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化工蒸汽電動流量調節閥計算選型分析

曾有一家大型化工企業，需要用蒸汽來控制反應罐的溫度，蒸汽來自熱電廠的蒸汽余熱，溫度 200℃ 左右，壓力 1.2MPa 左右，要求用蒸汽電動調節閥來控制蒸汽壓力的恒定，閥門壓力 0.8~1.0MPa，出口壓力 0.4~0.5MPa。開始選型時，因為沒有弄清楚現場參數，選用的是電動單座調節閥，使用不久就故障頻頻，執行器電機燒壞、控制模塊損壞、減速齒輪打壞的事，屢屢發生。

電動蒸汽調節閥主要分為蒸汽電動溫度調節閥、電動壓力調節閥和電動流量調節閥，因其使用介質的高溫高壓，故在選型時頗有講究，如果選型不當，則會在使用過程中頻頻出現故障，嚴重影響設備和系統的正常運行。下面我們通過一個實例來談談蒸汽電動調節閥的選型及使用中需要注意的一些問題。

后派人到現場觀察、分析，才找出故障原因。原來，蒸汽電動調節閥的進出口壓差較大，執行器在工作時負荷太大，也可以說過載，所以才會有減速齒輪不堪重負，數次打壞及電機、模塊損壞的事，更有甚者，用戶在系統設計時取壓點選擇不當（選在壓力變化特別快的地方），控制系統中壓力控制模塊的PID參數設置也有問題，致使整個系統靈敏度太高，壓力稍微有一點變化，調節器就會輸出控制信號去驅動調節閥，造成調節閥頻繁動作，以至于震蕩，進而引起整個系統的震蕩，不但被控變量無法穩定，更令調節閥不堪重負，無法完成調節的任務。

經與用戶協商后，果斷決定用電動套筒調節閥來代替單座調節閥，因為套筒閥的平衡結構的閥芯，可以大大抵消蒸汽通過時產生的不平衡力，減輕電動執行器的負荷，有利于調節閥長期穩定地運行。之所以沒有選擇平衡式單座調節閥，是考慮到單座閥的導向密封圈不耐蒸汽狀況下的長期磨損，且系統對調節閥的泄漏量標準要求不高，套筒閥能勝任這種工況。同時，重新確定取壓點，當套筒調節閥換上以后，調試系統時，將 PID 參數重新設置，減小比例帶，加大積分時間，即將系統響應的時間稍微調整一下，蒸汽的壓力波動變化以能滿足使用為前提。經過這樣一番調整，基本解決了這一問題。

2.2 化工蒸汽電動流量調節閥計算選型分析調節機構

調節閥門是調節閥的調節機構，它根據控制信號的要求而改變閥門開度的大小來調節流量，是一個局部阻力可以變化的節流元件。調節閥門主要由上下閥蓋、閥體、閥瓣、閥座、填料及壓板等部件組成。在自動控制系統中，閥門主要的調節介質為水和蒸汽等。在壓力比較低，使用情況單一的情況下，常用的調節閥有直通調節閥、三通調節閥和蝶閥等。

3 化工蒸汽電動流量調節閥計算選型分析的工作原理

在有流體流動的管道中，調節閥是一節流件，假設流體是不可壓縮且充滿管道，根據伯努利方程式和流體的連續性定律可知：通過閥門的體積流量Qv與閥門的有效流通截面積A和通過閥門前后的壓降ΔP（ΔP=P1-P2）的平方根成正比，與流體的密度ρ和閥門的阻力系數ζ的平方根成反比，即：

根據調節閥的流量方程式可得出如下結論：

（1）在流體的密度ρ和閥門上的壓降ΔP一定的情況下，調節閥的流量系數C與流量Qv，C值的大小反映了閥能通過的流量的大小。

（2）流量系數C與流通面積A成正比，流通能力隨流通截面的增減而增減。

（3）流量系數C與閥門的阻力系數ζ的平方根成反比，增大閥門的阻力系數ζ就是閥門的流通能力減小，如果閥門的口徑相同，則不同結構的閥門的阻力系數ζ就不相同，流通系數C也就不同。

4 化工蒸汽電動流量調節閥計算選型分析關于其結構形式

在進行該項選擇的時候，要切實的結合具體活動中的工藝內容以及介質的特征和體系的規定等等的一些要素來分析。一般在使用的時候，用到最多的是普通單座調節閥、雙座調節閥、套筒調節閥、蝶閥等。通常來講，在流量不大，壓力差值不高，規定泄露數不能太大的區域，選取單座模式的就可以合乎生產活動的規定，同時還能夠節省資金。對于那些流量非常高，而且壓力差值大的區域，就要使用雙座的；套筒調節閥最適宜用在介質壓差大、振動大的場合；蝶閥適宜用于低壓狀態的空氣或其它氣體的壓力、流最調節。

化工蒸汽電動流量調節閥計算選型分析主要技術參數

電動調節閥本產品性能指標貫徹GB/T4213-92。配套用電動執行機構有關技術參數

表中數據僅為常規配置，具體選用根據主要參數及用戶要求而定。

允許壓差

電動調節閥允許壓差表單位：Mpa

允許壓差值若大于公稱壓力，則取公稱壓力值。

電動調節閥連接標準

法蘭標準：鑄鐵法蘭按GB4216-84、鑄鐵法蘭按GB9113-88
法蘭密封面型：PN10、PN16為凸面
PN40、PN64為凹凸面，閥體為凹面
結構長度：GB12221-89
夾套保溫型夾套載熱體接口：對焊φ18×4
閥體法蘭及法蘭端面距離可以按用戶的標準制造。如ANSI、JIS、DIN等標準。

5 化工蒸汽電動流量調節閥計算選型分析關于其流量特征的分析

它的流量特征目前使用最多的有如下的四類：

5.1 等百分比特性

等百分比特性也稱為對數特性，是指閥門的開度增加同樣的值時，通過的調節閥的流最按照等百分比增加。調節閥在同樣開度變化值下，當流量小的時候，其變動性也相應的要小很多，調節活動就會非常的平緩。而相反的流量非常高的話，其變動也就要高，此時的調節性就非常靈便。

5.2 直線特性

直線特性是指調節閥的相對流量和相對開度的比值為常數。調節閥在同樣開度變化值下，流量小時流量的變化值相對較大，凋節作用較強，容易產生超調和引起振蕩；流量大時，流量的變化值相對較小，調節作用不夠靈敏。

5.3 拋物線特性

拋物線特性是指調節閥的相對流量與相對開度的二次方根成正比。拋物線特性介于直線特性和等百分比特性之間，改善了直線特性在小開度時調節性能差的缺點。

5.4 快開特性

快開特性是指調節閥在開度很小時流量就已經較大，隨著開度增加，流量很快達到最大值。

從調節閥的流量特性可以看出，調節閥的流量特性對選用調節閥有非常重要的意義，直接影響到自動控制系統的質量和穩定性，因此必須正確合理選擇調節閥的流量特性。在工程應用中，我們選用最多的是等百分比特性，對于壓差變化小、可調范圍小、開度變化小的場合，也可以選用直線特性的調節閥，V型球閥一般選用拋物線特性。

6 化工蒸汽電動流量調節閥計算選型分析關于閥口徑

  計算選定調節閥口徑的方法在工程中常用C值法，即流通能力法。首先根據工藝條件和調節要求選定閥門的結構型式和流量特性，并且確定流量系數C的計算方法和計算公式，然后把各項數值帶人計算公式計算出最大流量下調節閥流量系數Cmax值，然后在標準閥門額定Cv值表中選擇與1.2Cmax相近的Cv值，其對應的閥徑即為所選擇調節閥的閥徑，最后進行噪聲和開度驗算，在最大流最下一般調節閥的開度不超過85%，最小流量下開度不小于20%，假如驗算信息合理的話，此時就可以定下來其其尺寸。假如不合理的話，就要再次的分析，然后對其驗算，一直到信息合理。

7 化工蒸汽電動流量調節閥計算選型分析合理的選取其材質

在選取材質的時候，要切實的關注如下的兩個要素。閥體以及蓋子的材料的質地。第二是其中的組成部件的材料的品質。對于閥體等來講，它們就相當于是壓力設備，所以規定它要能夠承擔介質的氣溫等，對于其中的組件來講，它的關鍵意義是節流，對其規定是要保證可以抗腐蝕，而且要有效。其是選取的時候要高度關注的內容。在選取材質的時候要了解兩項內容。要確保安全穩定，即要切實的結合工藝規定，選取那些能夠抵抗高溫以及高壓和方式等的材料。第二，要在合乎使用性的規定之下，分析它的性能和使用時間以及經濟性指標。

其實，如果從理想方案來考慮，根據這里的現場工況和要求，選用氣動雙座調節閥更為適宜，只是用戶鋪設氣源管路不方便，才沒有采納。對于自動控制體系來講，調節閥是使用頻率非常多的一項執行元件。要想得知其控制步驟是不是穩定的，關鍵要分析該閥門的運行，控制體現為物料能量和流量的變化。因此，要切實的結合規定來選取不一樣的閥。選取有效的閥是當前管線設計中的關鍵內容，同時還是確保體系穩定運作的重要要素。

它是自控體系中非常關鍵的組成要素。它的選取是不是合理的，關乎到總的體系的控制品質，關乎到生產產品品質。不過，當前的自控體系很多時候無法有效的運作，關鍵是因為其選擇不合理而導致的。所以，只有積極的選取有效的，才能夠保證運作有效，相關工作者要高度的關注該項內容。它體現的內容一般是表現在它的的活動特性以及構造的指數中。在這些數值中，流通的水平是關鍵的要素，其大小會關乎到閥門的榮覺，其是設計選型里非常關鍵的指數。所以，在選取的時候要綜合的分析如上的一些干擾要素。筆者結合自身長久的活動知識，分析了其在選取的時候要關注的內容。

綜上所述，對于電動蒸汽調節閥，選型固然重要，安裝、調試和維護更加重要，有好多故障都是用戶因不熟悉調節閥的性能和使用維護特點所造成的。你不能把調節閥孤立于控制系統之外，而需把它和整個系統一起來考慮、來調整，而且，調節閥是一個動態的執行元件，容易出現各種故障，這是手動閥門所不能比的。而且，隨著現場總線調節閥的日漸推廣，本來由系統完成的任務，下放到了調節閥的身上，這就對蒸汽調節閥的使用、維護提出了更高的要求。