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化工蒸汽電動流量調(diào)節(jié)閥計算選型分析

曾有一家大型化工企業(yè)，需要用蒸汽來控制反應(yīng)罐的溫度，蒸汽來自熱電廠的蒸汽余熱，溫度 200℃ 左右，壓力 1.2MPa 左右，要求用蒸汽電動調(diào)節(jié)閥來控制蒸汽壓力的恒定，閥門壓力 0.8~1.0MPa，出口壓力 0.4~0.5MPa。開始選型時，因為沒有弄清楚現(xiàn)場參數(shù)，選用的是電動單座調(diào)節(jié)閥，使用不久就故障頻頻，執(zhí)行器電機燒壞、控制模塊損壞、減速齒輪打壞的事，屢屢發(fā)生。

電動蒸汽調(diào)節(jié)閥主要分為蒸汽電動溫度調(diào)節(jié)閥、電動壓力調(diào)節(jié)閥和電動流量調(diào)節(jié)閥，因其使用介質(zhì)的高溫高壓，故在選型時頗有講究，如果選型不當(dāng)，則會在使用過程中頻頻出現(xiàn)故障，嚴(yán)重影響設(shè)備和系統(tǒng)的正常運行。下面我們通過一個實例來談?wù)務(wù)羝妱诱{(diào)節(jié)閥的選型及使用中需要注意的一些問題。

后派人到現(xiàn)場觀察、分析，才找出故障原因。原來，蒸汽電動調(diào)節(jié)閥的進(jìn)出口壓差較大，執(zhí)行器在工作時負(fù)荷太大，也可以說過載，所以才會有減速齒輪不堪重負(fù)，數(shù)次打壞及電機、模塊損壞的事，更有甚者，用戶在系統(tǒng)設(shè)計時取壓點選擇不當(dāng)（選在壓力變化特別快的地方），控制系統(tǒng)中壓力控制模塊的PID參數(shù)設(shè)置也有問題，致使整個系統(tǒng)靈敏度太高，壓力稍微有一點變化，調(diào)節(jié)器就會輸出控制信號去驅(qū)動調(diào)節(jié)閥，造成調(diào)節(jié)閥頻繁動作，以至于震蕩，進(jìn)而引起整個系統(tǒng)的震蕩，不但被控變量無法穩(wěn)定，更令調(diào)節(jié)閥不堪重負(fù)，無法完成調(diào)節(jié)的任務(wù)。

經(jīng)與用戶協(xié)商后，果斷決定用電動套筒調(diào)節(jié)閥來代替單座調(diào)節(jié)閥，因為套筒閥的平衡結(jié)構(gòu)的閥芯，可以大大抵消蒸汽通過時產(chǎn)生的不平衡力，減輕電動執(zhí)行器的負(fù)荷，有利于調(diào)節(jié)閥長期穩(wěn)定地運行。之所以沒有選擇平衡式單座調(diào)節(jié)閥，是考慮到單座閥的導(dǎo)向密封圈不耐蒸汽狀況下的長期磨損，且系統(tǒng)對調(diào)節(jié)閥的泄漏量標(biāo)準(zhǔn)要求不高，套筒閥能勝任這種工況。同時，重新確定取壓點，當(dāng)套筒調(diào)節(jié)閥換上以后，調(diào)試系統(tǒng)時，將 PID 參數(shù)重新設(shè)置，減小比例帶，加大積分時間，即將系統(tǒng)響應(yīng)的時間稍微調(diào)整一下，蒸汽的壓力波動變化以能滿足使用為前提。經(jīng)過這樣一番調(diào)整，基本解決了這一問題。

2.2 化工蒸汽電動流量調(diào)節(jié)閥計算選型分析調(diào)節(jié)機構(gòu)

調(diào)節(jié)閥門是調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)機構(gòu)，它根據(jù)控制信號的要求而改變閥門開度的大小來調(diào)節(jié)流量，是一個局部阻力可以變化的節(jié)流元件。調(diào)節(jié)閥門主要由上下閥蓋、閥體、閥瓣、閥座、填料及壓板等部件組成。在自動控制系統(tǒng)中，閥門主要的調(diào)節(jié)介質(zhì)為水和蒸汽等。在壓力比較低，使用情況單一的情況下，常用的調(diào)節(jié)閥有直通調(diào)節(jié)閥、三通調(diào)節(jié)閥和蝶閥等。

3 化工蒸汽電動流量調(diào)節(jié)閥計算選型分析的工作原理

在有流體流動的管道中，調(diào)節(jié)閥是一節(jié)流件，假設(shè)流體是不可壓縮且充滿管道，根據(jù)伯努利方程式和流體的連續(xù)性定律可知：通過閥門的體積流量Qv與閥門的有效流通截面積A和通過閥門前后的壓降ΔP（ΔP=P1-P2）的平方根成正比，與流體的密度ρ和閥門的阻力系數(shù)ζ的平方根成反比，即：

根據(jù)調(diào)節(jié)閥的流量方程式可得出如下結(jié)論：

（1）在流體的密度ρ和閥門上的壓降ΔP一定的情況下，調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)C與流量Qv，C值的大小反映了閥能通過的流量的大小。

（2）流量系數(shù)C與流通面積A成正比，流通能力隨流通截面的增減而增減。

（3）流量系數(shù)C與閥門的阻力系數(shù)ζ的平方根成反比，增大閥門的阻力系數(shù)ζ就是閥門的流通能力減小，如果閥門的口徑相同，則不同結(jié)構(gòu)的閥門的阻力系數(shù)ζ就不相同，流通系數(shù)C也就不同。

4 化工蒸汽電動流量調(diào)節(jié)閥計算選型分析關(guān)于其結(jié)構(gòu)形式

在進(jìn)行該項選擇的時候，要切實的結(jié)合具體活動中的工藝內(nèi)容以及介質(zhì)的特征和體系的規(guī)定等等的一些要素來分析。一般在使用的時候，用到最多的是普通單座調(diào)節(jié)閥、雙座調(diào)節(jié)閥、套筒調(diào)節(jié)閥、蝶閥等。通常來講，在流量不大，壓力差值不高，規(guī)定泄露數(shù)不能太大的區(qū)域，選取單座模式的就可以合乎生產(chǎn)活動的規(guī)定，同時還能夠節(jié)省資金。對于那些流量非常高，而且壓力差值大的區(qū)域，就要使用雙座的；套筒調(diào)節(jié)閥最適宜用在介質(zhì)壓差大、振動大的場合；蝶閥適宜用于低壓狀態(tài)的空氣或其它氣體的壓力、流最調(diào)節(jié)。

化工蒸汽電動流量調(diào)節(jié)閥計算選型分析主要技術(shù)參數(shù)

電動調(diào)節(jié)閥本產(chǎn)品性能指標(biāo)貫徹GB/T4213-92。配套用電動執(zhí)行機構(gòu)有關(guān)技術(shù)參數(shù)

表中數(shù)據(jù)僅為常規(guī)配置，具體選用根據(jù)主要參數(shù)及用戶要求而定。

允許壓差

電動調(diào)節(jié)閥允許壓差表單位：Mpa

允許壓差值若大于公稱壓力，則取公稱壓力值。

電動調(diào)節(jié)閥連接標(biāo)準(zhǔn)

法蘭標(biāo)準(zhǔn)：鑄鐵法蘭按GB4216-84、鑄鐵法蘭按GB9113-88
法蘭密封面型：PN10、PN16為凸面
PN40、PN64為凹凸面，閥體為凹面
結(jié)構(gòu)長度：GB12221-89
夾套保溫型夾套載熱體接口：對焊φ18×4
閥體法蘭及法蘭端面距離可以按用戶的標(biāo)準(zhǔn)制造。如ANSI、JIS、DIN等標(biāo)準(zhǔn)。

5 化工蒸汽電動流量調(diào)節(jié)閥計算選型分析關(guān)于其流量特征的分析

它的流量特征目前使用最多的有如下的四類：

5.1 等百分比特性

等百分比特性也稱為對數(shù)特性，是指閥門的開度增加同樣的值時，通過的調(diào)節(jié)閥的流最按照等百分比增加。調(diào)節(jié)閥在同樣開度變化值下，當(dāng)流量小的時候，其變動性也相應(yīng)的要小很多，調(diào)節(jié)活動就會非常的平緩。而相反的流量非常高的話，其變動也就要高，此時的調(diào)節(jié)性就非常靈便。

5.2 直線特性

直線特性是指調(diào)節(jié)閥的相對流量和相對開度的比值為常數(shù)。調(diào)節(jié)閥在同樣開度變化值下，流量小時流量的變化值相對較大，凋節(jié)作用較強，容易產(chǎn)生超調(diào)和引起振蕩；流量大時，流量的變化值相對較小，調(diào)節(jié)作用不夠靈敏。

5.3 拋物線特性

拋物線特性是指調(diào)節(jié)閥的相對流量與相對開度的二次方根成正比。拋物線特性介于直線特性和等百分比特性之間，改善了直線特性在小開度時調(diào)節(jié)性能差的缺點。

5.4 快開特性

快開特性是指調(diào)節(jié)閥在開度很小時流量就已經(jīng)較大，隨著開度增加，流量很快達(dá)到最大值。

從調(diào)節(jié)閥的流量特性可以看出，調(diào)節(jié)閥的流量特性對選用調(diào)節(jié)閥有非常重要的意義，直接影響到自動控制系統(tǒng)的質(zhì)量和穩(wěn)定性，因此必須正確合理選擇調(diào)節(jié)閥的流量特性。在工程應(yīng)用中，我們選用最多的是等百分比特性，對于壓差變化小、可調(diào)范圍小、開度變化小的場合，也可以選用直線特性的調(diào)節(jié)閥，V型球閥一般選用拋物線特性。

6 化工蒸汽電動流量調(diào)節(jié)閥計算選型分析關(guān)于閥口徑

  計算選定調(diào)節(jié)閥口徑的方法在工程中常用C值法，即流通能力法。首先根據(jù)工藝條件和調(diào)節(jié)要求選定閥門的結(jié)構(gòu)型式和流量特性，并且確定流量系數(shù)C的計算方法和計算公式，然后把各項數(shù)值帶人計算公式計算出最大流量下調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)Cmax值，然后在標(biāo)準(zhǔn)閥門額定Cv值表中選擇與1.2Cmax相近的Cv值，其對應(yīng)的閥徑即為所選擇調(diào)節(jié)閥的閥徑，最后進(jìn)行噪聲和開度驗算，在最大流最下一般調(diào)節(jié)閥的開度不超過85%，最小流量下開度不小于20%，假如驗算信息合理的話，此時就可以定下來其其尺寸。假如不合理的話，就要再次的分析，然后對其驗算，一直到信息合理。

7 化工蒸汽電動流量調(diào)節(jié)閥計算選型分析合理的選取其材質(zhì)

在選取材質(zhì)的時候，要切實的關(guān)注如下的兩個要素。閥體以及蓋子的材料的質(zhì)地。第二是其中的組成部件的材料的品質(zhì)。對于閥體等來講，它們就相當(dāng)于是壓力設(shè)備，所以規(guī)定它要能夠承擔(dān)介質(zhì)的氣溫等，對于其中的組件來講，它的關(guān)鍵意義是節(jié)流，對其規(guī)定是要保證可以抗腐蝕，而且要有效。其是選取的時候要高度關(guān)注的內(nèi)容。在選取材質(zhì)的時候要了解兩項內(nèi)容。要確保安全穩(wěn)定，即要切實的結(jié)合工藝規(guī)定，選取那些能夠抵抗高溫以及高壓和方式等的材料。第二，要在合乎使用性的規(guī)定之下，分析它的性能和使用時間以及經(jīng)濟性指標(biāo)。

其實，如果從理想方案來考慮，根據(jù)這里的現(xiàn)場工況和要求，選用氣動雙座調(diào)節(jié)閥更為適宜，只是用戶鋪設(shè)氣源管路不方便，才沒有采納。對于自動控制體系來講，調(diào)節(jié)閥是使用頻率非常多的一項執(zhí)行元件。要想得知其控制步驟是不是穩(wěn)定的，關(guān)鍵要分析該閥門的運行，控制體現(xiàn)為物料能量和流量的變化。因此，要切實的結(jié)合規(guī)定來選取不一樣的閥。選取有效的閥是當(dāng)前管線設(shè)計中的關(guān)鍵內(nèi)容，同時還是確保體系穩(wěn)定運作的重要要素。

它是自控體系中非常關(guān)鍵的組成要素。它的選取是不是合理的，關(guān)乎到總的體系的控制品質(zhì)，關(guān)乎到生產(chǎn)產(chǎn)品品質(zhì)。不過，當(dāng)前的自控體系很多時候無法有效的運作，關(guān)鍵是因為其選擇不合理而導(dǎo)致的。所以，只有積極的選取有效的，才能夠保證運作有效，相關(guān)工作者要高度的關(guān)注該項內(nèi)容。它體現(xiàn)的內(nèi)容一般是表現(xiàn)在它的的活動特性以及構(gòu)造的指數(shù)中。在這些數(shù)值中，流通的水平是關(guān)鍵的要素，其大小會關(guān)乎到閥門的榮覺，其是設(shè)計選型里非常關(guān)鍵的指數(shù)。所以，在選取的時候要綜合的分析如上的一些干擾要素。筆者結(jié)合自身長久的活動知識，分析了其在選取的時候要關(guān)注的內(nèi)容。

綜上所述，對于電動蒸汽調(diào)節(jié)閥，選型固然重要，安裝、調(diào)試和維護(hù)更加重要，有好多故障都是用戶因不熟悉調(diào)節(jié)閥的性能和使用維護(hù)特點所造成的。你不能把調(diào)節(jié)閥孤立于控制系統(tǒng)之外，而需把它和整個系統(tǒng)一起來考慮、來調(diào)整，而且，調(diào)節(jié)閥是一個動態(tài)的執(zhí)行元件，容易出現(xiàn)各種故障，這是手動閥門所不能比的。而且，隨著現(xiàn)場總線調(diào)節(jié)閥的日漸推廣，本來由系統(tǒng)完成的任務(wù)，下放到了調(diào)節(jié)閥的身上，這就對蒸汽調(diào)節(jié)閥的使用、維護(hù)提出了更高的要求。