化工自动控制过程中气动调节阀的选择与应用

化工自动控制过程中气动调节阀的选择与应用 

    摘要 阐述了在化工自动控制过程中气动调节阀的地位以及对一定的控制过程。为了实现品质的调节，怎样从选择调节阀的流量特性和各项技术参数。

    关键词：自动控制过程 气动调节阀 流量特性 调节阀流通能力     

１ 前言     

在化工供应和自动控制领域中，一个控制过程是否能满足各项控制指标，控制过程是否平稳；超调量，衰减比，扰动是否在规定的范畴之内；是否稳、快、准，除了设计合理，设备外，重要的一点就是调节阀是否能根据主体控制意识而准确动作，使过程主体的控制意识体现为物料能量和流量变化，如图１所示。     

在众多的化工自动控制过程中，就是因调节阀质量不过关，流量特性差，渗漏大，动作不而使自动控制过程失去了品质调节，或者调节品质差，有甚者失去了调节作用，而给供应带来了重大的经济损失，增加了劳动强度。调节阀的选择与应用越来越被人们所重视。

图1 典型过渡过程控制曲线     

２ 气动调节阀的流量特性     

２．１ 调节阀的可调比     

我们用可调比来衡量调节阀的调节控制能量，当调节阀两侧的差压为定值时，调节阀所能控制的Z大流量qmax 和Z小流量ｑmin之比，或所能控制的Z大流通能力Ｃmax和Z小流通能力Ｃmin 之比，称为调节阀的可调比Ｒ。     

２．２ 压降比Ｓ对串联、并联管路调节阀的影响     

２.２.１ 压降比Ｓ     调节阀的压降比定义为该调节阀可控制的Z大流量所对应阀门前后的差压面△Pmin和系统总差压△Ｐ之比；     当调节阀用于串联管路时，实际的可调比为：，如图2 、图3 所示。 图2 调节阀串联

图5 等百分比特性随S畸变特性     

2.2.3 S对并联管路中调节阀的影响     

当调节阀用于并联管路时，该并联管路总管流量qt分为两路：一路是调节阀控制流量qc，另一路是旁路流量qb，qt=qc＋qb。实际上，由于旁路流量的分流，调节阀的实际可调比下降了，旁路阀门开得越大，调节阀的控制能力越小。旁路程度恰说明了这个问题。旁路程度X为     调节阀在并联管路中实际可调比随着旁路程度X值的减小而迅速降低，在使用中应尽量不开旁路门。如图6，图7所示。

图7 x对实际可调比的影响旁路程度     图8、图9为关联管路中直线阀、等百分比阀随X畸变特性

图8 X对直线阀畸变特性

图9 X对等百分比阀畸变特性

2．3 调节间的流量特性

2.3.1 调节阀的理想流量特性    

 调节阀的理想流量特性是指被调介质流过调节阀相对流量与阀门相对开度之间的关系。在调节阀前后压差不变的条件下，其流量特性是理想流量特性。常用的调节阀的理想流量特性有直线、等百分比、快开特性和抛物线四种特性，如图10所示。

图10 四种调节阀理想流量特性 其中:q----在某一开度时刻通过调节阀的流量       

qmax----阀全开时通过阀门的流量       l----阀门某一开度下的行程（mm）       L----阀门的全行程（mm）

2.3.2 调节阀的工作流量特性     

在实际供应中管道系统除了调节阀外还有其它的串联或并联管道。因此，在供应中调节阀前后的差压通常是变化的，在这种情况下相对流量与相对开度之间的关系称为工作流量特性，如表一所示。 表一 调节阀特性

4 气动调节阀的选用       

4．1 调节阀类型的选择     

主要是根据现场被控介质的特点、控制要求、安装环境等结合调节阀本身的流量特性和结构而进行选用，如表三所示。

表三 调书阀应用特性

    在选用调节阀时还应考虑上阀盖的形式和所用的填料。当使用工作温度为-20～十250℃时，只需采用普通的结构；当工作温度为-60～十 450℃应采用阀盖上有多层散热片的散热结构。还有波纹管的波纹室封密阀盖主要用于剧毒、易挥发、易渗透等重要介质的场合。     调节阀常用的密封填料有聚四氟乙烯和石棉绳填料，虽然前者比后者昂贵但密封效果却得多。     气开、气关式调节阀的选择应根据当气源信号压力中断时，调节阀处于打开或关闭的位置对供应造成危害性大小而定。若阀门处于打开位置时危害性小则选用气关式。动作过程：有气则关闭，无气则开启；若阀门处于关闭位置时危害性小则选用气开式，动作为有气则开，无气则关     

4.2 调节阀口径的选择     

利用计算公式及有关的物质性图表计算出常用的流通能力C值，如表四所示。

表四 调节间C值计算表

      调节阀口径的选择应遵循以下原则     

1.根据所选择的C值和流量特性，验证调节阀开度是否合适。一般阀的开度为全行程的90％～10％，即验算 其中：Cmax——提出的Z大流通能力； Cmin——提出的Z小流通能力。     流量的比值是否小于所选调节阀的实际可调范围，即验算     其中：Qmax，Qmin——Z大开度和Z小开度的流量；     △Pmax， △Pmin——Z大开度及Z小开度时调节阀的压差值。     

3 一般情况下，等百分比阀Z大流量对应的开度宜在90％，直线阀宜在70％，抛物线阀宜在80％，见表五。

表五 调节阀相对开度与相对流量的关系

    4.3 调节阀流量特性的选择     

1从调节系统的调节品质分析。     

考虑原则：适当选择调节阀的特性，以阀的放大系数的变化来补偿调节阀对象放大系数的变化，使调节系统总的放大系数保持不变的控制效果，如图11所示。

图11 调节阀特性补偿作用     

（2）从配管情况分析     如前所述调节阀流量特性与S压降比有密切的关系，因此在选择调节阀时，应结合配管情况加以考虑，见表六。

表六 调节阀工作流量特性配管情况对照表

    （3）从负荷变化情况分析     

直线阀在小开度时流量变化大，调节过于灵敏，容易引起振荡，因此在S小负荷变化大的场合不宜使用；等百分比阀的放大系数随阀门行程增加而增大，流量相对变化是恒定不变的，因此它适用于负荷变化幅度大的场合；快开特性阀一般用于双位调节和程序控制的场合。