化工自动控制过程中气动调节阀的选择与应用

化工自动控制过程中气动调节阀的选择与应用摘要阐述了在化工自动控制过程中气动调节阀的地位以及对一定的控制过程。为了实现高品质的调节，怎样从优选择调节阀的流量特性和各项技术参数。关键词：自动控制过程 气动调节阀 流量特性 调节阀流通能力1前言在化工生产和自动控制领域中， 一个工艺控制过程是否能满足各项工艺控制指标，控制过程是否平稳；超调量，衰减比，扰动是否在规定的范畴之内；是否稳、快、准，除了工艺设计合理，设备先进外，重要的一点就是调节阀是否能根据主体控制意识而准确动作，使过程主体的控制意识体现为物料能量和流量精确变化，如图1所示。在众多的化工自动控制过程中， 就是因调节阀质量不过关，流量特性差，渗漏大， 动作不可 靠而使自动控制过程失去了高品质调节， 或者调节品质差，有甚者失去了调节作用， 而给生 产带来了重大的经济损失，增加了劳动强度。调节阀的选择与应用越来越被人们所重视。图1典型过渡过程控制曲线2气动调节阀的流量特性 2. 1调节阀的可调比图4、图5为直线阀和等百分比阀在串联管路中随S畸变特性。我们用可调比来衡量调节阀的调节控制能量，当调节阀两侧的差压为定值时，调节阀所能控制的最大流量qmax和最小流量q min之比，或所能控制的最大流通能力Cmax和最小流通能力C min之比，称为调节阀的可调比R。2. 2压降比S对串联、并联管路调节阀的影响2.2.1压降比S调节阀的压降比定义为该调节阀可控制的最大流量所对应阀舐耳门前后的差压面4 Pmin和系统总差压之比； ,当调节阀用于串联管路时，实际的可调比为： 凡:=&“便，如图2、图3所示。图2调节阀串联图3S对串联管路可调比影响图4直线阀随畸变特性图5等百分比特性随S畸变特性 2.2.3 S对并联管路中调节阀的影响当调节阀用于并联管路时，该并联管路总管流量qt分为两路：一路是调节阀控制流量qc,另一路是旁路流量 qb, qt=qc+qb。实际上，由于旁路流量的分流，调节阀的实际可调比下 降了，旁路阀门开得越大，调节阀的控制能力越小。旁路程度恰好说明了这个问题。旁路程调节阀全开时流过调节阀的流量度X为2 一系统总管的最大流量一调节阀在并联管路中6,图实际可调比随着旁路程度 X值的减小而迅速降低，在使用中应尽量不开旁路门。如图 7所示。图7x对实际可调比的影响旁路程度图8、图9为关联管路中直线阀、等百分比阀随X畸变特性图8X对直线阀畸变特性ID。图9 X对等百分比阀畸变特性2. 3调节间的流量特性2.1.1 调节阀的理想流量特性调节阀的理想流量特性是指被调介质流过调节阀相对流量与阀门相对开度之间的关系。在调节阀前后压差不变的条件下，其流量特性是理想流量特性。常用的调节阀的理想流量特性 有直线、等百分比、快开特性和抛物线四种特性，如图 10所示。相对流量：qr =-xlOO%相对开度：=1x100%图10四种调节阀理想流量特性L其中：q在某一开度时刻通过调节阀的流量qmax阀全开时通过阀门的流量l阀门某一开度下的行程(mn)L阀门的全行程(mm2.1.2 调节阀的工作流量特性在实际生产中管道系统除了调节阀外还有其它的串联或并联管道。因此，在生产中调节阀前后的差压通常是变化的，在这种情况下相对流量与相对开度之间的关系称为工作流量特性，如表一所示。表一调节阀特性线性阀等白分比阀抛物线阀1 . 在小开度时 流量变化大，而大开度流 量变化小。2 .小负荷时调节 性能过于灵敏而产生振 荡，大负荷时，调节迟缓 而不及时。3 .适用性较小。1 .每改变单位行 程引起的流量变化的百分率 是相等的。2 .使用等白分比 调节阀在全行程范围内工作 都比较平稳，尤其在大开度 时，放大倍数也大，工作更 为灵敏后效。3 .应用广泛，适应 性强。1.其特性介于线 性和等白分比特性之间， 即是一条抛物线，即流量 与行程的平方成正比。2.调节性能较 为理想，但阀芯加工制作 比较困难。3调节阀的流通能力所谓调节阀的流通能力 C是指调节阀全开时，单位时间内通过调节阀的流体体积和质量，它反映了调节阀的流量特性c值在一定的条件下可定义为：在调节阀前后差压为100KPa,水的密度为1000kg/m立方的条件下，每小时通过阀门水的立方米数。部分国产调节阀流通能力C值如表二所示。 表二 调节阀的流通能力 C值表公称直径Dgmm阀门直径dgmm流通能力m立力/h单座阀双座阀G3/4”30.0840.1250.260.3270.580.820101.2122153.2205252681032321216404020255050324065665063808080100100100120160125125200250150150280400200200450630250252100030030316004气动调节阀的选用4. 1调节阀类型的选择主要是根据现场被控工艺介质的特点、控制要求、安装环境等结合调节阀本身的流量特性和结构而进行选用，如表三所示。表三调书阀应用特性直通单座 阀直通双 座阀角形阀蝶阀隔膜阀阀体分 离阀三通阀凸轮挠 曲阀套筒阀结构简受流体角形阀流阻小，用于强用于强适用于属新型新型结构单，装配冲击不的阀体适用于腐蚀性腐蚀介质三结构阀，阀，不平方便，泄平衡力受流体低差压粘度局性介个方向阀体为衡力小，漏小，但影响小，的冲击大流量带悬浮质，但的流直通型可调性能受流体冲但关不小，体内的气体和寸高通。分三阀阻小好，通用击不平衡严渗漏不易结及含有纤维的压和高通合流密封性性强、因力适较大，适污，对粘固体悬介质，温。阀和三好，可调维护方便用于小口用于大度局、后浮物的但不耐通分流节，通用而广泛用径口径管悬浮物介质，通高温和阀。对于性强，对于生产DgC 25mr道的场和颗粒为流星高压。三个系于粘度之中，特的场合。合。物的流特性与统的分大如泥别是高温等白分合流控浆、石灰高粘度，适用，并比相似。制非常介质的含颗粒结且后效。属调节非构的介质稳定性新型结吊肩效。调节。较好。构阀。在选用调节阀时还应考虑上阀盖的形式和所用的填料。当使用工作温度为-20十250c时，只需采用普通的结构； 当工作温度为-60十450c应采用阀盖上有多层散热片的散热结构。还有波纹管的波纹室封密阀盖主要用于剧毒、易挥发、易渗透等重要介质的场合。调节阀常用的密封填料有聚四氟乙烯和石棉绳填料，虽然前者比后者昂贵但密封效果却好得多。气开、气关式调节阀的选择应根据当气源信号压力中断时，调节阀处于打开或关闭的位置对工艺生产造成危害性大小而定。若阀门处于打开位置时危害性小则选用气关式。 动作过程：有气则关闭，无气则开启；若阀门处于关闭位置时危害性小则选用气开式，动作为有气则开，无气则关4.2调节阀口径的选择利用计算公式及有关的物质性图表计算出常用的流通能力C值，如表四所示。表四 调节间C值计算表流体压差条件液体计算公式采用单位C = _gQ:体积流量m立方/hM：质量流量kg/h P：阀门前后压差 KPap:液体密度kg/cm 立方气体一般气体5Plr _ QK J P/-337山尸出十卬3.87 PQ:气体流里m立方/hpN:气体密度kg/m立方阀前气体绝对温度K P:调节阀前后压差KPaPi P2：调节阀前后压力KPa高压气体Pao.殂c=& J /丁,双 3.871心?囱十月）C =工段也犷”而 3.87户Z:气体的压缩因素，可 查有关图表蒸汽饱合蒸汽Pa0.5PL18.6L =1明亦产（月十舄）137.29M,C 砧Ms：蒸汽的质量流量 kg/h P:阀前后的差压值KPaPi P2：调节阀前后压力KPaK：蒸汽修正系数 t:过热蒸汽温度过热蒸汽 PJ0.5R 七）0殂 6.133/（1+0.001） 瓜E+鸟）L 6.13m。十0一0。1%。C =4调节阀口径的选择应遵循以下原则1.根据所选择的C值和流量特性，验证调节阀开度是否合适。一般阀的开度为全行程的90%10%,即验算其中:Cmax-工艺提出的最大流通能力； Cmin工艺提出的最小流通能力。流量的比值是否小于所选调节阀的实际可调范围，即验算5之3 2 IU5Kq琏其中：Qmax Qmin 最大开度和最小开度的流量; Pmax Pmin最大开度及最小开度时调节阀的压差值。3 一般情况下，等百分比阀最大流量对应的开度宜在90%,直线阀宜在70%,抛物线阀宜在80%,见表五。表五 调节阀相对开度与相对流量的关系特性Ju%5102030405060708090100直线8.161322.732.34251.761.37180.690.4100等白分 比3.964.676.589.261318.325.636.250.871.2100抛物线7.3 12132635456270841004.3调节阀流量特性的选择1从调节系统的调节品质分析。考虑原则：适当选择调节阀的特性，以阀的放大系数的变化来补偿调节阀对象放大系数的变化，使调节系统总的放大系数保才e不变的控制效果，如图 ii所示。(2)从工艺配管情况分析图11调节阀特性补偿作用如前所述调节阀流量特性与S压降比有密切的关系，因此在选择调节阀时，应结合工艺配管情况加以考虑，见表六。表六调节阀工作流量特性配管情况对照表配管情况S=0.6-0.1S=03.-0.6实际工作特性直线等白分比直线平方根等白分比选阀的理想特性直线等白分比等白分比直线等白分比(3)从负荷变化情况分析直线阀在小开度时流量变化大，调节过于灵敏，容易引起振荡，因此在S小负荷变化大的场合不宜使用；等百分比阀的放大系数随阀门行程增加而增大，流量相对变化是恒定不变的， 因此它适用于负荷变化幅度大的场合；快开特性阀一般用于双位调节和程序控制的场合。