石油化工氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥計(jì)算選型分析

調(diào)節(jié)閥是自控系統(tǒng)中的執(zhí)行器，它接受來自調(diào)節(jié)單元的控制信號，產(chǎn)生相應(yīng)的開度，從而達(dá)到調(diào)節(jié)的目的。調(diào)節(jié)閥的應(yīng)用質(zhì)量直接反應(yīng)在系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)上。作為過程控制中的終端元件，調(diào)節(jié)閥應(yīng)用的好壞，除產(chǎn)品自身質(zhì)量、用戶是否正確安裝、使用、維護(hù)外，正確地計(jì)算、選型十分重要。從化工企業(yè)生產(chǎn)要求角度，對氣動調(diào)節(jié)閥的流量特性、結(jié)構(gòu)形式、材質(zhì)口徑和附件4個方面闡述化工企業(yè)氣動調(diào)節(jié)閥選型中的考量要素。

1、石油化工氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥計(jì)算選型分析引言

化工企業(yè)的自動化生產(chǎn)過程控制要求精度高，安全可靠性嚴(yán)，其終端控制元件的準(zhǔn)確、快速調(diào)節(jié)是的重要一環(huán)，控制結(jié)果必須保證工藝指標(biāo)要求，衰減比、超調(diào)量不超出工藝允許范圍。對此，如何選擇適用的氣動調(diào)節(jié)閥類型，使之在工藝控制回路中安全可靠、經(jīng)濟(jì)適用，是儀控設(shè)計(jì)和管理人員普遍關(guān)心的問題。氣動調(diào)節(jié)閥的選擇一般從以下四個方面考慮：1）調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)和類型。2）流量特性。3）流量系數(shù)與閥的口徑。4）材料和輔助裝置。
在各種調(diào)節(jié)閥中，薄膜氣動調(diào)節(jié)閥作為結(jié)構(gòu)簡單，使用、維護(hù)方便，且具有本質(zhì)安全特性的氣動調(diào)節(jié)閥種類，得到廣泛的應(yīng)用。薄膜氣動調(diào)節(jié)閥在使用時有調(diào)節(jié)性能，下面我們從使用安全性，使用要求以及流量特性來分析薄膜氣動調(diào)節(jié)閥的選型。

1.根據(jù)安全性選型
薄膜氣動調(diào)節(jié)閥有氣開閥和氣閉閥兩種形式。根據(jù)不同生產(chǎn)工藝上的安全和使用要求考慮，當(dāng)信號壓力中斷時調(diào)節(jié)閥處于打開或關(guān)閉位置，對工藝生產(chǎn)造成的危害性大小而定。如果閥門處于關(guān)閉位置時危害小，則選用氣開閥，信號壓力中斷時，使調(diào)節(jié)閥處于關(guān)閉位置，反之，則選用氣閉閥。
2.根據(jù)使用要求選型
薄膜氣動調(diào)節(jié)閥由閥芯和閥體（包括閥座）兩部分組成，按不同的使用要求有不同的結(jié)構(gòu)形式。薄膜氣動調(diào)節(jié)閥主要有直通單座閥、雙座調(diào)節(jié)閥和高壓角式調(diào)節(jié)閥。直通單座閥泄漏量小，流體對單座閥芯的推力所形成的不平衡力很大，因此直通單座閥適用于要求泄漏量小、管徑小和閥前后壓差較低的場合。角式高壓閥閥體為直角式，流路簡單、阻力小，受高速流體的沖蝕也小，特別適用于高壓差、高粘度和含懸浮物顆粒狀物質(zhì)的流體，也可用于處理汽液混相，易閃電動蝕的場合。這種閥體可以避免結(jié)焦、粘結(jié)和堵塞，便于清潔和自凈。
3.流量特性選型
在自控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中選擇薄膜氣動調(diào)節(jié)閥應(yīng)著重考慮流量特性。典型的理想特性有直線流量特性、等百分比流量特性（對數(shù)流量特性）、快開流量特性和拋物線流量特性四種。直線流量特性在相對開度變化相同的情況下，流量小時流量相對變化值大；流量大時，流量相對變化值小。百分比流量特性的調(diào)節(jié)閥在小負(fù)荷時調(diào)節(jié)作用弱，大負(fù)荷調(diào)節(jié)作用強(qiáng)，它在接近關(guān)閉時調(diào)節(jié)作用弱，工作和緩平穩(wěn)，而接近全開時調(diào)節(jié)作用強(qiáng)，工作靈敏有效，在一定程度上，可以改善調(diào)節(jié)品質(zhì)，因此它適用于負(fù)荷變化較大的場合，無論在全負(fù)荷生產(chǎn)和半負(fù)荷生產(chǎn)都較好的起調(diào)節(jié)作用。

2、石油化工氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥計(jì)算選型分析的結(jié)構(gòu)和類型

氣動調(diào)節(jié)閥由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥門組成，執(zhí)行機(jī)構(gòu)接收輸入氣源信號，產(chǎn)生推力，使推桿位移，推動閥門開關(guān)動作；閥門是與管路聯(lián)接的閥體組件，它接受執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推桿推力，改變閥桿位移，改變閥門開度，控制流量的變化。調(diào)節(jié)閥的產(chǎn)品類型很多，結(jié)構(gòu)多種多樣，選擇時應(yīng)綜合考慮調(diào)節(jié)功能、泄漏等級、耐壓能力、切斷壓差、腐蝕性、沖蝕和汽蝕、性價比、維護(hù)保養(yǎng)方便程度。從經(jīng)驗(yàn)而言，選擇順序應(yīng)為：單（雙）座控制閥、籠式控制閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥、蝶閥、角閥、球閥。

氣動調(diào)節(jié)閥有氣開與氣關(guān)兩種類型。確定調(diào)節(jié)閥開關(guān)方式的原則是：當(dāng)信號壓力中斷時，應(yīng)保證工藝設(shè)備和生產(chǎn)的安全。如果閥門在信號中斷后處于打開位置，流體不中斷，則選用氣關(guān)閥；如果閥門在信號壓力中斷后處于關(guān)閉位置，流體不通過，則選用氣開閥。

氣動多彈簧薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)高度矮、重量輕、裝校簡便。它由膜片、壓縮彈簧、托盤、推桿、支架、軸套、膜蓋等主要零件構(gòu)成。膜片為較深的盆形，有效面積變化小，并采用優(yōu)質(zhì)橡膠，在-40℃至+85℃溫度下使用，操作如常。壓縮彈簧采用多根組合的形式。以減少高度、推桿的導(dǎo)向表面精細(xì)加工，提高硬度和降低粗糙度，達(dá)到減小回差和增加密封性的效果。反作用式執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用O形密封圈型式，與推桿、軸套配合，結(jié)構(gòu)簡單，密封可靠，通過正確的設(shè)計(jì)和精確的加工，本機(jī)構(gòu)省去了壓縮彈簧的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，可一次裝成，減小調(diào)正的麻煩。推桿與閥桿的連接采用開縫螺母，裝卸靈活。
低流阻直通單座閥和套筒閥結(jié)構(gòu)簡單緊湊，并具有相當(dāng)大的流量系數(shù)。本閥采用了直通單座無底蓋頂導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的閥體型式，體積小、重量輕、流道設(shè)計(jì)流暢，具有高效的特點(diǎn)。閥體和配管的連接形式采用凸面和凹凸面法蘭，適應(yīng)不同的公稱壓力。閥體分普通型和高溫型兩種型式，用于不同的工作溫度。單座閥閥芯形式為上導(dǎo)向柱塞閥，套筒閥芯為圓柱型，由套筒的內(nèi)圓導(dǎo)向，套筒經(jīng)精密加工開出一定特性的窗孔。它們均具有精確的流量特性，符合IEC標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的斜率偏差考核要求。標(biāo)準(zhǔn)型填料為聚四氟乙烯成型填料，根據(jù)現(xiàn)場使用要求還可選用柔性石墨特種填料。
三、石油化工氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥計(jì)算選型分析主要零件材料

五、石油化工氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥計(jì)算選型分析主要技術(shù)數(shù)據(jù)
1、主要技術(shù)性能指標(biāo)                                                               

 
2、石油化工氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥計(jì)算選型分析規(guī)格和技術(shù)參數(shù)                                                                  

 
3、允許壓差
選用調(diào)節(jié)閥，除考慮上述條件外，還應(yīng)注意到從推力角度出發(fā)，調(diào)節(jié)閥能否正常工作的問題，用特征數(shù)值表達(dá)就是允許是否大于最大工作壓差，所以在選用時要使最大工作壓差小于調(diào)節(jié)閥的允許壓差。

表2  ZH   型氣動彈簧薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)規(guī)格和技術(shù)參數(shù)表
 

型號 參數(shù)	ZH  -11	ZH  -22	ZH  -23	ZH  -34	ZH  -45
膜薄有效面積Cm2	220	350	350	560	900
額定行程mm	10	16	25	40	60
彈簧范圍Kpa	20～100＃、40～200、80～240、20～60、60～100

＃20～100Kpa為標(biāo)準(zhǔn)彈簧范圍
 
五、石油化工氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥計(jì)算選型分析主要技術(shù)性能指標(biāo)及檢驗(yàn)

3、氣動調(diào)節(jié)閥的流量特性

介質(zhì)流過閥的相對流量Q與閥芯相對行程L之間的函數(shù)關(guān)系：Q=f（L）

當(dāng)調(diào)節(jié)閥兩端壓差保持不變時，閥的流量特性稱為固有流量特性。固有流量特性主要有直線、等百分比、拋物線和快開等四種類型。

在生產(chǎn)中閥的固有流量特性有直線、等百分比和快開3種。拋物線特性介于直線與等百分比之間，一般用等百分比特性來代替。快開特性主要用于二位式控制，一般情況下，閥兩端壓差不可能永遠(yuǎn)保持不變，這時閥的固有流量特性發(fā)生畸變，閥在工作條件下的特性稱為工作流量特性。這時在確定流量特性時要引入一個稱為閥阻比的系數(shù)S=△Р/∑△Р∑△Р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。

石油化工氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥計(jì)算選型分析從以下3個方面內(nèi)容對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

對于一個簡單的控制系統(tǒng)，它是由控制對象、變送器、調(diào)節(jié)器和調(diào)節(jié)閥幾個基本環(huán)節(jié)組成的，系統(tǒng)的總放大系數(shù)K=K1K2K3K4K5K1-K5分別表示變送器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、閥、控制對象的放大系數(shù)。在負(fù)荷變動的情況下，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)的整個操作范圍內(nèi)保持不變。一般在一個確定的系統(tǒng)里，K1-K3的系數(shù)是固定不變的，只有對象的放大系數(shù)K隨負(fù)荷的變化而變，保證K4K5的乘積是個常數(shù)就保證了系統(tǒng)的總放大系數(shù)K是個穩(wěn)定值。

2）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，管道阻力會使閥的工作特性與固有特性不同。所以，應(yīng)根據(jù)對象的特性，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。

3）從負(fù)荷變化情況分析

直線特性調(diào)節(jié)閥在小開度時流量相對變化量大，過于靈敏，容易引起振蕩，閥芯閥座易損壞，故在S值小、負(fù)荷變化幅度大的場合不宜采用。等百分比閥的放大系數(shù)隨閥門行程增大而增大，流量相對變化量恒定不變。

4、氣動調(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)是指在閥門全開條件下，閥兩端壓差△Р為100Kpa，流體密度p為1g/cm3時，通過閥的流體體積流量為Q（m3/h），其節(jié)流公式為：Q=C（4—1）C是一個比例系數(shù)，它與流量系數(shù)的關(guān)系是m倍，即C=mC。當(dāng)流量特性為直線型時m=1.63，當(dāng)流量特性為等百分比型時m=1.97。

式（4-1）是當(dāng)測量介質(zhì)為液體時的計(jì)算方法，當(dāng)測量介質(zhì)為氣體時應(yīng)考慮溫度和壓力對介質(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△Р小于0.5倍的閥前壓力Р1，即△Р<0.5P1時

C=（Q/4.72）×1（4—2）

式（4—2）中P2為閥后壓力。

a）Р≥0.5P1時

C=（Q/2.9）×/Р1（4—3）

另外，當(dāng)介質(zhì)為過熱蒸汽時，計(jì)算C值要考慮蒸汽的過熱度。

確定完Cv值以后，要對調(diào)節(jié)閥的開度進(jìn)行驗(yàn)算，要求最大流量時閥開度不大于90%，最小流量時開度不小于10%，在正常工況下，閥門開度應(yīng)在1.5%-85%之間.最后根據(jù)Cv值確定調(diào)節(jié)閥口徑。

5、石油化工氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥計(jì)算選型分析的材料和輔助裝置

調(diào)節(jié)閥的閥體選用鑄鐵材質(zhì)，耐壓等級，使用溫度范圍、耐腐蝕等方面應(yīng)不低于對工藝管道的要求，但在介質(zhì)為易燃易爆的流體時應(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閥內(nèi)件的沖擊。一般對于非腐蝕性流體，常選用不銹鋼；對于腐蝕性較強(qiáng)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)高于+200℃時，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定位器、電磁閥、回訊開關(guān)、過濾減壓器、保位閥等。閥門定位器是調(diào)節(jié)閥的一個重要附件，常見的有氣動閥門定位器和電氣閥門定位器兩種。它主要用于：高壓差的場合；高壓、高溫或低溫介質(zhì)的場合；介質(zhì)中含有固體懸浮物或黏性流體的場合；調(diào)節(jié)閥口徑較大的場合；實(shí)現(xiàn)分程控制；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，使閥處于通、斷的位置，多用于安全放空閥?；赜嶉_關(guān)是需要在控制室實(shí)時監(jiān)測到閥位的信號才選用的。保位閥的選擇是根據(jù)工藝狀況，當(dāng)氣源切斷時，閥位要求保持在一定的位置上，但這種情況不多見

6、石油化工氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥計(jì)算選型分析結(jié)束語

調(diào)節(jié)閥是自動控制系統(tǒng)中一個重要的環(huán)節(jié)，若選擇計(jì)算不準(zhǔn)確，使用維護(hù)不得當(dāng)，將直接影響控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量，甚至造成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故，為此，對調(diào)節(jié)閥的正確選用，安裝和維修等各項(xiàng)工作都必須高度重視。調(diào)節(jié)閥的選型和應(yīng)用是一個專業(yè)性強(qiáng)、涉及的技術(shù)領(lǐng)域廣的系統(tǒng)工作，要做好這個工作，不僅要在理論上充分了解它的各種特性，而且要結(jié)合實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)來綜合分析判斷，做到理論和實(shí)踐科學(xué)地結(jié)合起來。