化工企業(yè)氣動調(diào)節(jié)閥選型要點研究
1、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，其終端控制元件的準確、快速調(diào)節(jié)是不可或缺的重要一環(huán)，控制結(jié)果必須保證工藝指標要求，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)濟適用，是儀控設計和管理人員普遍關(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。
2、氣動調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)和類型
氣動調(diào)節(jié)閥由執(zhí)行機構(gòu)和閥門組成，執(zhí)行機構(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、維護保養(yǎng)方便程度。從經(jīng)驗而言，選擇順序應為：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：當信號壓力中斷時，應保證工藝設備和生產(chǎn)的安全。如果閥門在信號中斷后處于打開位置，流體不中斷最安全，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，流體不通過最安全，則選用氣開閥。
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�？扉_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、全部工藝設備和管路系統(tǒng)上的各壓差之和。
從以下3個方面內(nèi)容對閥的工作流量特性進行分析：
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=K1K2K3K4K5
K1-K5分別表示變送器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器、執(zhí)行機構(gòu)、閥、控制對象的放大系數(shù)。在負荷變動的情況下，要使控制系統(tǒng)能保持預定的控制指標，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)配管情況選擇相應閥的固有流量特性�？紤]工藝配管情況時，可參照表3-1來選擇閥的固有特性。
從表3-1看，當S=1-0.6時，所選固有流量特性和工作流量特性一致。當S<0.3時，特性曲線畸變嚴重不宜控制。
3)從負荷變化情況分析
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算閥流量系數(shù)CV的基礎上進行的。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。當流量特性為直線型時m=1.63，當流量特性為等百分比型時m=1.97。
式(4-1)是當測量介質(zhì)為液體時的計算方法，當測量介質(zhì)為氣體時應考慮溫度和壓力對介質(zhì)體積的影響，其C值的計算分兩種情況：
當閥前后壓差△Р小于0.5倍的閥前壓力Р1，即△Р<0.5P1時
(4-2) 式(4-2)中P2為閥后壓力。
a)Р≥0.5P1時
(4-3) 另外，當介質(zhì)為過熱蒸汽時，計算C值要考慮蒸汽的過熱度。
確定完Cv值以后，要對調(diào)節(jié)閥的開度進行驗算，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，閥門開度應在1.5%-85%之間.最后根據(jù)C值確定調(diào)節(jié)閥口徑。
5、氣動調(diào)節(jié)閥的材料和輔助裝置
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作特殊考慮。閥芯、閥座材質(zhì)的選用應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;對于腐蝕性較強的流體，可選用堆焊硬質(zhì)合金或噴涂材質(zhì)。另外當操作介質(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，使閥處于完全通、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、結(jié)束語
況時，可參照表3-1來選擇閥的固有特性調(diào)節(jié)閥是自動控制系統(tǒng)中一個重要的環(huán)節(jié)，若選擇計算不準確，使用維護不得當，將直接影響控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量，甚至造成嚴重的生產(chǎn)事故，為此，對調(diào)節(jié)閥的正確選用，安裝和維修等各項工作都必須高度重視。調(diào)節(jié)閥的選型和應用是一個專業(yè)性強、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)合實際使用經(jīng)驗來綜合分析判斷，做到理論和實踐科學地結(jié)合起來。
