控制回路中氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的選用解讀

1、控制回路中氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的選用1 引言哈爾濱氣化廠是一個(gè)利用煤加壓氣化工藝生產(chǎn)煤氣的化工企業(yè)，自動(dòng)化水平較 高，在過(guò)程控制中，執(zhí)行器的控制品質(zhì)與生產(chǎn)工況的穩(wěn)定有著密切的聯(lián)系，所以 對(duì)執(zhí)行器的選擇顯得格外重要，對(duì)于安全防爆要求比較高的化工企業(yè)，絕大多數(shù) 執(zhí)行器采用的是氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的選擇一般要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮：1) 根據(jù)工藝條件，選擇合適的調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)和類(lèi)型。2) 根據(jù)工藝對(duì)象，選擇合適的流量特性。3) 根據(jù)工藝參數(shù)，計(jì)算流量系數(shù)，選擇閥的口徑。4) 根據(jù)工藝要求，選擇材料和輔助裝置。下面針對(duì)以上 4 點(diǎn)加以論述。2 調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)和類(lèi)型氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥是由氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥兩部分組成的，氣動(dòng)執(zhí)行

2、機(jī)構(gòu)是接收輸入的 氣源信號(hào)，產(chǎn)生相應(yīng)的推力，使推桿發(fā)生位移，推動(dòng)閥門(mén)動(dòng)作；而閥是指與管路 聯(lián)接的閥體組件部分，它接受執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推桿推力，改變閥桿位移，從而改變閥 門(mén)開(kāi)度，最終控制流體流量的變化。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥按其行程可分為直行程和角行程兩種，按其結(jié)構(gòu)類(lèi)型分直通單座 閥、直通雙座閥、高壓閥、角形閥、套筒閥、隔膜閥、蝶閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥等。其 中直通閥比較常見(jiàn)，單座閥泄漏量較小，但閥前后壓差不能太大，而雙座閥正好 與之相反。高壓閥適合于高靜壓和高壓差的介質(zhì)測(cè)量，但在高壓差情況下，流體 對(duì)材料沖刷和氣蝕嚴(yán)重，一般要考慮閥芯和閥座的材質(zhì)，以提高其使用壽命。在 高壓差、高黏度、含懸浮物和顆粒狀物質(zhì)流體的控制中可

3、選用角形閥。隔膜閥更 適用于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的控制。蝶閥適用于大流量、低壓差的氣體介 質(zhì)。套筒閥采用平衡型閥芯結(jié)構(gòu)， 具有低噪聲的特點(diǎn)， 是應(yīng)用較為廣泛的閥之一。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥有氣開(kāi)與氣關(guān)兩種類(lèi)型。確定調(diào)節(jié)閥開(kāi)關(guān)方式的原則是：當(dāng)信號(hào)壓 力中斷時(shí)， 應(yīng)保證工藝設(shè)備和生產(chǎn)的安全。 如果閥門(mén)在信號(hào)中斷后處于打開(kāi)位置， 流體不中斷最安全，則選用氣關(guān)閥；如果閥門(mén)在信號(hào)壓力中斷后處于關(guān)閉位置， 流體不通過(guò)最安全， 則選用氣開(kāi)閥。 如加熱爐的燃料氣或燃料油管路上的調(diào)節(jié)閥， 應(yīng)選用氣開(kāi)閥，當(dāng)信號(hào)中斷后，閥自動(dòng)關(guān)閉，燃料被切斷，以免爐溫過(guò)高而發(fā)生 事故；鍋爐進(jìn)水管路上的調(diào)節(jié)閥，應(yīng)選用氣關(guān)閥，當(dāng)信號(hào)中斷后，閥

4、自動(dòng)打開(kāi)， 仍然向鍋爐內(nèi)送水，可以避免鍋爐燒干。3 調(diào)節(jié)閥的流量特性調(diào)節(jié)閥的流量特性是指介質(zhì)流過(guò)閥的相對(duì)流量 q 與閥芯相對(duì)行程己 （閥門(mén)的相 對(duì)開(kāi)度 ）之間的函數(shù)關(guān)系：q=f（l）當(dāng)調(diào)節(jié)閥兩端壓差 p 保持不變時(shí)，閥的流量特性稱(chēng)為固有流量特性。固有流 量特性主要有直線(xiàn)、 等百分比（對(duì)數(shù)）、拋物線(xiàn)和快開(kāi)等 4 種類(lèi)型，如圖 3 1 所示：在生產(chǎn)中閥的固有流量特性有直線(xiàn)、等百分比和快開(kāi) 3 種。拋物線(xiàn)特性介于直 線(xiàn)和等百之間，一般用等百特性來(lái)代替?？扉_(kāi)特性主要用于二位式控制。在一般情況下，閥兩端壓差不可能永遠(yuǎn)保持不變，這時(shí)閥的固有流量特性就會(huì) 發(fā)生畸變，閥在實(shí)際工作條件下的特性稱(chēng)之為工作流量特性

5、。這時(shí)在確定流量特 性時(shí)要引入一個(gè)稱(chēng)為閥阻比的系數(shù) s。s= p/ !pp 為系統(tǒng)總壓差，是閥、全部工藝設(shè)備和管路系統(tǒng)上的各壓差之和。從以下 3 個(gè)方面內(nèi)容對(duì)閥的工作流量特性進(jìn)行分析：1）從控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量方面分析對(duì)于一個(gè)簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)，它是由控制對(duì)象、變送器、調(diào)節(jié)器和調(diào)節(jié)閥幾個(gè)基 本環(huán)節(jié)組成的，系統(tǒng)的總放大系數(shù) k=k1k2k3k4k5k1k5 分別表示變送器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、閥、控制對(duì)象的放大系數(shù)。在負(fù) 荷變動(dòng)的情況下，要使控制系統(tǒng)能保持預(yù)定的控制指標(biāo)，希望總放大系數(shù)在控制 系統(tǒng)的整個(gè)操作范圍內(nèi)保持不變。一般來(lái)說(shuō)，在一個(gè)確定的系統(tǒng)里， k1k3 的系 數(shù)是固定不變的，只有對(duì)象的放大系數(shù)

6、 x5 隨負(fù)荷的變化而變化，為此選擇適當(dāng) 的流量特性來(lái)豐 i、償對(duì)象特性的變化，保證 k4k5 的乘積是個(gè)常數(shù)就保證了系統(tǒng)的總放大系數(shù) k 是個(gè)穩(wěn)定值。2) 從工藝配管情況分析調(diào)節(jié)閥總是與管道、設(shè)備連在一起使用的，管道阻力的存在必然會(huì)使閥的工作 特性與固有特性不同。所以，應(yīng)根據(jù)對(duì)象的特性，選擇合適的工作特性，再根據(jù) 配管情況選擇相應(yīng)閥的固有流量特性?？紤]工藝配管情況時(shí)，可參照表31 來(lái)選擇閥的固有特性。表 3 1 配管狀況表配管狀況 s=10.6 s=0.60.3 sv0.3 閥的工作特性直線(xiàn) 等百分比 直線(xiàn) 等百 分比 不宜控制 閥的固有特性直線(xiàn) 等百分比 等百分比 等百分比不宜控制從表 3

7、1 上看，當(dāng) s=10 6 時(shí)，所選固有流量特性和工作流量特性一致。當(dāng) s03 時(shí)，特性曲線(xiàn)畸變嚴(yán)重不宜控制。3) 從負(fù)荷變化情況分析直線(xiàn)特性調(diào)節(jié)閥在小開(kāi)度時(shí)流量相對(duì)變化量大，過(guò)于靈敏，容易引起振蕩，閥 芯閥座易損壞，故在 s 值小、負(fù)荷變化幅度大的場(chǎng)合不宜采用。等百分比閥的放 大系數(shù)隨閥門(mén)行程增大而增大，流量相對(duì)變化量恒定不變。4 調(diào)節(jié)閥的口徑調(diào)節(jié)閥口徑的確定是在計(jì)算閥流量系數(shù) cv 的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。流量系數(shù)的定義 是指在閥門(mén)全開(kāi)條件下，閥兩端壓差 p 為 100 kpa，流體密度p為 1g/cm3 時(shí), 通過(guò)閥的流體體積流量為 q(m3 /h)，其節(jié)流公式為：c 是一個(gè)比例系數(shù)， 它與流量

8、系數(shù)的關(guān)系是 m 倍，即 cv=mc 。當(dāng)流量特性為直 線(xiàn)型時(shí) m=1 63，當(dāng)流量特性為等百分比型時(shí) m=1 97。式(4-1) 是當(dāng)測(cè)量介質(zhì)為液體時(shí)的計(jì)算方法，當(dāng)測(cè)量介質(zhì)為氣體時(shí)應(yīng)考慮溫度 和壓力對(duì)介質(zhì)體積的影響，其 c 值的計(jì)算分兩種情況：當(dāng)閥前后壓差 p 小于 0. 5 倍的閥前壓力 pl，即 p0 . 5p1 時(shí)另外，當(dāng)介質(zhì)為過(guò)熱蒸汽時(shí)，計(jì)算 c 值要考慮蒸汽的過(guò)熱度。確定完 cv 值以后，要對(duì)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度進(jìn)行驗(yàn)算，要求最大流量時(shí)閥開(kāi)度不大 于 90，最小流量時(shí)開(kāi)度不小于 10。在正常工況下， 閥門(mén)開(kāi)度應(yīng)在 1585 之間。最后根據(jù) cv 值確定調(diào)節(jié)閥口徑。5 調(diào)節(jié)閥的材料和輔助裝置

9、調(diào)節(jié)閥的閥體一般選用鑄鐵材質(zhì)，其耐壓等級(jí)、使用溫度范圍、耐腐蝕等方面應(yīng) 不低于對(duì)工藝管道的要求，但在介質(zhì)為易燃易爆的流體時(shí)應(yīng)作特殊考慮。閥芯、 閥座材質(zhì)的選用應(yīng)考慮到流體中是否有固體顆粒產(chǎn)生的磨損和氣蝕作用對(duì)閥內(nèi)件 的沖擊。一般對(duì)于非腐蝕性流體，常選用不銹鋼；對(duì)于腐蝕性較強(qiáng)的流體，可選 用哈氏合金；對(duì)于沖擊、振動(dòng)、磨損嚴(yán)重的流體，可選用堆焊硬質(zhì)合金或噴涂材 質(zhì)。另外當(dāng)操作介質(zhì)溫度高于+200C時(shí)，要選擇帶散熱片的上閥蓋。調(diào)節(jié)閥的輔助裝置主要有閥門(mén)定位器、電磁閥、回訊開(kāi)關(guān)、過(guò)濾減壓器、保位 閥等。閥門(mén)定位器是調(diào)節(jié)閥的一個(gè)重要附件，常見(jiàn)的有氣動(dòng)閥門(mén)定位器和電氣閥門(mén)定 位器兩種。它主要用于：1）高壓差的場(chǎng)合；2）高壓、高溫或低溫介質(zhì)的場(chǎng)合；3）介質(zhì)中含有固體懸浮物或黏性流體的場(chǎng)合；4）調(diào)節(jié)閥口徑較大的場(chǎng)合；5）實(shí)現(xiàn)分程控制；6）改善調(diào)節(jié)閥的流量特性。電磁閥的作用是快速地切斷和接通氣源，使閥處于完全通、斷的位置，多用于 安全放空閥?；赜嶉_(kāi)關(guān)是需要在控制室實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到閥位的信號(hào)才選用的。保位閥 的選擇是根據(jù)工藝狀況，當(dāng)氣源切斷時(shí)，閥位要求保持在一定的位置上，但這種 情況不多見(jiàn)。6 結(jié)束語(yǔ)調(diào)節(jié)閥是自動(dòng)控制系統(tǒng)中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，若選擇計(jì)算不準(zhǔn)確，使用維護(hù)