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控制閥的選型
發布時間:2020-11-17   點擊次數:961次

本文講述了控制閥的四種流量特性、常用閥門結構特點和閥門流量系數,說明閥體結構決定了閥門的流量特性、適用的工況和流量系數。因此,控制閥閥體選型應根據工藝設計要求,結合閥體結構特點,選擇控制性能佳、使用壽命長、投資成本低的閥門。

引言:

控制閥包括自力式壓力調節閥、氣動薄膜調節閥、電子式電動調節閥、氮封閥等)被廣泛用于石油、化工、制藥、電力等行業的管道流體輸送系統中,控制閥的種類、規格和分類方式多種多樣??刂崎y普遍應用于高溫、高壓、強腐蝕、易燃、易爆、易閃蒸、易氣蝕、高粘度、易結晶等介質中,控制閥的適用工況因為閥體結構的不同而不同,沒有一種閥門是普遍適用的。閥體結構選型是保證控制閥功能、控制精確性和穩定性,避免事故發生的重要工作之一。本文重點講述常用閥門的結構特點和適用工況,根據工藝設計參數和介質性質,對閥體結構和材質進行選型指導。

1、流量特點


閥門流量特性:流體流過閥門時,閥門相對開度與閥門相對流量之間的函數關系,即Q/Qmax=f(L/Lmax),式中,Q-閥門某一開充時的流量;Qmax-閥門全開時的流量;Q/Qmax-閥門相對流量;L-閥門某一開度的行程;Lmax-閥門全開時的行程;L/Lmax-閥門相對開度;閥門的不同流量特性曲線圖,橫座標為閥門的相對開度,縱坐標表示閥門的相對流量??扉_型、直線型、拋物線型、等百分比型是閥門常見的四種流量特性。


(1)快開流量特性:曲線就是快開流量特性曲線,閥門在小開度時流量就有較大的增加且很快達到較大;大開度時,流量不明顯,一般用于開關控制和程序控制。


(2)直線流量特性:閥門的相對流量與相對開度流量變化偏大,大開度流量變化偏??;小負荷,調節性能靈敏,穩定性低,大負荷時,響應遲緩。


(3)拋物線流量特性:拋物線流量特性介于直線和等百分比特性之間。


(4)等百分比流量特性:閥門單位開充變化引起流量變化的百分率相等;不論是小開充,還是大開度,閥門始終工作平穩,響應靈敏及時。


小結:控制閥按功能分為切斷閥和調節閥,根據本節所述,具有快開流量特性的閥門一般用于切斷和接通介質的兩位閥;具有直線流量特性。拋物線流量特性和等百份比流量特性的曲線一般是用于調節流量、壓力、液位或組分的調節閥。


2、閥門結構


閥門的結構決定閥門的性能,閥體選型就是結構選型,本節將介紹常用閥門的結構及對應的性能特點和適用工況。


(1)直能單座閥:單閥芯,易保證密封,泄漏量??;從左往右流,介質底進高出(即流開型),也可從右往左,高進底出(流閉型),都是S型流路,介質對閥芯產生的不平衡推力大,允許壓差??;圓周節流,節流面積小,顆粒介質不易通過,易卡堵,防堵性能差;因此,直通單座閥一般適用于泄露要求較嚴,壓差不大,介質干凈的場合。


(2)直通雙座閥:雙閥芯,流量較大;介質從左往左路流,介質分別從下閥燕高進底出,從上閥芯底進高出,即雙S流路,力平衡式結構,使用壓差較大;兩個圓周節流,節流面積小,顆粒介質更易卡堵,防堵性能差。因此,直通雙座閥一般適用于泄露要求低,壓差較大,介質干凈的場合。


(3)角形閥:單閥芯,容易密封泄露量??;介質流向呈直角型,介質對閥芯的不平衡推力大,閥門的使用壓差??;當閥門口徑較小時因介質對閥芯的不平衡推力作用面積小,常用于高壓差場所;閥體結構簡單易煅造,高壓場所易使用;角形閥體流路簡單,自潔性能好。因此角閥一般應用于泄露量小、高壓、不潔凈介質及需要角形連接的場所。


直通單座閥、直通雙座閥和角行程閥門的閥芯不同,流量特性對應的閥芯形狀不同。


(4)套筒閥:套筒閥無套筒時,閥內件結構類似直通單座閥。套筒閥為雙密封結構,一是閥芯與閥座形成密封面;二是套筒導向結構與密封環形成的密封面。易密封,泄露量??;閥芯由套筒導向垂直運動,閥芯開平衡孔,釋放部分流體壓力,使閥芯平衡運動不振蕩;由于套筒和平衡孔存在,流路復雜,更容易卡堵。但套筒閥具有降低噪音和減小共振的功能。因此,套筒閥常用于高壓差、泄露要求高,介質潔凈,需要減振降噪場合,一般做調節閥使用。


小結:綜上所述,不同西方圣人閥門所適應的工況不同,具有的流量特性也不同,在閥門選型過程中,應當根據閥門功能、閥門前后壓差、泄漏量大小及介質是否含有顆粒物初步確定閥門的結構。

3、閥門材質選擇影響因素

(1)閃蒸和氣蝕:閃蒸指液體流經閥門時因壓力變化,下流壓力低于其飽和氣體的現象;氣蝕指液體流經閥門時因壓力變化,液體-飽和氣體-液體,這就是氣蝕發生的過程。閃蒸和氣蝕閥門公稱通徑的計算和選擇應考慮介質的閃蒸和氣蝕現象,防止因閃蒸和氣蝕產生的噪聲、振動、閥內件和密封結構破壞。其中閥內件和密封結構破壞會使閥門推動控制功能,造成工藝參數控制困難。閥蒸和氣蝕不可能避免,國內外閥門廠家的處理方法就是根據工藝參數和介質性能選擇合理的結構并采用鈷、鉻、鎢等硬質合金堆焊密封面和閥芯。因此,閃蒸和氣蝕應通過閥體結構和閥內件材質選型預防。

(2)介質溫度、壓力、濃度

在超高溫、超低溫、高壓差及強腐蝕性介質情況下,閥內件的力學性能會降低,會因強度不夠導致閥內件變形;介質對閥內件的腐蝕情況會隨著介質的溫度、壓力、濃度的變化而變化。因此應了解常用(WCB、304、316、316L、鎳基合金、雙相不銹鋼、蒙乃爾合金、哈氏合金等)材質的適用溫度范圍和力學性能同時掌握工藝介質的屬性,使選擇的閥內件具有耐磨、耐沖刷、耐腐蝕性。


小結:隨著閥門加工、裝配技術的進步,閥門工作壓力達到1000MPa,工作溫度范圍從負270℃至1500℃;合理的閥門結構和合理材質選擇才能發揮閥門的佳性能。閥門材質的選擇應考慮金屬性能的同時了解金屬價格,力求選擇性價比高的材質。


4、流量系數


(1)閥門流量系數:閥門全開狀態下,閥門前后壓差一定的情況下,流體通過閥門的流量。是衡量閥門流通能力的指標通常用Cv和Kv表示,Cv是英制單位的流量系數,Kv公制單位的流量系數,Cv=1.156Kv。


(2)Cv值比較:當閥門Cv值越小,表示介質流過閥門時的阻力越大,壓力損失也越大,反之亦然。同樣結構的閥門,閥門的流量系數隨閥門尺寸的變化而變化,口徑越大,Cv值越大,如DN100蝶閥的Cv值大于DN50蝶閥的Cv值。同樣尺寸的閥門,閥門的流量系數隨閥門結構變化而變化,如直通單座閥Cv值小于球閥Cv值小于蝶閥Cv值。對于截止閥,同樣結構和尺寸的閥門因介質流過閥門的方向不同(流開、流閉兩種情況),流量系數也不同,流開閥門的Cv值大于流閉閥門的Cv值。


小結:流通能力是調節閥的重要參數,它反映注體通過調節閥的能力。一般閥門在開度50%-80%之間控制性能較好,閥門壽命也易于保證。Cv值選擇較大,較小開度就可獲得較大流量,使工藝控制不夠平穩;Cv值選型較小,因閥門節流導致閥前壓力較高,閥后流量不足等現象。Cv選型不當,閥門控制精度低、壽命縮短,對生產裝置也是一個安全隱患。因此,通過流量系數Cv值計算確定調節閥的公稱通徑應綜合考慮閥門大Cv值、小Cv值、額定Cv值和調節余量等因素。


總結:


綜上所述,閥門的選型應深入了解工藝需求和工況條件,選擇符合實際工藝參數(溫度、壓力、流量)結構、材質和口徑的閥門。本文對提高閥門控制能力、減少閥門故障率,降低成本具有實際的指導意義。

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