0 概述

通過設計神木化工自備電廠機組和供水調(diào)節(jié)閥的設計，加深了對調(diào)節(jié)閥的認識，認識到了調(diào)節(jié)閥的重要性。在現(xiàn)代工藝行業(yè)的自動控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)閥起著非常重要的作用。工廠的生產(chǎn)取決于流動液體和氣體的正確分配和控制。這些控制需要由一些最終控制元件完成，無論是能量交換、壓力降低還是簡單的容器加料。最終控制元件可視為自動控制的手腳。在調(diào)節(jié)器中（DCS）在執(zhí)行流動控制所需的低能量級和高能級功能之間，最終控制元件完成了必要的功率放大。

調(diào)節(jié)閥是最終控制元件中使用最廣泛的類型。在神木化工供水調(diào)節(jié)閥工程中也不例外。調(diào)節(jié)閥用于控制流量、液位、壓力和溫度。調(diào)節(jié)閥的工作壽命主要取決于調(diào)節(jié)閥的選擇是否合理。合理的選擇不僅可以優(yōu)化控制，提高生產(chǎn)效率；還可以延長閥門的使用周期，降低維護成本和生產(chǎn)成本。

1 調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)和功能

要正確使用調(diào)節(jié)閥，特別是選擇調(diào)節(jié)閥，必須首先了解調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)和使用功能，達到有針對性，才能選擇所需的調(diào)節(jié)閥。

1.1 調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)

什么是調(diào)節(jié)閥？國際電工委員會IEC定義調(diào)節(jié)閥：工業(yè)過程控制系統(tǒng)中由動力操作裝置組成的終端元件包括一個閥體元件，其中一個改變過程流體流量的元件與一個或多個執(zhí)行機構(gòu)連接。執(zhí)行機構(gòu)用于響應控制元件發(fā)送的信號。可以看出，調(diào)節(jié)閥由執(zhí)行機構(gòu)和閥體部件組成，即：調(diào)節(jié)閥=執(zhí)行機構(gòu) 閥體部件。

1.2 調(diào)節(jié)閥的功能

調(diào)節(jié)閥的主要功能有：調(diào)節(jié)、克服壓差、耐溫、耐壓、切斷、耐腐蝕等。

1.2.1 調(diào)節(jié)功能

顧名思義，調(diào)節(jié)閥的主要功能是調(diào)節(jié)，主要表現(xiàn)在五個方面：

1.2.1.1 流量特性

流量特性反映了調(diào)節(jié)閥的開度與流量的變化，以滿足系統(tǒng)的特性要求，如對流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的快速響應速度；對溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的響應速度需要線性流量特性。流量特性反映了調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)質(zhì)量。

1.2.1.2 可調(diào)范圍R

可調(diào)范圍反映調(diào)節(jié)閥可控流量范圍R=Qmax：Qmin之比表示，R流量調(diào)節(jié)范圍越大，性能指標越好，通常是閥門R=30。

1.2.1.3 小開度工作性能

部分閥門受結(jié)構(gòu)限制，小開度工作性能差，產(chǎn)生啟跳、振蕩，R變小(即Qmin很大)，比如雙座閥和襯膠蝶閥。好的閥門小開度要有微調(diào)功能，既能滿足小流量的調(diào)節(jié)，又能平衡工作。這種閥門，比如V型球閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥、全功能超輕調(diào)節(jié)閥。

1.2.1.4 流量系數(shù)Kv

流量系數(shù)表示相同口徑的流量能力Kv值越大越好。

1.2.1.5 調(diào)節(jié)速度

滿足系統(tǒng)對閥動作的速度要求。

1.2.2 克服壓差功能

通常用閥門關(guān)閉時的壓差表示，允許壓差越大，功能越好。如果考慮不周到，閥芯會被壓差頂開，導致閥門關(guān)閉不到位，泄漏超標。因此，在閥門關(guān)閉時，必須克服工作壓差，以確保閥門切斷。

1.2.3 耐溫功能

為了滿足不同溫度條件下閥門的強度和性能，溫度變化會降低閥體材料的強度。因此，閥門必須滿足介質(zhì)溫度變化范圍的要求，使閥門在工作溫度下具有良好的強度和安全性。

1.2.4 耐壓功能

它反映了閥門的強度和安全指標，即介質(zhì)不能通過密封和閥體缺陷向外泄漏。出廠時通常使用1.測試5倍公稱壓力。高壓介質(zhì)最好采用鍛件結(jié)構(gòu)，鑄鋼閥的耐壓強度最低，通常采用鑄鋼閥。

1.2.5 切斷功能

切斷閥的泄漏小于0.001%反映了閥門的內(nèi)在質(zhì)量。

1.2.6 耐蝕功能

抵抗介質(zhì)的腐蝕和沖蝕，以提高閥的使用壽命。閥的腐蝕是由介質(zhì)的化學性能引起的材質(zhì)腐蝕問題，通常選用耐腐蝕的材料來解決，沖蝕是有高速流動的介質(zhì)、含顆粒的介質(zhì)和產(chǎn)生閃蒸被空化的介質(zhì)所致。解決的途徑是選用耐磨的材料，結(jié)構(gòu)上采用反汽蝕、反沖蝕的措施，對高壓閥、大壓差工作的調(diào)節(jié)閥、含顆粒介質(zhì)使用的調(diào)節(jié)閥需重點考慮此問題。

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2 調(diào)節(jié)閥選型設計要點

首先，根據(jù)工藝流程的調(diào)整需要選擇調(diào)節(jié)閥的類型。其次，根據(jù)工藝參數(shù)計算閥門Kv值，然后，根據(jù)計算計算Kv閥門系列的額定值Kv從而確定閥門的額定值Kv值和直徑，然后進行相關(guān)計算，進一步驗證所選閥門是否能滿足工作要求。第三，根據(jù)工藝條件選擇閥體、閥蓋、閥內(nèi)部件和填充材料。第四，根據(jù)工藝參數(shù)選擇機構(gòu)和附件。

2.1 調(diào)節(jié)閥類型選擇

閥門類型有：GLOBE根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)的類型，調(diào)節(jié)閥、蝶形調(diào)節(jié)閥、旋轉(zhuǎn)偏心調(diào)節(jié)閥、球形調(diào)節(jié)閥等，包括氣動調(diào)節(jié)閥、電動調(diào)節(jié)閥和液動調(diào)節(jié)閥。電動調(diào)節(jié)閥選用于神木化工項目。

2.2 調(diào)節(jié)閥的Kv值計算

2.2.1 口徑計算原理

在工藝行業(yè)，各站調(diào)節(jié)閥的流量、介質(zhì)、壓差、溫度等參數(shù)差異很大，調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)為100KPa在壓差下，介質(zhì)在室溫水下進行測試。如何根據(jù)實際工作情況確定閥門直徑？顯然，必須與閥門流量系數(shù)（由于壓差、介質(zhì)等條件不同）進行比較Kv計算值。將各種實際參數(shù)代入相應的參數(shù)Kv在值計算公式中計算Kv值，即將不同工作條件下所需的流量轉(zhuǎn)化為所需的流量Kv因此，根據(jù)計算的值Kv與閥門上的額定值相同Kv從而確定閥門的額定值Kv值與口徑，最后進行相關(guān)驗算，進一步驗證所選閥是否能滿足工作要求。

2.2.1.1 口徑計算和驗算步驟

工藝提供的工藝數(shù)據(jù)表確認了計算口徑所需的最大工作流量、正常工作流量和最小工作流量、入口壓力、壓差、入口溫度等參數(shù)，并按以下步驟計算：

①Kv值計算。流量、入口壓力、壓差、入口溫度等相關(guān)參數(shù)的輸入公式可由專用計算軟件計算，以計算最大工作流量Kvmax。

②根據(jù)計算的閥門直徑，初步?jīng)Q定調(diào)整閥門直徑Kvmax，在所選產(chǎn)品類型系列中，選擇大于Kvmax接近它的一檔Kv值，得出口徑。

③開度驗算。

④實際可調(diào)比驗算一般要求實際可調(diào)比大于10。

⑤壓差驗證(僅從開度和可調(diào)比上驗算是不夠的，可能會導致閥關(guān)不死，無法啟動，因此增加此項)。

⑥上述驗算合格，所選閥口徑合格。如果不合格，則需要重新確定口徑(和Kv值)，或選擇其他閥門，然后檢查合格。

2.選擇3 閥體、閥蓋、閥內(nèi)件及填料

2.3.1 閥體材料選擇

閥體材料的選擇應考慮三個因素：介質(zhì)的腐蝕成分、溫度和壓力。介質(zhì)的腐蝕性是選擇閥體材料的關(guān)鍵。在《石化自動控制設計手冊》和《石化自動儀表選擇設計規(guī)范》中，列出了適合各種介質(zhì)條件的表格，可在設計中進行比較。如果有管道等級和管道材料等級表，也可以從管道材料等級表中找到。溫度是影響材料性能的關(guān)鍵因素；設計溫度為-10~400℃碳鋼可用于介質(zhì)無腐蝕性工況，設計溫度為-200~530℃材料選擇在304(0Cr18Ni9）或316（0Cr17Ni12Mo2）不銹鋼和耐腐蝕介質(zhì)。法蘭材料的選擇主要取決于介質(zhì)的腐蝕性、溫度和壓力條件。

2.3.2 閥內(nèi)件材料選擇

閥內(nèi)部件材料的選擇不僅要考慮介質(zhì)的腐蝕成分、溫度和壓力，還要考慮液體條件下的閃蒸和蒸汽腐蝕。材料的選擇方法與閥體材料的選擇相同，但最低要求是不銹鋼。在閃蒸和蒸汽腐蝕的條件下，應特別考慮表面需要焊接耐閃蒸和蒸汽腐蝕的材料（stellite6)或硬化處理。

2.3.3 選擇上閥蓋

上閥蓋的材料與閥體材料一致。主要原因是上閥蓋的形式選擇與設計溫度-46有關(guān)~200℃設計溫度范圍為-196~-46℃長頸上閥蓋的設計溫度范圍為200~530℃選用散熱片型上閥蓋。

2.4 填料選擇

設計溫度范圍-25~200℃選用PTFE(聚四氟乙烯)V設計溫度為-25~400℃選用柔性石墨 inconel設計溫度范圍為-196~530℃選用純石墨設計溫度范圍為-196~200℃選用石墨 PTFE填料。如有真空，填料應采用雙向填石墨。

3 結(jié)束語

通過神木化工工程對調(diào)節(jié)閥的全過程選擇設計，從實踐中認識到調(diào)節(jié)閥在現(xiàn)代化工過程中的重要性。知道如何根據(jù)工藝條件和工藝數(shù)據(jù)選擇閥體、閥芯和填料的類型以及如何計算Kv值和口徑，計算執(zhí)行機構(gòu)的推力或扭矩，選擇定位器、手輪、限位開關(guān)、電磁閥、保位閥、繼動器、空氣過濾減壓器等附件。