調節閥選型與應用

TECHNOLOGY AND MARKET

Vol.19No.5,2012

在煉化企業中,調節閥的應用相當廣泛、普遍。調節閥主要是和其他測量元件一起構成控制回路,滿足各種工藝流程的需要。調節閥由執行機構、閥體及配套安裝附件等組成。調節閥種類繁多,按執行機構的動力源分類有氣動調節閥、電動調節閥、液動調節閥和混合動力型調節閥,其中以氣動調節閥的應用最為廣泛,本文主要講述氣動調節閥的選型以及應用。

1調節閥介紹

調節閥又名控制閥,在工業自動化過程控制領域中,通過接受控制單元輸出的控制信號,借助動力操作去改變介質流量、壓力、溫度、液位等工藝參數的最終控制元件。

對于一般的控制回路來說,主要包括三個主要部分,第一部分是測量元件,通常所指的變送器,它主要用來測量被調的工藝介質參數,這類參數如壓力、流量、液位或溫度;第二部分變送器的輸出送至調節儀表——

—調節器,它確定并測量給定值或期望值與工藝參數的實際值之間的偏差;第三部分將校正信號送出給調節閥的定位器上,通過改變閥門的開度,進而改變了流體的流量,以此滿足工藝生產的需要。

1.1工作原理

調節閥工作原理就是以壓縮空氣為動力源,以薄膜式氣缸為執行器,并借助于電氣閥門定位器、轉換器、電磁閥等附件去驅動閥門,實現開關量或比例式調節,接收工業自動化控制系統的控制信號來完成調節管道介質的流量、壓力、溫度等各種工藝參數。氣動調節閥的特點就是控制簡單,反應快速,且本質安全,不需另外再采取防爆措施。

1.2流量系數

流通能力Cv值是調節閥選型的主要參數之一,調節閥的流通能力的定義為:當調節閥全開時,閥兩端壓差為0.1MPa,流體密度為1g/cm3時,每小時流經調節閥的流量數,稱為流通能力,也稱流量系數,以Cv表示,單位為t/h,調節閥Cv值的計算與介質的種類、比重、流量以及閥前閥后的壓力有關,一般來說對于液體類的介質,主要按照以下公式進行計算:

Cv=1.17Q(1)其中Q為流量(m3/h),G為比重,P1為調節閥閥前壓力(kgf/cm2),P2為閥后壓力(kgf/cm2)。熱力學認為,當飽和溫度的熱水或者接近飽和溫度的熱水,流經調節閥縮流斷面時壓力會降低,調節閥流出的水中可能會含有水蒸氣,在流動條件下,液體流動計算的基本定律就不再適合上面的公式,因此Cv值的計算需要按下列公式考慮:

當△T<2.8℃時,△Pc=0.06×P1(2)當△T>2.8℃時,△Pc=0.9(P1-Ps)(3)上述公式中,△T為調節閥閥前液體的飽和溫度與進口溫度

之差;△Pc為計算流量用的允許壓差;P1絕對進口壓力;Ps為進口溫度下液體的絕對飽和,只有當公式(2)或(3)計算出的△Pc小于調節閥上的實際壓差△P時,需要用△Pc代替公式(1)中的△P。

對于氣體類介質,根據閥前后的壓差值與閥前的壓力關系,計算的公式也有所不同

當△P<P1/2時Cv=

Q

287

G(273+τ)

姨(4)當△P>P1/2時Cv=

Q G(273+T)

249P1(5)公式(4)和(5)中的Q為標準狀態下的流量(m3/h),G為介質相對于空氣的比重,T為介質的溫度(℃),P1為調節閥閥前壓力(kgf/cm2),P2為閥后壓力(kgf/cm2),△P=P1-P2(kgf/cm2)。

根據以上5個公式,計算出流通能力Cv值大小,選擇合適的流量系數計算開度,依據調節閥最大、正常和最小的開度值,就可以確定調節閥的公稱通徑DN和閥座直徑dN。

調節閥的流量特性,是在閥兩端壓差保持恒定的條件下,介質流經調節閥的相對流量與它的開度之間關系。調節閥的流量特性有線性特性,等百分比特性及拋物線特性三種。主要區別如下:1.2.1等百分比特性

等百分比特性的相對行程和相對流量不成直線關系,在行程的每一點上單位行程變化所引起的流量的變化與此點的流量成正比,流量變化的百分比是相等的。所以它的優點是流量小時,流量變化小,流量大時,則流量變化大,也就是在不同開度上,具有相同的調節精度。

1.2.2線性特性

線性特性的相對行程和相對流量成直線關系。單位行程的變化所引起的流量變化是不變的。流量大時,流量相對值變化小,流量小時,則流量相對值變化大。

1.2.3拋物線特性

流量按行程的二方成比例變化,大體具有線性和等百分比特性的中間特性。

流量特性的選擇要與調節對象的特性和調節器的特性相反。一般情況下,壓差變化小的工況,整個系統的壓力損失大部分分配在閥上,而且工藝流程主要參數呈線性變化,在這種情況下選擇線性流量特性;而要求大的可調范圍、管道系統壓力損失大的情況下選擇等百分比流量特性。

1.3執行機構

氣動調節閥動作分氣開型和氣關型2種。氣開型是當膜頭上空氣壓力增加時,閥門向增加開度方向動作;當達到輸入氣壓上限時,閥門處于全開狀態。反過來,當空氣壓力減小時,閥門向關閉方向動作;在沒有輸入空氣時,閥門全閉。故有時氣開型閥門又稱故障關閉型。氣關型動作方向正好與氣開型相反。當空氣壓力增加時,閥門向關閉方向動作;空氣壓力減小或沒有時,閥門

調節閥選型與應用

秦凱戈

(河南省洛陽市吉利區洛陽石化工程設計有限公司電儀室,河南洛陽471000)

摘要:在石油化工生產過程中,調節閥得到廣泛應用,文章就最常用的各種調節閥的應用及選型做一闡述,供儀表維護及設計人員參考。

關鍵詞:調節閥;執行機構;流量系數;定位器

doi:10.3969/j.issn.1006-8554.2012.05.091

技術研發

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