控制閥的選型介紹 摘要：現代化工廠往往是大量的控制回路組成的。每一個控制回路都經過設計以保證重要的過程變量不超出要求的工作范圍，以確�？刂葡到y的穩定運行�？刂崎y作為控制系統的終端執行裝置，它的各項質量及安全指標對生產的穩定運行、控制的優化等至關重要。 1、主要工況 選擇閥門時考慮的主要對工況包括流體的流量、溫度、壓力、壓差、流體構成、流量特性等。 1.1、壓力 當操作壓力低于大氣壓時應仔細考慮填料函結構形狀和連接件的密封�？諝庑孤┻M入到工藝系統比工藝流體漏出更難以檢測。對于氣動抽真空的工藝系統來說，空氣泄漏帶來很大的麻煩，而且增加了能耗。在水泵供水系統中，空氣進入會損失泵吸力，降低流體容量并會產生汽蝕。當工藝流體具有危害性（如煤氣）時，空氣的進入會有引起爆炸的危險。 1.2、流體的組成要素 流體的構成是指固體物質、微量元素和其它相態。閥門的選擇以潔凈的流體為基礎，如果存在粗糙固體，閥門可能會磨損很快。人們的肉眼只能發現直徑超過40mm的粒子，而直徑介于5~40mm的粒子會產生嚴重的磨損問題。 流體流速會加劇固體物質造成的磨損和沖蝕；材料被咬蝕的速率與流體流速的關系可以用下面公式表示： 
Vy為材料被咬蝕的速率； k為比例系數，是一位常數； Vl為流體流速； a=2.5~5； 從公式可以看出，材料被咬蝕的速率與流體流速的2.5~5次冪成正比。流速增加很小就會極大地增加磨損程度。對于控制閥來說，未經查明的固體物質所導致的磨損問題非常普遍。 液體通常被視為單相流體。除了水中的固體顆�；蛘咂渌饘匐x子以外，多數用戶忽略了液體中包含溶解氣體和被帶入氣體。氣體和蒸汽中也可能包含有液滴。溶解在液體中的氣體或被帶入的氣體會對人員造成危險或產生腐蝕。典型的例子如硫化氫氣體，毒性很強且具有腐蝕性。溶解在液體中的氧氣會腐蝕閥體和管道。 微量元素會帶來腐蝕問題，極少量的腐蝕性元素就會侵蝕閥門材料。重要的閥門功能和閥座與閥桿密封會被意想不到的腐蝕性快速損毀。而因為腐蝕原因造成的維護成本不可忽視。 1.3、流體的性能 流體的性能是決定閥門類型選擇的關鍵因素。如果通過閥門的壓差高得足以產生閃蒸或汽蝕，那么必須據此選擇相應的閥門。閃蒸會降低閥門的液體容積。汽蝕會很快的損壞閥門。 流體中所包含的固體物質會改變流體的性能。較高的固體含量會將牛頓型流體變成非牛頓型乳狀液、泥漿或紙漿。管道系統中這種“流體”的黏性會直接影響閥門的操作壓力。 1.4、操作狀況 操作工況的變化對閥門狀態的影響非常明顯，這些變化情況必須被量化。溫度的迅速改變會造成閥門的變形，使閥門卡死在全開或關閉狀態。高壓會使閥體開裂失效�？焖賳㈤]的閥門會產生急流從而產生水錘現象。 操作時間和頻率對閥門的使用壽命有很大影響。是連續運行還是低頻率運行？是間歇運行還是不定期操作？或許有人以為不定期操作的閥門有可能使用的長久些。但結果證明事實正相反，系統部件中滯留的液體會迅速腐蝕部件。滯留水里微生物的生長會嚴重削弱閥門的功能。 1.5、經濟性 在選擇適用于某一地點某一應用范圍的閥門時，即使無法實現所有規格的標準化，也要盡可能的對某一規格進行標準化，以減少備件庫存。 以濟鋼一煉鋼為例，該廠使用量最大的閥門為鞍山工裝閥門。依靠閥門規格的標準化，執行機構中的大部分配件如控制模塊、齒輪機構等都可以通用，僅此應用在修廢利舊上，就大幅降低了控制閥備件的庫存數量以及新閥門的替換頻率。每年下來都會節省一筆極為可觀的成本。其它易損件如閥芯等的標準化，可以單獨加工或采購以延長閥門的整體使用壽命，也降低了生產的維護成本。 2、根據流體選擇閥門 絕大多數工況下的流體是指非腐蝕性流體。腐蝕性用途必須詳細了解流體性能，以選擇合適的閥門材料。本文僅介紹非腐蝕性流體的閥門選擇。 從流體性質的角度，低壓潔凈流體可選用所有類型的閥門。高壓潔凈流體可選擇除擠壓閥以外的所有類型。低壓非潔凈流體無論微小固體的濃度高低，均須與制造商一起研究用途后進行選擇。高壓非潔凈流體如果微小固體的濃度較低，控制閥宜選用可更換式軟密封；如果微小固體濃度較高，在閥體材料選擇上要注意強度和耐磨性。 2.1、控制閥流量特性的選擇 控制閥的流量特性是隨著行程從0~100%變化時通過閥門的流量與閥門行程之間的關系。 快開特性的控制閥應用在雙位調節、程序控制和自動保護系統中。在設計時，控制閥流量特性的選擇僅指如何選擇直線和等百分比流量特性。 （1）、用理論計算方法求得； （2）、經驗準則和根據調節系統的各種條件來選擇。 ①.從控制閥上的壓降情況分析 S為系統的壓降比； DPV為調節閥的壓降； ΣDPF為除了調節閥壓降以外的系統壓降。 ②.從調節系統的調節品質分析 以控制閥的放大系數變化來補償對象發達系數的變化，以達到調節系統的放大系數不變。 ③.從負荷變化情況來分析 等百分比用在符合變化幅度較大的場合。對于操作參數不能精確確定的新設計工藝裝置，或對于控制閥計算數據求得偏于保守時，選用等百分比的控制閥具有較強的適用性 2.2、驅動裝置的選用 驅動裝置選用要考慮的第一要素就是動力源，動力源分為以下幾種類型： •氣動 •電動 •液動 氣動裝置的優點是結構簡單，氣源容易獲得，也能得到較高的開關速度�？砂惭b調速器，使開關速度按需要調整。缺點是結構較大，不適于大口徑高壓力的工況。 電動裝置的優點是適應性較強，不受環境溫度變化的影響。輸出轉矩范圍廣，控制方便，安裝和維護都很方便。缺點是結構復雜，輸出轉速不能太高或太低，易受電源電壓、頻率變化的影響。 液動裝置的優點是結構簡單、緊湊、體積小，輸出力大，能無級變速。缺點是油溫變化引起其黏度的變化，液壓元件和管道易滲漏，配管維修不方便。 驅動裝置的選擇要考慮周圍環境的限制。對于用電危險性很高的區域，氣源是最佳的選擇。對于高溫環境，最好不要選擇液壓動力源。例如鋼廠連鑄機吊裝鋼水的區域，液壓裝置如果靠近這些區域的話，一旦發生鋼水泄漏的情況，液壓裝置就會變成有爆炸可能的危險源。 氣動或液壓驅動裝置在振動環境中不能很好的運轉。驅動裝置必須與所選的閥門類型相匹配。驅動裝置的選用依據一般要考慮閥門的形式、規格與結構，閥門啟動關閉所需的力矩，環境溫度以及流體溫度，使用頻率和工作時間，閥門的啟閉速度要求，以及低溫、耐腐蝕、防爆、防水、防火等特殊因素。氣動薄膜式驅動裝置大多不適用于沖程較長的線性閥門，而活塞式驅動裝置更適合于這種閥門。薄膜式驅動裝置不適用于推力較高的情況。需要雙向推力時必須考慮雙作用驅動裝置。 閥門的移動速度對于工藝操作和安全性非常關鍵。高速操作閥門會產生壓力脈沖和水錘現象，并因此而產生破壞行為。應確保閥門速度在可接受的范圍內，并不是越快越好�；蛘吣軌蜻x擇能夠調節閥門速度的驅動裝置，以確保工藝生產保持在穩態。 能耗也是閥門選擇要考慮的因素，遠程設備對動力源的要求很高，而且費用很高。驅動裝置的效率很重要，彈簧復位式驅動裝置不是能效型驅動裝置。如果開啟或關閉不需要彈簧載荷，那么應使用雙作用（故障時）保持原位的驅動裝置。 3、結語 控制閥的選型涉及的內容較多，系統設計人員承擔著控制閥和控制系統中所有其它設備選取的最終責任。根據經驗或通過計算確定閥門所有相關的操作工況以確保所有的互聯設備相互兼容，使控制閥工作在一個高水平的狀態下，以達到穩定生產、控制成本的目的。在控制閥使用越來越普遍的今天，我們有必要對控制閥的選型足夠重視并做出恰當正確的選擇。 |
