石油化工氣動(dòng)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(lái)自調(diào)節(jié)單元的控制信號(hào),，產(chǎn)生相應(yīng)的開(kāi)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(guò)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(duì)氣動(dòng)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(gè)方面闡述化工企業(yè)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥選型中的考量要素。

1,、石油化工氣動(dòng)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(dòng)化生產(chǎn)過(guò)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(duì)此，如何選擇適用的氣動(dòng)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(wèn)題,。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的選擇一般從以下四個(gè)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(dòng)調(diào)節(jié)閥作為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,，使用,、維護(hù)方便，且具有本質(zhì)安全特性的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥種類,，得到廣泛的應(yīng)用,。薄膜氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥在使用時(shí)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(lái)分析薄膜氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的選型,。

1.根據(jù)安全性選型
薄膜氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥有氣開(kāi)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(hào)壓力中斷時(shí)調(diào)節(jié)閥處于打開(kāi)或關(guān)閉位置,，對(duì)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(shí)危害小，則選用氣開(kāi)閥,，信號(hào)壓力中斷時(shí),，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(dòng)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(dòng)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(duì)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(chǎng)合,。角式高壓閥閥體為直角式，流路簡(jiǎn)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(dòng)蝕的場(chǎng)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(guò)程中選擇薄膜氣動(dòng)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(duì)數(shù)流量特性）,、快開(kāi)流量特性和拋物線流量特性四種,。直線流量特性在相對(duì)開(kāi)度變化相同的情況下，流量小時(shí)流量相對(duì)變化值大,；流量大時(shí),，流量相對(duì)變化值小。百分比流量特性的調(diào)節(jié)閥在小負(fù)荷時(shí)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(shí)調(diào)節(jié)作用弱,，工作和緩平穩(wěn)，而接近全開(kāi)時(shí)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(chǎng)合,，無(wú)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(dòng)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(dòng)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(hào)，產(chǎn)生推力,，使推桿位移,，推動(dòng)閥門開(kāi)關(guān)動(dòng)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(kāi)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(shí)應(yīng)綜合考慮調(diào)節(jié)功能,、泄漏等級(jí)、耐壓能力,、切斷壓差,、腐蝕性、沖蝕和汽蝕,、性價(jià)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：?jiǎn)危p）座控制閥,、籠式控制閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥,、蝶閥,、角閥、球閥,。

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

氣動(dòng)多彈簧薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)高度矮,、重量輕,、裝校簡(jiǎn)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(jiǎn)單,，密封可靠,，通過(guò)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(kāi)縫螺母,，裝卸靈活,。
低流阻直通單座閥和套筒閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(wú)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(kāi)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(guó)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(chǎng)使用要求還可選用柔性石墨特種填料,。
三、石油化工氣動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(wèn)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(shí)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(dòng)彈簧薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)規(guī)格和技術(shù)參數(shù)表
 

型號(hào) 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(dòng)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(dòng)調(diào)節(jié)閥的流量特性

介質(zhì)流過(guò)閥的相對(duì)流量Q與閥芯相對(duì)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(shí)，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(kāi)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(kāi)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(lái)代替,?？扉_(kāi)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(shí)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(shí)在確定流量特性時(shí)要引入一個(gè)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(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥計(jì)算選型分析從以下3個(gè)方面內(nèi)容對(duì)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(duì)于一個(gè)簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng),，它是由控制對(duì)象、變送器,、調(diào)節(jié)器和調(diào)節(jié)閥幾個(gè)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(duì)象的放大系數(shù),。在負(fù)荷變動(dòng)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(gè)操作范圍內(nèi)保持不變,。一般在一個(gè)確定的系統(tǒng)里，K1-K3的系數(shù)是固定不變的,，只有對(duì)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(gè)常數(shù)就保證了系統(tǒng)的總放大系數(shù)K是個(gè)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(huì)使閥的工作特性與固有特性不同,。所以，應(yīng)根據(jù)對(duì)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(kāi)度時(shí)流量相對(duì)變化量大，過(guò)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(chǎng)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(duì)變化量恒定不變,。

4,、氣動(dòng)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(kāi)條件下,，閥兩端壓差△Р為100Kpa,，流體密度p為1g/cm3時(shí)，通過(guò)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(gè)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(shí)m=1.63,，當(dāng)流量特性為等百分比型時(shí)m=1.97。

式（4-1）是當(dāng)測(cè)量介質(zhì)為液體時(shí)的計(jì)算方法,，當(dāng)測(cè)量介質(zhì)為氣體時(shí)應(yīng)考慮溫度和壓力對(duì)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(shí)

C=（Q/4.72）×1（4—2）

式（4—2）中P2為閥后壓力,。

a）Р≥0.5P1時(shí)

C=（Q/2.9）×/Р1（4—3）

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

確定完Cv值以后,，要對(duì)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度進(jìn)行驗(yàn)算，要求最大流量時(shí)閥開(kāi)度不大于90%,，最小流量時(shí)開(kāi)度不小于10%,，在正常工況下，閥門開(kāi)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(dòng)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(jí),，使用溫度范圍、耐腐蝕等方面應(yīng)不低于對(duì)工藝管道的要求,，但在介質(zhì)為易燃易爆的流體時(shí)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(duì)閥內(nèi)件的沖擊。一般對(duì)于非腐蝕性流體,，常選用不銹鋼,；對(duì)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(shí),，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(kāi)關(guān)、過(guò)濾減壓器,、保位閥等,。閥門定位器是調(diào)節(jié)閥的一個(gè)重要附件，常見(jiàn)的有氣動(dòng)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(chǎng)合,；高壓、高溫或低溫介質(zhì)的場(chǎng)合,；介質(zhì)中含有固體懸浮物或黏性流體的場(chǎng)合,；調(diào)節(jié)閥口徑較大的場(chǎng)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_(kāi)關(guān)是需要在控制室實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到閥位的信號(hào)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(shí),，閥位要求保持在一定的位置上,，但這種情況不多見(jiàn)

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

調(diào)節(jié)閥是自動(dòng)控制系統(tǒng)中一個(gè)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(duì)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(gè)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(gè)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(lái)綜合分析判斷，做到理論和實(shí)踐科學(xué)地結(jié)合起來(lái),。