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控制回路中气动调节阀的选用

1 引 言

哈尔滨气化厂是一个利用煤加压气化工艺生产煤气的化工企业，自动化水平较高，在过程控制中，执行器的控制品质与生产工况的稳定有着密切的联系，所以对执行器的选择显得格外重要，对于安全防爆要求比较高的化工企业，绝大多数执行器采用的是气动调节阀。

气动调节阀的选择一般要从以下几个方面进行考虑：

1)根据工艺条件，选择合适的调节阀结构和类型。

2)根据工艺对象，选择合适的流量特性。

3)根据工艺参数，计算流量系数，选择阀的口径。

4)根据工艺要求，选择材料和辅助装置。

下面针对以上4点加以论述。

2 调节阀的结构和类型

气动调节阀是由气动执行机构和阀两部分组成的，气动执行机构是接收输入的气源信号，产生相应的推力，使推杆发生位移，推动阀门动作；而阀是指与管路联接的阀体组件部分，它接受执行机构的推杆推力，改变阀杆位移，从而改变阀门开度，最终控制流体流量的变化。

气动调节阀按其行程可分为直行程和角行程两种，按其结构类型分直通单座阀、直通双座阀、高压阀、角形阀、套筒阀、隔膜阀、蝶阀、偏心旋转阀等。其中直通阀比较常见，单座阀泄漏量较小，但阀前后压差不能太大，而双座阀正好与之相反。高压阀适合于高静压和高压差的介质测量，但在高压差情况下，流体对材料冲刷和气蚀严重，一般要考虑阀芯和阀座的材质，以提高其使用寿命。在高压差、高黏度、含悬浮物和颗粒状物质流体的控制中可选用角形阀。隔膜阀更适用于强酸、强碱等强腐蚀性介质的控制。蝶阀适用于大流量、低压差的气体介质。套筒阀采用平衡型阀芯结构，具有低噪声的特点，是应用较为广泛的阀之一。

气动调节阀有气开与气关两种类型。确定调节阀开关方式的原则是：当信号压力中断时，应保证工艺设备和生产的安全。如果阀门在信号中断后处于打开位置，

流体不中断最安全，则选用气关阀；如果阀门在信号压力中断后处于关闭位置，流体不通过最安全，则选用气开阀。如加热炉的燃料气或燃料油管路上的调节阀，应选用气开阀，当信号中断后，阀自动关闭，燃料被切断，以免炉温过高而发生事故；锅炉进水管路上的调节阀，应选用气关阀，当信号中断后，阀自动打开，仍然向锅炉内送水，可以避免锅炉烧干。

3 调节阀的流量特性

调节阀的流量特性是指介质流过阀的相对流量q与阀芯相对行程己(阀门的相对开度)之间的函数关系：

q=f(l)

当调节阀两端压差△p保持不变时，阀的流量特性称为固有流量特性。固有流量特性主要有直线、等百分比(对数)、抛物线和快开等4种类型，如图3—1所示：

在生产中阀的固有流量特性有直线、等百分比和快开3种。抛物线特性介于直线和等百之间，一般用等百特性来代替。快开特性主要用于二位式控制。

在一般情况下，阀两端压差不可能永远保持不变，这时阀的固有流量特性就会发生畸变，阀在实际工作条件下的特性称之为工作流量特性。这时在确定流量特性时要引入一个称为阀阻比的系数s。

s=△p/∑△p

∑△p为系统总压差，是阀、全部工艺设备和管路系统上的各压差之和。

从以下3个方面内容对阀的工作流量特性进行分析：

1)从控制系统的控制质量方面分析

对于一个简单的控制系统，它是由控制对象、变送器、调节器和调节阀几个基本环节组成的，系统的总放大系数k=k1k2k3k4k5

k1~k5分别表示变送器、调节器、执行机构、阀、控制对象的放大系数。在负荷变动的情况下，要使控制系统能保持预定的控制指标，希望总放大系数在控制系统的整个操作范围内保持不变。一般来说，在一个确定的系统里，k1~k3的系数是固定不变的，只有对象的放大系数x5随负荷的变化而变化，为此选择适当的流量特性来丰i、偿对象特性的变化，保证k4k5的乘积是个常数就保证了系统

的总放大系数k是个稳定值。

2)从工艺配管情况分析

调节阀总是与管道、设备连在一起使用的，管道阻力的存在必然会使阀的工作特性与固有特性不同。所以，应根据对象的特性，选择合适的工作特性，再根据配管情况选择相应阀的固有流量特性。考虑工艺配管情况时，可参照表3—1来选择阀的固有特性。

表3—1 配管状况表

配管状况 s=1~0.6 s=0.6~0.3 s＜0.3 阀的工作特性直线 等百分比 直线 等百分比 不宜控制 阀的固有特性直线 等百分比 等百分比 等百分比不宜控制 从表3—1上看，当s=1~0．6时，所选固有流量特性和工作流量特性一致。当s<0．3时，特性曲线畸变严重不宜控制。

3)从负荷变化情况分析

直线特性调节阀在小开度时流量相对变化量大，过于灵敏，容易引起振荡，阀芯阀座易损坏，故在s值小、负荷变化幅度大的场合不宜采用。等百分比阀的放大系数随阀门行程增大而增大，流量相对变化量恒定不变。

4 调节阀的口径

调节阀口径的确定是在计算阀流量系数cv的基础上进行的。流量系数的定义是指在阀门全开条件下，阀两端压差△p为100 kpa，流体密度ρ为1g／cm3时，通过阀的流体体积流量为q(m3／h)，其节流公式为：

c是一个比例系数，它与流量系数的关系是m倍，即cv=mc。当流量特性为直线型时m=1．63，当流量特性为等百分比型时m=1．97。

式(4--1)是当测量介质为液体时的计算方法，当测量介质为气体时应考虑温度和压力对介质体积的影响，其c值的计算分两种情况：

当阀前后压差△p小于0．5倍的阀前压力p1，即△p<0．5p1时

另外，当介质为过热蒸汽时，计算c值要考虑蒸汽的过热度。