气动调节阀的选型探讨.pdf

22石油化工引言根据调节阀所应用的能源，可以将其划分成以下几种执行机构类型，分别是气动、电动、液动、气液、电液等，其中气动调节阀更加常见，相应的气动执行机构需要首先接收来自控制室的控制信号，获取标准信号之后，由阀门定位器将其转换成为气动信号，方可应用于气动执行机构，并对调节阀具体的阀门开度进行调整。开展气动调节阀选型工作，需要针对使用要求、结构形式、材质以及流量等多个方面进行综合分析，以保障气动调节阀的整体应用效果，并使气动调节阀可在生产装置中得到有效应用。一、气动调节阀的分类和功能1.调节阀的分类对于气动调节阀来说，根据其调节形式，可以分为调节型、切断型以及调节切断型；根据阀芯的移动形式，可以将其分为直行程阀以及角行程阀两种；根据流量特性，可以将其分为线形、抛物线、等百分比以及快开型；根据作用方式，则可以将其划分成为气开和气闭两个类型。2.调节阀的功能气动调节阀的首要功能就是调节，主要体现在五个方面：第一，调节速度。以调节响应时间，可以满足系统在速度方面对于阀动作的要求；第二，调节流量系数Kv。即为阀通过流量的能力，在口径同一的情况下，Kv值越大，通过流量的能力就越大，通常来说，角行程阀的流量系数大幅度高于直行程阀，前者一般是后者的23倍；第三，可调范围R。气动调节阀控制下的流量范围，可用R=Qmax/Qmin进行表示，R值越大，可进行调节的流量范围就越大，相关性能指标也越好；第四，调节小开度工作性能。受到结构限制，部分气动调节阀的小开度出现震荡或起跳等情况，性能优良的气动调节阀，其小开度具有微调功能，可以针对小流量进行精准调节；第五，流量特性。其可对气动调节阀的开度及流量之间的变化关系进行反映，从而满足不同系统特性的要求，并能够对调节阀的调节效果进行体现。二、气动调节阀的流量特性在气动调节阀两端压差处于持续不变的状态下时，阀的流量特性即为固有流量特性，其中主要包含直线、等百分比、抛物线和快开四个类型。在实际生产过程中，阀的固有流量特性则主要包含三种，分别是直线、等百分比以及快开，而抛物线特性处于直线特性与等百分比特性之间，通常可以直接使用等百分比特性对其进行替代，而快开特性通常在二位式控制中进行应用，正常情况下，阀两端的压差应该持续处于不变化的状态，此时阀的固有流量特性能够逐渐发生畸变，在工作条件下，阀的特性即为工作流量特性，相应的控制系统较为简洁，其中主要包含调节器、配送器、调节阀以及控制对象，其中调节阀需要与管道设备进行连接，管道阻力能够导致阀的固有特性和工作特性发生变化，所以应该根据实际对象的特性选择适宜的工作特性，再根据配管的整体情况选择最为适宜的固有流量特性。三、气动调节阀的使用情况单座调节阀、套筒调节阀等均属于当前应用频率较高的气动调节阀，但是经过长时间的实践应用可以了解到，套筒调节阀极易出现故障，例如阀座与阀芯抱死、阀芯卡滞等，而液体调节阀易出现杂音、内漏等情况，且阀体能够呈现出蜂窝状，主要原因在于气动调节阀运行过程中阀座脱落，而导致阀座脱落的主要原因在于气动调节阀内的流量面积在短时间内大幅度缩减，流速快速增加，进而致使液体分离出气体，气液双向流动的情况下，介质经过节流口后流动速度下降，压力恢复正常，而若压力大于饱和蒸汽压，即能够导致气泡转换成气动调节阀的选型探讨李建光中化化工科学技术研究总院有限公司【摘要】对于化工生产装置来说，气动调节阀能够对控制回路性能以及生产装置运行状态产生重要影响，所以开展化工生产装置设计工作的过程中，应该科学合理的进行气动调节阀选型，首先应该明确气动调节阀的分类及功能，了解其流量特性和使用情况，确认选型基础，最后根据实际情况合理开展气动调节阀选型工作，促使化工生产装置的应用效果及安全性得到提升，以供参考。【关键词】化工生产装置；气动调节阀；选型【DOI】10.12316/j.issn.1674-0831.2023.15.00823石油化工为液体，并在压力冲击波的作用下，导致阀体上逐渐出现蜂窝状。四、气动调节阀选型基础1.选型原则（1）安全原则安全是企业生产经营发展的重要基础，也能决定企业的根本利益，所以在进行化工生产的过程中，必须严格把控温度指标、介质压力等，以能够在保障技术指标稳定的同时，维持生产过程的安全性。气动调节阀即为对生产过程中各类介质的压力及流量进行调节的装置，气动调节阀性能的优劣能够对企业生产的安全性产生直接且重要的影响，所以在选择气动调节阀时必须把安全关，确认其在温度、压力以及材质等各个方面均符合相关要求。（2）节能原则管道内介质流经气动调节阀时必然引起热量损失，若生产工艺具有保温要求则热量损失即为能源损失，所以应该根据工艺要求在启动条件法选型时注重考虑产品节能性。（3）经济原则在科技高速发展启动调节阀的类型及功能越来越多。为了在保障产品性能的同时尽量节约成本，应该选择性价比较高的启动条件。2.选型基本思路气动调节阀可以分为三个大类，分别是基型产品、特殊产品和变形产品。首先明确不同类型产品的结构和特点，对其参数、适用条件、适用场合以及各注意事项进行了解和总结，若超出基础工作条件，即针对相应的基型产品进行改进，使其能够满足特殊要求，也就是升级成为特殊产品。特殊产品的实际应用需要以其自身结构和现场实际的条件进行决定。针对某一特定场合或是条件进行优化的气动调节阀，可称其为专用调节阀，其同样以基型产品为基础进行优化所得，但是实际应用的针对性较强，使用范围相对更窄。五、气动调节阀选型方法1.根据使用要求选型气动调节阀中主要包含两个部分，分别是阀芯和阀体，阀座属于阀体的一个部分。根据使用要求间的差异性，气动调节阀的结构形式也各不相同，常见的形式包括高压角式调节阀、双座调节阀以及直通单座阀。高压角式调节阀的阀体为直角式，整体上流路简单，并且阻力较小，能够受到高速流体的冲击侵蚀也相对较少，主要适合在含有悬浮颗粒状物质并且粘度高、压差高的流体中进行应用，也可针对气液混相、易闪蒸气蚀的情况进行处理，且在应用高压角式调节阀的过程中，出现结焦、堵塞、粘结情况的可能性极低，相应的清洁以及自净的便捷度更高。双座调节阀阀体内部包含两个阀芯，二者一上一下，受到流体作用影响，上下两个阀芯的推力方向完全相反，所以推力基本被抵消，其中的不平衡力也就相对较小，阀前后可适应较大的压差，但是因为阀体内部流路较为复杂，在高压差的情况下，阀体能够受到较严重的冲蚀损伤，所以不适合在含纤维、含悬浮颗粒以及高粘度的介质中进行应用。并且在现有加工条件的限制之下，上下阀芯难以同时实现严密的关闭，所以关闭状态下的泄漏量较大，特别是环境温度过高或过低时，在材料热膨胀的影响之下，泄漏情况将更加严重，目前基本上已被套筒阀替代。直通单座阀泄漏量相对较少，但是流体针对阀芯产生的推力能够形成较大的不平衡力，所以该类型的气动调节阀适合在前后压差较低、管径较小并且泄漏量较小的环境下应用。2.结构形式的选型气动调节阀的结构形式选型能够受到多方面因素的影响，例如：温度、流量、压力的生产工艺条件，有无毒害、有无颗粒、有无腐蚀性以及粘度的工艺介质特性，噪声、泄漏量、调节范围的调节系统要求等，另外，还需针对管系布置情况以及空间基本情况进行综合考虑。总体来说，应该满足以下几个方面的要求：第一，在低压大口径的状态下，含有悬浮颗粒的介质以及浆状介质，应选用气动调节蝶阀；第二，含有悬浮颗粒并且粘度较高的介质，应选用易冲洗、阻力小的气动薄膜角式调节阀；第三，若介质中含有酸碱，并且具有较强的腐蚀性，应选用气动薄膜衬氟调节阀；第四，需要调节阀处于小开度工作状态时，不可选用双座阀，以避免产生震荡，一般应选用微型调节球阀；第五，为了避免出现堵塞情况，应主要选用角行程调节阀，通过其中简洁的流路保障防堵效果；第六，介质温度处于20200之间时，使用四氟填料和普通型上阀盖，在介质温度超过200时，应选用散热型的上阀盖，填料则应为石墨填料，如果介质温度在20以下，则应选用长颈型的上滑盖，而若介质中含有剧毒，并且易发生渗漏，则应选用波纹管密封上阀盖。对以上选型思路进行总结，基本24石油化工如图1所示。图1启动调节阀结构形式选型基本思路3.材质的选型对气动调节阀的阀体、阀芯、阀座材质进行选择时，必须先了解工艺介质的基本特点。在通常情况下，气动调节阀的阀体材质品质不可低于管道材质的品质，管道材质为碳钢时，阀体材质则应选用WCB，工艺管道为不锈钢或是其他类型的防腐材质时，阀体材质为同类型相同等级或不同等级的材质，例如管道材质为321SS，阀体材质则可选用同样的321SS或是品质相对更高的材质。以甲酸项目为例，在其中使用钛材管道时，阀体、阀芯以及阀座也全部选用钛材，否则可能出现阀门防腐等级不足的情况，而若工艺管道使用碳钢衬四氟材质，阀体和阀座则可同样使用碳钢衬四氟，或是根据具体的工艺要求选用哈氏合金或是钛材，但是这一方案下，阀门造价较高，经济性不足，而若甲酸介质温度在100以上，阀体部分应该使用适宜的衬材，对于真空管道上的阀门来说，阀体不应使用衬氟塑型，原因在于真空状态易导致衬材脱落，但是在阀座和阀芯部分，则可根据工艺要求使用哈氏合金或是使用钛材。因为阀芯、阀座材质通常应优于管道材质，所以在管道使用碳钢材料时，阀芯和阀座则应该使用316SS或是304SS，如果管道使用304SS，阀芯以及阀座则应使用316SS或是其他更高等级的材料。笼式调节阀中，套筒、阀芯以及阀座均应选用SUS410+HT，如果需要将阀门应用于产品气、原料气、中间原料以及中间产品介质等方面的超压放空调节中，泄漏等级至少应为级，阀芯材质可以选用316SS+R.TFE，但是软密封具有不耐高温、不耐冲刷的缺点，且若超压放空阀的前后压差较大，则冲刷程度较严重，此时不适合选用软阀座，而是应该选用金属的阀芯和阀座，以提升阀门的耐用程度。4.流量特性选型气动调节阀的流量特性能够对其选型产生重要影响。根据目前的情况来看，典型的流量特性包括等百分比流量特性、直线流量特性、快开流量特性以及抛物线流量特性四个类型，且前二者相对更加常见，其中等百分比流量特性调节阀能够在大负荷时起到较强的调节作用，小负荷状态下调节作用较为微弱，并且越接近关闭状态，其调节功能越差，整体上状态平稳，但是在接近全开状态下，其能呈现出较强的调节作用，工作灵敏度也相对更高，所以主要适合在负荷变化幅度较大的环境下进行应用，不论在半负荷生产中还是在全负荷生产中，均可起到较好的调节作用。对于直线流量特性来说，其主要能够在开度变化基本一致的情况下进行应用，以此为基础，若流量较小，流量相对变化值较大，流量较大，流量相对变化值则较小，所以直线流量调节阀在小开度、小负荷的情况下难以凸显自身调节性能，且控制难度较大，易出现震荡情况，所以不适合在小开度情况下进行应用，调节系统负荷变化幅度较大的情况下也不适用，而仅适合在负荷平稳、变化幅度较小的调节系统中应用。六、结束语气动调节阀选型工作的开展，主要目的在于保障气动调节阀选型与实际工艺需求相符合，以提升其应用效果。所以当前应该同时从使用要求、结构形式、材质以及流量特性四个角度出发，合理进行气动调节阀的选型。参考文献：1张代福，赵桂生，刘苏州，等.基于IGA-SVM的气动调节阀在线故障检测及诊断J.化工设备与管道，2022，59（2）：57-63.2李超，李亚楠.压载水管理系统气动调节阀的选择及振动分析J.仪器仪表用户，2022，29（11）：27-30.3李玉荣，李超，王欢.华龙一号核电站中气动调节阀配套电仪附件的选型探讨J.产业与科技论坛，2021，20（14）：44-46.4陈珉芮.蒸汽温度压力调节阀气动噪声特性与降噪技术研究D.浙江：浙江大学，2021.5赵聪聪.基于LabVIEW的气动调节阀实验平台设计与控制策略研究D.安徽：合肥工业大学，2021.6杨宗鑫.带静流元件船用汽轮机调节阀气动性能研究D.中国船舶重工集团公司第703研究所（哈尔滨船舶锅炉涡轮机研究所），2021.7湖北欧利泰科技有限公司.一种气动调节阀的压力检测装置：CN202123371930.2P.2022-05-24.