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石油化工氣動薄膜式調節閥計算選型分析

調節閥是自控系統中的執行器，它接受來自調節單元的控制信號，產生相應的開度，從而達到調節的目的。調節閥的應用質量直接反應在系統的調節品質上。作為過程控制中的終端元件，調節閥應用的好壞，除產品自身質量、用戶是否正確安裝、使用、維護外，正確地計算、選型十分重要。從化工企業生產要求角度，對氣動調節閥的流量特性、結構形式、材質口徑和附件4個方面闡述化工企業氣動調節閥選型中的考量要素。

1、石油化工氣動薄膜式調節閥計算選型分析引言

化工企業的自動化生產過程控制要求精度高，安全可靠性嚴，其終端控制元件的準確、快速調節是的重要一環，控制結果必須保證工藝指標要求，衰減比、超調量不超出工藝允許范圍。對此，如何選擇適用的氣動調節閥類型，使之在工藝控制回路中安全可靠、經濟適用，是儀控設計和管理人員普遍關心的問題。氣動調節閥的選擇一般從以下四個方面考慮：1）調節閥結構和類型。2）流量特性。3）流量系數與閥的口徑。4）材料和輔助裝置。
在各種調節閥中，薄膜氣動調節閥作為結構簡單，使用、維護方便，且具有本質安全特性的氣動調節閥種類，得到廣泛的應用。薄膜氣動調節閥在使用時有調節性能，下面我們從使用安全性，使用要求以及流量特性來分析薄膜氣動調節閥的選型。

1.根據安全性選型
薄膜氣動調節閥有氣開閥和氣閉閥兩種形式。根據不同生產工藝上的安全和使用要求考慮，當信號壓力中斷時調節閥處于打開或關閉位置，對工藝生產造成的危害性大小而定。如果閥門處于關閉位置時危害小，則選用氣開閥，信號壓力中斷時，使調節閥處于關閉位置，反之，則選用氣閉閥。
2.根據使用要求選型
薄膜氣動調節閥由閥芯和閥體（包括閥座）兩部分組成，按不同的使用要求有不同的結構形式。薄膜氣動調節閥主要有直通單座閥、雙座調節閥和高壓角式調節閥。直通單座閥泄漏量小，流體對單座閥芯的推力所形成的不平衡力很大，因此直通單座閥適用于要求泄漏量小、管徑小和閥前后壓差較低的場合。角式高壓閥閥體為直角式，流路簡單、阻力小，受高速流體的沖蝕也小，特別適用于高壓差、高粘度和含懸浮物顆粒狀物質的流體，也可用于處理汽液混相，易閃電動蝕的場合。這種閥體可以避免結焦、粘結和堵塞，便于清潔和自凈。
3.流量特性選型
在自控系統的設計過程中選擇薄膜氣動調節閥應著重考慮流量特性。典型的理想特性有直線流量特性、等百分比流量特性（對數流量特性）、快開流量特性和拋物線流量特性四種。直線流量特性在相對開度變化相同的情況下，流量小時流量相對變化值大；流量大時，流量相對變化值小。百分比流量特性的調節閥在小負荷時調節作用弱，大負荷調節作用強，它在接近關閉時調節作用弱，工作和緩平穩，而接近全開時調節作用強，工作靈敏有效，在一定程度上，可以改善調節品質，因此它適用于負荷變化較大的場合，無論在全負荷生產和半負荷生產都較好的起調節作用。

2、石油化工氣動薄膜式調節閥計算選型分析的結構和類型

氣動調節閥由執行機構和閥門組成，執行機構接收輸入氣源信號，產生推力，使推桿位移，推動閥門開關動作；閥門是與管路聯接的閥體組件，它接受執行機構的推桿推力，改變閥桿位移，改變閥門開度，控制流量的變化。調節閥的產品類型很多，結構多種多樣，選擇時應綜合考慮調節功能、泄漏等級、耐壓能力、切斷壓差、腐蝕性、沖蝕和汽蝕、性價比、維護保養方便程度。從經驗而言，選擇順序應為：單（雙）座控制閥、籠式控制閥、偏心旋轉閥、蝶閥、角閥、球閥。

氣動調節閥有氣開與氣關兩種類型。確定調節閥開關方式的原則是：當信號壓力中斷時，應保證工藝設備和生產的安全。如果閥門在信號中斷后處于打開位置，流體不中斷，則選用氣關閥；如果閥門在信號壓力中斷后處于關閉位置，流體不通過，則選用氣開閥。

氣動多彈簧薄膜執行機構高度矮、重量輕、裝校簡便。它由膜片、壓縮彈簧、托盤、推桿、支架、軸套、膜蓋等主要零件構成。膜片為較深的盆形，有效面積變化小，并采用優質橡膠，在-40℃至+85℃溫度下使用，操作如常。壓縮彈簧采用多根組合的形式。以減少高度、推桿的導向表面精細加工，提高硬度和降低粗糙度，達到減小回差和增加密封性的效果。反作用式執行機構采用O形密封圈型式，與推桿、軸套配合，結構簡單，密封可靠，通過正確的設計和精確的加工，本機構省去了壓縮彈簧的調節結構，可一次裝成，減小調正的麻煩。推桿與閥桿的連接采用開縫螺母，裝卸靈活。
低流阻直通單座閥和套筒閥結構簡單緊湊，并具有相當大的流量系數。本閥采用了直通單座無底蓋頂導向結構的閥體型式，體積小、重量輕、流道設計流暢，具有高效的特點。閥體和配管的連接形式采用凸面和凹凸面法蘭，適應不同的公稱壓力。閥體分普通型和高溫型兩種型式，用于不同的工作溫度。單座閥閥芯形式為上導向柱塞閥，套筒閥芯為圓柱型，由套筒的內圓導向，套筒經精密加工開出一定特性的窗孔。它們均具有精確的流量特性，符合IEC標準和國家標準規定的斜率偏差考核要求。標準型填料為聚四氟乙烯成型填料，根據現場使用要求還可選用柔性石墨特種填料。
三、石油化工氣動薄膜式調節閥計算選型分析主要零件材料

五、石油化工氣動薄膜式調節閥計算選型分析主要技術數據
1、主要技術性能指標                                                               

 
2、石油化工氣動薄膜式調節閥計算選型分析規格和技術參數                                                                  

 
3、允許壓差
選用調節閥，除考慮上述條件外，還應注意到從推力角度出發，調節閥能否正常工作的問題，用特征數值表達就是允許是否大于最大工作壓差，所以在選用時要使最大工作壓差小于調節閥的允許壓差。

表2  ZH   型氣動彈簧薄膜執行機構規格和技術參數表
 

型號 參數	ZH  -11	ZH  -22	ZH  -23	ZH  -34	ZH  -45
膜薄有效面積Cm2	220	350	350	560	900
額定行程mm	10	16	25	40	60
彈簧范圍Kpa	20～100＃、40～200、80～240、20～60、60～100

＃20～100Kpa為標準彈簧范圍
 
五、石油化工氣動薄膜式調節閥計算選型分析主要技術性能指標及檢驗

3、氣動調節閥的流量特性

介質流過閥的相對流量Q與閥芯相對行程L之間的函數關系：Q=f（L）

當調節閥兩端壓差保持不變時，閥的流量特性稱為固有流量特性。固有流量特性主要有直線、等百分比、拋物線和快開等四種類型。

在生產中閥的固有流量特性有直線、等百分比和快開3種。拋物線特性介于直線與等百分比之間，一般用等百分比特性來代替。快開特性主要用于二位式控制，一般情況下，閥兩端壓差不可能永遠保持不變，這時閥的固有流量特性發生畸變，閥在工作條件下的特性稱為工作流量特性。這時在確定流量特性時要引入一個稱為閥阻比的系數S=△Р/∑△Р∑△Р為系統總壓差，是閥、全部工藝設備和管路系統上的各壓差之和。

石油化工氣動薄膜式調節閥計算選型分析從以下3個方面內容對閥的工作流量特性進行分析：

1）從控制系統的控制質量方面分析

對于一個簡單的控制系統，它是由控制對象、變送器、調節器和調節閥幾個基本環節組成的，系統的總放大系數K=K1K2K3K4K5K1-K5分別表示變送器、調節器、執行器、執行機構、閥、控制對象的放大系數。在負荷變動的情況下，要使控制系統能保持預定的控制指標，希望總放大系數在控制系統的整個操作范圍內保持不變。一般在一個確定的系統里，K1-K3的系數是固定不變的，只有對象的放大系數K隨負荷的變化而變，保證K4K5的乘積是個常數就保證了系統的總放大系數K是個穩定值。

2）工藝配管情況分析

調節閥總是與管道設備連在一起使用的，管道阻力會使閥的工作特性與固有特性不同。所以，應根據對象的特性，選擇合適的工作特性，再根據配管情況選擇相應閥的固有流量特性。

3）從負荷變化情況分析

直線特性調節閥在小開度時流量相對變化量大，過于靈敏，容易引起振蕩，閥芯閥座易損壞，故在S值小、負荷變化幅度大的場合不宜采用。等百分比閥的放大系數隨閥門行程增大而增大，流量相對變化量恒定不變。

4、氣動調節閥的口徑

調節閥口徑的確定是在計算閥流量系數Cv的基礎上進行的。流量系數是指在閥門全開條件下，閥兩端壓差△Р為100Kpa，流體密度p為1g/cm3時，通過閥的流體體積流量為Q（m3/h），其節流公式為：Q=C（4—1）C是一個比例系數，它與流量系數的關系是m倍，即C=mC。當流量特性為直線型時m=1.63，當流量特性為等百分比型時m=1.97。

式（4-1）是當測量介質為液體時的計算方法，當測量介質為氣體時應考慮溫度和壓力對介質體積的影響，其C值的計算分兩種情況：

當閥前后壓差△Р小于0.5倍的閥前壓力Р1，即△Р<0.5P1時

C=（Q/4.72）×1（4—2）

式（4—2）中P2為閥后壓力。

a）Р≥0.5P1時

C=（Q/2.9）×/Р1（4—3）

另外，當介質為過熱蒸汽時，計算C值要考慮蒸汽的過熱度。

確定完Cv值以后，要對調節閥的開度進行驗算，要求最大流量時閥開度不大于90%，最小流量時開度不小于10%，在正常工況下，閥門開度應在1.5%-85%之間.最后根據Cv值確定調節閥口徑。

5、石油化工氣動薄膜式調節閥計算選型分析的材料和輔助裝置

調節閥的閥體選用鑄鐵材質，耐壓等級，使用溫度范圍、耐腐蝕等方面應不低于對工藝管道的要求，但在介質為易燃易爆的流體時應作特殊考慮。閥芯、閥座材質的選用應考慮到流體中是否有固體顆粒產生的磨損和氣蝕作用對閥內件的沖擊。一般對于非腐蝕性流體，常選用不銹鋼；對于腐蝕性較強的流體，可選用堆焊硬質合金或噴涂材質。另外當操作介質高于+200℃時，要選擇帶散熱片的上閥蓋。

調節閥的輔助裝置主要有閥門定位器、電磁閥、回訊開關、過濾減壓器、保位閥等。閥門定位器是調節閥的一個重要附件，常見的有氣動閥門定位器和電氣閥門定位器兩種。它主要用于：高壓差的場合；高壓、高溫或低溫介質的場合；介質中含有固體懸浮物或黏性流體的場合；調節閥口徑較大的場合；實現分程控制；改善調節閥的流量特性。

電磁閥的作用是快速地切斷和接通氣源，使閥處于通、斷的位置，多用于安全放空閥。回訊開關是需要在控制室實時監測到閥位的信號才選用的。保位閥的選擇是根據工藝狀況，當氣源切斷時，閥位要求保持在一定的位置上，但這種情況不多見

6、石油化工氣動薄膜式調節閥計算選型分析結束語

調節閥是自動控制系統中一個重要的環節，若選擇計算不準確，使用維護不得當，將直接影響控制系統的控制質量，甚至造成嚴重的生產事故，為此，對調節閥的正確選用，安裝和維修等各項工作都必須高度重視。調節閥的選型和應用是一個專業性強、涉及的技術領域廣的系統工作，要做好這個工作，不僅要在理論上充分了解它的各種特性，而且要結合實際使用經驗來綜合分析判斷，做到理論和實踐科學地結合起來。