工業(yè)控制閥設(shè)計選型指南

1. 工業(yè)控制閥設(shè)計選型指南概述
控制閥安裝在工藝過程自動控制系統(tǒng)中，直接控制控制工藝介質(zhì)。多年以來，控制閥被認為是低技術(shù)含量產(chǎn)品，事實上控制閥往往要控制高溫、高壓、高壓差、高粘度或含有固體顆粒、強腐蝕性和閃蒸的流體，工作條件非常惡劣，從而導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥使用壽命很低和工作可靠性差，如果控制閥選擇安裝不當，將使工藝系統(tǒng)和生產(chǎn)裝置的生產(chǎn)效率大幅度下降或者造成全線停車。所以本文主要從控制閥的工作原理入手討論有關(guān)控制閥的選型、安裝問題。大量的控制回路組成的.每一個控制回路都經(jīng)過設(shè)計以保證重要的過程變量不超出要求的工作范圍,以確?？刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)定運行.控制閥作為控制系統(tǒng)的終端執(zhí)行裝置,它的各項質(zhì)量及安全指標對生產(chǎn)的穩(wěn)定運行,控制的優(yōu)化等至關(guān)重要.

2. 控制閥的組成及分類
控制閥是石油化工企業(yè)中常見的儀表，它由執(zhí)行機構(gòu)和閥門兩部分組成?？刂崎y種類繁多，按照其執(zhí)行機構(gòu)的動力源分類有：氣動控制閥、電動控制閥、液動控制閥和混合型控制閥四大類。
氣動控制閥按其執(zhí)行機構(gòu)形式又分為薄膜式控制閥、活塞式控制閥和長行程控制閥。
電動控制閥的執(zhí)行機構(gòu)的運動方式分為直行程和角行程兩類。
閥部分由閥體和閥的內(nèi)件組成。按閥體結(jié)構(gòu)形式分類分為單座閥、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、低溫控制閥和旋塞閥等。
在實際的工程應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)被控制流體的種類（液體、蒸汽或氣體）、流體的溫度和壓力、粘度、密度和腐蝕性、噪音水平、兩相流、進出口管道尺寸和安全方面的考慮來合理選擇控制閥。

3. 工業(yè)控制閥設(shè)計選型指南工作原理
控制閥同孔板一樣，是一個局部阻力元件。前者由于節(jié)流面積可以由閥芯的移動來改變，因此是一個可變的節(jié)流元件。于是，可以把控制閥模擬成
從這個公式中可以看出，當控制閥口徑一定，即控制閥兩端壓差（p1-p2）不變時，流量Q隨阻力系數(shù)而變化。 減少，Q增大。

4. 工業(yè)控制閥設(shè)計選型指南控制閥選型
4.1 由工藝或用戶提供的工藝條件選型
4.1.1 被控制流體的種類 液體、蒸汽或氣體。對于液體通常要考慮粘度的修正，當液體粘度過高時，其雷諾數(shù)下降，改變了流體的流動狀態(tài)，在計算控制閥流通能力時，必須考慮粘度校正系數(shù)。對于氣體，應(yīng)考慮其可壓縮性。對于蒸汽，要考慮飽和蒸汽或過熱蒸汽。
4.1.2 流體的溫度、壓力 根據(jù)工藝介質(zhì)的工作壓力來選定控制閥的公稱壓力時，必須對照工藝溫度條件綜合選擇，因為公稱壓力是在一定基準溫度下依據(jù)強度確定的，其允許工作壓力必須低于公稱壓力。
4.1.3 流體的粘度、密度和腐蝕性 對于高粘度、含纖維介質(zhì)常用O形和V形球閥；對于腐蝕性強的易結(jié)晶的流體常用閥體分離型的閥體。
4.1.4 小流量 根據(jù)流量方程式可知，流量大，流通能力也大，其閥門的口徑也大。選擇流通能力過大時，使控制閥經(jīng)常在小開度狀態(tài)，嚴重時會沖刷閥芯；流通能力過小，達不到工藝設(shè)計能力。
4.1.5 安全方面考慮 由于停電、儀表和閥門的故障及工藝操作異常因素，需要緊急停車，為此，需要把閥門放到安全位置，即事故關(guān)閥，事故開閥。
4.1.6 噪音水平 由于閥門元件機械振動、閥的空化和閃蒸等因素引起噪音。通過計算，確定閥的噪音水平是否低于“工業(yè)企業(yè)噪聲衛(wèi)生標準”規(guī)定。
4.1.7 兩相流 出現(xiàn)兩相流時，通常在計算控制閥的流通能力時，要分別計算每相的量，然后把流通能力相加，得到總的流通能力。
4.1.8 進出口管道尺寸
4.2 控制閥的選擇原則
4.2.1 控制閥固有流量特性（直線、等百分比、快開）的選擇原則 定量地選擇閥芯的形式有很多困難，在設(shè)計中，通常按照國內(nèi)外工程公司設(shè)計經(jīng)驗來確定。通常，對液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用線性流量特性；對溫度、壓力和流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)則采用等百分比特性；需要快速切斷系統(tǒng)則用盤形閥芯，即快開特性。

4.2.2 閥型式選擇
根據(jù)工藝變量（溫度、壓力、壓降和流速等）、流體特性（粘度、腐蝕性、毒性、含懸浮物或纖維等）以及控制系統(tǒng)的要求（可調(diào)比、泄漏量和噪音等）、控制閥管道連接形式來綜合選擇控制閥型式。一般情況下優(yōu)先選用體積小，通過能力大，技術(shù)的直通單、雙座控制閥和普通套筒閥。也可以選用低S值節(jié)能閥和精小型控制閥。不同場合可選用下列型式控制閥。
? 直通單座閥：一般適用于工藝要求泄漏量小、流量小、閥前后壓差較小的場合。但口徑小于20mm的閥也廣泛用于較大差壓的場合。不適用于高粘度或含懸浮顆粒流體的場合。
? 直通雙座閥：一般適用于對泄漏量要求不嚴、流量大和閥前后壓差較大的場合，但不適用于高粘度或含懸浮顆粒流體的場合。
? 套筒閥：一般適用于流體潔凈，不含固體顆粒的場合以及閥前后壓差大和液體可能出線閃蒸或空化的場合。
? 球形閥：適用于高粘度、含纖維、顆粒狀和污穢流體的場合；控制系統(tǒng)要求可調(diào)范圍很寬（R可達200：1；300：1）的場合；閥座密封墊采用軟質(zhì)材料時，適用于要求嚴密封的場合；“O”形球閥一般適用于兩位式切斷的場合；”V“形球閥一般適用于連續(xù)控制系統(tǒng)，其流量特性近似于等百分比。
? 角型閥 一般適用于以下場合：
? 高粘度或懸浮物的流體（必要時，可接沖洗液管）
? 氣－液混相或易閃蒸的流體
? 管道要求直角配管的場合
? 蝶型閥：適用于大口徑、大流量、低壓差的場合；濃濁液和含懸浮物顆粒的流體的場合；用于要求嚴密封的場合，應(yīng)采用橡膠或聚四氟乙烯軟密封結(jié)構(gòu)或泄漏等級達到ANSI B16.104-1976等級的硬密封裝置。對腐蝕性流體，需要使用相應(yīng)的耐蝕材料。
? 三通閥：適用于流體溫度為300℃以下的分流和合流場合，用于簡單配比控制。兩流體的溫差不應(yīng)大于150℃。
? 隔膜閥：適用于強腐蝕、高粘度或含懸浮顆粒以及纖維的流體，同時對流體特性要求不嚴的場合。由于受隔膜襯里的限制，只能用于壓力低于或等于1Mpa，工作溫度小于150℃的場合。
? 波紋管密封閥：適用于真空系統(tǒng)和流體為劇毒、易揮發(fā)及稀有貴重流體的場合。
? 低溫控制閥：適用于低溫工況以及深度冷凍的場合
? 低S值節(jié)能控制閥：適用于工藝負荷變化大或當S（閥阻比）值低于0.3的場合。
? 低噪音閥：適用于液體產(chǎn)生閃蒸、空化和氣體在閥縮流面處流速大于音速且預(yù)估噪音超過95分貝的場合
? 快速切斷閥：適用于兩位式控制系統(tǒng)和工藝過程發(fā)生故障時，需要閥緊急打開或關(guān)閉的場合。它的動作速度應(yīng)滿足工藝要求。
? 自力式調(diào)節(jié)閥：適用于流量變化小，控制精度要求不高或儀表氣源供應(yīng)困難的場合。
? 防火閥：適用于裝置起火后，控制閥不能工作，但是工藝介質(zhì)不能通過閥芯外泄的場合。

? 特殊工藝生產(chǎn)過程，宜根據(jù)使用經(jīng)驗選擇控制閥。在生產(chǎn)過程中，控制系統(tǒng)對閥門提出各式各樣的特殊要求，因此，控制閥必須配用各種附屬裝置(簡稱附件)來滿足生產(chǎn)過程的需要。 控制閥的附件包括：
1、閥門定位器用于改善控制閥調(diào)節(jié)性能的工作特性，實現(xiàn)正確定位。
2、閥位開關(guān)顯示閥門的上下限行程的工作位置。
3、氣動保位閥當控制閥的氣源發(fā)生故障時，保持閥門處于氣源發(fā)生故障前的開度位置。
4、電磁閥實現(xiàn)氣路的電磁切換，保證閥門在電源故障時閥門處于所希望的安全開度位置。
5、手輪機構(gòu)當控制系統(tǒng)的控制器發(fā)生故障時，可切換到手動方式操作閥門。
6、氣動繼動器使執(zhí)行機構(gòu)的動作加速，減少傳輸時間。
7、空氣過濾減壓器用于凈化氣源、調(diào)節(jié)氣壓。
8、儲氣罐保證當氣源故障時，使無彈簧的氣缸工活塞執(zhí)行機構(gòu)能夠?qū)⒖刂崎y動作到故障安全位置。其大小取決于氣缸的大小、閥門動作時間的要求及閥門的工作條件等。
總之，附件的作用就在于使控制閥的功能更完善、更合理、更齊全。

工業(yè)控制閥設(shè)計選型指南的維護
控制閥具有結(jié)構(gòu)簡單和動作可靠等特點，但由于它直接與工藝介質(zhì)接觸，其性能直接影響系統(tǒng)質(zhì)量和環(huán)境污染，所以對控制閥必須進行經(jīng)常維護和定期檢修，尤其對使用條件惡劣和重要的場合，更應(yīng)重視維修工作。重點檢查部位
1、 閥體內(nèi)壁
對于使用在高壓差和腐蝕性介質(zhì)場合的控制閥，閥體內(nèi)壁、隔膜閥的隔膜經(jīng)常受到介質(zhì)的沖擊和腐蝕，必須重點檢查耐壓、耐腐的情況。
2、 閥座
控制閥工作時，因介質(zhì)滲入，固定閥座用的螺紋內(nèi)表面易受腐蝕而使閥座松動，檢查時應(yīng)予注意。對高壓差下工作的閥，還應(yīng)檢查閥座密封面是否沖壞。
3、 閥芯
閥芯是調(diào)節(jié)工作時的可動部件，受介質(zhì)的沖刷、腐蝕嚴重，檢修時要認真檢查閥芯各部分是否被腐蝕、磨損，特別是在高壓差的情況下閥芯的磨損更為嚴重（因氣蝕現(xiàn)象），應(yīng)予注意。閥芯損壞嚴重時應(yīng)進行更換，另外還應(yīng)注意閥桿是否也有類似的現(xiàn)象，或與閥芯連接松動等。
4、 膜片"O"形圈和其它密封墊。
應(yīng)檢控制閥中膜片、"O"形密封墊是否老化、裂損。
5、 密封填料
應(yīng)注意聚四氟乙烯填料、密封潤滑油脂是否老化，配合面是否損壞，應(yīng)在必要時更換。
4.3 閥材料選擇
? 閥體耐壓等級、使用溫度范圍和耐腐蝕性能和材質(zhì)都不應(yīng)低于工藝連接管道材質(zhì)的要求，并應(yīng)優(yōu)先選用制造廠定型產(chǎn)品。一般情況選用鑄鋼或段鋼閥體。
? 水蒸汽或含水較多的濕氣體和易燃的流體，不宜選用鑄鐵閥體。
? 環(huán)境溫度低于－20℃的場合不應(yīng)選用鑄鐵閥體。
? 閥內(nèi)件應(yīng)能耐腐蝕、耐流體沖蝕以及耐流體經(jīng)節(jié)流產(chǎn)生空化、閃蒸時閥內(nèi)件的氣蝕損壞。

4.4控制閥公稱通徑的選擇
控制閥公稱通徑的選擇，、可調(diào)范圍以及控制閥有足夠的調(diào)節(jié)余量，這幾個因素決定的。
4.5控制閥執(zhí)行器的選擇 ：從可靠性和防爆性考慮，通常選用氣動執(zhí)行器。當缺乏壓縮空氣時，可選用電動執(zhí)行器。
4.6控制閥泄漏量的選擇：應(yīng)根據(jù)對泄漏量的要求選擇不同等級泄漏量的閥型。
4.7填料函結(jié)構(gòu)與材料的選擇
? 填料函結(jié)構(gòu)：一般選用單層填料結(jié)構(gòu)，對毒性較大的流體或溫度高與200℃的場合，應(yīng)選用雙層填料結(jié)構(gòu)。
? 填料函材質(zhì)：一般選用V型聚四氟乙烯填料，高溫情況下應(yīng)選用柔性石墨填料。
4.8控制閥氣開、氣關(guān)的選擇 ：根據(jù)儀表供氣系統(tǒng)發(fā)生故障或控制信號突然中斷時，控制閥的開度應(yīng)處于使生產(chǎn)裝置安全的位置的原則來選擇。
4.9控制閥附件的選擇 附件包括閥門定位器、電磁閥、手輪等。這些應(yīng)結(jié)合實際情況進行選擇。
4.10儀表信號 即氣信號和電信號的選擇。

5. 工業(yè)控制閥設(shè)計選型指南控制閥的安裝
5.1 控制閥應(yīng)垂直、正立安裝在水平管道上。DN>80mm的閥應(yīng)設(shè)有性支架
5.2 安裝位置應(yīng)方便操作和維修，必要時應(yīng)設(shè)置平臺；控制閥的上下方應(yīng)留有足夠的空間，以便維修時取下執(zhí)行機構(gòu)、閥內(nèi)件、下法蘭和堵頭。
5.3 控制閥組配管應(yīng)組合緊湊，以便操作、維護和排液。
5.4 控制閥應(yīng)遠離連續(xù)振動的設(shè)備。當安裝于有振動的場合時，應(yīng)采取防震措施。
5.5 控制閥用于含有懸浮物和粘度較高流體時，應(yīng)配沖洗管線
5.6 控制閥安裝時應(yīng)注意使介質(zhì)按閥體標定箭頭方向流過。
5.7 控制閥應(yīng)先檢查校驗，并在管道吹掃后安裝。

6. 工業(yè)控制閥設(shè)計選型指南結(jié)束語
綜上所述，控制閥的選型及安裝應(yīng)確保：技術(shù)上要可行、經(jīng)濟上要合理、維護上要方便?？刂崎y安裝在各種管路和裝置系統(tǒng)中,用于控制流體的壓力、流量和流向。由于流體的壓力、流量、溫度和物理化學(xué)性質(zhì)的不同,對流體系統(tǒng)的控制要求和使用要求也不同,所以控制閥的種類和品種規(guī)格非常多。因此,如何正確地選用控制閥,是實現(xiàn)控制閥的調(diào)節(jié)性能、密封性能、動作性能和流通能力的關(guān)鍵所在。