调节阀在调节系统中是必不可少的，它是组成工业自动化系统的重要环节。在大多数调节场合使用单个调节阀就足以适应生产需要，但在某些情况下就难以有效地进行调节。例如，有的生产过程要求有较大范围的流量变化，而单个调节阀的可调范围却是有限的，国内设计的调节阀一般R=30。若使用单个调节阀，最大流量与最小流量相差不能太悬殊，否则虽满足了最大流量，而在最小流量时调节阀开度却很小，这将使得阀芯阀座受流体冲蚀严重，寿命缩短，特性变坏，甚至不能工作，因而一般调节阀最小开度不小于10%。这时，为满足生产上流量大范围变化的要求，可采用2个或者多个调节阀（调节阀组）并联共同调节，采用分程或其它调节方式。这时，不同调节方式所控制的调节阀组或者可调范围大大增加，充分满足生产上的要求；或者改善了调节阀的工作条件，可保持
阀门的
流量特性，延长使用寿命，提高调节质量；或者兼而有之。
一、高炉炉顶压力控制系统的组成与工作原理
1、工艺流程描述 高炉冶炼生产用的原燃料在高炉本体内部进行复杂的化学反应，铁水定期排出，产生的高炉煤气最终由炉顶逸出。高炉煤气经过除尘设备：重力除尘器、文氏塔等除去所含大量粉尘后，才能被利用。在煤气总管上安装了
减压阀组，控制炉顶压力的波动，实现高压操作。为充分利用高炉煤气的余压，在文氏塔后又采用了TRT（透平余压发电装置）。
在高炉本体中，炉顶压力的控制十分重要，其控制效果将直接影响到正常生产。生产实践证明，维持炉顶压力的稳定，有利于高炉炉况稳定顺行，才能达到高产、优质、低耗，取得较好的生产经济技术指标。而且，在各种工况下均需要炉顶压力的稳定。
2、控制系统的组成 在高炉本体煤气上升管处安装了2台智能压力变送器，检测炉顶压力并送入DCS；在φ2120煤气总管上安装了减压阀组，由1台φ400自动阀A，2台φ750量程阀B和C及1台φ750快开阀D组成，均为
蝶阀，配
电动执行机构或
电液执行机构。前3台蝶阀参与调节控制炉顶压力，快开阀只在TRT紧急关机时快速打开，防止炉顶压力急剧上升。在TRT系统中（透平余压发电装置），由φ1400和φ400两个调速阀共同调节发电机转速，还有故障紧急
切断阀。因此，炉顶压力控制系统较为复杂。
高炉DCS为Honeywell的TDC3000系统，其本体部分采用2台HPM进行数据采集，监视控制。由DCS根据生产情况，对减压阀组及TRT阀的开度进行调节，维持炉顶压力稳定在工艺设定值处。
3、控制原理 相对常见的压力调节系统，本系统控制过程较为不同。本系统中调节阀部分不是单个调节阀，而是由4个蝶阀组成的调节阀组。相应的调节方式也不同，而且由于高炉生产的特点，根据不同生产工况，需要多种调节方式。
两个炉顶压力测量信号送入DCS后，先对测量值进行判断，取正确值送入调节系统。调节系统根据炉顶压力测量值对减压阀组的开度进行调节。在炉顶压力控制系统中，由于TRT的介入，要求减压阀组的控制范围很大。
当TRT不发电时，炉顶压力由减压阀组进行调节；当高炉炉况较好时，允许TRT发电，TRT调速阀缓慢开大，部分高炉煤气流经TRT相组，仍由减压阀组调节炉顶压力；直至减压阀组全关，则由DCS直接控制TRT调速阀调节炉顶压力，此时，煤气全部经由TRT通过，TRT工作于最大负荷，余压回收充分，节能效果最好。
二、控制环节的技术难点
高炉本体是进行炼铁生产的主要设备，在生产过程中一经点火就必须连续运行，而且处于几乎完全密封及高温高压的情况下，只有靠自动检测仪表才能掌握炉况。由于工艺生产的需要，经常要进行上料、出铁、出渣以及TRT发电/停止发电等操作，会引起炉顶压力波动。
①
经常超出调节范围 原先的常规仪表只能对一个阀进行自动调节，其余由操作人员进行手动调节。但是一个阀的压力调节范围有限，如果炉顶压力波动较大，很容易使自动调节阀超限，这时已无法对炉顶压力进行自动调节，只有靠人工干预其它手动阀的阀位，才能维持一定的炉顶压力。这种控制方式可能造成炉顶压力波动很大。
②
控制对象的变化较大 由于TRT机组的介入，要求减压阀组的控制范围很大。
当TRT机组不工作时，高炉煤气全部经减压阀组流过，流量很大。随TRT机组发电量的增加，流经减压阀组的流量渐小，但仍由减压阀组调节炉顶压力，直至减压阀组全关。此时，高炉煤气全部进入TRT机组，系统将炉顶压力交TRT调速阀调节。由于TRT机组的工作负荷不能急剧变化，只能根据高炉炉况缓慢增加，所以，高炉减压阀组几乎在整个高炉煤气流量范围内（量程0~240000m
3/h）都必须进行稳定而有效的调节。
③
TRT机组调速阀与减压阀组调节的切换 TRT机组工作时，不能剧烈波动，只能缓开缓关。只有在炉顶压力稳定时才将其投入发电工作。调速阀紧急情况下又无法快速关闭，因此，在TRT机机组发电时炉顶压力的控制以及紧急情况下的处理是一个必须解决的问题。
④
各阀的调节方式之间的切换 由于整个炉顶压力调节系统中共有大小六个调节阀，而且分别组合成了不同的调节方式，如何在这些调节方式之间平稳地转换，不引起炉顶压力的过大波动也是关键。
三、调节控制方案
在本DCS中，为克服以上种种难点，经多次试验采用了新的控制方式，充分发挥了DCS的强大功能。
由于要求减压阀组的控制范围很大，为此，通过三个减压阀的不同组合，获得不同的流通面积，以保证必要的压力调节范围。减压阀组操作方式分为全自动、半自动、手动和手操器手动四种，前三种操作方式由操作员在工作站上用键盘或鼠标选取。
①半自动方式：由操作员设定A，B及C三个阀中任意两个阀的开度。DCS根据炉顶压力、TRT机和工作情况自动调节剩下一个阀的开度，维持炉顶压力的恒定。
②全自动方式：由DCS根据炉顶压力和TRT工作情况自动控制自动阀A及量程阀B或C的开度，由操作员设定另一量程阀的开度，维持炉顶压力的恒定。
③手动方式：由操作员设定A，B及C三个阀的开度，人工控制炉顶压力。
④手操器手动方式：为后备手动，仅在检修时使用，且不受DCS控制。
在全自动方式下，为使炉顶压力的波动尽量平缓，选择流通口径较小、调节波动较小的φ400自动阀A进行PID自动调节，并将其开度限定在最具调节效能的35%~75%之间。当阀A的开度到达上、下限时，量程阀B步进一步开或步进一步关，直至阀A回到35%~75%之间，仍然由阀A进行自动调节，调节效果好。量程阀C作为手动阀，不参与自动调节，但可以人工干预量程阀C的开度，使各阀均处于较好的阀位。量程阀B和C可互换。这样，DCS可同时调节两个阀来控制炉顶压力，调节范围较常规仪表大了许多，而且调节波动小、效果好，能很好地维持炉顶压力的恒定。系统也提供了半自动、手动等其它辅助操作方式，以适应不同的工况，并由系统在选择操作方式时进行判断，防止选择错误。
处于全自动方式下的口径φ400的阀A虽然由于并联作用其可调范围变小，但对炉顶压力的调节变得平稳缓和，避免了过强的调节作用，而且量程阀参与调节可以使阀A始终处于较好的流量特性段，避免了小开度或满开度工作，同时延长了阀A的使用寿命。即相当于量程阀起到“粗调”的作用，而由阀A来进行“细调”。此时，DCS同时对两个调节阀进行控制，其流量调节范围为从两阀全关至两阀全开，优于单个调节阀的调节方式，因此很适合在较大范围内的稳定调节。其最大的优点是，既能得到其中小口径调节阀的较平稳缓和的调节效果，有利于生产；又能当压力波动偶尔较大时令量程阀的步进动作自动参与调节，使调节迅速有效。
当TRT机组不发电时，炉顶压力由减压阀组进行调节；当TRT机机组发电时，炉顶压力先由减压阀组进行调节，手动逐渐增加TRT机组的工作负荷，高炉煤气越来越多地从TRT机机组流过，减压阀组自动渐渐关小，直至全关，此时炉顶压力控制权交于TRT调速阀控制。但是，系统始终监视炉顶压力和TRT调速阀的开度，一遇异常情况立刻关闭故障紧急切断阀，将炉顶压力交减压阀组控制，并逐渐关闭TRT调速阀，必要时打开快开阀D于一定开度，释放炉顶压力。只有当炉顶压力波动平缓时，才能允许TRT机组发电。TRT调速阀由两个阀组成，采用分程调节控制系统。
由于有多个调节阀，因此可通过不同的组合，产生多种调节方式，从而在不同的生产工况下，可选择不同的调节方式：
煤气总管流量波动较小时，选择阀A 自动调节，调节平稳缓和；
煤气总管流量较大时，选择全自动方式，选择组合阀自动调节；
煤气总管流量波动较大时，选择阀B和阀C自动调节，调节迅速有效；
煤气总管流量较小时，选择半自动方式，选择单个阀自动调节；
这样，在不同生产工况下都能取得较好的控制效果，达到较高的调节品质。
为了充分发挥DCS的功能，又编制了许多监控程序，如减压阀故障处理程序。首先系统判断某减压阀是否出现卡死等故障，若出现故障则立刻报警，同时查询当前减压阀组的操作方式：若处于手动方式则只是报警；若处于全自动、半自动方式则在报警的同时自动切换至另一无故障的减压阀，确保DCS仍然能够对炉顶压力进行自动调节，防止顶压波动。这样，DCS就可以对设备等出现的意外情况自动做出处理，减少了人工干预，争取了事故处理时间，从而避免出现恶性事故，保障正常生产。其它还有TRT自动调节方式程序、TRT故障处理程序、抗积分饱和程序、操作输入判断程序等。采用DCS后，可以实现许多更为复杂的控制方式，从而适用于各种复杂工况，在故障状态下也能在一定程度上确保生产安全。
四、控制效果与结论
基于DCS的炉顶压力控制系统投用以后，当TRT机组发电时，由减压阀组进行调节的炉顶压力波动一般低于0.002MPa，炉顶压力控制取得了较好的效果，达到了预期的目的；这种调节方式充分发挥了DCS的功能，减少人工干预，降低了操作人员的工作强度，适应了生产的需要，其调节质量大大提高，炉顶压力波动小，还有利于TRT机组更多地工作于大负荷状态，提高了节能效果。
原先的常规仪表只能对一个阀进行自动凋节，炉顶压力波动很大（其设定值一般为0.12MPa），波动幅度上下可达0.02MPa，调节效果较差，使生产受到影响，当TRT机组发电时情况更为严重。如果自动调节阀超限时操作人员不留意或动作稍缓，炉顶压力会发生剧烈变化，甚至酿成事故。
