控制阀的选型步骤详解

发布时间:2011-02-16  点击数:2822
    控制阀是调节系统中非常重要的一个环节, 因为它处在最终执行调节任务的位置。因此,有人形象地称它为调节系统的“手脚”。控制阀选择的好坏,对系统是否能够很好地起调节作用关系甚大。控制阀的选择应从调节阀材料、执行机构流量特性、压力等级、泄漏量、阀门附件、定位器,以及对空化、闪蒸、噪音的处理等方面加以考虑。
控制阀的选择步骤
    1、计算流量系数
    表示控制阀的流量系数符号有C、Cv、Kv等。
    C为工程单位制(MKS制)的流量系数。其定义为:给定行程下,温度为5~40℃的水,阀两端压差为1kgf/cm2时每小时流经控制阀的体积(以m3表示)。
    Cv为英制单位的流量系数。其定义为:给定行程下,阀两端压差为1lb/in2时,温度为60°F的水,每分钟流经控制阀的体积(以美国加仑Usgal表示)。
    Kv为国际单位制(SI制)的流量系数。现在我国推荐使用,其定义为:给定行程下,阀两端压差为100kPa时,温度为5~40℃的水,每小时流经控制阀的体积(以m3表示)。
    C、Cv、Kv之间的关系为:
    Cv=1.17C
    Kv=1.01C
    2、阀体材料选择
    阀体材料的选择要求一般高于管道材料。在选择控制阀阀体材料时还要考虑以下各种因素:
    (1)流体的压力、温度;
    (2)流体的腐蚀性;
    (3)流体在阀内是否产生闪蒸、空化:
    (4)成本(材料价格与市场供应,加工性能等);
    (5)从结构上考虑,材料匹配是否有问题。
    3、阀内组件材料的选择
    控制阀内组件的零件材料包括阀芯、阀座环、套筒调节阀杆、导向衬套和填料函等零部件的材料,选择范围比较宽,因为它们不构成控制阀的受压部件。这些材料的选择通常是根据化学腐蚀、磨蚀、擦伤、温度和差压、流经节流后产生闪蒸、空化等因素来决定。阀内组件材料一般用SUS304、SUS316不锈钢材料。
    阀内的流体当其在缩流断面处的压力降低到等于或低于该液体在阀入口温度下的饱和蒸汽压力时,部分液体就会汽化,形成汽泡,此现象称为闪蒸。若缩流断面后流体的压力恢复到高于上述饱和蒸汽压力时,已汽化的液体又恢复到液相。汽泡破裂,释放出能量,此现象称为空化。闪蒸和空化都会损坏阀芯,降低控制阀的寿命,同时产生振动和噪音。
    对于闪蒸、空化通常采取下列措施来保护控制阀:采用分级降压、多级减压的特殊阀内件;控制介质流速;采用扩大阀门出口;采用经硬化处理的阀内件。
    4、控制阀的噪音控制
    控制阀产生的噪音必须符合国家要求.也就是每个工作日接触噪音8h,允许噪音为85dBA,每个工作日接触噪音小于1h,噪音最大不超过115dBA。控制阀的噪音主要来源有3方面:
    (1)机械噪音:机械噪音是因为阀内湍流流体对阀的内件冲击,造成与其相邻表面之间的振动而产生的噪音。这种振动具有声频特性,如果振动频率接近阀芯阀杆的自然频率,会因谐振而使部件疲劳损坏。不过这种机械振动噪音不是经常发生的,特别是使用了上导向和笼式导向装置后,使其谐振条件受到限制。解决这种噪音问题的方法有:减小导向的间隙,加大阀杆尺寸,改变阀杆的质量,甚至改变流向等,用这些方法改变部件的自然频率。
    (2)空气动力学噪音:空气动力学噪音是流体流经阀的节流处的流动机械能转换成声能的直接结果。这种转换的比值称为声学效率。它与阀的压力比和阀的设计有关。降低阀的空气动力学噪音的方法,一是声源处理,防止噪音的产生;二是流路处理,如管路的隔声或增加管壁厚度等。
    (3)液体动力噪音:由于液体介质流经控制阀节流孔而产生。当截流口前后差压不大时,所产生的噪音是极小的;如果液体发生空化或闪蒸,则会产生强烈的噪音。
    5、阀门压力等级选择
    阀体材料确定后,就可以根据过程温度与最大过程压力,参照标准的材料/压力表选择公称压力:
    6、泄漏等级的选择
    阀门的泄漏等级是选择控制阀必须考虑的因素,美国国家标准学会/流体控制学会ANSI B16.104/FCI 70-2《控制阀的泄漏量》中CLASSⅣ是绝大多数金属密封控制阀的泄漏标准.更严格的泄漏可采用软阀座型式。对于温度较高.不能使用软阀座的场合.可采用ANSIB16.104/FCI 70-2中CLASS V泄漏标准.适用于更严格的金属密封的控制阀。具体标准可查阅ANSI B16.104/FCI 70-2。
    7、选择阀体类型
    (1)直通控制阀:泄漏等级(ANSI CLASS Ⅳ,V,Ⅵ),阀体压力等级PN16~PN320,适用于高流速、噪音等场合,有多种阀体材料可选择。
    (2)蝶阀:阀门重量轻,结构紧凑,流通能力大,可严密关断(ANSI CLASS Ⅳ,Ⅵ),阀体压力等级PN16~PN100,适用于大口径、大流量、低压差的场合。根据需要可以制成口径达2m以上的蝶阀。
    (3)V 形球阀:流通能力高于蝶阀与直通阀,关断严密(ANSI CLASS Ⅳ,Ⅵ),阀体压力等级PN16~PN100,适用于粘稠以及含纤维颗粒介质。
    (4)偏心旋转阀:流通能力大,关断严密(ANSICLASS Ⅳ,Ⅵ),压力等级PN16~PN100,适用于高流速、冲刷较大的介质。
    8、阀门口径的确定
    控制阀口径的选择具有重要意义,口径选得过小,会使控制阀不能通过工艺对象要求的最大流量,或使能耗增加;口径过大.不仅使投资增加,而且使控制阀经常在小开度条件下工作,容易造成控制系统不稳定。根据计算Cv值,从厂家提供的Cv值表格查表选择大一档的Cv值,再根据厂家提供的控制阀规格表,确定合适的口径。
    9、控制阀开度及阀芯的选择
    控制阀的最大开度为90%,最小开度为10%,正常流量时应使阀门开度为70%~80%。阀芯的流量特性为等百分比、线性、快开,定量地选择阀芯的形式有很多困难。在设计中,通常按照国内外工程公司设计经验来确定。
    在一般情况下,对液位调节系统采用线性流量特性;对于温度、压力和流量调节系统则采用等百分比特性:需要快速切断系统则用盘形阀芯,即快开特性。
    10、执行机构的选择
    为了确保控制阀正常工作,所选执行机构要能产生足够的输出力来克服各种阻力,保证高度的密封和阀门的开启。执行机构类型包括: 电动执行机构电液执行机构气动执行机构、自力式执行机构可根据输出力、调节速度、线性度、滞后性、灵敏度、故障位置、尺寸与重量来选择。
    11、附件的选择
    在调节系统中控制阀可能需要一个或更多的附件才能达到控制阀正常工作的功能。附件包括:阀门定位器、阀位控制器、电气转换器手轮机构限位开关、密封设备、空气过滤器、阀位变送器等。
    12、定位器的选择
    定位器是控制阀附件的一种,用于气动控制阀。主要有气动、电气、数字式阀门定位器。定位器适用于提高控制阀动作速度、保持阀门位置、改变流量特性、分程控制和控制阀需要改变气开、气关形式等场合。

  参考资料
  赵玉珠.测量仪表与自动化.石油大学出版社,1996.
  石油化工自动化控制设计手册.化学工业出版社.