常用调节阀的计算与选型

电厂调节阀的计算与选型机务室李学军一、调节阀的作用在过程控制系统中，调节阀接受控制信号，自动控制阀门的开度，调节流体的流量，从而达到控制介质的流量、压力、温度、液位等。在选择调节阀时，应根据介质参数（压力、温度）、流量、介质特性和调节阀的作用，并了解调节阀的基本结构、特点，才能正确选择调节阀。二、调节阀的组成部分1、阀体组件阀体组件需具有以下要素：结构型式、公称通径、公称压力、与管道连接型式、适用温度范围、阀体和内件的材质、阀座直径或额定流通系数、流量特性、阀座泄漏等级等。调节阀主要由阀体、执行机构和附件三部分组成二、调节阀的组成部分2、执行机构执行机构通常分为气动和电动a、气动执行机构又分薄膜式和气缸活塞式。气动薄膜式执行机构是直接与阀杆连接的执行机构。气源压力一般为0.14～0.4MPa。气缸活塞式分为横式和竖式两种，每种又分有弹簧式（单作用）和无弹簧式（双作用）两种；该执行机构主要用于角行程输出推力大，定位精度要求高的场合。气源压力最高达0.7MPab、电动执行机构分为直行程和角行程执行机构。它们需具有以下要素：根据允许压差所需的推力而确定的某一型号执行机构的号数以及弹簧范围和供气压力、行程、依据阀在失气时的位置而确定的作用形式。二、调节阀的组成部分3、调节阀附件调节阀附件主要有阀门定位器、空气过滤减压器、位置信号发生器（阀位传送器、行程开关）、手轮机构、电磁换向气阀、加速器以及气源保护装置，等等，视系统需要确定。火电厂机务专业常用的调节阀根据执行机构：电动调节阀、气动调节阀。根据阀门结构：直通双座调节阀、直通单座调节阀、套筒型调节阀、角型调节阀、蝶阀、偏心旋转调节阀、迷宫式调节阀、二位（on/off）调节阀、多级调节阀等。三、调节阀的类型三、调节阀的类型名称特点及运用场合直通单座阀阀内有一个阀芯和一个阀座，按其阀芯形状可分为调节型分关断型。阀座泄漏量小，可达IV级（额定流量×10-4），适用于压差小，口径小、要求泄漏量小或切断场合，如常闭调节阀。三、调节阀的类型名称特点及运用场合直通双座阀阀内有两个阀芯和两个阀座。不平衡力小，允许压差较单座阀大，流通能力大；但流路复杂，阀座泄漏量大（III级，额定流量×10-3），适用于压差较大、流量大、对泄漏量要求不高、正常运行时经常调节的场合。三、调节阀的类型名称特点及运用场合套筒阀在一个单座阀体内插入一个圆筒形套筒，并以套筒为导向，装配一个能在轴向自由滑动单阀芯，套筒上开有一定流量特性的窗孔。通过阀芯与套筒窗孔所形成的流通面积的变化，来实现流量调节。泄露量达III级，稳定性好，允许压差较大；容易更换、维修内件，流量大，可调范围广，动态稳定性好，噪音低，空化腐蚀小。适用于压差大，要求工作平稳，噪音低的场合，如给水、凝结水系统。三、调节阀的类型名称特点及运用场合角式阀有单座和笼式两种机构形式，流路简单，便于自净和清洗，适用于直角连接的场合；适用于高粘度含颗粒等物的介质。泄露量小（IV级），此外还有高压角阀（单座、笼式）适用于高压场合，如高加疏水调节阀合锅炉排污调节阀等饱和水且压差较大的场合。选用时需根据配管的布置决定阀门进出方向，一般底进侧出（流开式），高压差时可采用侧进底出（流关式）。三、调节阀的类型名称特点及运用场合多级降压阀大多采用阀芯、阀座采用套筒结构和迷宫式多级降压结构，泄露量小（IV级）防空化，耐冲刷；适用于高温高压差水的场合，如给水最小再循环阀。偏心旋转阀（凸轮绕曲阀）流路简单，泄漏量小（额定流量系数的0.01％），与单座阀比较，允许压差较大，稳定性好，可调范围广。1、行程：为改变流体的流量，阀内组件从关闭位置标起的线位移或角位移。２、额度行程：也称额度开度，规定全开位置的行程。３、相对行程：也称相对开度，某给定开度的行程与额度行程的比值。４、额度容量：在规定试验压力条件下，试验流体通过调节阀额度开度时的流量。四、调节阀的术语5、流量系数Kv或Cv：Kv，我国的流量系数。定义：在调节阀某给定行程，阀两端压差为100kPa，介质密度１t/m3时，流过调节阀的每小时立方米数。Cv，英制单位的流量系数。定义：在调节阀某给定行程，阀两端压差为1lb/in2，温度为60华氏度（F）（15.6℃）的水，介质密度8.334lb/USgal时，流过调节阀的每分钟美加仑数。Kv与Cv的关系：Cv＝1.16Kv6、额度流量系数Kvmax或Cvmax：在全开状态时的流量系数。四、调节阀的术语6、基本误差：调节阀是实际上升、下降特性曲线与规定的特性曲线之间的最大偏差。用额度行程的百分比表示。7、回差：同一输入信号上升和下降的两相应行程值间的最大差值。用额度行程的百分比表示。8、死区：输入信号正、反方向的变化不致引起阀杆行程有任何可觉察变化的有限区间。用输入信号量程的百分比表示。四、调节阀的术语9、额度行程偏差：实际到达全开位置上的行程与规定全开位置行程之间的偏差。用额度行程的百分比表示。四、调节阀的术语项目电动调节阀气动调节阀基本误差％≤±2.5≤±2回差％≤1.5≤2.0死区％≤3.0≤0.8额度行程偏差％≤2.0≤2.510、泄漏量：在规定试验条件下，试验流体通过调节阀处于关闭位置时的流量。美国ANSIB16.104调节阀的阀座泄漏量标准调节阀招标书一般要求：阀门具有密封好，泄漏小及阀杆不平衡力小等特点。常闭调节阀泄漏等级不小于ANSIB16.104—Ⅴ级标准，常开调节阀泄漏等级不小于ANSIB16.104—Ⅳ级标准。并保证电厂运行初期(两年内)零泄漏。四、调节阀的术语四、调节阀的术语级别试验介质介质压力和温度Ⅱ级空气或水工作压差ΔP或50lb/in2（3.5巴）,取较小的一个值,温度10-52℃Ⅲ级空气或水同上Ⅳ级空气或水同上Ⅴ级水工作压差ΔP,温度10-52℃inmm1”2510.151.5”3820.32”5130.452.5”6440.63”7660.94”102271.76”1522748”203456.755×10-12m3/秒/巴（压差）/mm（阀座直径）（公制）工作压差ΔP或50lb/in2（3.5巴）,取较小的一个值,温度10-52℃Ⅵ级空气或氮气最大允许泄漏量0.5%额定通流能力0.1%额定通流能力阀座直径气泡数/分ml/min0.01%额定通流能力11、正作用式：当信号压力增大时，推杆向下动作。12、反作用式：当信号压力增大时，推杆向上动作。四、调节阀的术语四、调节阀的术语13、流开流向：也称为流开式，流体流动促使阀芯打开。14、流闭流向：也称为流关式，流体流动促使阀芯关闭。15、压降分配比S：调节阀全开时阀前后压差之比。S＝△P全开/△P总全开时通过的流量最大，阀前后压差最小。S＝△P全开/△P总＝△Pmin/△P总S值越小，实际可调比RT也越小。为了保证调节阀有一定锻可调比，调节阀超压差应在管路系统中占有一定比例，S宜在0.3～0.6之间。16、可调比R0：调节阀能够控制的最大流量Qmax与最小流量Qmin之比。R0＝Qmax/Qmin四、调节阀的术语17、固有可调比R：在调节阀前后压差为定值的条件下的可调比。它是反映调节阀特性的一个重要参数，也是调节阀选择是否合理的指标之一。R实质上反映调节阀调节能力的大小。从控制的角度看，R越大越好，但受阀芯结构好加工工艺的限制，最小流量系数不能太小，一般调节阀的R为30。R＝Kvmax/Kvmin＝Cvmax/Cvmin。18、实际可调比RT：实际使用中，当调节阀上压差随串联管道阻力改变时，调节阀的可调比会发生变化，此时的可调比为实际可调比。总PPRPPRPPKKQQRTminmaxminmax/min/minmaxminmaxSRRT四、调节阀的术语19、液体阻塞流压差△Ps：当调节阀两端的压差△P增大时，流量Q也增加，当压差△P增大到一定值时，调节阀缩口处的压力Pvc下降到流体饱和压力Pv以下，一部分流体汽化，阀门流量不再随压差增加而增加，形成阻塞流工况。此时，调节阀两端的压差为阻塞流压差△Ps。20、液体压力恢复系数FL：在阻塞流条件下，实际最大流量与理论的非阻塞流的流量之比。21、流量特性：介质流过阀门的相对流量与相对行程之间的关系。)max(maxllfQQ四、调节阀的术语22、固有流量特性：假定阀门前后压差为定值，得出的介质流过阀门的相对流量与相对行程之间定关系。我们调节阀招标书上的流量特性的快开、直线、等百分比和抛物线均指的是固有流量特性。23、工作流量特性：在实际运行中，调节阀前后压差是随流量变化的，这时相对流量与相对行程之间的关系称为工作流量特性。)max(maxmaxllfKvKvCvCv五、调节阀的选择原则1、液体介质调节阀空化现象的判断与防护a、什么是空化现象？b、空化现象的危害。闪蒸与汽蚀c、当阀两端压差△P大于最大允许压差△Pc时，就会发生闪蒸和汽蚀，即△P＞△Pc。△Pc=Kc（P1－Pv）式中，△Pc——初始闪蒸压差P1——调阀入口压力Pv——调阀入口液体饱和蒸汽压力Kc——初始闪蒸系数（阀门厂通过试验获得）d、阻塞流压差△Ps五、调节阀的选择原则△Ps＝FL2（P1－FFPv）FF值在阀全开时测得。与阀芯形状、阀体结构、阀内液体流向有关。FF值越大的阀，允许承受的压差越大，抗闪蒸、汽蚀能力也越强。式中，FL……液体压力恢复系数（阀门厂通过试验获得）FF……临界压力比系数Pc……热力学临界压力（对于水Pc＝225bar）▲当调节阀两端压差△P≥△Ps时，且P2≤Pv，闪蒸现象加剧严重，但不产生汽蚀现象。▲当调节阀两端压差△P≥△Ps时，且P2≥Pv，产生汽蚀现象。PcPvFF28.096.0五、调节阀的选择原则e、调节阀管路系统中防护闪蒸与汽蚀的方法闪蒸工况阀门和汽蚀工况阀门的选型是有所区别的：▲闪蒸工况阀门选型△闪蒸生产的原因是P2＜Pv，P2是下游过程和管道的函数，Pv是流体和工作温度的函数。因此，闪蒸的变量不是直接由阀门控制的，也就是说对任何阀门都无法防止闪蒸，最好的办法是选择采用合适的几何形状和材料的阀门来避免或尽量减小破坏。例如，选择大口径阀门，降低冲刷性流体的速度；阀座、阀芯等表面尽可能硬化，提高抗冲刷能力；选择流体方向尽可能改变少的阀门，使冲击数量减到最小。▲汽蚀工况阀门选型△控制压降来消除汽蚀从而防止破坏。采用多级降压内件，把通过阀门的压降分成数个较小的压降，每个较小的压降都确保其缩径处的压力大于Pv。五、调节阀的选择原则▲汽蚀工况阀门选型△改变调节阀布置位置，在阀前后实际压差不变的情况下，以提高P1或P2。将阀门移至下游有较高静压头的位置。△分配压降。可用两个调节阀串联；也可以在调节阀后加一个或多个节流孔板来逐级减压。该方法导致阀压降分配比S降低，使得阀容量降低，流量调节范围变窄及流量特性畸变。（这些方法一般用于系统改造中，新建工程建议少用）采用调节阀后加节流孔板的具体方法：Ω计算调节阀阻塞流压差△Ps，考虑20％的安全系数，那么调节阀两端压差△P阀=△Ps－△Ps×20％。Ω确定孔板级数。第n级孔板减压为△P阀/2n。Ω计算各孔板第孔径。五、调节阀的选择原则▲汽蚀工况阀门选型△材料选择。阀座、阀芯材料要求较阀体硬度更高、韧性更好的材料；阀杆一般选用不锈钢。2、阀门材料调节阀的材料主要指两个方面：阀体和阀盖的材料、阀内件（阀座、阀芯、阀杆等）的材料。a、阀体的材料通常以流动介质的压力、温度、腐蚀性阀冲刷性为依据，一般应等同或优于接管材料。阀盖的材料基本与阀体材料一致。b、阀内组件主要起节流作用，其材料要求耐腐蚀，耐冲刷。调节阀常用材料对照表见下与页五、调节阀的选择原则调节阀常用材料对照表材料名称ASTM中国其它适用温度范围℃碳钢(铸)WCBZG25－5～425碳钢(铸)WCC－5～427铬钼钢(铸)WC5铬钼钢(铸)WC6ZG20CrMoV≤550铬钼钢(铸)WC9≤593不锈钢(铸)CF3304L不锈钢(铸)CF8304ZG0Cr18Ni9不锈钢(铸)CF3M316L不锈钢(铸)CF8M316ZG0Cr18Ni12MoT