给水调节阀的选型设计

　　通过设计“神木化工”自备电厂机组，给水调节阀的设计，加深了对调节阀的认识，体会到了调节阀的重要性，在现代流程工业的自动控制系统中，调节阀起着十分重要的作用，工厂的生产取决于流动着的液体和气体的正确分配和控制。这些控制无论是能量的交换、压力的降低或者是简单的容器加料，都需要靠某些最终控制元件去完成。最终控制元件可以认为是自动控制的“手脚”。在调节器(DCS)的低能量级和执行流动控制所需的高能级功能之间，最终控制元件完成了必要的功率放大作用。

　　调节阀是最终控制元件的最广泛使用的型式。在“神木化工给水调节阀项目”中也不例外，所有的调节控制回路中都是使用调节阀进行流量、液位、压力、温度控制。控制效果的好坏，调节阀工作寿命的长短，主要取决于调节阀的选型是否合理。合理的选型不但可实现优化控制、提高生产效率;还可延长阀门的使用周期，降低维护费用及生产成本。

1、调节阀的结构及功能

　　要正确使用调节阀，尤其是选择调节阀，必须首先弄清楚调节阀的结构及使用功能，做到有的方矢，方能选好所需的调节阀。

1.1、调节阀的结构

　　什么是调节阀?国际电工委员会IEC对调节阀做了定义：“工业过程控制系统中由动力操作的装置形成的终端元件，它包括一个阀体部件，内部有一个改变过程流体流率的组件，阀体部件又与一个或多个执行机构相连接。执行机构用来响应控制元件送来的信号。”可见，调节阀是由执行机构和阀体部件两部分组成，即：调节阀=执行机构+阀体部件。

1.2、调节阀的功能

　　调节阀的主要功能有：调节功能、克服压差功能、耐温功能、耐压功能、切断功能、耐蚀功能等。

　　1.2.1、调节功能

　　顾名思义，调节阀的首要功能就是调节，其主要表现在5个方面：

　　1.2.1.1、流量特性

　　流量特性是反映调节阀的开度于流量的变化关系，以适应系统的特性要求，如对流量调节系统反应速度快需对数特性;对温度调节系统反应速度慢，需线性流量特性。流量特性反映了调节阀的调节品质。

　　1.2.1.2、可调范围R

　　可调范围反映调节阀可控制的流量范围，用R=Qmax：Qmin之比表示，R越大，调节流量的范围越宽，性能指标就越好，通常阀的R=30。

　　1.2.1.3、小开度工作性能

　　有些阀受到结构的限制，小开度工作性能差，产生启跳、振荡，R变得很小(即Qmin很大)，如双座阀、衬胶蝶阀。好的阀小开度应有微调功能，既可满足很小流量的调节，且工作又要求十分平衡，这类阀如V型球阀、偏心旋转阀、全功能超轻型调节阀。

　　1.2.1.4、流量系数Kv

　　流量系数表示通过流量的能力，同口径Kv值越大越好。

　　1.2.1.5、调节速度

　　满足系统对阀动作的速度要求。

　　1.2.2、克服压差功能

　　它通常用阀关闭时的压差来表示，允许压差越大，此功能也就越好。如果考虑不周到，阀芯就会被压差顶开，造成阀关不到位，泄露量超标。因此，保证阀切断就必须克服阀关闭时的工作压差。

　　1.2.3、耐温功能

　　满足不同温度条件下阀的强度和性能，温度的较大变化会使阀体材质的强度降低，因此阀必须满足介质的温度变化范围的要求，使阀在工作温度下有较好的强度和安全保证。

　　1.2.4、耐压功能

　　它反映阀的强度和安全指标，即介质不能通过密封处和阀体缺陷处向外渗漏。出厂时通常用1.5倍公称压力作试验来检验。对高压介质最好是采用锻件结构，铸钢阀的耐压强度是最低的，通常选用的铸钢阀。

　　1.2.5、切断功能

　　切断由阀的泄漏量小于0.001%，它反映阀的内在质量。

　　1.2.6、耐蚀功能

　　抵抗介质的腐蚀和冲蚀，以提高阀的使用寿命。阀的腐蚀是由介质的化学性能引起的材质腐蚀问题，通常选用耐腐蚀的材料来解决，冲蚀是有高速流动的介质、含颗粒的介质和产生闪蒸被空化的介质所致。解决的途径是选用耐磨的材料，结构上采用反汽蚀、反冲蚀的措施，对高压阀、大压差工作的调节阀、含颗粒介质使用的调节阀需重点考虑此问题。

2、调节阀选型设计要点

　　首先，根据工艺流程的调节需要，选择调节阀类型。其次，根据工艺参数计算阀门的Kv值，然后，根据计算出的Kv值和阀门系列具有的额定Kv值比较，从而决定阀门的额定Kv值与口径，然后还应进行相关验算，进一步验证所选阀门是否能满足工作要求。再次，是根据工艺条件选择阀体、阀盖、阀内件及填充材料。其四，是根据工艺参数选择机构及附件。

2.1、调节阀类型选择

　　阀的类型有：GLOBE调节阀、蝶形调节阀、旋转偏心调节阀、球形调节阀等，按执行机构的类型有：气动调节阀、电动调节阀和液动调节阀。在“神木化工项目”中选择的是电动调节阀。

2.2、调节阀的Kv值计算

　　2.2.1、口径计算原理

　　在流程工业中，每个工位的调节阀流量、介质、压差、温度等参数千差万别，而调节阀的流量系数又是在100KPa压差下，介质为常温水时测试的，怎样结合实际工作情况决定阀的口径呢?显然，不能以实际流量与阀流量系数比较(因为压差、介质等条件不同)，而必须进行Kv值计算。把各种实际参数代入相应的Kv值计算公式中，算出Kv值，即把在不同的工作条件下所需的流量转化为该条件下所需要的Kv值，于是根据计算出的Kv值与阀门上的具有的额定Kv值比较，从而决定阀门的额定Kv值与口径，最后还应进行有关验算，进一步验证所选阀是否能满足工作要求。

　　2.2.1.1、口径计算及验算步骤

　　工艺提供的工艺数据表已经确认了计算口径所需的最大工作流量、正常工作流量和最小工作流量，入口压力、压差、入口温度等参数，按以下步骤进行计算：

　　①Kv值计算。由专门的计算软件进行计算，把工艺数据表确认的流量、入口压力，压差、入口温度及其他有关参数输入公式，就可计算出最大工作流量时的Kvmax。

　　②初步决定调节阀口径，根据已计算的Kvmax，在所选用的产品型式系列中，选取大于Kvmax并与其接近的一档Kv值，得出口径。

　　③开度验算。

　　④实际可调比验算，一般要求实际可调比应大于10。

　　⑤压差校验(仅从开度、可调比上验算还不行，这样可能造成阀关不死，启不动，故增加此项)。

　　⑥上述验算合格，所选阀口径合格。若不合格，需重新确定口径(及Kv值)，或另选其他阀，再验算至合格。

2.3、阀体、阀盖、阀内件及填料的选择

　　2.3.1、阀体材料选择

　　阀体材料选择要考虑3个因素：介质的腐蚀成分、温度、压力。介质的腐蚀性是选择阀体材料的关键，在《石油化工自动控制设计手册》和《石油化工自动仪表选型设计规范》中对于各种介质工况下，适合用什么样的材料已列出了表格，在设计时可对照查阅，如果有管道等级和管道材料等级表，也可从管道材料等级表中查找。温度是影响材料性能的有一关键因素;设计温度在-10~400℃的范围内，介质无腐蚀性工况下选用碳钢就可以，设计温度在-200~530℃的范围内，材料选用304(0Cr18Ni9)或316(0Cr17Ni12Mo2)不锈钢，并且能耐腐蚀性介质。压力的高低主要影响法兰的材料选择主要是综合考虑介质的腐蚀性、温度与压力条件而定。

　　2.3.2、阀内件材料选择

　　阀内件材料的选择除了要考虑介质的腐蚀成分、温度、压力外，还要考虑在液体条件下的闪蒸和汽蚀。选材方式跟阀体材料选择是一样的，但最低要求是不锈钢，在有闪蒸、汽蚀的条件下，要做特别考虑，表面需要堆焊耐闪蒸和汽蚀的材料(stellite6)或硬化处理。

　　2.3.3、上阀盖选择

　　上阀盖的材料与阀体材料一致。主要是上阀盖的形式选择与设计温度有关，设计温度在-46~200℃选用标准型上阀盖，设计温度范围在-196~-46℃选用长颈上阀盖，设计温度范围在200~530℃选用散热片型上阀盖。

2.4、填料选择

　　填料选择主要考虑温度条件，设计温度范围-25~200℃选用PTFE(聚四氟乙烯)V型填料，设计温度在-25~400℃选用柔性石墨+inconel填料，设计温度范围在-196~530℃选用纯石墨填料，设计温度范围在-196~200℃选用石墨+PTFE填料。如果有真空，填料要选用双向填充形式或石墨。

3、结束语

　　通过“神木化工项目”对调节阀的全程选型设计，从实践中体会到了调节阀在现代化工流程中的重要性。知道如何根据工艺条件及工艺数据选择阀的类型和阀体、阀芯、填料，如何计算Kv值及口径，计算执行机构的推力或转矩，以及选配其他附件，例如定位器、手轮、限位开关、电磁阀、保位阀、继动器、空气过滤减压器等。