调节阀如何选型.doc

1、调节阀的选用

% t3 u1 R# w/ l) i7 t1 h% i+ p$ [概  述9 V% F- e% G$ j/ Q/ E' G; R/ H
    下面具体地论述了所有的阀门类型，如球形阀、球阀、蝶阀、偏心旋转阀、隔膜阀及用于控制的其他类型的阀门。这份资料使用户知道每种类型阀门的操作条件范围和口径大小，以及随着环境和使用场合的不同，一种类型阀门的性能与另一种阀门性能的差别。一种类型阀门的性能实际上是与价格和质量有关系的。控制质量与不同稳定度下的粗略的、适度的或精确的流量控制、可调范围（调节比）和阀内件寿命有关。正确的阀门必须和合适的仪表一起使用，使其在控制系统的动态特性中起适当的作用。考虑到选择调节阀包括许许多多的变量，这里只能给出一般性的指导原则。下面给出的表格指了调节阀口径的典型颁布情况。
% I# h. k% {' p. G" b" W+ W8 v调节阀口径在加工工厂中的典型颁布情况
' c: w5 O9 S5 H( U9 ~口径        累积的百分数; s+ Q; G9 v$ v2 m) C5 D, O4 W
等于或小于1?英寸        调节阀总数的65%% A+ M) {" n8 v3 e) a
等于或小于2英寸        调节阀总数的83%
0 R2 A: t( o. y7 Y等于或小于3英寸        调节阀总数的91%
: N4 P( s' q2 x' G8 w等于或小于4英寸        调节阀总数的96%( T" T/ a+ R, ~4 N
阀门的选用' q' f* A/ O! U/ m: n7 {  Y
    一般考虑采用下述的操作变量来选择阀门的类型，它能够用来处理已规定的操作条件：
& P  _1 c7 b& x9 L& c- R0 O7 b    1）管线压力（阀门压力等级）。7 a! w) h8 K0 M, Y0 v1 P
    2）流量（在流动状态下的Cv值，与阀门的口径有关）。
% Y. X2 L2 W2 ]' l) ?    3）压差（在节流稳定、低噪音、防气蚀及较小磨损下的许用△P）。
+ w& a# T8 @/ C    4）操作温度范围（与结构及使用的材料有关）。
+ `$ C# H3 `. U) k3 m2 o    5）腐蚀率（与具体的阀门类型中经济地使用材料有关）。
4 K; b0 }' M* ?) T) {4 N' `) C; W7 y评价的因素  对于具体的应用场合，用哪种阀门最好、这取决于下述因素的相对重要性：8 K6 m$ @- N" P) p% t" s
    1）噪音级——小于90分贝（A）和（或）达到声带的阻塞流量。（随着下游压力的降低，限制了流量的增加）。$ Q8 Q5 I0 U" \, Q3 W$ W
    2）气蚀——大于起始值（较小的）在气蚀状态下的阻塞流量。
3 W: y* H/ s  u    3）闪蒸——阀门的口径是按阻塞流量计算的，阀体材料能够耐较大的磨蚀。
  I# A7 S# J  k& `$ [8 x, S) {% B    4）磨蚀——用结构和硬化的阀内件来减小或补偿。0 M3 e/ R, @, r( W; M0 N
    5）节流稳定性——满足工艺流量和压力变化的需要。
% B3 G; w3 }* {- C" P5 v" C7 _    6）价格总的价格包括：采购、安装、操作动力及维修。" S5 ~. ?( E) }/ c8 j. @
    7）口径大小——适合于可以使用的空间。考虑配管强度、地震力、管道的大小头与管线尺寸的关系及阀体与缩小流通面积阀内件的关系。. F1 z  n- ^# c* O' U3 X- x
    主要阀门制造厂和大的工业使用部门正在开发电子计算机程序以进行这种评价，而把最终的选择留给调节阀应用工程师去做出技术判断。有些程序还包括泵、配管和阀门组。许多工艺条件天生我材必有用是十分正常的，用户的工程师能够做出合适的阀门选择。对于严格的或不正常的条件，明智的做法是和阀门制造厂协商。
/ o2 K7 V! m$ R$ R- h2 M# d) @    现在的电子计算机程序往往可以使用于计算、规定或引起对下述项目的注意：
0 G- f1 W7 C: \  `    1）阀体材料；  Y4 F: @# e" t$ |9 K% E: A
    2）压力等级；! p0 J) @. U( A- n2 g4 j
    3）温度限制；
( V( b1 |' I9 _    4）阀门的流通能力（Cv值）和口径大小；4 S; {0 R. d. ?
    5）气恂条件；/ g1 L$ D9 w- P' p1 D5 h
    6）闪蒸条件；2 O5 l3 E9 R& g3 d$ E3 S* Z' d
    7）过大的速度；
" g8 _: D. u5 Z& e6 p' c# V    8）阀门的噪音和声压级的指示（分贝A）；
* @. {6 W/ N, D    9）由于管道大小头引起的Cv值降小；& v7 n7 F1 |) n* ^4 i
    10）对阻塞流按照阀门开度校正的Cv值；/ t# ^3 S% D7 X* s2 U! |
    11）执行机构的尺寸；2 D2 d7 M# M. [4 [
    12）阀门满足或不满足所有的计算机输入的约束条件，包括具体的阀门类型对节流某些流体的压差限制、与辅助设备（阀门定位器、阀位开关、电磁阀、传感器、连接端、执行机构等）的兼容性；* D: r6 f' ?" ]/ M* G- @9 \
    13）阀门的连接端，按照配管规范和管线尺寸；" M2 e# S8 V# u- q" i+ ]5 e9 u
    14）最经济的选择（现在正在研究中）；2 H# k- i: i+ q8 }5 b
    15）经济的压头损失。这对于计算最在效的配管尺寸和阀门前后的压降是有用的，当压降与系统的压力有关系以及泵的系统能量有要求时；' f/ m, w& h2 W6 @8 G
    16）调节阀阀组配管的影响因素。& K+ L" s4 u7 l9 n1 @
在调节阀的选用中考虑的关键因素
" j% i! |7 c: r2 l) A    下面13套表格是按照应用顺序设计的，并作为导则，使用户能够来确定在一般的操作条件下最适合于具体使用情况的阀门类型或阀门型式。这些表格并不能代替详细阅读和了解在本手册中所编写的资料，但是对读者了解各式各样的阀门类型的性能和一般应用是有帮助的。: f, q- [1 ?" e, @) w4 A( `
阀门选用表
. @. F6 Z$ G0 r3 E7 `/ A8 {/ R    1）操作压力和温度与可用的阀门口径和流通能力的关系。
- ?/ {% u" C2 M9 y, Y6 C/ P, d    2）许用压差；
" H7 |$ `/ e# P    3）操作温度范围；
# P0 Z+ B7 Q" O2 |+ O( C    4）固有的流量特性和可调范围；
% U4 V. I) f' F    5）泄漏量；, N; c) [" V! I+ l( a
    6）阀门的端部连接；
/ @* {# U5 B3 {# q) v    7）执行机构；
& Y& P5 y; W9 b' }7 @" `    8）阀门型式与紧密度、重量、相对价格和执行机构功率的关系；
/ s4 G! r4 u0 Z1 K9 m& @, z! V    9）维修的方便和维修地点；( e7 @) @5 `1 g- P; J7 a
    10）防气蚀阀门；6 a2 X7 D/ C% N) v. i  F
    11）低空气动力噪音的阀门；. |( C. [. ?. B
    12）阀体型式（口径大小、压力等级、温度范围、剖面图）；! m8 {# L7 E# t; X! y- G: {; @
    13）阀体材料和衬里是容易买得到的。
/ M$ c0 J+ g" Y& C( M' ]- R1、压力——温度的额定值与阀门类型和口径范围的关系' B6 L0 a. A( `# ?& i
    为了具体的应用，首先必须把工艺数据转换为阀门流通能力（Cv值）。第6章包含了如何转换计算的资料。制造厂的流通能力额定值(Cv值)定义为：阀门在全开位置，压差为1磅/英寸2，60℉的水每分钟渡过阀门的加仑数。在相同的使用条件运行，一种阀门的容量Cv值可以相等的，但是在实际操作条件下，由于每种类型的阀门受管道大小头、气蚀或临界气体流量的影响不同，Cv值可能是完全不相同的。本章第8节有更多的有关这方面的资料。在第6章中给出了关于液体和气体的两种计算Cv的方法。全开的Cv值（制造厂的额定值）是工通常所选用的，其结构是使正常的工艺流量约为额定的65～75%或更多些，这将使一些工艺流量的变化能够得到充分的控制。参考图4和图5。
6 _2 G2 b1 p5 v( y' Z, }    每种类型阀门最大口径的是示于棒图的右端第二步是参考第九章中的压力——温度图表，从而确定具体应用的校正值。配管设计可以提高阀门额定值的等级。而且，假如配管设计已经接近于完成了，在配管中端面至端面的安装距离可以决定压力等级。第三，已经确定压力和温度等级之后（即美国国家标准协会的标准150磅、600磅等），就能够把输进的数据制成一系列的棒图。利用“压力等级与阀门类型的口径范围”图表来决定在这种额定值下的阀门口径是采用已给定的型式还是采用其他型式的阀门。6 ]7 s- ?4 D, ~7 R- Q" z
2、切断压差与阀门类型和口径的关系0 b& m. ]; A! k
    从本节中给出的资料，适当的阀门类型及合适的切断压差可以按要求的口径来选择，而口径是由前面第一节中说明的Cv值决定的。阀门的类型必须按照“带标准执行机构的最大切断压差”图所示的许用压降来选用，不应超过正常的工艺操作条件或在切断期间所聚积的压力。参考图6。这三张图是以最大的切断能力为基础的，从每种带标准执行机构的阀门类型的变量最佳组合而得到的。本节的后面用表列出了这些变量。它们表示了制造厂在确定每种给定阀门的切断压差等级时所必须考虑的因素。差压范围的例子是针对具体阀门给定的，表明有很大的变化范围。Cv额定值是表示不同类型阀门的某一尺寸的数值。务必认识到，在所有的流量和配管条件下并不是都能达到Cv的额定值的。
1 J9 A, t! s, ]* D2 b$ N8 _; U    阀门上可以安装一个有足够功率的执行机构，以增加阀门的压差切断值，以达到上阀盖和内部零部件的机械强度的极限。其限度是：（1）在较高的压差下的许用阀座接合面荷载；（2）弹性膜片的断裂；（3）当内部零件的强度增加时，球阀和蝶阀的流通能力却降低了。压力平衡式结构的球形阀提供了一个解决较高压差的办法，使用适中尺寸的执行机构。双座球形阀通常把需要考虑的动态平衡问题消除了或减至最小。

2、调节阀如何选型
调节阀依据什么选型，对从事仪表设计的人员来说不算什么，但对普通仪表维护人员来说，可能就不一定是很清楚了，下面对调节阀如何选型作一简单介绍，如有不对请批评指正，更希望大家踊跃发言，达到信息共享的目的。
调节阀的选型有两个步骤：
一、由工艺提出相关要求和参数
 1、被控流体的种类   液体、蒸汽或气体。对于液体通常要考虑粘度的修正，当黏度过高时，其雷诺数下降，改变了流体的流动状态，在计算控制阀流通能力时，必需考虑粘度校正系数。对于气体应该考虑其可压缩性。对于蒸汽要考虑是饱和蒸汽还是过热蒸汽。
2、流体的压力、温度   根据工艺介质的最大压力来选定控制阀的公称压力时，必须参照工艺温度条件综合选择，因为公称压力是在一定的基准温度下依据强度确定的，其允许工作压力必须低于公称压力。例如，对于碳钢阀门，当公称压力为PN1.6MPa，介质温度为200℃时，最大耐压力是1.6MPa；当温度为250℃时，最大工作压力为1.5 MPa，当温度为400℃，最大工作压力只为0.7MPa。
     对于压力调节系统，还要考虑其阀前取压、阀后取压和阀前后差压，再进一步选择阀的形式。
3、流体的粘度、密度和腐蚀性   根据流体粘度、密度和腐蚀性选择不同形式的阀门以满足工艺的要求。对高粘度、含纤维介质常用O型和V型球阀，对腐蚀性强的易结晶的流体常采用阀体分离性的阀体。
4、最小流量和最大流量   根据流量方程式可知，流量大，流通能力也大，其阀门的口径也大，相应的价格也高。选择流通能力过大的，是控制阀常在小开度状态，严重时会冲刷阀芯；流通能力过小，达不到工艺设计能力。因此，在决定最大流量时，在很大程度上决定于设计人员经验。一般情况下，取稳态的最大流量的1.15~1.5倍作为计算最大流量。
5、安全方面的考虑   由于停电、风和阀门故障以及工艺操作异常因素，需要紧急停车，为此需要把阀门放到安全位置，即事故安全状态，事故开或事故关。
6、噪音水平  由于阀门元件机械振动、阀的空化和闪蒸等因素引起噪音。通过计算，确认阀的噪音水平是否低于“工业企业噪声卫生标准”规定。
7、两相流   出现两相流时，通常在计算控制阀的流通能力时，要分别计算每相的量，然后把所得的流通能力相加，最后得到总的流通能力。
8、进出口管道尺寸  流体通过控制阀后，压力总是小于节流前压力，所以阀的直径总是小于管道的直径（切断阀除外）。
二、选择控制阀
1、选择阀体的结构形式（角节、双座、蝶阀等）
   在满足要求的前提下，合适的控制阀可能有几种，应综合经济效益来考虑：
（1） 使用寿命；
（2） 结构简单，维护方便；
（3） 产品价格合适。
2、选择阀体的材质（铸钢、不锈钢或衬里）
选择材料时，主要考虑材料强度、硬度、耐腐蚀和耐高温、低温的特性。首先应满足安全可靠，还要考虑使用的性能、使用寿命和经济性。
3、选择控制法与工艺管道的连接形式（螺纹、法兰、压力等级）
4、选择控制阀阀芯（直线、等百分比、快开）及其材料（304、316、17-PH和喷镀钨铬钴合金）  定量地选择阀芯形式有很多困难。在设计中通常按照国内外工程公司的设计经验来确定。通常，对液位调节系统采用线性流量特性；对于温度、压力和流量调节系统则采用等百分比特性；需要快需切断系统则用盘型阀芯，即快开特性。
   阀芯的选择，根据需要来确定。
5、流量动作（流开、流闭）
一般控制阀对流向的要求可分为三种情况：
（1） 对流向没有要求，如球阀、普通蝶阀
（2） 规定了某一流向，一般不得改变，如三通阀、文丘利角阀、双密封带平衡孔的套筒阀；
（3） 根据工艺条件，有流向的选择问题，这类阀主要为单向阀、单密封控制阀，如单座阀、角型阀、高压阀、无平衡孔的单密封套筒阀。
  具体选择如下：
（1） 高压阀，DN≦20时，选择流闭型，DN>20时，因稳定性问题，根据具体情况来确定；
（2） 角型阀，对高粘度、悬浮液、含固体颗粒的介质，要求自洁性好，选流闭型；仅为角型时，可选流开型。
（3） 单座阀，常选流开型。
（4） 小流量阀，常选流开型，当冲刷严重时，可选流闭型。
（5） 单密封套筒阀，通常选流开型，有自洁要求时，可选流闭型；
（6） 对两位型控制阀选用流闭型。

3、控制阀的选型、维修与校验（一）

控制阀是电厂自动控制系统中一个重要环节，无论多么复杂的自动控制系统，最后都归结到对控制阀的控制，也就是说，控制阀是执行自控指令任务的一道总机关。因此，控制阀的性能如何，不仅直接关系机组运行的经济性，甚至影响自控系统乃至整台机组的安全运行。但令人遗憾的是，在实际使用中控制阀经常出现关不死、打不开、动作不灵敏、泄漏大、非线性严重、寿命短、价格贵等问题。据调查发现，这些问题中95%以上是属于选型不当造成的，而因计算错误造成的问题不到5%。实践证明，计算与选型相比，选型的难度更大，出现的问题更多，对此应该特别重视。下面结合笔者近年来掌握的情况和工作中碰到的问题，就控制阀的选型、维护及现场调校谈一些看法。

一、控制阀的选型

1、选型应考虑的主要因素

（1）最基本的条件是要满足生产过程的温度、压力、液位及流量的要求；

（2）阀的泄漏及密封性要求；

（3）阀的工作压差应小于许用压差；

（4）对阀使用寿命和可靠性的考虑；

（5）对阀动作速度、流量特性的考虑；

（6）对阀作用方式和流向的考虑；

（7）对执行机构形式、输出力矩、刚度以及弹簧范围的考虑；

（8）对材质及阀经济性的考虑（选型不当价格会相差3~4倍）。

2、选型的一般原则

在满足过程控制要求的前提下，所选的阀应尽量简单、可靠、价廉、寿命长、维修方便，并保证备件来源及时可靠。要尽量避免为单纯追求好结构、好材质、多附件而忽略了对可靠性、经济性的考虑。从可靠性观点来看，结构越简单、多余的附件越少，其可靠性就越高；材质选择过高，将造成不必要的浪费。

3、选型应提供的工艺参数及系统要求

（1）工艺参数：温度、压力、正常流量时的压差及切断时的压差；

（2）流体特性：腐蚀性、粘度、温度变化对流体特性的影响；

（3）系统要求：泄漏量、可调比、动作速度与频率、线性及噪音。

4. 控制阀的分类及选择

控制阀按结构特征大致可分为如下9大类产品。

（1）直通单座控制阀：该阀应用最广，具有泄漏小、许用压差小、流路复杂、结构简单的特点，故适用于泄漏要求严、工作压差小的干净介质场合，但小规格的阀(DN<20)也可用于压差较大的场合。应用中应注意校对许用压差，防止阀关不死。

（2）直通双座控制阀：与直通单座控制阀相反，具有泄漏大、许用压差大的特点，故适用于泄漏要求不严、工作压差大的干净介质场合，选型时应注意该阀泄漏量大是否能满足过程控制要求。

（3）套筒阀：套筒阀分为单密封和双密封两种结构，前者类似于单座阀，适用于单座阀场合。后者类似于双座阀，适用于双座阀场合。套筒阀还具有稳定性好、装卸方便的特点，但价格比单、双座阀贵50~200%，还需要专门的缠绕密封垫，是仅次于单、双座阀应用较为广泛的阀。

（4）角型阀：节流型式相当于单座阀，但阀体流路简单，适用于泄漏要求小、压差不大的干净介质场合及要求直角配管的场合。

（5）三通阀：它具有3个通道，可代替两个直通单座阀、用于分流和合流及两相流、温度差不大于150℃的场合。当DN≤80时，合流阀可用于分流场合。

（6）隔膜阀：流路简单，隔膜具有一定的耐蚀性能，适用于不干净介质、弱腐蚀介质的两位切断场合。

（7）蝶阀：它相当于取一直管段来做阀体，且阀体又相当于阀座，故“自洁”性能好、体积小、重量轻。适用于不干净介质和大口径、大流量、大压差的场合。当DN>300时，通常都由蝶阀来完成。

（8）球阀：“O”形球阀全开时为无阻阀，“自洁”性能最佳，适用于特别不干净、含纤维介质的两位切断场合。“V”形球阀具有近似等百分比的调节特性，适用于不干净、含纤维介质、可调比较大的控制场合。球阀的价格较贵。

（9）偏心旋转阀：该阀介于蝶阀和球阀之间，“自洁”性能好、调节性能好、亦可切断，故适用于不干净介质、泄漏要求小的调节场合，但该阀价格较贵。

这9类产品中前6种为直行程控制阀，后3种为角行程控制阀。作为控制阀的应用者，必须弄清楚它们的特点、注意事项。各类变型产品、改进型产品都是在这9类产品上演变而来的，弄清这9大类产品就容易掌握其他产品的应用了。

5、正确选择的若干问题

（1）阀体材料选择

阀体耐压等级、使用温度、耐腐蚀性能等方面应不低于工艺连接管道要求，并优先选用定型产品。

水蒸气及含水较多的湿气体介质、环境温度低于-20℃时，不宜选用铸铁阀。

（2）阀内件材质选择

非腐蚀性介质一般选用1Cr18 Ni9Ti或其他不锈钢。
对汽蚀、冲蚀较为严重，且在介质温度与压差构成的直角坐标中其温度为300℃、压差为1.5MPa两点连线以外的区域时，应选用耐磨材料，如钴基合金或表面堆焊史太莱合金等。
对硬密封切断阀，为提高密封面可靠性，应选用耐磨合金。当密封要求十分严密时，应选用软密封，如四氟橡胶。
（2）高低温材料选择

当介质温度小于-60℃时选用铜或1Cr18Ni9Ti；温度在450~600℃时，选用钛、钼不锈钢；当介质温度大于600℃时，应选用高温高强度合金(如因可耐尔)。

6、填料及阀盖型式选择

（1）通常情况下，介质温度小于200℃时，选用“V”形四氟填料，普通型上阀盖；介质温度小于450℃时，选用“V”型四氟填料，但必须是散热阀盖。

（2）对直行程类阀，若带有定位器附件时，对介质温度不大于450℃的高温阀，仍可选用普通型阀盖，但必须选用石墨填料。

（3）介质温度大于400℃时，需选用散热型阀盖和石墨填料。

（4）为增加阀杆密封的可靠性，可选用双层填料结构。

7、定位器的选择

并不是选了定位器就一定好，不必要时，可以不选用定位器。如下情况应选用定位器：

（1）电动仪表控制气动阀，且为慢速响应系统时。

（2）需要提高薄膜执行机构输出力的场合。

（3）缓慢过程需要提高控制阀响应速度的场合，如控制温度、液位等参数。

（4）需要克服摩擦力，减小过大的回差造成控制品质差的场合，如低温或采用柔性石墨填料的控制阀。

（5）控制器比例带很宽，但又要求阀小信号有响应时，采用无弹簧执行机构控制的系统。 带定位器适用的阀，通常选用20~100kPa的弹簧。但为了提高输出力，可选用气源压力PS=250kPa。对气开阀，可选用60~180kPa的弹簧范围，以增加起点执行机构的输出力。对气闭阀可选用20~100kPa的弹簧，以增加关闭时执行机构输出力。