自动化控制建筑工程设计中调节阀的型号选择

作 者： 刘勇辉，郭海侠，蒋学华
摘 要： 阐述了调压阀的选择在过程控制系统中的重要性及调压阀的原理，对调压阀结构形式和原材料、流量特性、调压阀规格、协助设备、功效方法、执行器等六大型号选择标准进行了关键阐述。
1 操纵阀选型的重要性

调节阀门在过程控制系统中的作用是接纳控制器或计算机的控制信号，更改被调物质的总流量，使被调基本参数保持在所规定的范围之内，进而做到加工过程自动化技术。

调节阀门是自控系统里的电动执行机构，它运用品质立即反映在系统软件的控制质量上。做为过程管理里的终端设备元器件，大家对它的重要性较以前拥有升级的了解。调节阀门运用的优劣，除商品本身品质、客户是否正确组装、应用、维护保养外，正确地测算、型号选择十分关键。因为测算型号选择的出错，导致系统软件开开停停，有些乃至没法投入使用，设计人员应当了解阀在现场的重要性，务必对调节阀门的型号选择高度重视，尤为重要。

2 调压阀的原理

要合理型号选择务必了解调压阀的原理，调压阀与填料一样是一个局部阻力元器件。调压阀的节流阀总面积能够由阀心的挪动来更改，因而是一个可变性的节流阀元器件。因而可以把调压阀仿真模拟成节流阀件填料的方式。针对不可压缩流体，依据伯努利方程，调压阀的总流量方程式为：

P₁/ρg V₁²/2g=P₂/ρg V₂²/2g；

V₁，V₂—节流阀前后左右速率；
P₁，P₂—节流阀前后左右工作压力；
A ——节流阀总面积；
Q ——用户流量；
ζ——阻力系数；
g ——重力加速；
ρ——流体密度。

当调压阀的规格一定时即调压阀两边压力差（P₁-P₂）不会改变时，总流量Q随阻力系数而转变。降低，Q扩大。

3 操纵阀选型的标准

调压阀由执行器和闸阀两部分构成，操纵阀选型需遵照下边的标准：

3.1 依据工艺条件，挑选适合自己的结构形式和原材料

3.1.1 依据阀的油路板的结构形式可划分为单座阀、双坐阀、混水阀、三通阀、轴力旋转阀、碟阀、闸阀、气动蝶阀等。

挑选闸阀以前，会对控制过程的物质、工艺条件和技术参数开展仔细的剖析，搜集充足的数据信息，掌握对系统调节阀门的规定。可以从下列这几个层面考虑到：

1）阀心的样子构造关键依据所挑选的流量特性和不平衡感等原因考虑到。
2）耐磨损性，当液体物质是带有浓度较高的磨损性颗粒物的混液时，阀心、高压闸阀连接面每一次关掉都是会遭受比较严重磨擦。因而闸阀流路要平滑、阀的内部结构原材料要光洁。
3）抗腐蚀，因为物质具备腐蚀，在能达到调节功能的前提下，应尽可能挑选简单闸阀。
4）物质的环境温度、工作压力，当物质的环境温度、工作压力高且变化大时，应取用阀心和阀块的原材料受环境温度、工作压力转变小一点闸阀。
5）预防多效蒸发和空蚀多效蒸发和空蚀，只发生于液态物质。闪蒸和空蚀不但危害流量系数的测算，还是会产生震动和噪音，使阀体的采用的使用寿命减短。

如：套筒阀与轴力旋转阀在震动和噪音过大的场所采用套筒阀适合，而物质有粘性或含有细微颗粒物时，则采用轴力旋转阀较适合。

3.1.2 材质的挑选

调节阀门的每个零部件，尤其是和加工工艺液体触碰的电磁阀与阀内部件、原材料的正确选择与调节阀门的构造形式和公称压力管径的选取一样关键。挑选调节阀门原材料务必考虑到下列每个要素。

1）液体的工作压力和气温对原材料的危害。
2）液体腐蚀对原材料的危害。
3）液体的空蚀状况和沙浆液体对原材料的危害。
4）从结构上考虑到，原材料配组是不是有什么问题。

油路板原材料的选用一般高过管道材料；

a）在持续高温前提下，务必综合考虑持续高温抗压强度、高温下的合金成分转变及耐蚀性难题。一般带有碳素钢原材料：铬、镍、钼等。
b）超高压高温下，钢遭受氡气的浸蚀，一般会导致渗碳状况，造成老化（常称碱脆）。钢中添加铬、镍、钼等因素后，它与是碳元素融合，可提升钢的抗氢腐蚀。
c）在选超低温原材料时，要综合考虑超低温冲击性值，还需要考虑到原材料在低温环境下发生延展性降低的情况。奥式不锈钢的超低温物理性能相对稳定，常常选用。（304、316L）
d）当液体是液态，尤其是开水时，务必综合考虑原料的耐汽蚀难题。尤其是液体的气温超过100℃时，最好用钼钢。
e）防腐蚀涂料一般有不锈钢板、20#碳素钢、哈式铝合金等。

阀内部件原材料一般用304、316等不锈钢板，有时候依据特殊情况开展硬化处理。

常温下、自然压差不做硬化处理，但高压闸阀规定高精度、泄漏小，也应考虑到硬化处理。

方式有：热处理工艺、喷焊硬底化层、表面硬化解决等

3.2 依据加工工艺目标的特性，挑选调压阀的流量特性。

调压阀流量特性的挑选，调压阀的流量特性就是指物质穿过闸阀的相应总流量与偏移（闸阀的相对性开启度）间的关联，理想化流量特性关键有平行线、等百分数（多数）、双曲线和快开等4种，常见的理想化流量特性仅有平行线、等百分数（多数）、快开三种。双曲线流量特性处于平行线和等百分数中间，一般可以用等比例特点来替代，而快开特点主要运用于二位调整及控制系统中，因而调压阀特点的挑选实际上是平行线和等百分数流量特性的挑选。

调压阀流量特性的挑选能通过理论计算，但常用的办法和方程式都那么繁杂。选用的基本准则是；

1）线形流量特性

a）压力差转变小，基本上稳定；
b）液位仪时间常数调节系统；
c）关键影响为给出值的总流量、温度调节系统软件。

全部体系的压力损失绝大多数分派在阀上（开启度转变，阀上压力差转变相对性较小。大部分采用等百分数流量特性。

2）等百分数流量特性

a）规定大的可调式范畴；
b）管道系统压力损失大；
c）开启度转变、阀上压力差转变相对性比较大；
d）总流量、工作压力、环境温度时间常数调节系统；
e）关键影响为给出值的压力调节系统软件；
f）各种各样调节系统。

3.3 依据加工工艺实际操作主要参数，挑选适合自己的调压阀规格尺寸

调压阀规格的选取和明确关键根据阀的商品流通工作能力即Cv。在各种各样工程项目的仪表设计和选择时，都会对调压阀开展Cv测算，并给予调压阀设计说明。

从调压阀的Cv测算到阀的规格明确，一般须经下列流程：

1）测算总流量的明确。目前的生产量、机器设备负载及物质的情况，确定测算总流量的Qmax和Qmin。

2）阀先后压力差的明确。依据已选用的阀流量特性及系统特点选中S（阻力系数），再明确测算压力差。

3）测算Cv。依据所调整的物质挑选适合的计算公式和数据图表，求取Cmax和Cmin。

液态：a）Cv值计算方法为：

式中：Q=最大流量m³/h
G=比例（水=1）
P₁=进口的工作压力Kgf/cm²
P₂=出入口工作压力Kgf/cm²

以上的公式计算只适用流体流动呈湍流情况，或流阻大的场所，液体贴近洁净台或流阻小一点场所，以上公式计算务必开展黏度调整。

当饱和温度的开水或是贴近饱和温度的开水，流过调压阀节流阀口工作压力会减少，调压阀出入口的水里很有可能会出现水蒸汽。在这里流动性标准下，液态流动性的基本规律就不会再是正确的。调压阀的CV值的测算就要调整。在这样的情况下，应按以下流程实现：

△T<2.8℃（5 ⁸/）△P_C=0.06×P₁ 2）
△T>2.8℃（5 ⁸/）△P_C=0.9×（P₁×P_S） 3）

△T=在进口的工作压力下的液态饱和温度与进口的环境温度之差。
△P_C=测算总流量用的容许压力差（Kgf/cm²）
P_S=进口的环境温度下液态的肯定饱和压力（Kgf/cm² abs）

仅有当公式计算2）或3）测算出△P_C的低于调压阀里的具体压力差△P时，公式计算1）务必用△P_C替代△P；

除水之外的其他溶液，一般的测算方法是估算出多效蒸发的比例，随后各自测算出液态和汽体的Cv值，她们之和做为数值。多效蒸发的比例：

X=(i₁-i₂)/r²=C_p(T₁-T₂)/r²

i₁ 进口的环境温度T₁下的发热量（Kal/kg）；
i₂ 出入口工作压力P₂的饱和温度（T₂）下的发热量（Kal/kg）；
r₂ 出入口工作压力P₂的饱和温度（T₂）下的汽化热（Kal/kg）；

C_p=（T₁ T₂）/2 的液态比热容（Kal/kg）

b）汽体计算方法：汽体在△P≥P₁/2情况时，汽体的流动速度做到音速，总流量会做到饱和。压力差再扩大，总流量也不会增强了。因而分成2种状况探讨：

△P<P₁/2和△P≥P₁/2，
△P<P₁/2，

Q ：最大流量，比例（气体=1），
T ：液体环境温度（℃），
P₁：进口的绝压（Kgf/cm²），
P₂：进口的绝压（Kgf/cm²）；△P=P₁-P₂

c）水蒸气计算方法

△P<P₁/2和△P≥P₁/2，
△P<P₁/2，

P₁：进口的绝压（Kgf/cm²），
P₂：进口的绝压（Kgf/cm²）；△P=P₁-P₂最大流量（kg/hr）

d）其他水蒸气的计算公式：

当P₂<P₁/2时，运用P₁/2替代△P；V₂用P₁/2相对应的值。

W：最大流量（Kg/hr）
V₁：在进口的工作压力P₁下蒸气汽化热（cm³/gr at P₁）
V₂：在出入口工作压力P₂下蒸气汽化热（cm³/gr at P₂）
P₁：进口的绝压（Kgf/cm²）
P₂：进口的绝压（Kgf/cm²）；△P=P₁-P₂

4）采用Cv。

测算出最大流量、正常的总流量、最少总流量相匹配的流量系数C_max、C_nor，C_min后，按照已确认的调压阀的型号选择，在该系列产品中调节阀的流量系数中不小于最接近在此C_max值的一个，做为最后选中的流量系数C₁₀₀。

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5）调压阀开启度检算。

一般规定较大测算总流量时的开启度≯90%，正常的总流量的开启度在50～80%范围之内工作中。最少测算总流量时的开启度≮10%。

6）调压阀具体可调式比的检算。

一般规定具体可调式比≮10。阀的最少Cv值应在原有的可调式范围内，事实上大部分调压阀操纵液体时，开启度转变、阀上压力差也对应转变。开启度与总流量中间的原有流量特性变成了具体的流量特性，可调式范畴也变小了。如果要使阀在更小一点开启度范围之内工作中，应挑选可调式范畴大的调压阀。

7）高压闸阀孔径和外径的明确。

假如认证适合后，依据C_max明确最后的调压阀的规格。

3.4 依据工艺过程的规定，选取所必须的协助设备

在生产过程中，自动控制系统对闸阀明确提出各种各样的特别要求，因而，调压阀务必适用各种各样附设设备（通称配件）来达到加工过程的必须。调压阀的配件包含：

3.4.1 阀门定位器

1）阀门定位器用以改进调压阀调整功能的运行特点，完成恰当精准定位。
2）用以摆脱滑动摩擦力或必须提升调压阀速度的长短。
3）分程操纵和调压阀必须更改气开、气关的场所。
4）控制器占比带较宽而又规定调压阀对小信号有相应的场所。
5）选用无扭簧的执行器（如轴力转动调节阀门）
6）大口径调压阀。
7）髙压差场所。

3.4.2 阀位开关显示闸阀的上下限行程安排的工作中部位

如果要表明阀心的用户部位开全或全闭，一般要在闸阀的上方或下方安装一个或2个限位开关。

3.4.3 维持闸阀处在气动阀门发生故障前开启度部位

气动式保位阀当调压阀的气动阀门发生故障时，维持闸阀处在气动阀门发生故障前开启度部位，待问题解决后，又能全自动恢复过来工作中。

3.4.4 继电器完成供气的电磁感应转换，确保闸阀在电源故障时阀门处在所想要的安全性开启度部位

3.4.5 主轴组织当自动控制系统的控制板发生故障时，可更改到手动式方法实际操作闸阀

1）未设置旁通的调压阀，一般选装主轴组织。
2）调压阀的应用情况下，规定开启度限定在某一范围内，可采用主轴组织来限定阀的开启度。
3）在一些调节系统中，如低电压、常温下、耐腐蚀、无粘接整洁物质、大口径及贵金属管道等，可使用主轴替代旁通阀。

不过在安全性联常用的紧急切断阀或组装在今的人进到的凶险区域内的调压阀，不可设定主轴组织。

3.4.6 气动式继动器使执行器的姿势加快，降低传送时长

3.4.7 空气净化气体减压阀用以净化处理气动阀门、调整标准气压

3.4.8 将调压阀姿势到故障安全部位

空压机储气罐确保当气动阀门常见故障时，使无扭簧的气缸活塞执行器可以将调压阀姿势到故障安全部位。其高低在于汽缸的尺寸、闸阀姿势时长的标准及阀体的工作条件等。总而言之，配件的功效就源于使调压阀的功用更健全、更有效、更齐备。当调压阀的配件（阀门定位器、电气转换器、继电器极行程开关等）用以防爆型场所时，其防护等级应合乎相关的防爆型标准和要求。

3.5 有效挑选调压阀的功能方法挑选

调压阀的功能方法仅仅在采用气动执行器时才有，其功效方法根据执行器正反面功效和气动阀门的双面功效组成产生。组成方式有4种，实际见表1：

表1 调压阀组成方式

利用这四种组成产生的调压阀功效方法有气开和内倒气关二种。针对调压阀功效方法的选用，关键从三层面考虑到：

a）加工工艺安全生产；
b）物质的特点；
c）确保产品品质，财产损失最少。

3.6 调压阀执行器的挑选

1）导出力的考虑到，执行器无论是什么种类，其导出力是用以摆脱负载的有法律效力（目的是为了指不平衡感和不均衡扭矩再加上滑动摩擦力、密封性力、作用力等相关力的作用）。因而，为了能使调压阀正常工作，选用的执行器能够造成充足的伤害力来摆脱各种各样摩擦阻力，确保相对高度密封性和气动阀门的打开。

2）对双功效的气动式、液控阀、电动执行器，一般都并没有复位弹簧。功效力的大小与它运作方位不相干，因而，挑选执行器的重点在于搞清较大的导出力和电动机的旋转扭矩。

3）对单功效的气动执行器，导出力与气动阀门的开启度相关，调压阀里的发生的力也将危害健身运动特点，因而规定在全部调压阀的开启度范畴创建力平衡。

执行器种类的明确，对执行器导出力明确后，依据加工工艺使用场景规定，挑选对应的执行器。针对当场有防爆要求时，应取用气动执行器，且接线箱为隔爆型，不可以挑选电动执行器；要是没有防爆要求，则气动式、电动执行器都可以采用，但从环保节能层面考虑到，应尽可能采用电动执行器。对液控阀执行器，其应用比不上气动式、电动执行器普遍，但具备调整高精度、速度快和稳定的特性，因而，在一些情况下，以便做到不错调整实际效果，一定采用液控阀执行器，如发电站全透明机的速率调整、冶炼厂的催化装置反应釜的温度调节操纵等。

对操纵行程时间的规定：所采用的调压阀执行器理应能满脸足闸阀行程安排和加工工艺对泄漏量级别的规定。在一些公共场合，如采用压力调节阀（包含安全泄压阀），应考虑到具体很有可能的压力差开展适度的变大，即规定执行器能给予很大的惯性力。不然，很有可能当技术上发现异常状况时，调压阀前后左右的真实压力差比较大，会产生关不紧或无法打开的风险。

4 结语

调压阀的选择是十分细腻的工作中，不但需有扎扎实实的技术专业基础知识，还需要有充足社会经验。挑选得好不但有益于调整控制电路PID主要参数的整定值，使被调主要参数获得不错地控制效果，也使调压阀的使用期限大大的提高。调压阀的选用要因时制宜，并不是一成不变，要在实践活动的情况下持续汇总和自主创新，尤其伴随着机电一体化技术性、计算机和数据信息科技的运用，调压阀的结构功能变得更好、更全方位，为挑选调压阀带来了巨大的便捷。

论文参考文献：

[1] 乐嘉谦.仪表工指南.第二版.化工出版社出版，373-380，
[2] 陆德民，张鹏基，黄步余.石油化工设备自动控制系统设计手册.第三版.化工出版社出版，208-244