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正確選擇化工調(diào)節(jié)閥
上海申弘閥門有限公司
之前介紹電動閘閥工作原理，現(xiàn)在介紹正確選擇化工調(diào)節(jié)閥在生產(chǎn)過程自動化中，用來控制流體流量的調(diào)節(jié)閥已遍及各個行業(yè)。在化工行業(yè)的過程控制系統(tǒng)中，作為zui終控制過程介質(zhì)各項質(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)用中須注意的幾個問題，談一些自己的拙見，以期與大家共同探討。
正確選擇化工調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥是通過改變節(jié)流方式來控制流量的，它既是一種有效的調(diào)節(jié)手段，同時又是一個會產(chǎn)生節(jié)流能耗的部件。隨著裝置高負(fù)荷運行，調(diào)節(jié)閥的腐蝕、沖刷、磨損、振動、內(nèi)漏等問題不斷發(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)重時可以導(dǎo)致全線停車。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)閥在一個高性能狀態(tài)下運行將是一個很關(guān)鍵的問題。
選擇調(diào)節(jié)閥時，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，而技術(shù)方面需要重點考慮流量特性、壓降、閃蒸、氣蝕、噪聲等問題。
一、流量特性的選擇
調(diào)節(jié)閥的流量特性是指介質(zhì)流過閥的相對流量與相對位移間的關(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際情況，現(xiàn)分別加以說明。
1、直線性流量調(diào)節(jié)閥
直線性流量特性是指調(diào)節(jié)閥的相對流量與相對位移成直線關(guān)系，即單位位移變化所引起的流量變化是常數(shù)。選用直線性流量特性閥的場合一般為：①差壓變化小，幾乎恒定；②工藝系統(tǒng)主要參數(shù)的變化呈線性；③系統(tǒng)壓力損失大部分分配在調(diào)節(jié)閥上（改變開度，閥上差壓變化相對較小）；④外部干擾小，給定值變化小，可調(diào)范圍要求小的場合。
2、等百分比特性調(diào)節(jié)閥
等百分比流量特性也稱對數(shù)流量特性。它是指單位相對位移變化所引起的相對流量變化與此點的相對流量成正比關(guān)系。即調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)是變化的，它隨相對流量的增大而增大。優(yōu)先選用等百分比特性閥的場合為：①實際可調(diào)范圍大；②開度變化，閥上差壓變化相對較大；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；⑤調(diào)節(jié)閥經(jīng)常在小開度下運行。
除了以上兩種常用的流量特性之外，還有拋物線特性和快開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)閥的使用中這兩個要求是不能同時滿足的，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。假若物流的推動力是由泵產(chǎn)生，就意味著必須選功率大一些的泵和電機，這樣必然帶來大的能耗。
當(dāng)管道系統(tǒng)中介質(zhì)的流速增加時，流體通過管道上的各種安裝部件時產(chǎn)生的流體壓降也會發(fā)生一系列的動態(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很重要而又容易被忽略的因素，我們在分析與調(diào)節(jié)閥有關(guān)的系統(tǒng)問題時，不僅要考慮到調(diào)節(jié)閥本身的問題，而且也要考慮到調(diào)節(jié)閥的壓降對系統(tǒng)動態(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算，而且將導(dǎo)致嚴(yán)重的噪聲、振動、材質(zhì)的破壞等。在這種情況下，調(diào)節(jié)閥的工作壽命會大大縮短，對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)閥時是液態(tài)，在流經(jīng)調(diào)節(jié)閥中的縮流處時，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)，并且它的壓力不會再回復(fù)到氣化壓力之上，流出調(diào)節(jié)閥時介質(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)閥時是液態(tài)，在流經(jīng)調(diào)節(jié)閥中的縮流處時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)。可以根據(jù)一些現(xiàn)象來初步判斷氣蝕的存在，當(dāng)氣蝕開始時它會發(fā)出一種嘶嘶聲，當(dāng)氣蝕發(fā)展到*穩(wěn)定時，調(diào)節(jié)閥中會發(fā)出嘎嘎的聲音，就像有碎石在流過調(diào)節(jié)閥時發(fā)出的聲響。氣蝕對調(diào)節(jié)閥及內(nèi)件的損害也是很大的，同時它也降低了調(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（這種方法一般對于小流量情況比較有效）；
（3）選用專門的反氣蝕內(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。因為在發(fā)生氣蝕時，對于這樣的調(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，并且不會損壞調(diào)節(jié)閥的內(nèi)件。相反，對于軟性材質(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，調(diào)節(jié)閥的內(nèi)部構(gòu)件很快就會被磨損，因而無法在有氣蝕的情況下正常工作。
總之，目前還沒有什么工程材料能夠適應(yīng)嚴(yán)重條件下的氣蝕情況，只能針對客觀情況來綜合分析，選擇一種相對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)過閥芯、閥座的節(jié)流后，變?yōu)殚y后壓力P2。P2經(jīng)過控制管線到達(dá)執(zhí)行器的下膜室內(nèi)作用在頂盤上，產(chǎn)生的作用力與彈簧的反作用力相平衡，決定了閥芯、閥座的相對位置，控制閥后壓力。當(dāng)閥后壓力P2增加時，P2作用在頂盤上的作用力也隨之增加。此時，頂盤的作用力大于彈簧的反作用力，使閥芯關(guān)向閥座的位置，直到頂盤的作用力與彈簧的反作用力相平衡為止。這時，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，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)過閥芯、閥座后的節(jié)流后，變?yōu)殚y后壓力P2。同時P1經(jīng)過控制管線輸入到執(zhí)行器的上膜室內(nèi)作用在頂盤上，產(chǎn)生的作用力與彈簧的反作用力相平衡，決定了閥芯、閥座的相對位置，控制閥前壓力。當(dāng)閥后壓力P1增加時，P1作用在頂盤上的作用力也隨之增加。此時，頂盤的作用力大于彈簧的反作用力，使閥芯向離開閥座的方向移動，直到頂盤的作用力與彈簧的反作用力相平衡為止。這時，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，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。
氣動調(diào)節(jié)閥工作原理
氣動調(diào)節(jié)閥就是利用壓縮空氣為動力源，把氣缸當(dāng)做執(zhí)行器，并借助于電氣閥門定位器、轉(zhuǎn)換器、電磁閥、保位閥等附件去驅(qū)動閥門，實現(xiàn)開關(guān)流量的調(diào)節(jié)，接收工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的控制信號來完成調(diào)節(jié)管道介質(zhì)的流量、壓力、溫度等各種工藝參數(shù)。氣動調(diào)節(jié)閥的特點就是控制簡單，反應(yīng)快速，且本質(zhì)安全，不需另外再采取防爆措施。
氣動調(diào)節(jié)閥動作分氣開型和氣關(guān)型氣動調(diào)節(jié)閥動作分氣開型和氣關(guān)型兩種。氣開型（Air to Open） 是當(dāng)膜頭上空氣壓力增加時，閥門向增加開度方向動作，當(dāng)達(dá)到輸入氣壓上*，閥門處于全開狀態(tài)。反過來，當(dāng)空氣壓力減小時，閥門向關(guān)閉方向動作，在沒有輸入空氣時，閥門全閉。故有時氣開型閥門又稱故障關(guān)閉型（Fail to Close FC）。氣關(guān)型（Air to Close）動作方向正好與氣開型相反。當(dāng)空氣壓力增加時，閥門向關(guān)閉方向動作；空氣壓力減小或沒有時，閥門向開啟方向或全開為止。故有時又稱為故障開啟型（Fail to Open FO）。
電動調(diào)節(jié)閥工作原理
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥,氣動截止閥,電動蝶閥,氣動蝶閥上海申弘閥門電動調(diào)節(jié)閥，電動調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)時間略微比氣動調(diào)節(jié)閥來的要晚些，但是其使用范圍卻越來越廣泛。因為不需要氣源，安裝使用比較方便，只需接通電源和控制信號就可以工作了。
電動調(diào)節(jié)閥由電動執(zhí)行器和調(diào)節(jié)閥兩部分組成。電動執(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：單座調(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)種類的電動執(zhí)行器和調(diào)節(jié)閥才能組成一套電動調(diào)節(jié)閥。
電動執(zhí)行器一般由永磁同步電機，蝸輪蝸桿減速器或行星齒輪減速器，反饋電位器和控制線路，控制器，輸出軸，支架所組成。電機作為動力源，其大小決定了輸出力和扭矩的大小。減速器保證了動作速度。反饋電位器和控制線路可以接受PLC工業(yè)計算機輸出的控制信號4-20MA或1-5V來控制電動執(zhí)行器比例動作，并有反饋信號輸出給控制系統(tǒng)，當(dāng)達(dá)到控制平衡時執(zhí)行器保持不動狀態(tài)。現(xiàn)在控制線路一般都集成一個控制器內(nèi)，由環(huán)氧樹脂灌裝，防潮防震，可靠性高。支架是用來連接調(diào)節(jié)閥，一端連接電動執(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，帶動調(diào)節(jié)閥完成比例控制動作。
在電動調(diào)節(jié)閥出行信號故障時可以使用手操器來進(jìn)行遠(yuǎn)程手動控制，其可以自動切換自動和手動操作，非常方便。當(dāng)電源出行故障時就只能現(xiàn)場手動來調(diào)節(jié)其行程，完成調(diào)節(jié)過程。電動執(zhí)行器一般都帶有手動操作部分，這點和氣動調(diào)節(jié)閥有著不同，后者一般手輪機構(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，應(yīng)注意它的噪聲情況，分析好噪聲的產(chǎn)生機理可以更好地監(jiān)視調(diào)節(jié)閥的工作狀態(tài)和有效處理所發(fā)生的問題，下面通過舉例說明。
（1）機械類振動——如當(dāng)閥芯在套筒內(nèi)水平運動時，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——如閥芯或者其它的組件，它們都有一個固有振動頻率，對此，可以通過專門的鑄造或鍛造處理來改變閥芯的特性，如有必要也可以更換其他類型的閥芯。
（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)流動性——介質(zhì)在管道或者調(diào)節(jié)閥中流動時，也會發(fā)出噪聲，對于這種情況，這里不作具體闡述（氣蝕也會產(chǎn)生噪聲）。
二、結(jié)語
調(diào)節(jié)閥的選型和應(yīng)用是一個專業(yè)性強、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)合實際使用經(jīng)驗來綜合分析判斷，做到理論和實踐科學(xué)地結(jié)合起來，才可以做好這個工作。與本文相關(guān)的產(chǎn)品有：加長桿蝶閥安裝注意事項
