控制閥選型過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題

潘 艷

（中石化南京工程有限公司，江蘇南京 211100）

控制閥選型過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題

潘 艷

（中石化南京工程有限公司，江蘇南京 211100）

控制閥作為過(guò)程控制的終端元件，是自動(dòng)化系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。對(duì)日常設(shè)計(jì)工作中經(jīng)常使用到的控制閥的各項(xiàng)知識(shí)做了介紹，便于今后設(shè)計(jì)工作更加完善。

控制閥；選型；安裝

工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中控制閥的應(yīng)用是必不可少的，控制閥直接安裝在工藝管道上，使用條件惡劣，如高溫高壓、極度低溫、易燃易爆、強(qiáng)腐蝕等，它的好壞直接影響到系統(tǒng)的質(zhì)量。因此，應(yīng)重視控制閥的作用，選擇合適的控制閥。

1 口徑的計(jì)算

CV是英制單位的流量系數(shù)，是指溫度5～40℃的水，在1lb/in2（7kPa）壓降下，每分鐘流過(guò)控制閥的美加侖數(shù)。那么從工藝提供相關(guān)參數(shù)到最后的口徑確定，一般需要以下幾個(gè)步驟：

1）確定最大工作流量Qmax和最小工作流量Qmin，一般在工藝條件表中會(huì)給出這些參數(shù)。2）確定計(jì)算差壓。3）確定計(jì)算流量、計(jì)算壓差及其它有關(guān)參數(shù)，根據(jù)調(diào)節(jié)閥CV值計(jì)算軟件求出最大工作流量時(shí)的CVmax。4）初步?jīng)Q定控制閥口徑根據(jù)已經(jīng)計(jì)算的CVmax，在所選用的產(chǎn)品形式系列中，選取大于CVmax并與其接近的一檔CV值，得出所需閥門(mén)的口徑。5）開(kāi)度驗(yàn)算?？刂崎y的工作開(kāi)度范圍以30％～80％為宜。一般控制閥的選擇CV值應(yīng)能使閥門(mén)滿足表1的開(kāi)度要求：

表1 控制閥應(yīng)滿足的開(kāi)度

在許多情況下，選擇的控制閥會(huì)比裝有控制閥的工藝管線口徑要小一級(jí)或兩級(jí)，那么存在兩種情況：

1）選用與管徑一樣大小的控制閥用小口徑的閥內(nèi)件。例如：DN50的閥門(mén)選用dg25的閥內(nèi)件；2）選用計(jì)算后得出的小口徑的控制閥，用異徑頭變徑后與管道相連。

2 控制閥型式的選擇

計(jì)算好CV值后，從控制閥的使用功能上選擇閥要注意以下問(wèn)題：

2.1 調(diào)節(jié)性能

（1）要求小開(kāi)度調(diào)節(jié)性能好；（2）要求閥動(dòng)作平穩(wěn)；（3）滿足可調(diào)比；（4）選擇正確的流量特性；（5）阻力小、流量比大（閥的額定流量參數(shù)與公稱(chēng)通徑之比）。

2.2 泄漏量和切斷壓差

閥泄漏量是指在規(guī)定的溫度、壓力條件下，試驗(yàn)流體通過(guò)處于關(guān)閉狀態(tài)的控制閥流量。一般泄漏量等級(jí)可以分為以下級(jí)別：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ，一般在我們的設(shè)計(jì)中，控制閥泄漏等級(jí)選用Ⅳ級(jí)，切斷閥的泄漏等級(jí)不低于Ⅴ級(jí)。一般Ⅵ級(jí)就可以稱(chēng)為零泄漏。就目前的生產(chǎn)技術(shù)來(lái)說(shuō)，軟密封的控制閥可以做到Ⅵ級(jí)，硬密封Ⅵ級(jí)要看各個(gè)制造廠能否做到。

切斷壓差在這里必須強(qiáng)調(diào)一下，因?yàn)樵谝酝覀兊脑O(shè)計(jì)中，有時(shí)在規(guī)格書(shū)中漏了這一項(xiàng)，因?yàn)橥に噷?zhuān)業(yè)提條件時(shí)也忽略了這一參數(shù)。當(dāng)然這一參數(shù)很重要，因?yàn)橛辛舜藚?shù)，才能讓所選的閥有足夠的輸出力來(lái)克服它。

2.3 防堵

閥門(mén)其實(shí)也是一段工藝管道，而且等于是含有節(jié)流件的管道，也容易存在堵塞的情況，通常角行程類(lèi)的控制閥相比直行程類(lèi)的控制閥的防堵性能好很多。

直行程閥門(mén)的閥芯是垂直節(jié)流的，但是介質(zhì)是從水平方向流進(jìn)流出的，閥座里面的流道一定會(huì)轉(zhuǎn)彎倒拐，使得閥門(mén)的流通道路變得十分繁瑣。如此一來(lái)，不可避免會(huì)出現(xiàn)很多的死區(qū)，為介質(zhì)的沉淀提供了一定的空間，長(zhǎng)時(shí)間下來(lái)就會(huì)導(dǎo)致堵塞。而角行程閥門(mén)的節(jié)流方向是水平的，介質(zhì)也是水平流進(jìn)流出，容易將不潔凈的介質(zhì)一起帶走。

2.4 耐壓和耐溫

耐壓方面，高壓不是問(wèn)題，關(guān)鍵是壓差大，壓差大會(huì)產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象。

怎樣減小和防止氣蝕？一般來(lái)說(shuō)，有如下幾種方法：

1）材料上選擇。一般常用的方法是在不銹鋼基體上進(jìn)行堆焊或噴焊司太萊合金，在流體氣蝕沖刷處形成硬化表面。當(dāng)硬化表面出現(xiàn)損傷后，可以進(jìn)行二次堆焊或噴焊，這樣既能增加設(shè)備的使用壽命，又減少了裝置的維修費(fèi)用。

2）結(jié)構(gòu)上選擇。采用將一次大的壓力突變分解為若干次的多級(jí)閥芯結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的閥芯可以使高速流體在通過(guò)閥芯和閥座時(shí)，每一點(diǎn)的壓力都高于在該溫度下的飽和蒸汽壓或使液體本身相互沖撞。

3）類(lèi)型上選擇。從分析可以看出，產(chǎn)生氣蝕是因?yàn)榘l(fā)生了空化，產(chǎn)生空化的臨界壓差即阻塞流形成的壓差△pT為：

△pT＝FL2（p1-pv）

式中：FL——壓力恢復(fù)系數(shù)。

在工藝條件允許的情況下，盡量選用△p＜△pT的閥門(mén)，即選用壓力恢復(fù)系數(shù)小的閥門(mén)。如果工藝條件必須使△p＞△pT，可以將兩個(gè)控制閥串聯(lián)起來(lái)使用，這樣每個(gè)控制閥的壓差△p都小于△pT，空化便不會(huì)產(chǎn)生。如果閥的壓差比較小，一般不會(huì)產(chǎn)生氣蝕，即使有氣蝕的產(chǎn)生也不會(huì)對(duì)閥門(mén)造成嚴(yán)重的損壞。

耐溫方面，選擇控制閥的材料要注意耐高溫性能，同時(shí)由于高溫，閥的密封型式只能選硬密封。

2.5 防腐

對(duì)于用于強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的閥門(mén)，閥門(mén)的材料選擇尤為重要，但往往耐腐蝕的合金材料價(jià)格太貴，所以可以采用全四氟的閥，但是要注意四氟的閥門(mén)只能用于150℃以下，2.5MPa以下不耐磨的工況，其它工況下還是要考慮合金材料的閥門(mén)。

3 正作用-反作用、氣開(kāi)-氣閉

正作用、反作用是對(duì)氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)而言，即為氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)的作用方式。上面進(jìn)氣，推桿向下運(yùn)動(dòng)的，稱(chēng)正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)；下面進(jìn)氣，推桿向上運(yùn)動(dòng)的，稱(chēng)反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)（見(jiàn)圖1～4）。

圖1 正作用薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信號(hào)壓力

圖2 正作用薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu) 的動(dòng)作原理圖

圖3 反作用薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信號(hào)壓力

圖4 反作用薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu) 的動(dòng)作原理圖

正、反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)與氣開(kāi)、氣閉閥的匹配關(guān)系是：對(duì)于雙導(dǎo)向的閥芯，只需正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)就可實(shí)現(xiàn)作用方式的改變。當(dāng)閥芯正裝時(shí)，為氣閉閥；當(dāng)閥芯反裝時(shí)，為氣開(kāi)閥（見(jiàn)圖5～8）。

圖5 雙導(dǎo)向氣開(kāi)式

圖6 雙導(dǎo)向氣閉式

圖7 單導(dǎo)向氣開(kāi)式

圖8 單導(dǎo)向氣閉式

4 上閥蓋、密封填料的選擇

4.1 上閥蓋

控制閥的上閥蓋位于執(zhí)行機(jī)構(gòu)與閥體之間，它的結(jié)構(gòu)形式對(duì)于控制閥的選用也是重要的部分，選擇不當(dāng)，將會(huì)導(dǎo)致流體沿著閥桿泄漏出來(lái)。它的結(jié)構(gòu)形式有4種：普通型、散熱片型、長(zhǎng)頸型和波紋管密封型。（1）普通型，適用溫度范圍：鑄鐵-20～+200℃；鑄鋼-40～+250℃。（2）散熱型，適用溫度范圍：碳鋼-40～+450℃；不銹鋼-60～+450℃。（3）長(zhǎng)頸型，適用溫度范圍：碳鋼-60～+250℃。（4）對(duì)有毒、易揮發(fā)或貴重流體的場(chǎng)合，為避免泄漏，設(shè)計(jì)為波紋管密封型。

4.2 密封填料

在閥的使用中，密封填料的選擇也是很重要的。填料選擇不當(dāng)，會(huì)造成密封差、壽命短、經(jīng)常更換。密封填料有2種：一種是柔性石墨；一種就是四氟填料。柔性石墨具有耐高溫（+600℃）、耐低溫（-250℃）、耐腐、耐磨等特點(diǎn)。將它壓制成片狀，剖面為矩形，一般放置4～6片，從而形成一個(gè)密封套，故使用壽命長(zhǎng)。四氟填料，只能在-20～200℃范圍內(nèi)，其剖面為“V”形，不象石墨填料為一個(gè)整體密封套，容易磨損、拉傷、老化，故使用壽命短。

5 閥門(mén)的密封結(jié)構(gòu)

閥門(mén)的密封結(jié)構(gòu)分為軟密封和硬密封。

前面提到的密封填料是主要是起到防止閥門(mén)外漏的作用，而軟、硬密封主要?jiǎng)t是起到防止內(nèi)漏的作用。

5.1 軟密封

“軟密封”是指閥芯和閥座之間的密封材料一側(cè)是金屬材料，另一側(cè)是有彈性的非金屬材料，這種密封的密封性能較好。

5.2 硬密封

“硬密封”是指閥芯和閥座之間的密封材料均是金屬材料或較硬的其它材料。這種密封的密封性能較差，但耐高溫，抗磨損，機(jī)械性能好。

閥門(mén)選用哪種密封形式，根據(jù)工況來(lái)選擇。一般用于比較干凈、粘度小的液態(tài)和氣體。缺點(diǎn)是：不耐高溫，不耐磨。硬密封閥門(mén)一般泄漏等級(jí)可以做到Ⅴ級(jí)，一些廠家也可以做到Ⅵ級(jí)。硬密封閥門(mén)表面噴涂工藝的應(yīng)用讓閥門(mén)在耐磨耐高溫耐腐蝕工況都有很好的應(yīng)用，使用壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn)：制造成本高，閥芯閥座維護(hù)更換通常需要整體研磨，現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)不方便。閥門(mén)扭矩也比較大。

6 安裝的注意事項(xiàng)

1）直管段要求。因控制閥CV值是在直管段上測(cè)定的，所以要求閥前、閥后應(yīng)留有一定的直管段，盡量保證閥門(mén)進(jìn)出口差壓的穩(wěn)定，使調(diào)節(jié)性能達(dá)到理想的狀態(tài)。若管道口徑大于閥口徑，需安裝異徑頭。2）安裝位置要便于檢修。管道對(duì)地面、樓板的高度要考慮反裝的閥芯便于從閥體下面取出，否則必須要拆下閥門(mén)并臥倒才可以取出。管道標(biāo)高2m以上，應(yīng)設(shè)置檢修平臺(tái)；要有拆卸法蘭螺栓的空間。

總的來(lái)說(shuō)，一臺(tái)控制閥用得好不好，不僅在于計(jì)算，只要工藝參數(shù)給的準(zhǔn)確，公式計(jì)算就不會(huì)有問(wèn)題。但是涉及到選型來(lái)說(shuō)內(nèi)容就很多了，作為一名設(shè)計(jì)人員，不能只提出參數(shù)給供貨商計(jì)算，自己也應(yīng)對(duì)控制閥有一定的認(rèn)識(shí)，對(duì)供貨商的計(jì)算書(shū)有一定的判斷能力，使得控制閥的選型工作能夠更加完善。

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Several Points of Attention in Selection of Control Valve

Pan Yan

Control valve as the process control terminal components，is an important part of automation systems.This article on the daily design work often used in the control valve of the knowledge to do one by one introduced to facilitate future design work more perfect.

control valve；type selection；installation

TH134

A

1003-6490（2016）08-0037-02

2016-08-05

潘艷（1981—），女，江蘇南京人，高級(jí)工程師、副主任師，主要研究方向?yàn)樽詣?dòng)化設(shè)計(jì)。