自控工程设计中控制阀的选型

　　1控制阀选型的重要性

　　调节阀在过程控制中的作用是接受调节器或计算机的控制信号，改变被调介质的流量，使被调参数维持在所要求的范围内，从而达到生产过程自动化。

　　调节阀是自控系统中的执行器，它的应用质量直接反应在系统的调节品质上。作为过程控制中的终端元件，人们对它的重要性较过去有了更新的认识。调节阀应用的好坏，除产品自身质量、用户是否正确安装、使用、维护外，正确地计算、选型十分重要。由于计算选型的失误，造成系统开开停停，有的甚至无法投用，设计人员应该认识阀在现场的重要性，必须对调节阀的选型重视，至关重要。

　　2控制阀的工作原理

　　要正确选型必须知道控制阀的工作原理，控制阀与孔板一样是一个局部阻力元件。控制阀的节流面积可以由阀芯的移动来改变，因此是一个可变的节流元件。因此可以把控制阀模拟成节流件孔板的形式。对于不可压缩流体，根据伯努利方程，控制阀的流量方程为：

　　P1/ρg+V12/2g=P2/ρg+V22/2g；

　　V1，V2—节流前后速度；

　　P1，P2—节流前后压力；

　　A——节流面积；

　　Q——流量；

　　ζ——阻力系数；

　　g——重力加速度；

　　ρ——流体密度。

　　当控制阀的口径一定时即控制阀两端压差(P1-P2)不变时，流量Q随阻力系数而变化。减少，Q增大。

　　3控制阀选型的原则

　　控制阀由执行机构和阀门两部分组成，控制阀选型需遵循下面的原则：

　　3.1根据工艺条件，选择合适的结构形式和材料

　　3.1.1根据阀的阀体的结构形式可分为单座阀、双座阀、角阀、三通阀、偏心旋转阀、蝶阀、球阀、隔膜阀等。

　　选择阀门之前，要对控制过程的介质、工艺条件和参数进行细心的分析，收集足够的数据，了解系统对调节阀的要求。可以从以下几个方面考虑：

　　1)阀芯的形状结构主要根据所选择的流量特性和不平衡力等因素考虑。

　　2)耐磨损性，当流体介质是含有高浓度磨损性颗粒的悬浮液时，阀芯、阀座接合面每一次关闭都会受到严重摩擦。因此阀门流路要光滑、阀的内部材料要光滑。

　　3)耐腐蚀，由于介质具有腐蚀性，在能满足调节功能的情况下，应尽量选择简单的阀门。

　　4)介质的温度、压力，当介质的温度、压力高且变化大时，应选用阀芯和阀座的材料受温度、压力变化小的阀门。

　　5)防止闪蒸和空化闪蒸和空化，只产生于液体介质。闪蒸和空化不仅影响流量系数的计算，还会形成振动和噪声，使阀门的使用的寿命变短。

　　如：套筒阀与偏心旋转阀在振动和噪声较大的场合选用套筒阀合适，而介质有黏性或带有微小颗粒时，则选用偏心旋转阀较合适。

　　3.1.2材料的选择

　　调节阀的各个零部件，特别是与工艺流体接触的阀体与阀内组件、材料的正确选择与调节阀的结构型式和公称通径的选择同样重要。选择调节阀材料必须考虑以下各个因素。

　　1)流体的压力和温度对材料的影响。

　　2)流体腐蚀性对材料的影响。

　　3)流体的空化现象和泥浆流体对材料的影响。

　　4)从结构上考虑，材料组配是否有问题。

　　阀体材料的选择一般高于管道材料；

　　a)在高温情况下，必须充分考虑高温强度、高温下的金相组织变化及耐腐蚀性问题。一般含有合金钢材料：铬、镍、钼等。

　　b)高温高压下，钢受到氢气的浸蚀，一般会造成脱碳现象，引起脆化(常称氢脆)。钢中加入铬、镍、钼等元素后，它与碳元素结合，可提高钢的抗氢腐蚀性。

　　c)在选低温材料时，要充分考虑低温冲击值，还要考虑材料在低温下出现韧性下降的问题。奥式不锈钢的低温机械性能比较稳定，经常采用。(304、316L)

　　d)当流体是液体，特别是热水时，必须充分考虑材料的耐气蚀问题。特别是流体的温度大于100℃时，*好用铬钼钢。

　　e)耐腐蚀材料一般有不锈钢、20#合金钢、哈式合金等。

　　阀内组件材料一般用304、316等不锈钢，有时根据特殊情况进行硬化处理。

　　常温、常压差不做硬化处理，但阀座要求精度高、泄露小，也应考虑硬化处理。

　　方法有：热处理、堆焊硬化层、表面硬化处理等

　　3.2根据工艺对象的特点，选择控制阀的流量特性。

　　控制阀流量特性的选择，控制阀的流量特性是指介质流过阀门的相对流量与位移(阀门的相对开度)间的关系，理想流量特性主要有直线、等百分比(对数)、抛物线和快开等4种，常用的理想流量特性只有直线、等百分比(对数)、快开三种。抛物线流量特性介于直线和等百分比之间，一般可用等百分比特性来代替，而快开特性主要用于二位调节及程序控制中，因此控制阀特性的选择实际上是直线和等百分比流量特性的选择。

　　控制阀流量特性的选择可以通过理论计算，但所用的方法和方程都很复杂。选择的基本原则是；

　　1)线性流量特性

　　a)压差变化小，几乎恒定；

　　b)液位定值调节系统；

　　c)主要干扰为给定值的流量、温度调节系统。

　　整个系统的压力损失大部分分配在阀上(开度变化，阀上压差变化相对较小。大多数选用等百分比流量特性。

　　2)等百分比流量特性

　　a)要求大的可调范围；

　　b)管道系统压力损失大；

　　c)开度变化、阀上压差变化相对较大；

　　d)流量、压力、温度定值调节系统；

　　e)主要干扰为给定值的压力调节系统；

　　f)各种调节系统。

　　3.3根据工艺操作参数，选择合适的控制阀口径尺寸

　　控制阀口径的选择和确定主要依据阀的流通能力即Cv。在各种工程的仪表设计和选型时，都要对控制阀进行Cv计算，并提供控制阀设计说明书。

　　从控制阀的Cv计算到阀的口径确定，一般需经以下步骤：

　　1)计算流量的确定。现有的生产能力、设备负荷及介质的状况，决定计算流量的Qmax和Qmin。

　　2)阀前后压差的确定。根据已选择的阀流量特性及系统特点选定S(阻力系数)，再确定计算压差。

　　3)计算Cv。根据所调节的介质选择合适的计算公式和图表，求得Cmax和Cmin。

　　液体：a)Cv值计算公式为：

　　式中：Q=*大流量m3/h

　　G=比重(水=1)

　　P1=进口压力Kgf/cm2

　　P2=出口压力Kgf/cm2

　　上面的公式只适用于流体流动呈紊流状态，或雷诺数大的场合，流体接近层流或雷诺数小的场合，上述公式必须进行粘度修正。

　　当饱和温度的热水或者接近饱和温度的热水，流经控制阀节流口压力会降低，控制阀出口处的水中可能会有水蒸气。在这流动条件下，液体流动的基本定律就不再是正确的。控制阀的CV值的计算就需要修正。在这种情况下，应按下列步骤进行：

　　△T<2.8℃(5 8/)△PC=0.06×P1 2)

　　△T>2.8℃(5 8/)△PC=0.9×（P1×PS) 3)

　　△T=在进口压力下的液体饱和温度与进口温度之差。

　　△PC=计算流量用的允许压差(Kgf/cm2)

　　PS=进口温度下液体的**饱和压力(Kgf/cm2 abs)

　　只有当公式2)或3)计算出△PC的小于控制阀上的实际压差△P时，公式1)必须用△PC代替△P；

　　除水以外的其它液体，一般的计算办法是计算出闪蒸的比率，然后分别计算出液体和气体的Cv值，他们之和作为计算结果。闪蒸的比率：

　　X=(i1-i2)/r2=Cp(T1-T2)/r2

　　i1进口温度T1下的热量(Kal/kg)；

　　i2出口压力P2的饱和温度(T2)下的热量(Kal/kg)；

　　r2出口压力P2的饱和温度(T2)下的潜热(Kal/kg)；

　　Cp=(T1+T2)/2的液体比热(Kal/kg)

　　b)气体计算公式：气体在△P≥P1/2状态时，气体的流速达到音速，流量会达到饱和状态。压差再增大，流量也不会增加了。因此分为两种情况讨论：

　　△P

　　△P

　　Q：*大流量，比重(空气=1)，

　　T：流体温度(℃)，

　　P1：进口**压力(Kgf/cm2)，

　　P2：进口**压力(Kgf/cm2)；△P=P1-P2

　　c)水蒸汽计算公式

　　△P

　　△P

　　P1：进口**压力(Kgf/cm2)，

　　P2：进口**压力(Kgf/cm2)；△P=P1-P2*大流量(kg/hr)

　　d)其它水蒸汽的计算公式：

　　当P2

　　W：*大流量(Kg/hr)

　　V1：在进口压力P1下蒸汽比容(cm3/gr at P1)

　　V2：在出口压力P2下蒸汽比容(cm3/gr at P2)

　　P1：进口**压力(Kgf/cm2)

　　P2：进口**压力(Kgf/cm2)；△P=P1-P2

　　4)选用Cv。

　　计算出*大流量、正常流量、*小流量对应的流量系数Cmax、Cnor，Cmin后，根据已确定的控制阀的选型，在该系列中控制阀的流量系数中不小于*接近于此Cmax值的一个，作为*终选定的流量系数C100。

6.3MPA电磁阀22E-B4B
23E-B4B
24E-B4B
34E-B4B
22E2-B4B
23E2-B4B
24E2-B4B
34E2-B4B
22E1-25B
23E1-25B
24E1-25B
25E1-25B
34E1-25B
行程阀22C-10(B)
22C-25(B)
23C-10B
23C-25B
24C-10B
24C-25B
转阀24O-10B
34O-10B

溢流阀Y-F*6D-B/O
Y1-F*10D-P/O-1
Y1-F*6/10D-P1/O-1
Y1-F*10D-A/O-1
Y1-F*10D-B/O-1
2Y1-F*10D-AB/O-1
Y1-F*16D-P/O-1
Y1-F*6/16D-P1/O-1
Y1-F*16D-A/O-1
Y1-F*16D-B/O-1
2Y1-F*16D-AB/O-1
Y1-F*20D-P/O-1
Y1-F*20D-A/O-1
Y1-F*20D-B/O-1

顺序阀X-F*6D-P-1
2X-F*6D-AB/BA-1
XA-Ff6D-B
BXY-Fg6D-B(A)-1
X-F*10D-P-1
X1-F*6/10D-P1/P
XY-F*10D-P/O（P1）-1
2X-F*10D-AB/BA-1
XA-Ff6/10D-B-1
XA-Fa10D-B
BXY-Fg10D-B(A)-1
XYA-F*10D-B(A)-1
X1-F*6/16D-P/p-1
XY-F*16D-P/O（P1）-1
2X-F*16D-AB/BA-1
XA-Ff6/16D-B-1
XA-Fa16D-B
BXY-Fg16D-B(A)-1
XYA-F*16D-B(A)-1