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控制阀的选型

2020-11-17 11:21:55来源:乐控仪表(杭州)有限公司 >>进入该公司展台人气:253


本文讲述了控制阀的四种流量特性、常用阀门结构特点和阀门流量系数,说明阀体结构决定了阀门的流量特性、适用的工况和流量系数。因此,控制阀阀体选型应根据工艺设计要求,结合阀体结构特点,选择控制性能佳、使用寿命长、投资成本低的阀门。

引言:

控制阀包括自力式压力调节阀、气动薄膜调节阀、电子式电动调节阀、氮封阀等)被广泛用于石油、化工、制药、电力等行业的管道流体输送系统中,控制阀的种类、规格和分类方式多种多样。控制阀普遍应用于高温、高压、强腐蚀、易燃、易爆、易闪蒸、易气蚀、高粘度、易结晶等介质中,控制阀的适用工况因为阀体结构的不同而不同,没有一种阀门是普遍适用的。阀体结构选型是保证控制阀功能、控制精确性和稳定性,避免事故发生的重要工作之一。本文重点讲述常用阀门的结构特点和适用工况,根据工艺设计参数和介质性质,对阀体结构和材质进行选型指导。

1、流量特点


阀门流量特性:流体流过阀门时,阀门相对开度与阀门相对流量之间的函数关系,即Q/Qmax=f(L/Lmax),式中,Q-阀门某一开充时的流量;Qmax-阀门全开时的流量;Q/Qmax-阀门相对流量;L-阀门某一开度的行程;Lmax-阀门全开时的行程;L/Lmax-阀门相对开度;阀门的不同流量特性曲线图,横座标为阀门的相对开度,纵坐标表示阀门的相对流量。快开型、直线型、抛物线型、等百分比型是阀门常见的四种流量特性。


(1)快开流量特性:曲线就是快开流量特性曲线,阀门在小开度时流量就有较大的增加且很快达到较大;大开度时,流量不明显,一般用于开关控制和程序控制。


(2)直线流量特性:阀门的相对流量与相对开度流量变化偏大,大开度流量变化偏小;小负荷,调节性能灵敏,稳定性低,大负荷时,响应迟缓。


(3)抛物线流量特性:抛物线流量特性介于直线和等百分比特性之间。


(4)等百分比流量特性:阀门单位开充变化引起流量变化的百分率相等;不论是小开充,还是大开度,阀门始终工作平稳,响应灵敏及时。


小结:控制阀按功能分为切断阀和调节阀,根据本节所述,具有快开流量特性的阀门一般用于切断和接通介质的两位阀;具有直线流量特性。抛物线流量特性和等百份比流量特性的曲线一般是用于调节流量、压力、液位或组分的调节阀。


2、阀门结构


阀门的结构决定阀门的性能,阀体选型就是结构选型,本节将介绍常用阀门的结构及对应的性能特点和适用工况。


(1)直能单座阀:单阀芯,易保证密封,泄漏量小;从左往右流,介质底进高出(即流开型),也可从右往左,高进底出(流闭型),都是S型流路,介质对阀芯产生的不平衡推力大,允许压差小;圆周节流,节流面积小,颗粒介质不易通过,易卡堵,防堵性能差;因此,直通单座阀一般适用于泄露要求较严,压差不大,介质干净的场合。


(2)直通双座阀:双阀芯,流量较大;介质从左往左路流,介质分别从下阀燕高进底出,从上阀芯底进高出,即双S流路,力平衡式结构,使用压差较大;两个圆周节流,节流面积小,颗粒介质更易卡堵,防堵性能差。因此,直通双座阀一般适用于泄露要求低,压差较大,介质干净的场合。


(3)角形阀:单阀芯,容易密封泄露量小;介质流向呈直角型,介质对阀芯的不平衡推力大,阀门的使用压差小;当阀门口径较小时因介质对阀芯的不平衡推力作用面积小,常用于高压差场所;阀体结构简单易煅造,高压场所易使用;角形阀体流路简单,自洁性能好。因此角阀一般应用于泄露量小、高压、不洁净介质及需要角形连接的场所。


直通单座阀、直通双座阀和角行程阀门的阀芯不同,流量特性对应的阀芯形状不同。


(4)套筒阀:套筒阀无套筒时,阀内件结构类似直通单座阀。套筒阀为双密封结构,一是阀芯与阀座形成密封面;二是套筒导向结构与密封环形成的密封面。易密封,泄露量小;阀芯由套筒导向垂直运动,阀芯开平衡孔,释放部分流体压力,使阀芯平衡运动不振荡;由于套筒和平衡孔存在,流路复杂,更容易卡堵。但套筒阀具有降低噪音和减小共振的功能。因此,套筒阀常用于高压差、泄露要求高,介质洁净,需要减振降噪场合,一般做调节阀使用。


小结:综上所述,不同西方圣人阀门所适应的工况不同,具有的流量特性也不同,在阀门选型过程中,应当根据阀门功能、阀门前后压差、泄漏量大小及介质是否含有颗粒物初步确定阀门的结构。

3、阀门材质选择影响因素

(1)闪蒸和气蚀:闪蒸指液体流经阀门时因压力变化,下流压力低于其饱和气体的现象;气蚀指液体流经阀门时因压力变化,液体-饱和气体-液体,这就是气蚀发生的过程。闪蒸和气蚀阀门公称通径的计算和选择应考虑介质的闪蒸和气蚀现象,防止因闪蒸和气蚀产生的噪声、振动、阀内件和密封结构破坏。其中阀内件和密封结构破坏会使阀门推动控制功能,造成工艺参数控制困难。阀蒸和气蚀不可能避免,国内外阀门厂家的处理方法就是根据工艺参数和介质性能选择合理的结构并采用钴、铬、钨等硬质合金堆焊密封面和阀芯。因此,闪蒸和气蚀应通过阀体结构和阀内件材质选型预防。

(2)介质温度、压力、浓度

在超高温、超低温、高压差及强腐蚀性介质情况下,阀内件的力学性能会降低,会因强度不够导致阀内件变形;介质对阀内件的腐蚀情况会随着介质的温度、压力、浓度的变化而变化。因此应了解常用(WCB、304、316、316L、镍基合金、双相不锈钢、蒙乃尔合金、哈氏合金等)材质的适用温度范围和力学性能同时掌握工艺介质的属性,使选择的阀内件具有耐磨、耐冲刷、耐腐蚀性。


小结:随着阀门加工、装配技术的进步,阀门工作压力达到1000MPa,工作温度范围从负270℃至1500℃;合理的阀门结构和合理材质选择才能发挥阀门的佳性能。阀门材质的选择应考虑金属性能的同时了解金属价格,力求选择性价比高的材质。


4、流量系数


(1)阀门流量系数:阀门全开状态下,阀门前后压差一定的情况下,流体通过阀门的流量。是衡量阀门流通能力的指标通常用Cv和Kv表示,Cv是英制单位的流量系数,Kv公制单位的流量系数,Cv=1.156Kv。


(2)Cv值比较:当阀门Cv值越小,表示介质流过阀门时的阻力越大,压力损失也越大,反之亦然。同样结构的阀门,阀门的流量系数随阀门尺寸的变化而变化,口径越大,Cv值越大,如DN100蝶阀的Cv值大于DN50蝶阀的Cv值。同样尺寸的阀门,阀门的流量系数随阀门结构变化而变化,如直通单座阀Cv值小于球阀Cv值小于蝶阀Cv值。对于截止阀,同样结构和尺寸的阀门因介质流过阀门的方向不同(流开、流闭两种情况),流量系数也不同,流开阀门的Cv值大于流闭阀门的Cv值。


小结:流通能力是调节阀的重要参数,它反映注体通过调节阀的能力。一般阀门在开度50%-80%之间控制性能较好,阀门寿命也易于保证。Cv值选择较大,较小开度就可获得较大流量,使工艺控制不够平稳;Cv值选型较小,因阀门节流导致阀前压力较高,阀后流量不足等现象。Cv选型不当,阀门控制精度低、寿命缩短,对生产装置也是一个安全隐患。因此,通过流量系数Cv值计算确定调节阀的公称通径应综合考虑阀门大Cv值、小Cv值、额定Cv值和调节余量等因素。


总结:


综上所述,阀门的选型应深入了解工艺需求和工况条件,选择符合实际工艺参数(温度、压力、流量)结构、材质和口径的阀门。本文对提高阀门控制能力、减少阀门故障率,降低成本具有实际的指导意义。

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