| 化工自動控製過程中氣動調節閥的選擇與應用 |
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| 摘（zhāi）要 闡述了在化工自動控製過程中氣（qì）動調節閥的地位以及（jí）對（duì）一定的控製過程。為了（le）實現高品質的調節，怎樣從優（yōu）選擇（zé）調節閥的流量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（liú）量特性 調節閥流（liú）通能力 |
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１ 前言 |
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在化工生（shēng）產和自動控製領域中，一個工藝控製過程是否能滿足各項工藝控製指標，控製過（guò）程是否平穩（wěn）；超調量，衰減比，擾動是否在規定的範疇之內；是否穩、快、準，除了工藝（yì）設計合理，設備先進外，重要的一點就是調節閥是否能根據主體控製（zhì）意識而準確動（dòng）作，使過程（chéng）主體的控製（zhì）意識體（tǐ）現為物料能量和流量（liàng）**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（kě）靠而使自動控製過程（chéng）失去（qù）了高品（pǐn）質調（diào）節（jiē），或（huò）者調節品質差，有（yǒu）甚（shèn）者失去了調（diào）節作用，而給生產帶來了重大的經濟損失，增加了勞動強度。調節閥的選擇（zé）與應（yīng）用越（yuè）來越被人們所重視。 |
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| 圖1 典型過渡過程控製曲（qǔ）線 |
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２ 氣動調節閥（fá）的流量特性 |
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２．１ 調節閥的可調比 |
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我（wǒ）們用可調比來衡量調節閥的調節控製能（néng）量，當調節閥兩側的差壓為定值時，調節閥所能控製（zhì）的*大流量qmax 和*小流量ｑmin之比（bǐ），或所能控（kòng）製的*大流（liú）通能力Ｃmax和*小流通能力Ｃmin 之比，稱為調節閥的可（kě）調比Ｒ。 |
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２．２ 壓降比Ｓ對串聯、並聯管路調節閥的影響 |
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２.２.１ 壓降比Ｓ |
| 調節閥的壓降（jiàng）比定（dìng）義為該調節閥可控製的*大流（liú）量所對應閥門前後的（de）差壓麵△Pmin和係統（tǒng）總差（chà）壓△Ｐ之比（bǐ）； |
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當調（diào）節（jiē）閥用於串聯管路時，實（shí）際的可調比為： ，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對串聯管路可調比影響（xiǎng） |
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| 圖4、圖5為直線閥和等百分比閥在串聯管路（lù）中隨S畸變特性。 |
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| 圖4 直（zhí）線閥隨畸變特性 |
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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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當調節閥用於並聯管路時，該並聯管路總管流量qt分為兩路：一路是調節閥控製流量qc，另一路是旁路流量qb，qt=qc＋qb。實（shí）際上，由於旁路流量（liàng）的分流，調節閥的實際可調比下降（jiàng）了，旁路閥門（mén）開得越大（dà），調節閥的控製能力越小（xiǎo）。旁路程度恰好說明了這個問題。旁路程度X為（wéi） |
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| 調節閥在（zài）並聯管路（lù）中實際可調比隨著旁路程（chéng）度X值的減小而迅速降低，在使用中應盡量不開旁路門。如圖（tú）6，圖7所示。 |
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| 國6 調（diào）節閥並聯作用（yòng） |
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| 圖7 x對（duì）實際可調比的影響旁路程度 |
| 圖8、圖9為關聯管路中（zhōng）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（fá）畸變特性 |
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| 圖9 X對（duì）等百分比閥畸變特性 |
| 2．3 調節間的（de）流量特性 |
| 2.3.1 調節閥（fá）的理想流量特性 |
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調節閥的理想（xiǎng）流量特性是指被調介質流過調節閥相對流量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，其流量特性是理想流量特性。常用的調節閥的理（lǐ）想流量特性有直線、等百分比、快開特性和拋物線四種特性，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）度時刻（kè）通過調節閥的流量 |
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qmax----閥全開時通過閥門的流量 |
| l----閥門某一開度下的行程（mm） |
| L----閥門的全行程（mm） |
| 2.3.2 調節閥的工作流量特（tè）性 |
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在實際生產中管道係統除了調節閥外還有其它的串聯或並聯管道。因此，在生產中調節閥前後（hòu）的差壓通常是變化（huà）的，在這（zhè）種情況下相對流（liú）量與相對開度之間的關係稱（chēng）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（xiàn）閥 |
1. 在小開度時流量變化大，而大開（kāi）度流量變（biàn）化（huà）小。
2. 小負荷時調節性能過（guò）於靈敏而產生振（zhèn）蕩，大負荷時（shí），調節遲緩而不及時。
3. 適用性較（jiào）小。 |
1. 每改變單位行程引起的流量變化的百分率是相等的。
2. 使用等百分比調節閥在全行程（chéng）範圍內工作都比（bǐ）較平穩，尤其（qí）在大開度時，放大倍數也大，工作更為靈敏有效。
3. 應（yīng）用廣泛，適應性強。 |
1. 其特性介於線性（xìng）和等百（bǎi）分比特性之間，即是一條拋物線，即流量與行程的平方成正比。
2. 調節（jiē）性能較為理想，但閥芯加工製作比較困難。 | |
| 3 調節閥的流通能力 |
| 所謂調節閥的流通能力C是指調節閥全開（kāi）時，單位時間內通過調節閥的流體體積（jī）和質量，它反映了調節閥的流量特（tè）性c值在（zài）一定的（de）條件下可定（dìng）義為：在調節閥前後差壓為（wéi）100KPa，水的密（mì）度為1000kg／m(立方)的條（tiáo）件下，每（měi）小時通過閥門（mén）水的立（lì）方米數。部分國產調節閥流通能（néng）力C值如表（biǎo）二所示。 |
| 表二 調節閥的流（liú）通能力（lì）C值表 |
| 公稱直徑（jìng）Dg(mm) |
閥門直徑dg(mm) |
流通能力(m(立方)/h) |
| 單（dān）座閥 |
雙座閥 |
| 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 |
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1000 |
| 300 |
303 |
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1600 |
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| 4 氣動調節閥的選用 |
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4．1 調節閥（fá）類型的選擇 |
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主要是根據現場被控工藝（yì）介質的特點、控製要求、安裝環境等結合調節閥本身的（de）流量特性和結構而進行選用，如表三所（suǒ）示。 |
| 表（biǎo）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 |
閥體分離閥 |
三通（tōng）閥 |
凸輪撓（náo）曲閥 |
套筒（tǒng）閥 |
| 結構（gòu）簡單，裝配方便，泄漏小，但受流體衝擊不平衡力大。適用於小口徑Dg≤25mm 的場合。 |
受流體衝擊不平（píng）衡力影響小，但關不嚴滲漏較大，適用於大口徑管道的場合。 |
角形閥的閥體受流體的衝擊小，體內不易結汙，對粘度高、有懸浮物和顆粒（lì）物的流體尤為適用，並且調節（jiē）穩定性較好。 |
流阻小，適用於（yú）低差壓大流量的氣體及含有固體懸浮物的介質（zhì），通常流量特性與等百分比相（xiàng）似。 |
用於強（qiáng）腐蝕性粘度高帶懸浮物或帶纖維的 介 質，但不耐高溫和 高 壓。 |
用於強（qiáng）腐 蝕性介質，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（fá）和三通分流閥。對於三個（gè）係統（tǒng）的分合流控製非常有效。屬新型結構閥。 |
屬新型結構閥，閥體為（wéi）直通型閥阻小 密封性好，可調節，通用性強，對於粘度大如泥漿、石灰介質的調 節非常有效。 |
新型結構閥，不平衡力小（xiǎo），可調性能好，通用性強、因維護方（fāng）便而廣泛用於生 產之中，特別是高溫高（gāo）粘 度，含顆粒（lì）結構的介質調節。 |
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| 在選用調節閥時還應（yīng）考慮上閥蓋的形（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（tōng）的結構；當工作溫度為-60～十450℃應采（cǎi）用閥蓋上有多層散熱片的散熱結構。還有波紋管的波紋室封密閥（fá）蓋主要用於劇毒、易揮發、易滲透等重要介質的場合（hé）。 |
| 調節閥常用的密封填料有聚四氟（fú）乙烯和（hé）石棉繩填料，雖然前者比後者昂貴但密封效果卻好得多（duō）。 |
| 氣開、氣關式調節閥（fá）的選擇應根據當氣源信號壓力中斷時，調節閥處於打開或關閉的位置對工藝生產造成危害性大小而定。若（ruò）閥門處（chù）於打（dǎ）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（mén）處於關閉位置時危害性（xìng）小則選用氣開（kāi）式（shì），動作為有氣則開，無氣則關 |
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4.2 調節閥（fá）口徑的（de）選擇（zé） |
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利用計算公式（shì）及有關（guān）的物質性圖表計算出常用的流通能力（lì）C值（zhí），如表四所（suǒ）示。 |
| 表四 調節間C值計算表 |
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| 調節閥口徑的（de）選（xuǎn）擇應遵循以下原（yuán）則 |
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1.根據所選（xuǎn）擇的（de）C值和流量特性，驗證調節閥開（kāi）度是否合適。一般閥的（de）開度為全行程的90％～10％，即驗算 |
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| 其中：Cmax——工藝提出的*大流通能力； Cmin——工藝提出的*小（xiǎo）流（liú）通能力。 |
| 流量的比值是否小於所選調節閥（fá）的實際可調範圍，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（kāi）度及*小開度時調節（jiē）閥的壓差值。 |
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( 3) 一般情況下，等百分比閥*大流量對應的開（kāi）度宜在90％，直線閥宜在70％，拋物線閥宜在80％，見表五。 |
| 表五 調節閥相對開度與（yǔ）相對流量的關係 |
| 特性↓ |
u%→ |
5 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 |
| 直線（xiàn） |
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（pāo）物（wù）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（tè）性的選擇 |
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(1)從調節係統的調節品質分析（xī）。 |
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考慮原則：適當選（xuǎn）擇調節閥的特性，以閥的放大係數的變化來補償調節閥對象放大係數的變化，使調節係統（tǒng）總的（de）放大係數保持（chí）不變的控製效（xiào）果，如圖11所示。 |
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| 圖11 調節閥特性補償作（zuò）用 |
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（2）從工藝配管情況分析 |
| 如前所述調節閥流量特性（xìng）與S壓降比有密切的關係（xì），因此（cǐ）在（zài）選擇（zé）調節閥時（shí），應結合工藝配管情況（kuàng）加以（yǐ）考慮，見表六（liù）。 |
| 表六 調節閥工作流量特性配管情況對（duì）照表 |
| 配管情況 |
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（bǐ） |
| 選閥的理（lǐ）想特（tè）性 |
直線 |
平方根 |
等百分比 |
等百分比 |
直線 |
等百分比 |
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| （3）從負荷（hé）變化情況分析 |
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直線閥在小（xiǎo）開度時流量變化大，調節過於靈敏，容易引起振蕩（dàng），因此在S小負荷變化大（dà）的場合（hé）不宜使用；等百分比閥的放大係數（shù）隨閥門行（háng）程增加而增大（dà），流量（liàng）相對變化是（shì）恒（héng）定不變（biàn）的，因此它適用於（yú）負荷變化幅度大的（de）場合；快開特性閥一般用於雙位調節和程序控製的場（chǎng）合。 |