控制阀的选型介绍 摘要：现代化工厂往往是大量的控制回路组成的。每一个控制回路都经过设计以保证重要的过程变量不超出要求的工作范围，以确保控制系统的稳定运行。控制阀作为控制系统的终端执行装置，它的各项质量及安全指标对生产的稳定运行、控制的优化等至关重要。 1、主要工况 选择阀门时考虑的主要对工况包括流体的流量、温度、压力、压差、流体构成、流量特性等。 1.1、压力 当操作压力低于大气压时应仔细考虑填料函结构形状和连接件的密封。空气泄漏进入到工艺系统比工艺流体漏出更难以检测。对于气动抽真空的工艺系统来说，空气泄漏带来很大的麻烦，而且增加了能耗。在水泵供水系统中，空气进入会损失泵吸力，降低流体容量并会产生汽蚀。当工艺流体具有危害性（如煤气）时，空气的进入会有引起爆炸的危险。 1.2、流体的组成要素 流体的构成是指固体物质、微量元素和其它相态。阀门的选择以洁净的流体为基础，如果存在粗糙固体，阀门可能会磨损很快。人们的肉眼只能发现直径超过40mm的粒子，而直径介于5~40mm的粒子会产生严重的磨损问题。 流体流速会加剧固体物质造成的磨损和冲蚀；材料被咬蚀的速率与流体流速的关系可以用下面公式表示： 
Vy为材料被咬蚀的速率； k为比例系数，是一位常数； Vl为流体流速； a=2.5~5； 从公式可以看出，材料被咬蚀的速率与流体流速的2.5~5次幂成正比。流速增加很小就会极大地增加磨损程度。对于控制阀来说，未经查明的固体物质所导致的磨损问题非常普遍。 液体通常被视为单相流体。除了水中的固体颗粒或者其他金属离子以外，多数用户忽略了液体中包含溶解气体和被带入气体。气体和蒸汽中也可能包含有液滴。溶解在液体中的气体或被带入的气体会对人员造成危险或产生腐蚀。典型的例子如硫化氢气体，毒性很强且具有腐蚀性。溶解在液体中的氧气会腐蚀阀体和管道。 微量元素会带来腐蚀问题，极少量的腐蚀性元素就会侵蚀阀门材料。重要的阀门功能和阀座与阀杆密封会被意想不到的腐蚀性快速损毁。而因为腐蚀原因造成的维护成本不可忽视。 1.3、流体的性能 流体的性能是决定阀门类型选择的关键因素。如果通过阀门的压差高得足以产生闪蒸或汽蚀，那么必须据此选择相应的阀门。闪蒸会降低阀门的液体容积。汽蚀会很快的损坏阀门。 流体中所包含的固体物质会改变流体的性能。较高的固体含量会将牛顿型流体变成非牛顿型乳状液、泥浆或纸浆。管道系统中这种“流体”的黏性会直接影响阀门的操作压力。 1.4、操作状况 操作工况的变化对阀门状态的影响非常明显，这些变化情况必须被量化。温度的迅速改变会造成阀门的变形，使阀门卡死在全开或关闭状态。高压会使阀体开裂失效。快速启闭的阀门会产生急流从而产生水锤现象。 操作时间和频率对阀门的使用寿命有很大影响。是连续运行还是低频率运行？是间歇运行还是不定期操作？或许有人以为不定期操作的阀门有可能使用的长久些。但结果证明事实正相反，系统部件中滞留的液体会迅速腐蚀部件。滞留水里微生物的生长会严重削弱阀门的功能。 1.5、经济性 在选择适用于某一地点某一应用范围的阀门时，即使无法实现所有规格的标准化，也要尽可能的对某一规格进行标准化，以减少备件库存。 以济钢一炼钢为例，该厂使用量最大的阀门为鞍山工装阀门。依靠阀门规格的标准化，执行机构中的大部分配件如控制模块、齿轮机构等都可以通用，仅此应用在修废利旧上，就大幅降低了控制阀备件的库存数量以及新阀门的替换频率。每年下来都会节省一笔极为可观的成本。其它易损件如阀芯等的标准化，可以单独加工或采购以延长阀门的整体使用寿命，也降低了生产的维护成本。 2、根据流体选择阀门 绝大多数工况下的流体是指非腐蚀性流体。腐蚀性用途必须详细了解流体性能，以选择合适的阀门材料。本文仅介绍非腐蚀性流体的阀门选择。 从流体性质的角度，低压洁净流体可选用所有类型的阀门。高压洁净流体可选择除挤压阀以外的所有类型。低压非洁净流体无论微小固体的浓度高低，均须与制造商一起研究用途后进行选择。高压非洁净流体如果微小固体的浓度较低，控制阀宜选用可更换式软密封；如果微小固体浓度较高，在阀体材料选择上要注意强度和耐磨性。 2.1、控制阀流量特性的选择 控制阀的流量特性是随着行程从0~100%变化时通过阀门的流量与阀门行程之间的关系。 快开特性的控制阀应用在双位调节、程序控制和自动保护系统中。在设计时，控制阀流量特性的选择仅指如何选择直线和等百分比流量特性。 （1）、用理论计算方法求得； （2）、经验准则和根据调节系统的各种条件来选择。 ①.从控制阀上的压降情况分析 S为系统的压降比； DPV为调节阀的压降； ΣDPF为除了调节阀压降以外的系统压降。 ②.从调节系统的调节品质分析 以控制阀的放大系数变化来补偿对象发达系数的变化，以达到调节系统的放大系数不变。 ③.从负荷变化情况来分析 等百分比用在符合变化幅度较大的场合。对于操作参数不能精确确定的新设计工艺装置，或对于控制阀计算数据求得偏于保守时，选用等百分比的控制阀具有较强的适用性 2.2、驱动装置的选用 驱动装置选用要考虑的第一要素就是动力源，动力源分为以下几种类型： •气动 •电动 •液动 气动装置的优点是结构简单，气源容易获得，也能得到较高的开关速度。可安装调速器，使开关速度按需要调整。缺点是结构较大，不适于大口径高压力的工况。 电动装置的优点是适应性较强，不受环境温度变化的影响。输出转矩范围广，控制方便，安装和维护都很方便。缺点是结构复杂，输出转速不能太高或太低，易受电源电压、频率变化的影响。 液动装置的优点是结构简单、紧凑、体积小，输出力大，能无级变速。缺点是油温变化引起其黏度的变化，液压元件和管道易渗漏，配管维修不方便。 驱动装置的选择要考虑周围环境的限制。对于用电危险性很高的区域，气源是最佳的选择。对于高温环境，最好不要选择液压动力源。例如钢厂连铸机吊装钢水的区域，液压装置如果靠近这些区域的话，一旦发生钢水泄漏的情况，液压装置就会变成有爆炸可能的危险源。 气动或液压驱动装置在振动环境中不能很好的运转。驱动装置必须与所选的阀门类型相匹配。驱动装置的选用依据一般要考虑阀门的形式、规格与结构，阀门启动关闭所需的力矩，环境温度以及流体温度，使用频率和工作时间，阀门的启闭速度要求，以及低温、耐腐蚀、防爆、防水、防火等特殊因素。气动薄膜式驱动装置大多不适用于冲程较长的线性阀门，而活塞式驱动装置更适合于这种阀门。薄膜式驱动装置不适用于推力较高的情况。需要双向推力时必须考虑双作用驱动装置。 阀门的移动速度对于工艺操作和安全性非常关键。高速操作阀门会产生压力脉冲和水锤现象，并因此而产生破坏行为。应确保阀门速度在可接受的范围内，并不是越快越好。或者能够选择能够调节阀门速度的驱动装置，以确保工艺生产保持在稳态。 能耗也是阀门选择要考虑的因素，远程设备对动力源的要求很高，而且费用很高。驱动装置的效率很重要，弹簧复位式驱动装置不是能效型驱动装置。如果开启或关闭不需要弹簧载荷，那么应使用双作用（故障时）保持原位的驱动装置。 3、结语 控制阀的选型涉及的内容较多，系统设计人员承担着控制阀和控制系统中所有其它设备选取的最终责任。根据经验或通过计算确定阀门所有相关的操作工况以确保所有的互联设备相互兼容，使控制阀工作在一个高水平的状态下，以达到稳定生产、控制成本的目的。在控制阀使用越来越普遍的今天，我们有必要对控制阀的选型足够重视并做出恰当正确的选择。 |
