控制閥的選型
本文講述了控制閥的四種流量特性,、常用閥門結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和閥門流量系數(shù),,說(shuō)明閥體結(jié)構(gòu)決定了閥門的流量特性,、適用的工況和流量系數(shù),。因此,控制閥閥體選型應(yīng)根據(jù)工藝設(shè)計(jì)要求,,結(jié)合閥體結(jié)構(gòu)特點(diǎn),,選擇控制性能佳、使用壽命長(zhǎng),、投資成本低的閥門,。
引言:
控制閥(包括自力式壓力調(diào)節(jié)閥、氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥,、電子式電動(dòng)調(diào)節(jié)閥,、氮封閥等)被廣泛用于石油、化工,、制藥,、電力等行業(yè)的管道流體輸送系統(tǒng)中,控制閥的種類,、規(guī)格和分類方式多種多樣,。控制閥普遍應(yīng)用于高溫,、高壓,、強(qiáng)腐蝕、易燃,、易爆,、易閃蒸、易氣蝕,、高粘度,、易結(jié)晶等介質(zhì)中,控制閥的適用工況因?yàn)殚y體結(jié)構(gòu)的不同而不同,,沒(méi)有一種閥門是普遍適用的,。閥體結(jié)構(gòu)選型是保證控制閥功能、控制經(jīng)確性和穩(wěn)定性,,避免事故發(fā)生的重要工作之一,。本文重點(diǎn)講述常用閥門的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和適用工況,,根據(jù)工藝設(shè)計(jì)參數(shù)和介質(zhì)性質(zhì),對(duì)閥體結(jié)構(gòu)和材質(zhì)進(jìn)行選型指導(dǎo),。
1,、流量特點(diǎn)
閥門流量特性:流體流過(guò)閥門時(shí),閥門相對(duì)開度與閥門相對(duì)流量之間的函數(shù)關(guān)系,,即Q/Qmax=f(L/Lmax),,式中,Q-閥門某一開充時(shí)的流量,;Qmax-閥門全開時(shí)的流量,;Q/Qmax-閥門相對(duì)流量;L-閥門某一開度的行程,;Lmax-閥門全開時(shí)的行程,;L/Lmax-閥門相對(duì)開度;閥門的不同流量特性曲線圖,,橫座標(biāo)為閥門的相對(duì)開度,,縱坐標(biāo)表示閥門的相對(duì)流量??扉_型,、直線型、拋物線型,、等百分比型是閥門常見(jiàn)的四種流量特性,。
(1)快開流量特性:曲線就是快開流量特性曲線,閥門在小開度時(shí)流量就有較大的增加且很快達(dá)到較大,;大開度時(shí),,流量不明顯,一般用于開關(guān)控制和程序控制,。
(2)直線流量特性:閥門的相對(duì)流量與相對(duì)開度流量變化偏大,,大開度流量變化偏小,;小負(fù)荷,,調(diào)節(jié)性能靈敏,穩(wěn)定性低,,大負(fù)荷時(shí),,響應(yīng)遲緩。
(3)拋物線流量特性:拋物線流量特性介于直線和等百分比特性之間,。
(4)等百分比流量特性:閥門單位開充變化引起流量變化的百分率相等,;不論是小開充,還是大開度,,閥門始終工作平穩(wěn),,響應(yīng)靈敏及時(shí)。
小結(jié):控制閥按功能分為切斷閥和調(diào)節(jié)閥,,根據(jù)本節(jié)所述,,具有快開流量特性的閥門一般用于切斷和接通介質(zhì)的兩位閥;具有直線流量特性,。拋物線流量特性和等百份比流量特性的曲線一般是用于調(diào)節(jié)流量,、壓力、液位或組分的調(diào)節(jié)閥,。
2,、閥門結(jié)構(gòu)
閥門的結(jié)構(gòu)決定閥門的性能,閥體選型就是結(jié)構(gòu)選型,,本節(jié)將介紹常用閥門的結(jié)構(gòu)及對(duì)應(yīng)的性能特點(diǎn)和適用工況,。
(1)直能單座閥:?jiǎn)伍y芯,易保證密封,,泄漏量?。粡淖笸伊?,介質(zhì)底進(jìn)高出(即流開型),,也可從右往左,高進(jìn)底出(流閉型),,都是S型流路,,介質(zhì)對(duì)閥芯產(chǎn)生的不平衡推力大,允許壓差??;圓周節(jié)流,節(jié)流面積小,,顆粒介質(zhì)不易通過(guò),,易卡堵,防堵性能差,;因此,,直通單座閥一般適用于泄露要求較嚴(yán),壓差不大,,介質(zhì)干凈的場(chǎng)合,。
(2)直通雙座閥:雙閥芯,流量較大,;介質(zhì)從左往左路流,,介質(zhì)分別從下閥燕高進(jìn)底出,從上閥芯底進(jìn)高出,即雙S流路,,力平衡式結(jié)構(gòu),,使用壓差較大;兩個(gè)圓周節(jié)流,,節(jié)流面積小,,顆粒介質(zhì)更易卡堵,防堵性能差,。因此,,直通雙座閥一般適用于泄露要求低,壓差較大,,介質(zhì)干凈的場(chǎng)合,。
(3)角形閥:?jiǎn)伍y芯,容易密封泄露量??;介質(zhì)流向呈直角型,介質(zhì)對(duì)閥芯的不平衡推力大,,閥門的使用壓差?。划?dāng)閥門口徑較小時(shí)因介質(zhì)對(duì)閥芯的不平衡推力作用面積小,,常用于高壓差場(chǎng)所,;閥體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易煅造,高壓場(chǎng)所易使用,;角形閥體流路簡(jiǎn)單,,自潔性能好。因此角閥一般應(yīng)用于泄露量小,、高壓,、不潔凈介質(zhì)及需要角形連接的場(chǎng)所。
直通單座閥,、直通雙座閥和角行程閥門的閥芯不同,,流量特性對(duì)應(yīng)的閥芯形狀不同。
(4)套筒閥:套筒閥無(wú)套筒時(shí),,閥內(nèi)件結(jié)構(gòu)類似直通單座閥,。套筒閥為雙密封結(jié)構(gòu),一是閥芯與閥座形成密封面,;二是套筒導(dǎo)向結(jié)構(gòu)與密封環(huán)形成的密封面,。易密封,泄露量??;閥芯由套筒導(dǎo)向垂直運(yùn)動(dòng),,閥芯開平衡孔,釋放部分流體壓力,,使閥芯平衡運(yùn)動(dòng)不振蕩,;由于套筒和平衡孔存在,流路復(fù)雜,,更容易卡堵,。但套筒閥具有降低噪音和減小共振的功能,。因此,,套筒閥常用于高壓差、泄露要求高,,介質(zhì)潔凈,,需要減振降噪場(chǎng)合,一般做調(diào)節(jié)閥使用,。
小結(jié):綜上所述,,不同西方圣人閥門所適應(yīng)的工況不同,具有的流量特性也不同,,在閥門選型過(guò)程中,,應(yīng)當(dāng)根據(jù)閥門功能、閥門前后壓差,、泄漏量大小及介質(zhì)是否含有顆粒物初步確定閥門的結(jié)構(gòu),。
3、閥門材質(zhì)選擇影響因素
(1)閃蒸和氣蝕:閃蒸指液體流經(jīng)閥門時(shí)因壓力變化,,下流壓力低于其飽和氣體的現(xiàn)象,;氣蝕指液體流經(jīng)閥門時(shí)因壓力變化,液體-飽和氣體-液體,,這就是氣蝕發(fā)生的過(guò)程,。閃蒸和氣蝕閥門公稱通徑的計(jì)算和選擇應(yīng)考慮介質(zhì)的閃蒸和氣蝕現(xiàn)象,防止因閃蒸和氣蝕產(chǎn)生的噪聲,、振動(dòng),、閥內(nèi)件和密封結(jié)構(gòu)破壞。其中閥內(nèi)件和密封結(jié)構(gòu)破壞會(huì)使閥門推動(dòng)控制功能,,造成工藝參數(shù)控制困難,。閥蒸和氣蝕不可能避免,國(guó)內(nèi)外閥門廠家的處理方法就是根據(jù)工藝參數(shù)和介質(zhì)性能選擇合理的結(jié)構(gòu)并采用鈷,、鉻,、鎢等硬質(zhì)合金堆焊密封面和閥芯。因此,,閃蒸和氣蝕應(yīng)通過(guò)閥體結(jié)構(gòu)和閥內(nèi)件材質(zhì)選型預(yù)防,。
(2)介質(zhì)溫度,、壓力、濃度
在超高溫,、超低溫,、高壓差及強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)情況下,閥內(nèi)件的力學(xué)性能會(huì)降低,,會(huì)因強(qiáng)度不夠?qū)е麻y內(nèi)件變形,;介質(zhì)對(duì)閥內(nèi)件的腐蝕情況會(huì)隨著介質(zhì)的溫度、壓力,、濃度的變化而變化,。因此應(yīng)了解常用(WCB、304,、316,、316L、鎳基合金,、雙相不銹鋼,、蒙乃爾合金、哈氏合金等)材質(zhì)的適用溫度范圍和力學(xué)性能同時(shí)掌握工藝介質(zhì)的屬性,,使選擇的閥內(nèi)件具有耐磨,、耐沖刷、耐腐蝕性,。
小結(jié):隨著閥門加工,、裝配技術(shù)的進(jìn)步,閥門工作壓力達(dá)到1000MPa,,工作溫度范圍從負(fù)270℃至1500℃,;合理的閥門結(jié)構(gòu)和合理材質(zhì)選擇才能發(fā)揮閥門的佳性能。閥門材質(zhì)的選擇應(yīng)考慮金屬性能的同時(shí)了解金屬價(jià)格,,力求選擇性價(jià)比高的材質(zhì),。
4、流量系數(shù)
(1)閥門流量系數(shù):閥門全開狀態(tài)下,,閥門前后壓差一定的情況下,,流體通過(guò)閥門的流量。是衡量閥門流通能力的指標(biāo)通常用Cv和Kv表示,,Cv是英制單位的流量系數(shù),,Kv公制單位的流量系數(shù),Cv=1.156Kv,。
(2)Cv值比較:當(dāng)閥門Cv值越小,,表示介質(zhì)流過(guò)閥門時(shí)的阻力越大,壓力損失也越大,,反之亦然,。同樣結(jié)構(gòu)的閥門,,閥門的流量系數(shù)隨閥門尺寸的變化而變化,口徑越大,,Cv值越大,,如DN100蝶閥的Cv值大于DN50蝶閥的Cv值。同樣尺寸的閥門,,閥門的流量系數(shù)隨閥門結(jié)構(gòu)變化而變化,,如直通單座閥Cv值小于球閥Cv值小于蝶閥Cv值。對(duì)于截止閥,,同樣結(jié)構(gòu)和尺寸的閥門因介質(zhì)流過(guò)閥門的方向不同(流開,、流閉兩種情況),流量系數(shù)也不同,,流開閥門的Cv值大于流閉閥門的Cv值,。
小結(jié):流通能力是調(diào)節(jié)閥的重要參數(shù),它反映注體通過(guò)調(diào)節(jié)閥的能力,。一般閥門在開度50%-80%之間控制性能較好,閥門壽命也易于保證,。Cv值選擇較大,,較小開度就可獲得較大流量,使工藝控制不夠平穩(wěn),;Cv值選型較小,,因閥門節(jié)流導(dǎo)致閥前壓力較高,閥后流量不足等現(xiàn)象,。Cv選型不當(dāng),,閥門控制精度低、壽命縮短,,對(duì)生產(chǎn)裝置也是一個(gè)安全隱患,。因此,通過(guò)流量系數(shù)Cv值計(jì)算確定調(diào)節(jié)閥的公稱通徑應(yīng)綜合考慮閥門大Cv值,、小Cv值,、額定Cv值和調(diào)節(jié)余量等因素。
總結(jié):
綜上所述,,閥門的選型應(yīng)深入了解工藝需求和工況條件,,選擇符合實(shí)際工藝參數(shù)(溫度、壓力,、流量)結(jié)構(gòu),、材質(zhì)和口徑的閥門。本文對(duì)提高閥門控制能力,、減少閥門故障率,,降低成本具有實(shí)際的指導(dǎo)意義,。