供水调节阀的选型设计

0 概述

通过设计神木化工自备电厂机组和供水调节阀的设计，加深了对调节阀的认识，认识到了调节阀的重要性。在现代工艺行业的自动控制系统中，调节阀起着非常重要的作用。工厂的生产取决于流动液体和气体的正确分配和控制。这些控制需要由一些最终控制元件完成，无论是能量交换、压力降低还是简单的容器加料。最终控制元件可视为自动控制的手脚。在调节器中（DCS）在执行流动控制所需的低能量级和高能级功能之间，最终控制元件完成了必要的功率放大。

调节阀是最终控制元件中使用最广泛的类型。在神木化工供水调节阀工程中也不例外。调节阀用于控制流量、液位、压力和温度。调节阀的工作寿命主要取决于调节阀的选择是否合理。合理的选择不仅可以优化控制，提高生产效率；还可以延长阀门的使用周期，降低维护成本和生产成本。

1 调节阀的结构和功能

要正确使用调节阀，特别是选择调节阀，必须首先了解调节阀的结构和使用功能，达到有针对性，才能选择所需的调节阀。

1.1 调节阀结构

什么是调节阀？国际电工委员会IEC定义调节阀：工业过程控制系统中由动力操作装置组成的终端元件包括一个阀体元件，其中一个改变过程流体流量的元件与一个或多个执行机构连接。执行机构用于响应控制元件发送的信号。可以看出，调节阀由执行机构和阀体部件组成，即：调节阀=执行机构 阀体部件。

1.2 调节阀的功能

调节阀的主要功能有：调节、克服压差、耐温、耐压、切断、耐腐蚀等。

1.2.1 调节功能

顾名思义，调节阀的主要功能是调节，主要表现在五个方面：

1.2.1.1 流量特性

流量特性反映了调节阀的开度与流量的变化，以满足系统的特性要求，如对流量调节系统的快速响应速度；对温度调节系统的响应速度需要线性流量特性。流量特性反映了调节阀的调节质量。

1.2.1.2 可调范围R

可调范围反映调节阀可控流量范围R=Qmax：Qmin之比表示，R流量调节范围越大，性能指标越好，通常是阀门R=30。

1.2.1.3 小开度工作性能

部分阀门受结构限制，小开度工作性能差，产生启跳、振荡，R变小(即Qmin很大)，比如双座阀和衬胶蝶阀。好的阀门小开度要有微调功能，既能满足小流量的调节，又能平衡工作。这种阀门，比如V型球阀、偏心旋转阀、全功能超轻调节阀。

1.2.1.4 流量系数Kv

流量系数表示相同口径的流量能力Kv值越大越好。

1.2.1.5 调节速度

满足系统对阀动作的速度要求。

1.2.2 克服压差功能

通常用阀门关闭时的压差表示，允许压差越大，功能越好。如果考虑不周到，阀芯会被压差顶开，导致阀门关闭不到位，泄漏超标。因此，在阀门关闭时，必须克服工作压差，以确保阀门切断。

1.2.3 耐温功能

为了满足不同温度条件下阀门的强度和性能，温度变化会降低阀体材料的强度。因此，阀门必须满足介质温度变化范围的要求，使阀门在工作温度下具有良好的强度和安全性。

1.2.4 耐压功能

它反映了阀门的强度和安全指标，即介质不能通过密封和阀体缺陷向外泄漏。出厂时通常使用1.测试5倍公称压力。高压介质最好采用锻件结构，铸钢阀的耐压强度最低，通常采用铸钢阀。

1.2.5 切断功能

切断阀的泄漏小于0.001%反映了阀门的内在质量。

1.2.6 耐蚀功能

抵抗介质的腐蚀和冲蚀，以提高阀的使用寿命。阀的腐蚀是由介质的化学性能引起的材质腐蚀问题，通常选用耐腐蚀的材料来解决，冲蚀是有高速流动的介质、含颗粒的介质和产生闪蒸被空化的介质所致。解决的途径是选用耐磨的材料，结构上采用反汽蚀、反冲蚀的措施，对高压阀、大压差工作的调节阀、含颗粒介质使用的调节阀需重点考虑此问题。

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2 调节阀选型设计要点

首先，根据工艺流程的调整需要选择调节阀的类型。其次，根据工艺参数计算阀门Kv值，然后，根据计算计算Kv阀门系列的额定值Kv从而确定阀门的额定值Kv值和直径，然后进行相关计算，进一步验证所选阀门是否能满足工作要求。第三，根据工艺条件选择阀体、阀盖、阀内部件和填充材料。第四，根据工艺参数选择机构和附件。

2.1 调节阀类型选择

阀门类型有：GLOBE根据执行机构的类型，调节阀、蝶形调节阀、旋转偏心调节阀、球形调节阀等，包括气动调节阀、电动调节阀和液动调节阀。电动调节阀选用于神木化工项目。

2.2 调节阀的Kv值计算

2.2.1 口径计算原理

在工艺行业，各站调节阀的流量、介质、压差、温度等参数差异很大，调节阀的流量系数为100KPa在压差下，介质在室温水下进行测试。如何根据实际工作情况确定阀门直径？显然，必须与阀门流量系数（由于压差、介质等条件不同）进行比较Kv计算值。将各种实际参数代入相应的参数Kv在值计算公式中计算Kv值，即将不同工作条件下所需的流量转化为所需的流量Kv因此，根据计算的值Kv与阀门上的额定值相同Kv从而确定阀门的额定值Kv值与口径，最后进行相关验算，进一步验证所选阀是否能满足工作要求。

2.2.1.1 口径计算和验算步骤

工艺提供的工艺数据表确认了计算口径所需的最大工作流量、正常工作流量和最小工作流量、入口压力、压差、入口温度等参数，并按以下步骤计算：

①Kv值计算。流量、入口压力、压差、入口温度等相关参数的输入公式可由专用计算软件计算，以计算最大工作流量Kvmax。

②根据计算的阀门直径，初步决定调整阀门直径Kvmax，在所选产品类型系列中，选择大于Kvmax接近它的一档Kv值，得出口径。

③开度验算。

④实际可调比验算一般要求实际可调比大于10。

⑤压差验证(仅从开度和可调比上验算是不够的，可能会导致阀关不死，无法启动，因此增加此项)。

⑥上述验算合格，所选阀口径合格。如果不合格，则需要重新确定口径(和Kv值)，或选择其他阀门，然后检查合格。

2.选择3 阀体、阀盖、阀内件及填料

2.3.1 阀体材料选择

阀体材料的选择应考虑三个因素：介质的腐蚀成分、温度和压力。介质的腐蚀性是选择阀体材料的关键。在《石化自动控制设计手册》和《石化自动仪表选择设计规范》中，列出了适合各种介质条件的表格，可在设计中进行比较。如果有管道等级和管道材料等级表，也可以从管道材料等级表中找到。温度是影响材料性能的关键因素；设计温度为-10~400℃碳钢可用于介质无腐蚀性工况，设计温度为-200~530℃材料选择在304(0Cr18Ni9）或316（0Cr17Ni12Mo2）不锈钢和耐腐蚀介质。法兰材料的选择主要取决于介质的腐蚀性、温度和压力条件。

2.3.2 阀内件材料选择

阀内部件材料的选择不仅要考虑介质的腐蚀成分、温度和压力，还要考虑液体条件下的闪蒸和蒸汽腐蚀。材料的选择方法与阀体材料的选择相同，但最低要求是不锈钢。在闪蒸和蒸汽腐蚀的条件下，应特别考虑表面需要焊接耐闪蒸和蒸汽腐蚀的材料（stellite6)或硬化处理。

2.3.3 选择上阀盖

上阀盖的材料与阀体材料一致。主要原因是上阀盖的形式选择与设计温度-46有关~200℃设计温度范围为-196~-46℃长颈上阀盖的设计温度范围为200~530℃选用散热片型上阀盖。

2.4 填料选择

设计温度范围-25~200℃选用PTFE(聚四氟乙烯)V设计温度为-25~400℃选用柔性石墨 inconel设计温度范围为-196~530℃选用纯石墨设计温度范围为-196~200℃选用石墨 PTFE填料。如有真空，填料应采用双向填石墨。

3 结束语

通过神木化工工程对调节阀的全过程选择设计，从实践中认识到调节阀在现代化工过程中的重要性。知道如何根据工艺条件和工艺数据选择阀体、阀芯和填料的类型以及如何计算Kv值和口径，计算执行机构的推力或扭矩，选择定位器、手轮、限位开关、电磁阀、保位阀、继动器、空气过滤减压器等附件。