声方法的研究、对流体动力学的研究等。随着现场总线技术的发展,控制阀也将开放、智能和更可靠,它将与度更高,控制的效果更明显,并为我国现代化建设发挥更重要的作用其他工业自动化仪表和计算机控制装置一起,使工业生产过程控制的功能更完善,控制的精。
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