| 化（huà）工自動控製過（guò）程（chéng）中氣動調節閥（fá）的選擇（zé）與應用 |
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| 摘要 闡述了（le）在化（huà）工自動控製過程中氣（qì）動調節（jiē）閥的地位以及對一定的控製過程（chéng）。為了實現高品質的調節（jiē），怎樣從優選擇調節閥的流量（liàng）特性和各項技術參數。
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| 關鍵詞：自動控製過程 氣動調節閥 流量特（tè）性 調節閥流通能力 |
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１ 前言 |
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在（zài）化工生產（chǎn）和自動控製領域中，一個工藝控製過程是否能滿足各項工藝控製指標，控（kòng）製（zhì）過程是否平穩；超調量，衰減（jiǎn）比，擾動是否在規定的範疇之內；是否穩、快、準，除了工藝設計合理，設備先進外，重要的一（yī）點就是調節閥是否能根據主體控製意識而準確動作，使過程主體的控製意識體現為物料能量和流量**變化，如圖１所示。 |
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在眾多的化工自動控製過程中，就是因調節閥質量不過關，流量特性差，滲漏大，動作不可靠而使自動控製過程（chéng）失去了高品（pǐn）質調節，或者調節品質差，有甚者失去了調節（jiē）作用，而給生產帶來了重大的經濟損失，增加了勞動強度。調節閥的選（xuǎn）擇與應用越來越被（bèi）人們所重視。 |
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| 圖1 典型過渡（dù）過程控製（zhì）曲線（xiàn） |
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２ 氣動調（diào）節閥的流量特性 |
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２．１ 調節閥的（de）可調（diào）比（bǐ） |
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我們用可調比來衡量調節閥的調節控製能量，當調節閥兩側的（de）差壓（yā）為定值時，調節閥所（suǒ）能控製的（de）*大流量qmax 和*小流量ｑmin之比（bǐ），或所能控製（zhì）的*大流通能力Ｃmax和*小（xiǎo）流通能力Ｃmin 之比，稱為調節閥（fá）的可（kě）調（diào）比Ｒ。 |
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２．２ 壓降比（bǐ）Ｓ對串（chuàn）聯、並聯管路調節（jiē）閥的（de）影響 |
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２.２.１ 壓降（jiàng）比Ｓ |
| 調節（jiē）閥的壓降比定義為該調節（jiē）閥可控製的*大流量所對應閥門前後的差壓麵△Pmin和係統總差（chà）壓△Ｐ之比； |
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當（dāng）調節（jiē）閥用於串（chuàn）聯管路時，實際的可調比（bǐ）為： ，如圖2 、圖3 所示。 |
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| 圖2 調節閥串聯 |
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| 圖3 S對串聯管路可（kě）調比影響 |
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| 圖4、圖（tú）5為直（zhí）線閥和等百分比閥（fá）在串聯管路中隨S畸變特性。 |
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| 圖4 直線閥（fá）隨畸變特性 |
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| 圖5 等百分比特性隨S畸變特性 |
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2.2.3 S對並聯管路中調節閥的影響 |
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當調節（jiē）閥用於並聯管路時，該並聯（lián）管（guǎn）路總管流量qt分為兩（liǎng）路：一路是調節閥控（kòng）製流量qc，另（lìng）一路是（shì）旁路流（liú）量qb，qt=qc＋qb。實際上，由於旁路流量（liàng）的（de）分流，調節閥的實際可調比下降了，旁路（lù）閥門開得越大，調節閥的控製能力越小。旁路程度恰（qià）好說明了這個問題（tí）。旁路程度X為 |
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| 調節閥在並聯管路中實（shí）際可調比隨著旁路（lù）程度X值的減小而迅速降低，在（zài）使用中應（yīng）盡量不開旁路門。如圖6，圖7所示。 |
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| 國6 調（diào）節閥並聯作用 |
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| 圖7 x對實際可調比的影響（xiǎng）旁路程度 |
| 圖8、圖9為關聯管路中直線閥、等百分比閥隨X畸變特性 |
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| 圖8 X對直線閥畸變特性 |
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| 圖9 X對等（děng）百分比閥畸變特性 |
| 2．3 調節間的流量特性 |
| 2.3.1 調節閥的理想流量特性 |
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調節閥的理想流量特（tè）性是指被調介質流過（guò）調節閥相對流（liú）量（liàng）與閥門相對開度之間的關係。在調節閥前後壓差不變的條（tiáo）件下，其流量特（tè）性是理（lǐ）想流量特（tè）性。常（cháng）用的調節閥的理想（xiǎng）流量特性有直線、等百分比、快開特（tè）性和拋物線四（sì）種特性，如圖10所示。 |
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| 圖10 四種調節閥理想流量特性 |
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| 其中:q----在某一開（kāi）度（dù）時刻通過調節閥的（de）流（liú）量 |
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qmax----閥全開時通（tōng）過閥門的流量 |
| l----閥門某一開度下的行程（mm） |
| L----閥（fá）門的全行程（mm） |
| 2.3.2 調節閥的工作流量特性 |
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在實際生（shēng）產（chǎn）中管道係統除了調節閥外還有其（qí）它的串聯或並聯管道。因此，在（zài）生產中（zhōng）調節閥前後的差（chà）壓通常是變化的，在（zài）這（zhè）種情況下相（xiàng）對流量與相對開度之間的關係稱為工作流量特性，如表一所示。 |
| 表一 調節閥（fá）特性 |
| 線性閥 |
等百分比閥 |
拋物線閥 |
1. 在小開度時流量變化大，而大（dà）開度流量變（biàn）化小。
2. 小負荷時調節性能過於（yú）靈敏而產生振蕩，大負（fù）荷時，調節遲緩而不及時。
3. 適用性較小。 |
1. 每改變單位行程引（yǐn）起的流量變化的百分率是相等的。
2. 使用等百（bǎi）分比（bǐ）調節閥在全行程範圍內工作都比較平穩，尤其在（zài）大（dà）開（kāi）度時，放大（dà）倍數也大，工作更為靈敏有效。
3. 應用廣泛，適應性強（qiáng）。 |
1. 其特性介於線性和等百分比特性之間，即（jí）是一條（tiáo）拋物線，即流（liú）量與行程的平方成（chéng）正比。
2. 調（diào）節性能較為理想，但閥芯加工製作比（bǐ）較困難。 | |
| 3 調節閥的流通能力 |
| 所（suǒ）謂（wèi）調節閥的流通能力C是指調節閥（fá）全開時，單位時間內通過調節閥的流體體積和質量，它反映了調節閥的流量特性c值在一定（dìng）的條件下可定義為：在調節閥前後差壓為100KPa，水的密度為1000kg／m(立（lì）方)的條件下，每小時通過閥門水的立方米數。部分（fèn）國產調（diào）節閥流（liú）通能力C值如表二所示。 |
| 表二 調節閥的流通能力C值表 |
| 公（gōng）稱直徑Dg(mm) |
閥門直徑dg(mm) |
流通能力(m(立方)/h) |
| 單座閥 |
雙座（zuò）閥 |
| G3/4'' |
3 |
0.08 |
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| 4 |
0.12 |
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| 5 |
0.2 |
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| 6 |
0.32 |
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| 7 |
0.5 |
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| 8 |
0.8 |
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| 20 |
10 |
1.2 |
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| 12 |
2 |
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| 15 |
3.2 |
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| 20 |
5 |
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| 25 |
26 |
8 |
10 |
| 32 |
32 |
12 |
16 |
| 40 |
40 |
20 |
25 |
| 50 |
50 |
32 |
40 |
| 65 |
66 |
50 |
63 |
| 80 |
80 |
80 |
100 |
| 100 |
100 |
120 |
160 |
| 125 |
125 |
200 |
250 |
| 150 |
150 |
280 |
400 |
| 200 |
200 |
450 |
630 |
| 250 |
252 |
|
1000 |
| 300 |
303 |
|
1600 |
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| 4 氣（qì）動調節閥的選用 |
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4．1 調節（jiē）閥類型的（de）選擇 |
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主要是根據現場被控工藝介（jiè）質的特點、控製要求、安裝環境（jìng）等結（jié）合調節閥本身的流量特性（xìng）和（hé）結構而進行選用，如表三所示（shì）。 |
| 表三 調書閥應用特性 |
| 直通單座閥 |
直通雙座閥 |
角形閥 |
蝶閥 |
隔膜閥 |
閥體（tǐ）分（fèn）離閥 |
三通閥 |
凸輪撓曲閥 |
套筒閥 |
| 結構簡單，裝配方便，泄漏小，但受流體衝擊不平衡力大。適（shì）用於小口徑Dg≤25mm 的場合。 |
受流體衝擊不平衡力影響小，但關不嚴滲漏較大，適用（yòng）於大口徑管道的場合。 |
角形閥（fá）的閥體受（shòu）流體（tǐ）的衝擊小，體內不易結汙，對粘度高、有懸浮物（wù）和顆粒物的流體尤為適用，並且調節穩定性較（jiào）好。 |
流阻小，適用於低差壓大流量的氣體及含有固體懸（xuán）浮物的介質，通常流（liú）量特性與等百分比相似。 |
用於強腐蝕（shí）性粘（zhān）度高帶懸浮物或帶纖維的 介 質（zhì），但不耐高溫和（hé） 高 壓。 |
用於強腐 蝕性（xìng）介質，但不耐高 壓和（hé）高溫。 |
適用於介質三個方向的流 通。分三通合流閥和三（sān）通分（fèn）流閥。對於三個係統的分合流（liú）控製（zhì）非常有效。屬新型結構閥。 |
屬新型結構閥，閥體（tǐ）為直通（tōng）型閥阻小 密封性好，可調節，通用性強，對於粘度大如泥（ní）漿、石灰介質的調 節非常有效。 |
新型結構閥，不平衡力小，可調性能（néng）好，通用性強、因維護方便而廣泛用於生（shēng） 產之中，特別是高溫高（gāo）粘 度（dù），含顆粒結構的介（jiè）質調節。 |
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| 在選用調（diào）節閥時還應考慮（lǜ）上閥蓋的形（xíng）式和所用的填料。當使用工作溫度為-20～十250℃時，隻需采用普通的結構；當工作溫度為-60～十450℃應采用閥蓋上有多層散熱片的散熱結構（gòu）。還有波紋管的波紋室封密閥蓋主要（yào）用於劇毒、易揮發、易滲透等（děng）重要介質的場合。 |
| 調節閥常用的密封填料有聚四氟乙烯和石棉繩填料，雖然前者比後者昂貴（guì）但密封效果卻（què）好得多。 |
| 氣開、氣關（guān）式調節閥（fá）的選擇應根據當氣源信號壓力中斷時，調節閥處於打開或（huò）關閉（bì）的位置對工藝生產造成危害性大小而定。若閥門處於打開位置時危害性小則選用氣關式。動作過程：有氣則關閉，無氣則開啟；若閥門處於關閉位置時危害性小則選用氣開式，動作為有氣（qì）則開，無氣則關 |
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4.2 調節閥口徑的選擇 |
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利用計算公式及有關的物質性圖（tú）表計算（suàn）出常用的流通能力C值，如表四所示（shì）。 |
| 表四 調節間C值計算表 |
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| 調節閥口徑的選擇應遵循以下原（yuán）則 |
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1.根據所選擇的C值和流量特性，驗證調節閥開度是否合適（shì）。一般閥的開度為（wéi）全行程的90％～10％，即驗算（suàn） |
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| 其中：Cmax——工藝提出的*大流（liú）通（tōng）能力； Cmin——工藝提出的（de）*小流通能力。 |
| 流量的（de）比值是否小於所選調節（jiē）閥的實際（jì）可（kě）調範圍，即驗算 |
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| 其中：Qmax，Qmin——*大開度和*小開度的流量； |
| △Pmax， △Pmin——*大開度及*小開度（dù）時調節閥的壓差值。 |
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( 3) 一般（bān）情況下，等百分比閥*大（dà）流量對應的開度宜（yí）在（zài）90％，直線閥宜在70％，拋物線閥宜在80％，見表五。 |
| 表（biǎo）五（wǔ） 調節閥相對開（kāi）度（dù）與相對流量的關（guān）係 |
| 特性↓ |
u%→ |
5 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 |
| 直線 |
8.16 |
13 |
22.7 |
32.3 |
42 |
51.7 |
61.3 |
71 |
80.6 |
90.4 |
100 |
| 等百（bǎi）分比 |
3.96 |
4.67 |
6.58 |
9.26 |
13 |
18.3 |
25.6 |
36.2 |
50.8 |
71.2 |
100 |
| 拋物線 |
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7.3 |
12 |
13 |
26 |
35 |
45 |
62 |
70 |
84 |
100 |
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| 4.3 調節閥流量特性的選擇 |
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(1)從調節係統（tǒng）的調節品質分析。 |
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考慮原則：適當選擇調節閥的特性，以閥的放大係數的變化（huà）來補償調節閥對（duì）象放大係數的變化，使調節係統總的放大係數保持不（bú）變的控製效果，如圖（tú）11所（suǒ）示。 |
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| 圖11 調節閥特性補償作用 |
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（2）從工藝配管情況分析 |
| 如前所（suǒ）述調節閥（fá）流量特性與（yǔ）S壓降（jiàng）比有密（mì）切的關係，因此在選擇調節閥時，應結合工藝（yì）配管情況加以考慮，見（jiàn）表六。 |
| 表六 調節閥工作流量特性（xìng）配管情況對照表 |
| 配（pèi）管情況 |
S=0.6-0.1 |
S=03.-0.6 |
| 實際工作特性 |
直線 |
平方根 |
等百分比 |
直線 |
平方根 |
等百分比 |
| 選閥的理想特性 |
直線 |
平方（fāng）根 |
等百（bǎi）分比 |
等百分比 |
直（zhí）線（xiàn） |
等百分比 |
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| （3）從（cóng）負荷變化情況分析 |
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直線閥在小開度時流量變化大，調節過於靈敏，容易引起振蕩，因此在S小負荷變化大的場合不宜使用（yòng）；等百分（fèn）比閥的放大係數隨（suí）閥門行程增加而增大，流量相對變化是恒定不變的，因此它適用於負荷變化幅度大的場合；快開特性閥一般用於雙位調（diào）節和程序控製的場合。 |