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调节阀的选择与安装

1 引言

目前在自动控制领域中,一个工艺过程是否能满足各项工艺控制指标,控制过程是否平稳,超调量、衰减比、扰动是否在规定范围内,是否稳、快、准,除了工艺设计合理,设备先进外,重要的一点就是调节阀能否根据主体的意识而准确动作,使过程主体的控制意识体现为物料能量和流量精确变化。在许多自动控制中,因为调节阀质量不过关、流量特性差、渗漏大、动作不可靠而使自动控制失去了高品质调节,给生产带来了重大经济损失,并且增加了劳动强度。

因为调节阀安装在工艺管道上,直接与操作介质接触,长期受到高温、高压、腐蚀和摩擦等恶劣工作条件的影响。所以,调节阀选择的好坏,对系统控制作用关系很大。因此,正确合理的选择、安装调节阀就是显得尤为重要。

2 调节阀的选择

2.1 调节阀类型的选择

主要是根据现场介质的特点、控制要求、安装环境等因素结合调节阀本身的流量特性和结构而进行选择,如表1所示。

表1调节阀种类及结构特点

阀门名称

结构特点

直通单座调节阀

结构简单、装配方便、泄漏小,但受流体冲击不平衡力大,适用于小口径D≤25mm的场合。

直通双座调节阀

受流体冲击不平衡力影响小,但关不严,渗漏较大,适用于大口径官道的场合。

角形阀

角形阀的阀体受流体的冲击小,体内不易结污,对粘度高、有悬浮物和颗料物的流体尤为适用,并且调
节稳定性较好。

蝶阀

流阻小,适用于低差压大流量的气体及含有固体悬浮物的介质,通常流量特性与等百分比相似。

隔膜调节阀

用于强腐蚀性、粘度高、带纤维的介质,但不耐高温和高压。

阀体分离阀

用于强腐蚀性介质,但不耐高温和高压。

三通调节阀

适用于介质三个方向的流通。分三通合流阀和三通分流阀。对于三个系统的分合流控制非常有效。

凸轮挠曲阀

属新结构阀,阀体为直流型阀,阻力小、密封好、可调节、通用性强,对于粘度大的介质调节非常有效。

套筒调节阀

新型结构阀,因不平衡力小、可调性好、通用性强、维护方便,广泛用于生产中,特别是高温高粘度,含颗
料结构的介质中。

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℃~+250℃时,只需采用普通的结构;当工作温度为-50℃~+450℃时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好得多。

气开、气关式调节阀的选择应根据当气源信号压力中断时,调节阀处打开或关闭的位置对工艺生产所造成危害的大小而定。若阀门处于打开位置时危害性小则选用气关式。动作过程为: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,动作过程为:有气则开,无气则关。

2.2 调节阀口径的选择

在进行自动化技术改造时,阀门口径可以依据等截面积的原则来考虑,依据手工操作时阀门口径多大,及开启圈数多少估计开启面积,然后选用在正常工况下具有相同开启面积的调节阀。在进行新装置设计时通常是按流通能力C值来确定阀门口径。

常用方法有两种。

①依据实际的最大流量Qmax算出相应的流通能力Cmax,然后从产品系列中选取稍大于Cmax的C值及相应的阀门口径,选取时应留必要的余地,最后对实际最大流量Qmax时的阀门开度进行验算:在Qmax时开度应不大于90%。

②更实用的途径是按常用流量算出相应的流通能力Cvc。选用阀门的C值应使Cvc/C在0.25~0.8之间,即按常用流量Cvc值乘以(4~1.25),一般Cvc/C=0.5为相宜。当工作特性为对数特性时可更小些。

2.3 调节阀流量特性的选择

2.3.1 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1所示。

图1 控制效果

2.3.2 工艺配管情况分析

在生产现场,调节阀总与管道设备连在一起使用,必然存在阻力,调节阀的工作流量特性与理想流量特性不同。因此,首先应按控制系统的特点

表2工艺配管中调节阀的特性

配管情况

S=0.6-0.1

S=0.3-0.6

实际工作特性

直线

平方根

等面分比

直线

平方根

等百分比

所选流量特性

直线

平方根

等百分比

平方根

直线

等百分比

注:S表示阀全开时的压差与系统总压差的价值。

选择希望得到的工作特性,然后考虑工艺配管情况来选择相应的理想特性。表2可供参考。

2.3.3 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。

3 调节阀的安装

调节阀使用中的合理安装,将保证他在控制系统中起到良好的控制作用。调节阀的安装,一般要注意以下几点。

①调节阀应当垂直安装在水平管道上,若必须倾斜或水平安装时应增加支撑。阀的前后应有大于10倍管径长度的直管道。

②流体的流向应与阀体上的标志一样。

③安装地点应便于维修,并设有旁路如图2所示,图2中两个切断阀门与调节阀安装在一跟管线上,缺点是难于装卸,占用空间大。图3安装方式布置比较紧凑、占空间小,便于装卸。

图2 调节阀的安装

图3 调节阀的安装

④当调节阀口径小于管道口径时,应采用锥形管相接(一般为使阀的控制作用明显,管道口径都大于调节阀的口径。)

⑤在环境温度较低的情况下工作时,调节阀应加伴热管。

因为,调节阀的选择和安装是两个联系非常紧密的过程,不是相互独立存在的。要使一个调节阀达到调节效果,就一定要在合理选择调节阀的基础上正确安装,这样才能达到理想效果。由于现场环境是非常复杂多变的,为了使调节阀能够最大程度的满足调节要求。一定要认真分析现场条件,合理选择和正在安装调节阀。这样才能保证生产的顺利进行。可见在现场使用中,调节阀的安装与调节阀的选择同样重要。