調(diào)節(jié)閥的選型

自控工程設(shè)計(jì)中調(diào)節(jié)閥的選型籠式就是套筒型。直行程閥芯常用類型為柱塞型和套筒型。柱塞型主要應(yīng)用在常規(guī)場(chǎng)所，而高壓差、蒸汽等特殊環(huán)境就要選用套筒型。籠式的閥芯，是指在閥芯外面再套一個(gè)導(dǎo)向筒，一方面起到多級(jí)降壓作用，一方面可以起到平衡閥芯和導(dǎo)向的作用。1調(diào)節(jié)閥選型的重要性調(diào)節(jié)閥在過程控制中的作用是接受調(diào)節(jié)器或計(jì)算機(jī)的控制信號(hào)，改變被調(diào)介質(zhì)的流量，使被調(diào)參數(shù)維持在所要求的范圍內(nèi)，從而達(dá)到生產(chǎn)過程自動(dòng)化。調(diào)節(jié)閥是自控系統(tǒng)中的執(zhí)行器，它的應(yīng)用質(zhì)量直接反應(yīng)在系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)上。作為過程控制中的終端元件，人們對(duì)它的重要性較過去有了更新的認(rèn)識(shí)。調(diào)節(jié)閥應(yīng)用的好壞，除產(chǎn)品自身質(zhì)量、用戶是否正確安裝、使用、維護(hù)外，正確地計(jì)算、選型十分重要。由于計(jì)算選型的失誤，造成系統(tǒng)開開停停，有的甚至無法投用，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)閥在現(xiàn)場(chǎng)的重要性，必須對(duì)調(diào)節(jié)閥的選型重視，至關(guān)重要。2調(diào)節(jié)閥的工作原理要正確選型必須知道調(diào)節(jié)閥的工作原理，調(diào)節(jié)閥與孔板一樣是一個(gè)局部阻力元件。調(diào)節(jié)閥的節(jié)流面積可以由閥芯的移動(dòng)來改變，因此是一個(gè)可變的節(jié)流元件。因此可以把調(diào)節(jié)閥模擬成節(jié)流件孔板的形式。對(duì)于不可壓縮流體，根據(jù)伯努利方程，調(diào)節(jié)閥的流量方程為：P1/pg+V12/2g=P2/pg+V22/2g；VI，V2—節(jié)流前后速度；P1，P2—節(jié)流前后壓力；A——節(jié)流面積；Q——流量；Z——阻力系數(shù)；g——重力加速度；p——流體密度。當(dāng)調(diào)節(jié)閥的口徑一定時(shí)即調(diào)節(jié)閥兩端壓差（P1-P2）不變時(shí)，流量Q隨阻力系數(shù)而變化。減少，Q增大。3調(diào)節(jié)閥選型的原則調(diào)節(jié)閥由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥門兩部分組成，調(diào)節(jié)閥選型需遵循下面的原則：3.1根據(jù)工藝條件，選擇合適的結(jié)構(gòu)形式和材料3.1.1根據(jù)閥的閥體的結(jié)構(gòu)形式可分為單座閥、雙座閥、角閥、三通閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥、蝶閥、球閥、隔膜閥等。選擇閥門之前，要對(duì)控制過程的介質(zhì)、工藝條件和參數(shù)進(jìn)行細(xì)心的分析，收集足夠的數(shù)據(jù)，了解系統(tǒng)對(duì)調(diào)節(jié)閥的要求?？梢詮囊韵聨讉€(gè)方面考慮：1） 閥芯的形狀結(jié)構(gòu)主要根據(jù)所選擇的流量特性和不平衡力等因素考慮。2） 耐磨損性，當(dāng)流體介質(zhì)是含有高濃度磨損性顆粒的懸浮液時(shí)，閥芯、閥座接合面每一次關(guān)閉都會(huì)受到嚴(yán)重摩擦。因此閥門流路要光滑、閥的內(nèi)部材料要光滑。3） 耐腐蝕，由于介質(zhì)具有腐蝕性，在能滿足調(diào)節(jié)功能的情況下，應(yīng)盡量選擇簡(jiǎn)單的閥門。4） 介質(zhì)的溫度、壓力，當(dāng)介質(zhì)的溫度、壓力高且變化大時(shí)，應(yīng)選用閥芯和閥座的材料受溫度、壓力變化小的閥門。5）防止閃蒸和空化閃蒸和空化，只產(chǎn)生于液體介質(zhì)。閃蒸和空化不僅影響流量系數(shù)的計(jì)算，還會(huì)形成振動(dòng)和噪聲，使閥門的使用的壽命變短。如：套筒閥與偏心旋轉(zhuǎn)閥在振動(dòng)和噪聲較大的場(chǎng)合選用套筒閥合適，而介質(zhì)有黏性或帶有微小顆粒時(shí)，則選用偏心旋轉(zhuǎn)閥較合適。3.1.2材料的選擇調(diào)節(jié)閥的各個(gè)零部件，特別是與工藝流體接觸的閥體與閥內(nèi)組件、材料的正確選擇與調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)型式和公稱通徑的選擇同樣重要。選擇調(diào)節(jié)閥材料必須考慮以下各個(gè)因素。1） 流體的壓力和溫度對(duì)材料的影響。2） 流體腐蝕性對(duì)材料的影響。3） 流體的空化現(xiàn)象和泥漿流體對(duì)材料的影響。4） 從結(jié)構(gòu)上考慮，材料組配是否有問題。閥體材料的選擇一般高于管道材料；a） 在高溫情況下，必須充分考慮高溫強(qiáng)度、高溫下的金相組織變化及耐腐蝕性問題。一般含有合金鋼材料：銘、鎳、鉬等。b） 高溫高壓下，鋼受到氫氣的浸蝕，一般會(huì)造成脫碳現(xiàn)象，引起脆化（常稱氫脆）。鋼中加入銘、鎳、鉬等元素后，它與碳元素結(jié)合，可提高鋼的抗氫腐蝕性。c） 在選低溫材料時(shí)，要充分考慮低溫沖擊值，還要考慮材料在低溫下出現(xiàn)韌性下降的問題。奧式不銹鋼的低溫機(jī)械性能比較穩(wěn)定，經(jīng)常采用。（304、316L）d） 當(dāng)流體是液體，特別是熱水時(shí)，必須充分考慮材料的耐氣蝕問題。特別是流體的溫度大于100°C時(shí)，最好用銘鉬鋼。e） 耐腐蝕材料一般有不銹鋼、20#合金鋼、哈式合金等。閥內(nèi)組件材料一般用304、316等不銹鋼，有時(shí)根據(jù)特殊情況進(jìn)行硬化處理。常溫、常壓差不做硬化處理，但閥座要求精度高、泄露小，也應(yīng)考慮硬化處理。方法有：熱處理、堆焊硬化層、表面硬化處理等3.2根據(jù)工藝對(duì)象的特點(diǎn)，選擇調(diào)節(jié)閥的流量特性。調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇，調(diào)節(jié)閥的流量特性是指介質(zhì)流過閥門的相對(duì)流量與位移（閥門的相對(duì)開度）間的關(guān)系，理想流量特性主要有直線、等百分比（對(duì)數(shù)）、拋物線和快開等4種，常用的理想流量特性只有直線、等百分比（對(duì)數(shù)）、快開三種。拋物線流量特性介于直線和等百分比之間，一般可用等百分比特性來代替，而快開特性主要用于二位調(diào)節(jié)及程序控制中，因此調(diào)節(jié)閥特性的選擇實(shí)際上是直線和等百分比流量特性的選擇。調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇可以通過理論計(jì)算，但所用的方法和方程都很復(fù)雜。選擇的基本原則是；1） 線性流量特性a）壓差變化小，幾乎恒定；b）液位定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)；c）主要干擾為給定值的流量、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)的壓力損失大部分分配在閥上（開度變化，閥上壓差變化相對(duì)較小。大多數(shù)選用等百分比流量特性。2） 等百分比流量特性a）要求大的可調(diào)范圍；b）管道系統(tǒng)壓力損失大；c）開度變化、閥上壓差變化相對(duì)較大；d）流量、壓力、溫度定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)；e）主要干擾為給定值的壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)；f）各種調(diào)節(jié)系統(tǒng)。3.3根據(jù)工藝操作參數(shù)，選擇合適的調(diào)節(jié)閥口徑尺寸調(diào)節(jié)閥口徑的選擇和確定主要依據(jù)閥的流通能力即Cv。在各種工程的儀表設(shè)計(jì)和選型時(shí)，都要對(duì)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行Cv計(jì)算，并提供調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)說明書。從調(diào)節(jié)閥的Cv計(jì)算到閥的口徑確定，一般需經(jīng)以下步驟：1）計(jì)算流量的確定?，F(xiàn)有的生產(chǎn)能力、設(shè)備負(fù)荷及介質(zhì)的狀況，決定計(jì)算流量的Qmax和Qmin。2）閥前后壓差的確定。根據(jù)已選擇的閥流量特性及系統(tǒng)特點(diǎn)選定S（阻力系數(shù)），再確定計(jì)算壓差。3）計(jì)算Cv。根據(jù)所調(diào)節(jié)的介質(zhì)選擇合適的計(jì)算公式和圖表，求得Cmax和Cmin。液體：a）Cv值計(jì)算公式為：式中：。=最大流量m3/hG=比重（水=1）P1=進(jìn)口壓力Kgf/cm2P2=出口壓力Kgf/cm2上面的公式只適用于流體流動(dòng)呈紊流狀態(tài)，或雷諾數(shù)大的場(chǎng)合，流體接近層流或雷諾數(shù)小的場(chǎng)合，上述公式必須進(jìn)行粘度修正。當(dāng)飽和溫度的熱水或者接近飽和溫度的熱水，流經(jīng)調(diào)節(jié)閥節(jié)流口壓力會(huì)降低，調(diào)節(jié)閥出口處的水中可能會(huì)有水蒸氣。在這流動(dòng)條件下，液體流動(dòng)的基本定律就不再是正確的。調(diào)節(jié)閥的CV值的計(jì)算就需要修正。在這種情況下，應(yīng)按下列步驟進(jìn)行：△T<2.8°C（58/）APC=0.06XP12） △T>2.8C（58/）^PC=0.9X（P1XPS）3）^T=在進(jìn)口壓力下的液體飽和溫度與進(jìn)口溫度之差。APC=計(jì)算流量用的允許壓差（Kgf/cm2）PS=進(jìn)口溫度下液體的絕對(duì)飽和壓力（Kgf/cm2abs）只有當(dāng)公式2）或3）計(jì)算出APC的小于調(diào)節(jié)閥上的實(shí)際壓差△?時(shí)，公式1）必須用△PC代替△?；除水以外的其它液體，一般的計(jì)算辦法是計(jì)算出閃蒸的比率，然后分別計(jì)算出液體和氣體的Cv值，他們之和作為計(jì)算結(jié)果。閃蒸的比率：X=（i1-i2）/r2=Cp（T1-T2）/r2i1進(jìn)口溫度T1下的熱量（Kal/kg）；i2出口壓力P2的飽和溫度（T2）下的熱量（Kal/kg）；r2出口壓力P2的飽和溫度（T2）下的潛熱（Kal/kg）；Cp=（T1+T2）/2的液體比熱（Kal/kg）b）氣體計(jì)算公式：氣體在△PNPl/Z狀態(tài)時(shí)，氣體的流速達(dá)到音速，流量會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)。壓差再增大，流量也不會(huì)增加了。因此分為兩種情況討論：△PVPl/Z和^PNP1/2，^P<P1/2，I,. _Q_J+T） 口■.廠QJg（271+T）JFJ生"p"心P12（v= 249P；Q:最大流量，比重（空氣=1），T:流體溫度（C），P1：進(jìn)口絕對(duì)壓力（Kgf/cm2），P2:進(jìn)口絕對(duì)壓力（Kgf/cm2）；^P=P1-P2c）水蒸汽計(jì)算公式Cv= ;Ap13.67JapeP]+Pw） /△P<P1/2和左PNP1/2，^P<P1/2，P1：進(jìn)口絕對(duì)壓力（Kgf/cm2），P2：進(jìn)口絕對(duì)壓力（Kgf/cm2）；^P=P1-P2最大流量（kg/hr）d）其它水蒸汽的計(jì)算公式：當(dāng)P2<P1/2時(shí)，應(yīng)用P1/2代替△?；V2用P1/2相對(duì)應(yīng)的值。W：最大流量（Kg/hr）V1：在進(jìn)口壓力P1下蒸汽比容（cm3/gratP1）V2：