石油化工裝置調(diào)節(jié)閥的設(shè)計選用1

石油化工裝置調(diào)節(jié)閥的設(shè)計選用1

石油化工裝置調(diào)節(jié)閥的設(shè)計選用許莉1，王雪2張紅梅3（1.遼寧省體育彩票發(fā)行中心，遼寧遼寧110003；2.3中國兵器工業(yè)部北方華錦化工規(guī)劃設(shè)計公司，遼寧遼寧124021）1、 引言=J石油化工是我國國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)之一，其所實現(xiàn)的利潤占全國國有及國有控股企業(yè)總利潤的1/4左右。隨著石油化工工業(yè)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，裝置規(guī)模不斷擴大，大型的煉油、乙烯及煉化一體化項目相繼建成投產(chǎn)運行，這就要求自動化水平不斷提高。在現(xiàn)代流程工業(yè)的自動控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)閥起著十分至關(guān)重要的作用，工廠的生產(chǎn)取決于流動著的液體和氣體的正確分配和控制。這些控制無論是能量的交換、壓力的降低或者是簡單的容器加料，都需要靠某些最終控制元件即調(diào)節(jié)閥來完成。在自控工程設(shè)計中調(diào)節(jié)閥在控制系統(tǒng)中也起著極其重要的作用，控制品質(zhì)與調(diào)節(jié)閥的正確選用與使用有著十分密切的關(guān)系，絕不能因其簡單而有所疏忽。下面就調(diào)節(jié)閥的工作原理、流量特性、CV值選取、動態(tài)特性、閥門定位器的應(yīng)用等方面進行論述。=J2、 調(diào)節(jié)閥的工作原理調(diào)節(jié)閥的作用可理解為安裝在管道上的可

變阻力元件，其閥芯可在閥體內(nèi)移動。調(diào)節(jié)閥通過改變流體的流通面積來控制被控介質(zhì)的流量，以達到調(diào)節(jié)工藝變量的目的。根據(jù)伯努利方程按能量不變原理可推導(dǎo)出調(diào)節(jié)閥流過量為：l=j

wliiJl=j

w變阻力元件，其閥芯可在閥體內(nèi)移動。調(diào)節(jié)閥通過改變流體的流通面積來控制被控介質(zhì)的流量，以達到調(diào)節(jié)工藝變量的目的。根據(jù)伯努利方程按能量不變原理可推導(dǎo)出調(diào)節(jié)閥流過量為：l=j

wliiJl=j

wliiJ■1匚網(wǎng)號：調(diào)節(jié)閥A：調(diào)節(jié)閥流體面積的阻力系數(shù)號：調(diào)節(jié)閥P:流體密P1：P:流體密度P2：閥后絕壓Q：體積流量C：流量系設(shè)：=§貝U =.C：流量系數(shù)liiJ1） 由于阻力系數(shù)號是隨閥門不同結(jié)構(gòu)而異，故不同結(jié)構(gòu)的流路，其KV值是不同的，如蝶閥、球閥流路簡單，&值小，故KV值大；套筒閥、高壓球芯閥流路復(fù)雜，E值大，KV值就小。因此，用流量系數(shù)C來表征閥門的容量（即流通能力）是很恰當(dāng)?shù)?。liiJ2） 該公式僅適用于牛頓流體，不適用于非牛頓流體，如泥漿、膠液等雷諾數(shù)很低非湍流狀的流體及兩相混合物的計算。3）流量系數(shù)CV：在每平方英寸磅的壓力下，每分鐘流過閥門600F（15.6°C）水的加侖數(shù)（英制單位流量系數(shù)）。l=JKV：在0?1MPa壓力降下，每小時流過閥門5~40C水的立方米數(shù)（國際單位流量系數(shù)）。l=Jl=jC：在1kgf/cm2壓力降下，每小時流過閥門5~40C水的立方米數(shù)（中國流量系數(shù)）。l=jC=1.16KV CV=1.17KVKV=1.01C3、調(diào)節(jié)閥的組成及分類調(diào)節(jié)閥由執(zhí)行機構(gòu)和閥門兩部分組成。按照執(zhí)行機構(gòu)的動力源分類有氣動調(diào)節(jié)閥、電動調(diào)節(jié)閥、液動調(diào)節(jié)閥和混合型調(diào)節(jié)閥四大類。氣動調(diào)節(jié)閥按其執(zhí)行機構(gòu)形式又分為氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥、活塞式調(diào)節(jié)閥和長行程調(diào)節(jié)閥。閥門部分由閥體和閥內(nèi)件組成。按閥體結(jié)構(gòu)形式分為單座閥、雙座閥、角閥、三通閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥、蝶閥、球閥、快速切斷閥、隔膜閥、閥體分離型閥、低噪音閥、波紋管密封閥、低溫閥

和旋塞閥等。I=j

w4、調(diào)節(jié)閥的流量特性I=j

wl=j

wl=J

wl=j

wIIIl=J流量特性是指閥門的行程與流量之間的關(guān)系。流量特性是反映調(diào)節(jié)閥的開度與流量的變化關(guān)系，以適應(yīng)系統(tǒng)的特性要求，如對流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)反應(yīng)速度快需對數(shù)特性；對溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)反應(yīng)速度慢，需線性流量特性。流量特性反映了調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)品質(zhì)。l=j

wl=J

wl=j

wIIIl=Jl=j流量特性分為理想特性和工作特性。l=jl=j理想特性亦稱固有流量特性，分快開、直線、拋物線、等百分比特性，但拋物線接近等百分比特性，快開特性只用于開關(guān)控制，所以作為節(jié)流控制實際上只有直線和等百分比特性兩種。理想特性是由制造廠制造時確定的。l=jl=J

w調(diào)節(jié)閥在實際運行時，其前后的壓差是變化的，此時流量特性稱為工作流量特性。l=J

wI三」

I三」

w（1） 流量調(diào)節(jié)閥優(yōu)選等百分比特性/直線特性；（2） 壓力調(diào)節(jié)閥優(yōu)選等百分比特性/直線特性；（3） 溫度調(diào)節(jié)閥優(yōu)選等百分比特性/直線特

性；(4)液位調(diào)節(jié)閥優(yōu)選直線特性/等百分比特性；5、計算調(diào)節(jié)閥的口徑根據(jù)工藝條件判別阻塞流與非阻塞流，判別式為非阻塞為為非阻塞△PVF(Pi-F^r)2 1CCL為阻塞流△PNF2(P1-FCPC)為阻塞流l=j通過計算流量系數(shù)，L確定調(diào)節(jié)閥口徑。同口徑Kv值越大越好。l=j6、 調(diào)節(jié)閥噪音預(yù)估調(diào)節(jié)閥噪音主要來自液體動力學(xué)噪音和氣體動力學(xué)噪音。液體動力學(xué)噪音是當(dāng)液體流過閥時產(chǎn)生空化現(xiàn)象，氣泡破裂而產(chǎn)生巨大噪音。噪音頻率約在15~10000Hz很寬范圍。氣體動力學(xué)噪音包括氣體和水蒸汽產(chǎn)生的噪音。由于預(yù)估計算比較復(fù)雜繁瑣，許多用戶或設(shè)計單位都由制造廠負責(zé)設(shè)計計算，應(yīng)符合我國環(huán)保要求。7、 調(diào)節(jié)閥的設(shè)計選用調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)形式選擇

依據(jù)調(diào)節(jié)功能，泄露等級及切斷壓差，耐壓及耐溫，沖蝕、氣蝕腐蝕，流體介質(zhì)，使用生命周期，維護及備件，性能價格比，建議調(diào)節(jié)閥選擇順序為：單（雙）座（GLOBE）閥、籠式單（雙）座（CAGE）閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥、蝶閥、角閥、球閥（VO）、三通閥、特殊調(diào)節(jié)閥等。調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)形式選擇表（建議）調(diào)節(jié)切斷克服△P防堵耐腐耐壓耐高溫單座閥VOOXVVV雙座閥VXVXOVV套筒閥VXVXOVV角型閥VOOOVVV三通閥VXXXXXX蝶閥閥VVXVVOV球閥VVVVVVV偏心閥VVVVVVV“V”表示】最佳“O”表示可用“X”表示差調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)形式選擇時注意的問題如下：嚴密關(guān)閉閥（TSO）選擇順序為：球閥、單座閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥、蝶閥、角閥等。閥芯閥座密封形式——閥芯硬密封/閥座硬密封，用于不干凈介質(zhì)、溫度、高壓、高差壓場合，泄露等級5級；——閥芯硬密封/閥座軟密封，用于一般場合，泄露等級5級或6級。必須提出最大切斷壓差，是選擇閥的關(guān)鍵條件之一。必要時提出緊急切斷動作時間。高溫高壓、高壓差閥選擇順序為：角型閥、單座閥、套筒閥特別注意“空化（xavitation、氣蝕、空蝕）”、“阻塞流（閃點）”導(dǎo)致閥芯、閥座損壞，帶來噪音和振動的危害。鍋爐主給水調(diào)節(jié)

Ill閥、給水旁路調(diào)節(jié)閥、給水再循環(huán)調(diào)節(jié)閥、減溫水調(diào)節(jié)閥、凝結(jié)水再循環(huán)調(diào)節(jié)閥、鍋爐連續(xù)排污調(diào)節(jié)閥、高壓蒸汽壓力調(diào)節(jié)閥、合成氨高壓差調(diào)節(jié)閥等。Ill高壓、高差壓調(diào)節(jié)閥閥體選用鍛鋼件。高壓、高差壓調(diào)節(jié)閥應(yīng)選用帶多級套筒式、多級閥芯式、多級碟版式等防空化組件。（2） 調(diào)節(jié)閥的作用方式選擇根據(jù)工藝生產(chǎn)安全確定閥的氣開（FC-氣源故障時關(guān)）、氣關(guān)（FO-氣源故障時閥開），由工藝決定確定并在PID表示。執(zhí)行機構(gòu)作用方式的選擇：——正作用，信號增加，推桿向下運動；——反作用，信號增加，推桿向上運動。建議單導(dǎo)向閥（FO）配正作用執(zhí)行機構(gòu)；單導(dǎo)向閥（FC）配反作用執(zhí)行機構(gòu)；雙導(dǎo)向閥（FCFO）配正作用執(zhí)行機構(gòu)。（3） 調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機構(gòu)選擇依據(jù)可靠性，經(jīng)濟性，動作平穩(wěn)、足夠的輸出力，結(jié)構(gòu)簡單，維護方便，重量輕等，建議選擇順序為：氣動薄膜執(zhí)行機構(gòu)（直行程用）；氣缸執(zhí)行機構(gòu)（單氣缸彈簧復(fù)位、雙氣缸）直行程、

角行程均適應(yīng)；電動執(zhí)行機構(gòu)(包括馬達驅(qū)動閥MOV)；液動執(zhí)行機構(gòu)。調(diào)節(jié)閥的材料選擇閥體材料選擇要考慮三個因素：介質(zhì)的腐蝕成分、溫度、壓力。介質(zhì)的腐蝕性是選擇閥體材料的關(guān)鍵，溫度也是影響材料性能的又一關(guān)鍵因素；設(shè)計溫度在-40?400°C的范圍內(nèi)，介質(zhì)無腐蝕性工況下選用炭鋼就可以。設(shè)計溫度在-200?530C的范圍內(nèi)，材料選用304(0Cr18Ni9)或316(0Cr17Ni12Mo2)不銹鋼，并且能耐腐蝕性介質(zhì)。壓力的高低主要影響法蘭的壓力等級；但對于高壓閥體要考慮材料的性能。因此，閥體材料選擇主要是綜合考慮介質(zhì)的腐蝕性、溫度與壓力條件而定。=J閥內(nèi)件材料的選擇除了要考慮介質(zhì)的腐蝕成分、溫度、壓力外，還要考慮在液體條件下的閃蒸和汽蝕。選材方式跟閥體材料選擇是一樣的，但最低要求是不銹鋼；在有閃蒸、汽蝕的條件下，要做特別考慮，表面需要堆焊耐閃蒸和汽蝕的材料(司太萊或合金6)或硬化處理。下面是閃蒸和氣蝕的概念與產(chǎn)生條件。流體流經(jīng)調(diào)節(jié)閥時，由于節(jié)流處流速增大，壓力下降，當(dāng)壓力

=J低于飽和蒸汽壓（PV）后，液體就會分裂出氣體來，形成氣液雙相流動，這就是所謂的閃蒸。引起閃蒸的壓差條件是：△PNFLZ（P1-PV）,其中FL為壓力恢復(fù)系數(shù)，P1為閥前壓力，PV為入口溫度下飽和蒸汽壓。當(dāng)介質(zhì)流經(jīng)節(jié)流口后，節(jié)流速度開始逐漸下降，壓力開始逐步恢復(fù)，當(dāng)壓力恢復(fù)到大于飽和蒸氣壓時，汽泡破裂回到液態(tài)，就在破裂的瞬間，產(chǎn)生強大的壓力沖擊波，使作用的閥芯、閥座表面的材料沖擊成蜂窩狀的小孔，并引起振動和噪音，這就是所謂的氣蝕。另外，在氣體工況下，壓差大、流速高，就會產(chǎn)生噪音，噪音小于85dB屬于正常工況；大于85dB就要加降噪處理，像降噪板或者套筒式打孔閥心；如果噪音過大，要加二級降噪或三級降噪，直到噪音小于85dB為止。上閥蓋的材料與閥體材料一致。主要是上閥蓋的III上閥蓋的材料與閥體材料一致。主要是上閥蓋的III形式選擇與設(shè)計溫度有關(guān)：設(shè)計溫度范圍在-46?200C選用標(biāo)準(zhǔn)型上閥蓋；設(shè)計溫度范圍在-196?-46°C選用長頸型上閥蓋;設(shè)計溫度范圍在200?530°C選用散熱片型上閥蓋。填料選擇主要考慮溫度條件：設(shè)計溫度范圍在-40?250C（實際應(yīng)用時-40~100C）選用PTFE

■CJIIIIII（聚四氟乙烯）V型填料；設(shè)計溫度范圍在-40?400°C選用石墨+因科鎳填料；設(shè)計溫度范圍在-196?530°C選用純石墨填料（密度1.2）；設(shè)計溫度范圍在-196?200C選用石墨+PTFE填料。如果有真空，填料要選用雙向填充形式或石墨。■CJIIIIII旋轉(zhuǎn)型調(diào)節(jié)閥、墨填料。（5）單座閥、量可選擇。三通閥、Illl=J旋轉(zhuǎn)型調(diào)節(jié)閥、墨填料。（5）單座閥、量可選擇。三通閥、Illl=J調(diào)節(jié)閥流向的選擇角型閥、小流量閥、高壓閥等流l=J文丘里角閥、籠式閥、雙座閥、V球型閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥、三偏心蝶閥等流向不能選擇。球閥、蝶閥等流向沒有要求。流向選擇：穩(wěn)定性，流開、流閉均可；使用壽命，流閉；自潔性，流閉；密封性，流閉；輸出力，流閉；動作速度，流開；閃蒸，流開；

高壓閥、高壓差閥，壓力高、差壓大，汽蝕沖刷嚴重選流閉；liiJliiJ單座閥（GLOB）,通常選流開；防喘振閥通常選流開；小流量閥通常選流開；開-關(guān)閥通常選流閉。liiJliiJ選擇流閉閥應(yīng)注意：最小開度〉20%~30%，選擇等百分比特性。（6） 調(diào)節(jié)閥的附件選擇智能型閥門定位器，提高執(zhí)行機構(gòu)輸出力，可使閥門的供氣速度快、閥的動作速度加快；數(shù)字閥門定位器（現(xiàn)場總線）除上述功能外，帶PID控制功能，現(xiàn)場總線診斷功能，閥門特性曲線記錄功能。電磁閥應(yīng)長期帶電，優(yōu)先選用24VDC4W低功率的電磁閥。限位開關(guān)，優(yōu)先選用接近開關(guān)（無觸點），行程開關(guān)（有觸點）。手輪機構(gòu)，根據(jù)工藝要求選擇側(cè)裝或頂裝。另外，根據(jù)工藝要求，選用空氣過濾減壓閥、空氣貯罐、繼動器、止回閥、自鎖閥、閥位變送器、閥位限制器等。總之，執(zhí)行機構(gòu)選擇主要是考慮調(diào)節(jié)閥受流體作用力影響，產(chǎn)生使閥芯上下移動的軸向力或使閥芯旋轉(zhuǎn)的切向力。對于直行程的調(diào)節(jié)閥，軸向力影響信號與位移的關(guān)系，這一軸向力稱為不平衡力。對角位移的調(diào)節(jié)閥，如蝶閥、球閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥等，影響其角位移的切向合力矩稱為不平衡力矩。影響不平衡力（矩）的因素很多，主要是閥的結(jié)構(gòu)型式、壓差、流向因素。閥的結(jié)構(gòu)型式中又包括閥的類型、節(jié)流形式、閥芯（塞）形狀、閥芯正裝或反裝、閥桿直徑與閥座直徑大小等關(guān)系。綜合考慮各種因素將計算出的推力或轉(zhuǎn)矩乘以1.5?2.0的安全系數(shù)就是執(zhí)行機構(gòu)的實際推力或轉(zhuǎn)矩。附件選擇主要是根據(jù)工藝條件要求選配