阀门计算、选型与维护

在现代化装置的生产中，取决于对流动着的液体和气体的控制，装置间是借助管道连接来传输介质无论是流量、温度、压力、液面的调节都是靠最终的控制元件_阀门去完成在管道中阀门对介质进行开断、调节和分配控制调节阀是阀门中的一种，是调节和分配介质的主要阀种调节阀的类型和结构型式繁多在工艺设备、装置及管道上配置一些自动化装置，代替部分人工的直接劳动，使生产在不同程度上自动的进行。这种部分或全部的自动化装置来管理生产过程的方法称之为_过程自动化⁃加快生产速度、降低生产成本、提高产品质量与产量⁃减轻劳动强度，改善劳动条件⁃能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用率，保障人身安全的目的⁃生产过程自动化的实现，能根本改变劳动方式，提高操作者专业技术水平。人工操作图液位自动控制系统图控制速度和精度不能满足大型现代化生产的需要右图是一个典型的热交换器自动调节系统图从图中可以看出，调节阀的信号来自于调节器，根据信号的变化直接改变被调介质（蒸汽）的流量，即改变输入到热交换器的热量，使出口热水的温度保持在给定的温度值这种典型的自动化控制系统主要有三个环节⁃检测（温度变送器）⁃控制（调节器）⁃执行（调节阀）组成自动化装置被控对象测量元件与变送器自动控制器执行器左图是乙烯生产过程中脱乙烷塔的工艺管道及控制流程图在图中：TRC210是脱乙烷塔的温度记录和控制。控制信号操控阀门，相应的阀门位号：TV210PIC207是压力检测控制，控制信号驱动PV207的控制阀字母第一位字母后继字母被测变量修饰词功能ACDEFIKLMPQRSTVWYZ分析电导率密度电压流量电流时间或时间程序物位水分或湿度压力或真空数量或件数放射性速度或频率温度黏度力供选用位置差比（分数）积分、累积安全报警控制（调节）检测元件指示自动-手动操作器积分、累积记录或打印开关、联锁传送阀、挡板、百叶窗套管继动器或计算器驱动、执行或未分类的终端执行机构仪表功能代号车间工段工位分厂缩写含义PVPressureValve压力调节LVLevelValve液位调节TVTemperatureValve温度调节FVFlowValve流量调节AV分析、报警UV多参数调节HV参与手动调节SV逻辑控制调节阀门自动阀(管道内介质压力驱动)驱动阀(外力驱动)自力式阀止回阀安全阀手动阀气动阀电动阀液动阀电液动阀安装在生产现场，时刻与介质接触工作在高温、高压、深冷、强腐蚀、易磨损、易堵、易漏的恶劣条件是系统中最薄弱的环节由于选择不当或维护不善常常使整个自动化系统不能可靠工作，严重时会引起装置停车，工厂停产与生产工艺密切相关，它直接影响生产过程中物料平衡与能量平衡控制阀代替了人工操作，所以人们常形象的称之为实现生产过程自动化的手脚调节阀又称控制阀它是过程控制系统中用动力操作去改变流体流量的装置调节阀由执行机构和阀组成⁃执行机构起推动作用⁃阀起调节流量的作用调节阀是执行器的主要类型。执行机构阀控制阀气动调节阀附件阀电动调节阀附件气动执行机构电动执行机构阀门定位器阀位传送器电气转换器手动机构三断保护薄膜执行机构活塞执行机构长行程执行机构滚动膜片执行机构比例式两位式直装式侧装式正作用反作用角行程直行程按调节型式按移动型式按阀芯型式按流量特性按阀盖型式调节型切断型调节切断型直行程角行程直线特性等百分比抛物线快开普通型散（吸）热型长颈型波纹管密封型平板型柱塞型套筒型多级降压型偏转型蝶型球型自动化仪表中，执行器是最终的控制元件执行器是动作部分，一般称为阀门⁃开断作用的阀门称为开关阀⁃调节作用的阀门称为调节阀（也称为控制阀CONTROLVALVE)执行机构是将控制信号转换成相应的动作来控制阀内节流件的位置。⁃信号或驱动力可以为气动、电动、液动或这三者的任意组合。阀门是执行器的调节部分⁃阀与介质直接接触，在执行机构的推动下，改变阀芯与阀座之间的流通面积，从而达到调节流量的目的。气动调节阀是自控阀门中使用的最多的阀门常用气动阀有调节阀和开关阀⁃直行程气动调节阀（GLOBELVALVE）单座阀双座阀笼式阀角阀三通阀⁃气动开关阀隔膜阀球阀（BALLVALVE）蝶阀⁃角行程气动调节阀偏心旋转阀V型球阀结构阀体内只有一个阀芯与阀座。特点结构简单、泄漏量小，易保证关闭，甚至完全切断。缺点在压差大的时候，流体对阀芯上下作用的推力不平衡，这种不平衡力会影响阀芯的移动。应用介质洁净的介质1.直通单座阀结构阀体内有两个阀芯与阀座。特点它比同口径的单座阀能流过更多的介质，流通能力约大20％～25％。流体作用在上、下阀芯上的不平衡力可以互相抵消，所以不平衡力小，允许压差大。缺点泄漏量较大，阀体的流路较复杂。应用介质洁净的介质2.直通双座阀结构阀体内由阀塞和笼组成密封副特点平衡式结构，替代双座阀的应用，阀笼可制作不同的窗口获得各种流通特性。很多苛刻工况用阀均在该阀基础上制作缺点结构复杂应用介质洁净的介质3.直通笼式阀结构由角型阀体结构及单座阀或笼式阀的阀内件组成特点流路简单、阻力较小，适于现场管道要求直角连接。使用在高压差场合缺点适用地点受限应用介质高黏度、含有少量悬浮物和固体颗粒状4.角型阀结构共有三个出入口与工艺管道连接特点相当于替代两台阀门型式合流型和分流型两种应用适合管道紧凑5.三通阀结构采用耐腐蚀衬里的阀体和隔膜特点结构简单、流阻小、流通能力比同口径的其他种类的阀要大。不易泄漏，耐腐蚀性强缺点耐压较低1.6MPa应用介质适用于强酸、强碱、强腐蚀性介质高黏度、含有少量悬浮物和固体颗粒状★由于结构原因，应注意执行机构的推力6.隔膜阀隔膜气动执行机构阀体结构由阀体、阀板、阀杆和密封件等部件组成特点结构简单、流阻小、流通能力比同口径的其他种类的阀要大，价格便宜，可容易制造超大通径缺点耐压较低1.6MPa应用介质适用于强酸、强碱、强腐蚀性介质高黏度、含有少量悬浮物和固体颗粒状7.蝶阀结构球阀的阀芯与阀体都呈球形体特点结构简单、流阻小、流通能力大，行程距离为90°转角缺点软密封受温度限制❉“V”形和“O”形两种开口形式。“V”形球阀由于固有特性为近似等百分比，可以作为调节阀使用8.球阀结构阀芯呈扇形球面状并与挠曲臂在一起特点密封性好。重量轻、体积小应用介质高黏度、含有少量悬浮物和固体颗粒状9.挠曲阀(偏心旋转阀)执行机构是利用能源转换为机械能，推动阀门进行工作气动执行机构分为依据动作方式分为⁃故障回位型⁃两位型故障回位型执行机构以动作方向分⁃正作用：驱动压力增高，推杆伸出执行机构外⁃反作用：驱动压力增高，推杆缩回执行机构内气动薄膜执行机构是依靠信号压力（仪表风）驱动信号压力一般是20～100KPa单弹簧结构，调整弹簧方便这种执行机构的输出特性是比例式的，即输出位移与输入的气压信号成比例关系。推杆的位移就是执行机构的直线输出位移，也称为行程。1.气动薄膜执行机构轻型气动执行机构也称为精小型气动执行机构采用多弹簧结构具有重量轻、高度小、结构紧凑、装校简便2.轻型气动薄膜执行机构活塞执行机构出力大双作用气动活塞式执行机构的活塞随气缸两侧的压差而移动，称为两位型单作用气动活塞式执行机构的活塞随气压增大压缩弹簧而移动，称为调节型气动活塞式执行机构的气缸允许操作压力可达700KPa3.活塞执行机构这种执行机构兼有薄膜执行机构和活塞式执行机构的优点与薄膜执行机构相比，膜片有效面积相同时有更大的行程若与活塞式执行机构相比，有摩擦力小、密封性好的优点4.滚动膜片执行机构气动侧装式执行机构也称为增力型执行机构结构特点在于把执行机构的薄膜式膜头装在支架的侧面，采用杠杆传动把力矩放大，扩大执行机构的输出力。正作用和反作用是靠调整推力臂在摆块上不同的孔位获得的5.侧装执行机构普通型散热型长颈型波纹管密封型上阀盖是装在调节阀的执行机构与阀之间的部件，其中装有填料函，适用不同的工作温度和密封要求上阀盖常见的结构形式有四种：⁃普通型⁃散（吸）热型⁃长颈型⁃波纹管密封型密封填料的类型⁃V型PTFE⁃石棉+PTFE⁃石棉+石墨⁃石墨环控制阀的计算包括1.流通能力计算：根据已知的流体条件（最大流量、阀前阀后压差、流体密度等），计算出流量系数KV值。2.开度验算：选取调节阀口径后，要对计算KV値圆整，因此，要对开度验算3.可调比验算：理想可调比和实际可调比有差别4.噪声预估：出现阻塞流时，产生震动和噪声要进行噪声预估5.关闭力的计算：对阀座承载压力能力进行计算。流通能力：也称为容量⁃在规定条件下流体通过阀门的流量流量系数⁃用于说明规定条件下控制阀流通能力的基本参数1.流通能力计算在采用国际单位制时，流量系数用Kv表示。Kv的定义为：温度为5～40℃的水在100KPa压降下，1小时内流过阀的立方米数。很多采用英寸制单位的国家用Cv表示流量系数。Cv的定义为：用40～60F°的水，保持阀门两端压差为1psi，阀门全开状态下每分钟流过的水的美加仑数从控制阀的结构原理来看，控制阀是一个局部阻力可以改变的节流元件。当流体流过调节阀时，由于阀芯、阀座所造成的流通面积的局部缩小，形成局部阻力，它使流体的压力和速度产生变化，见图。流体流过调节阀时产生能量损失，通常用阀前后的压差△P来表示阻力损失的大小计算Kv的理论基础gPPH21gvH22式中：H—单位重量流体流过调节阀的能量损失；P1—调节阀阀前的压力；P2—调节阀阀后的压力；ρ—流体密度；g—重力加速度。v—流体的平均流速ξ—控制阀的阻力系数Q—流体的体积流量A—控制阀连接管的横截面积AQv如果调节阀前后的管道直径一致，流速相同，根据流体的能量守恒原理，不可压缩流体流经调节阀的能量损失为：如果调节阀的开度不变，流经调节阀的流体不可压缩，则流体的密度不变，那么，单位重量的流体的能量损失与流体的动能成正比，即：流体在调节阀中的平均流速为：计算公式212PPAQ综合上述三式可得调节阀的流量方程式为：若方程式中个参数采用下属单位：A—cm2P1、P2—100kPaρ—g/cm3Q—m3/h该式即是控制阀实际应用的流量方程。可见，当调节阀口径一定，并且调节阀两端压差不变时，阻力系数减小，流量增大；所以，控制阀的工作原理就是按照信号的大小，通过改变阀芯行程来改变流通截面积，从而改变阻力系数而达到调节流量的目的。流通能力（Kv与Cv）的换算PΔρQ10KvKv1.156△PρQ10△PρQ0.3812354.4028△PρQ0.14503414.4028Cv1.1560951kPa=0.001Mpa=0.001*145.034237=0.145034237Psi1m3/h=264.17gol/h=4.4028gpm（美加仑/分）1kgf/cm2=0.098067MPa=735.56mmHg=0.96784atm=14.223Psi1Mpa=10.19716kgf/cm2=7500.624576mmHg=9.869221atm=145.034237Psi1atm=1.03229kgf/cm2=760.001653mmHg=0.101325MPa=14.695611Psi1Psi=0.070309kgf/cm2=0.006895MPa=51.716234mmHg=0.068048atmCv=1.156KvKv=0.865Cv在建立流量系数的计算公式时，都是把流体假想为理想流体，根据理想的简单条件来推导公式，没有考虑到阀门结构对流动的影响只把调节阀模拟为简单的结构形式，只考虑到阀门前、后的压差，认为压差直接从P1降为P2。而实际上，当流体流过调节阀时，其压力变化情况如图所示。P1—Pvc—P2根据流体的能量守恒定律可知，在阀芯、阀座节流口处由于节流作用而在附近的下游产生一个缩流，其流体速度最大，但静压最小。在远离缩流口处，随着阀内流通