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調(diào)節(jié)閥流量特性、流向、安裝有關(guān)知識集錦-上海川滬閥門

在生產(chǎn)過程自動化中，用來控制流體流量的調(diào)節(jié)閥已遍及各個行業(yè)。在化工行業(yè)的過程控制系統(tǒng)中，作為終控制過程介質(zhì)各項(xiàng)質(zhì)量及安全生產(chǎn)指標(biāo)的調(diào)節(jié)閥，在穩(wěn)定生產(chǎn)、優(yōu)化控制、維護(hù)及檢修成本控制等方面都起著舉足輕重的作用。本文重點(diǎn)講解下調(diào)節(jié)閥的流量特性選擇以及流向選擇方面的知識，幫助大家遠(yuǎn)離選擇陷阱。

調(diào)節(jié)閥是通過改變節(jié)流方式來控制流量的，它既是一種有效的調(diào)節(jié)手段，同時又是一個會產(chǎn)生節(jié)流能耗的部件。隨著裝置高負(fù)荷運(yùn)行，調(diào)節(jié)閥的腐蝕、沖刷、磨損、振動、內(nèi)漏等問題不斷發(fā)生，從而導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥的使用壽命縮短、工作可靠性下降、進(jìn)而引起工藝系統(tǒng)和裝置的生產(chǎn)效率大幅度下降，嚴(yán)重時可以導(dǎo)致全線停車。這在視質(zhì)量和效益為生命的企業(yè)管理中尤為重要和緊迫。因此，如何選擇和安裝好調(diào)節(jié)閥，使調(diào)節(jié)閥在一個高性能狀態(tài)下運(yùn)行將是一個很關(guān)鍵的問題，上海川滬閥門專業(yè)生產(chǎn)電動調(diào)節(jié)閥、氣動調(diào)節(jié)閥、電動單座調(diào)節(jié)閥、氣動單座調(diào)節(jié)閥、電動套筒調(diào)節(jié)閥、氣動套筒調(diào)節(jié)閥等調(diào)節(jié)閥產(chǎn)品，廣泛適用于化工、環(huán)保、水處理、電力、煤礦等行業(yè)。
選擇調(diào)節(jié)閥時，首先要收集完整的工藝流體的物理特性參數(shù)與調(diào)節(jié)閥的工作條件，主要有流體的成份、溫度、密度、粘度、正常流量、大流量、小流量、大流量與小流量下的進(jìn)出口壓力、大切斷壓差等。在對調(diào)節(jié)閥具體選型確定前，還必須充分掌握和確定調(diào)節(jié)閥本身的結(jié)構(gòu)、形式、材料等方面的特點(diǎn)，而技術(shù)方面需要重點(diǎn)考慮流量特性、壓降、閃蒸、氣蝕、噪聲等問題。

調(diào)節(jié)閥選擇陷阱一：流量特性選擇

調(diào)節(jié)閥的流量特性是指介質(zhì)流過閥的相對流量與相對位移間的關(guān)系。選擇的總體原則是調(diào)節(jié)閥的流量特性應(yīng)與調(diào)節(jié)對象特性及調(diào)節(jié)器特性相反，這樣可使調(diào)節(jié)系統(tǒng)的綜合特性接近于線性。選擇通常在工藝系統(tǒng)要求下進(jìn)行，但是還要考慮很多實(shí)際情況，現(xiàn)分別加以說明。

1 直線性流量調(diào)節(jié)閥直線性流量特性是指調(diào)節(jié)閥的相對流量與相對位移成直線關(guān)系，即單位位移變化所引起的流量變化是常數(shù)。選用直線性流量特性閥的場合一般為：①差壓變化小，幾乎恒定；②工藝系統(tǒng)主要參數(shù)的變化呈線性；③系統(tǒng)壓力損失大部分分配在調(diào)節(jié)閥上（改變開度，閥上差壓變化相對較?。?；④外部干擾小，給定值變化小，可調(diào)范圍要求小的場合。

2 等百分比特性調(diào)節(jié)閥
等百分比流量特性也稱對數(shù)流量特性。它是指單位相對位移變化所引起的相對流量變化與此點(diǎn)的相對流量成正比關(guān)系。即調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)是變化的，它隨相對流量的增大而增大。優(yōu)先選用等百分比特性閥的場合為：①實(shí)際可調(diào)范圍大；②開度變化，閥上差壓變化相對較大；③管道系統(tǒng)壓力損失大；④工藝系統(tǒng)負(fù)荷大幅度波動；⑤調(diào)節(jié)閥經(jīng)常在小開度下運(yùn)行。
除了以上兩種常用的流量特性之外，還有拋物線特性和快開特性等其他流量特性的調(diào)節(jié)閥。在密封結(jié)構(gòu)上，若流量特性精度要求高，則可選用高精度流量特性的金屬密封型，而軟密封型精度較低。

3 調(diào)節(jié)閥壓降的系統(tǒng)考慮調(diào)節(jié)閥作為過程控制系統(tǒng)中的終端部件，是常用的一種執(zhí)行器。按過程控制系統(tǒng)的要求，調(diào)節(jié)閥應(yīng)具有在低能量消耗的狀態(tài)下工作，且能充分與系統(tǒng)匹配的工作特性。但是在調(diào)節(jié)閥的使用中這兩個要求是不能同時滿足的，甚至是互相矛盾的。在要得到同樣的流量的情況下，選擇一只較小口徑的調(diào)節(jié)閥，雖然其他阻力不變而總的阻力必然比較大，形成大的系統(tǒng)總壓降。假若物流的推動力是由泵產(chǎn)生，就意味著必須選功率大一些的泵和電機(jī)，這樣必然帶來大的能耗。
當(dāng)管道系統(tǒng)中介質(zhì)的流速增加時，流體通過管道上的各種安裝部件時產(chǎn)生的流體壓降也會發(fā)生一系列的動態(tài)變化，作為管道流體控制主要部件的調(diào)節(jié)閥所引起的流體壓降是一個很重要而又容易被忽略的因素，我們在分析與調(diào)節(jié)閥有關(guān)的系統(tǒng)問題時，不僅要考慮到調(diào)節(jié)閥本身的問題，而且也要考慮到調(diào)節(jié)閥的壓降對系統(tǒng)動態(tài)平衡的影響。

4 調(diào)節(jié)閥的閃蒸和氣蝕
在調(diào)節(jié)閥內(nèi)流動的液體常常出現(xiàn)閃蒸和氣蝕兩種現(xiàn)象。它們的發(fā)生不但影響口徑的選擇和計算，而且將導(dǎo)致嚴(yán)重的噪聲、振動、材質(zhì)的破壞等。在這種情況下，調(diào)節(jié)閥的工作壽命會大大縮短，對此在選型使用中要尤其重視。
正常情況下，作為液體狀態(tài)的介質(zhì)，流入、流經(jīng)、流出調(diào)節(jié)閥時均保持液態(tài)。閃蒸作為液體狀態(tài)的介質(zhì)，流入調(diào)節(jié)閥時是液態(tài)，在流經(jīng)調(diào)節(jié)閥中的縮流處時，流體的壓力低于氣化壓力，液態(tài)介質(zhì)變成氣態(tài)介質(zhì)，并且它的壓力不會再回復(fù)到氣化壓力之上，流出調(diào)節(jié)閥時介質(zhì)一直保持氣態(tài)。
閃蒸就象一種噴沙現(xiàn)象，它作用在閥體和管線的下游部分，給調(diào)節(jié)閥和管道的內(nèi)表面造成嚴(yán)重的沖蝕，同時也降低了調(diào)節(jié)閥的流通能力。氣蝕作為液體狀態(tài)的介質(zhì)，流入調(diào)節(jié)閥時是液態(tài)，在流經(jīng)調(diào)節(jié)閥中的縮流處時流體的壓力低于氣化壓力，液態(tài)介質(zhì)變成氣態(tài)介質(zhì)，隨后它的壓力又回復(fù)到氣化壓力之上，后在流出調(diào)節(jié)閥前介質(zhì)又變成液態(tài)?？梢愿鶕?jù)一些現(xiàn)象來初步判斷氣蝕的存在，當(dāng)氣蝕開始時它會發(fā)出一種嘶嘶聲，當(dāng)氣蝕發(fā)展到完全穩(wěn)定時，調(diào)節(jié)閥中會發(fā)出嘎嘎的聲音，就像有碎石在流過調(diào)節(jié)閥時發(fā)出的聲響。氣蝕對調(diào)節(jié)閥及內(nèi)件的損害也是很大的，同時它也降低了調(diào)節(jié)閥的流通效能，就像閃蒸一樣。
因此，我們必須采取有效的措施來防止或者大限度地減小閃蒸或氣蝕的發(fā)生：
（1）盡量將調(diào)節(jié)閥安裝在系統(tǒng)的低位置處，這樣可以相對提高調(diào)節(jié)閥入口和出口的壓力；
（2）在調(diào)節(jié)閥的上游或下游安裝一個截止閥或者節(jié)流孔板，以改變調(diào)節(jié)閥原有的安裝壓降特性（這種方法一般對于小流量情況比較有效）；
（3）選用專門的反氣蝕內(nèi)件也可以有效地防止閃蒸或氣蝕，它可以改變流體在調(diào)節(jié)閥內(nèi)的流速變化，從而增加了內(nèi)部壓力；
（4）盡量選用材質(zhì)較硬的調(diào)節(jié)閥。因?yàn)樵诎l(fā)生氣蝕時，對于這樣的調(diào)節(jié)閥，它有一定的抗沖蝕性和耐磨性，可以在一定的條件下讓氣蝕存在，并且不會損壞調(diào)節(jié)閥的內(nèi)件。相反，對于軟性材質(zhì)的調(diào)節(jié)閥，由于它的抗沖蝕性和耐磨性較差，當(dāng)發(fā)生氣蝕時，調(diào)節(jié)閥的內(nèi)部構(gòu)件很快就會被磨損，因而無法在有氣蝕的情況下正常工作。
總之，目前還沒有什么工程材料能夠適應(yīng)嚴(yán)重條件下的氣蝕情況，只能針對客觀情況來綜合分析，選擇一種相對比較合理的解決辦法。

5 調(diào)節(jié)閥的噪聲分析
氣蝕和噪聲是調(diào)節(jié)閥在控制高壓差流體中的兩大公害。調(diào)節(jié)閥上的噪聲更是石油化工生產(chǎn)中的主要污染源。在使用中除需選用低噪聲結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)閥外，改變閥的操作條件更是消除或降低氣蝕和噪聲的根本方法。調(diào)節(jié)閥在工作時，應(yīng)注意它的噪聲情況，分析好噪聲的產(chǎn)生機(jī)理可以更好地監(jiān)視調(diào)節(jié)閥的工作狀態(tài)和有效處理所發(fā)生的問題，下面通過舉例說明。
（1）機(jī)械類振動——如當(dāng)閥芯在套筒內(nèi)水平運(yùn)動時，可以使閥芯與套筒的間隙盡量小或者使用硬質(zhì)表面的套筒。
（2）固有頻率振動——如閥芯或者其它的組件，它們都有一個固有振動頻率，對此，可以通過專門的鑄造或鍛造處理來改變閥芯的特性，如有必要也可以更換其他類型的閥芯。
（3）閥芯不穩(wěn)定性——如由于閥芯振蕩性位移引起流體的壓力波動所產(chǎn)生的噪聲，這種情況一般是由于調(diào)節(jié)回路執(zhí)行器等的阻尼因素引起的，對此可以重新調(diào)節(jié)阻尼系數(shù)或者在閥芯位移方向上加上減振設(shè)施。
（4）介質(zhì)的力學(xué)流動性——介質(zhì)在管道或者調(diào)節(jié)閥中流動時，也會發(fā)出噪聲，對于這種情況，這里不作具體闡述（氣蝕也會產(chǎn)生噪聲）。

調(diào)節(jié)閥選擇陷阱二：流向選擇

調(diào)節(jié)閥的流向，就是調(diào)節(jié)閥閥體上所標(biāo)識的箭頭方向，通常安裝調(diào)節(jié)閥時，要使閥體上的箭頭方向與被調(diào)介質(zhì)的流動方向一致。
但由于生產(chǎn)現(xiàn)場的差異，對調(diào)節(jié)閥的使用要求也是各不相同，實(shí)踐證明調(diào)節(jié)閥的流向會影響閥的工作特性，并直接影響到控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行與否。
調(diào)節(jié)閥按其介質(zhì)的流動方向不同分為“流開型”與“流閉型”兩種。流向不同時調(diào)節(jié)閥閥芯的受力也是不同的，如閥前壓力作用在閥芯上，有把閥芯頂開的趨勢，成為“流開型”；反之，有把閥芯壓向閥座，使閥產(chǎn)生關(guān)閉的趨勢，成為“流閉型”。從介質(zhì)對閥芯的繞流方向開看，“流開型”介質(zhì)是從閥芯的小頭往大端流動，“流閉型”介質(zhì)是從閥芯大端往小頭流動，調(diào)節(jié)閥流向?qū)κ褂眯阅艿挠绊憽?/p>

小口徑高壓閥，如果把流開型改為流閉型后，其使用壽命可大大延長，這是因?yàn)榱鏖_型介質(zhì)向著開方向流，汽蝕、沖蝕主要作用在密封面上，而使閥芯根部和閥芯閥座的密封面很快遭受破壞；而流閉型介質(zhì)向著閉方向流，汽蝕、沖蝕作用在節(jié)流之后、閥座密封面以下，保護(hù)了密封面和閥芯根部，從而延長了調(diào)節(jié)閥的使用壽命。
有時由于產(chǎn)量增加，或計算、選擇失誤使調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)偏小時，閥全開還滿足不了生產(chǎn)時，可用改變流量的方法，即改流開型為流閉型來使用，這樣可使調(diào)節(jié)閥多通過10%~15%的流量。
流開型和流閉型兩種流向各有利弊，所以正確選擇調(diào)節(jié)閥的流向是很有必要的。選擇時應(yīng)根據(jù)工況實(shí)際進(jìn)行選擇。如很多設(shè)備要求調(diào)節(jié)閥能徹底關(guān)斷工作介質(zhì)，這時閥的關(guān)閉性就成主要的要求，則應(yīng)選擇“流閉型”的。若所選閥門是單座閥時，則流向正好與閥體所標(biāo)箭頭相反。角型高壓閥，汽蝕嚴(yán)重、壽命短，也應(yīng)選擇“流閉型”的，并且可提高閥門使用壽命。對閥桿密封要求嚴(yán)的場合，為防止泄露，應(yīng)選擇“流開型”的。對于懸浮液、高黏度、含固體顆粒的介質(zhì)，為防止泄露、堵塞，應(yīng)選用“流閉型”的。
同一種閥型其流向不一定都是相同的，如小口徑的高壓閥，其工作壓差較高，汽蝕嚴(yán)重，壽命短，則應(yīng)選擇“流閉型”的，但對于口徑較大的高壓閥，其工作壓力大但壓差并不太大時，還是應(yīng)選擇“流開型”的較妥，因?yàn)椤傲鏖_型”穩(wěn)定性好，可以不使用防止閥振蕩的措施。
由于“流閉型”的流通能力比“流開型”大10%~15%，當(dāng)“流開型”方向安裝的調(diào)節(jié)閥全開流量還達(dá)不到工藝要求時，可改成“流閉型”暫時解決困難。
由于“流閉型”穩(wěn)定性差，選用“流閉型”后，穩(wěn)定性成為主要問題，由于閥門工作再小開度時易振蕩，所以應(yīng)盡量使閥門的小開度在30%~40%。要選用彈簧剛度大的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，必要時應(yīng)與閥門定位器配套使用 。閥門流向的改變，都會使流通能力和流量特性發(fā)生變化，這必然會對控制系統(tǒng)產(chǎn)生影響，因此在改變閥門流向時，對上述問題也應(yīng)作適當(dāng)?shù)目紤]。

調(diào)節(jié)閥選擇陷阱三：正裝、反裝

閥門的正裝和反裝，是針對直通雙座調(diào)節(jié)閥和直通單座調(diào)節(jié)閥的閥芯安裝位置而言的，直通雙座調(diào)節(jié)閥，由于其有兩個閥芯和閥座，采用雙導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，因此可以很方便的把正裝的閥芯改成反裝，只需把閥芯倒裝，閥桿與閥芯的下端鏈接，上、下閥座互換位置之后就可改變安裝方式了。對于口徑大于25mm的直通單座調(diào)節(jié)閥，其閥芯也是雙導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，只要改變閥桿于閥芯的連接位置就可以實(shí)現(xiàn)正裝或反裝。
直通雙座調(diào)節(jié)閥正裝時，閥芯向下移，閥芯與閥座間的流通面積減少；反裝時，閥芯向下位移，閥芯與閥座間的流通面積增大。正裝和反裝時，閥芯位移L與流通面積F的關(guān)系可以表示為：

從以上可以得知，改變調(diào)節(jié)閥的流向與調(diào)節(jié)閥的正裝、反裝不是一回事，其作用和用途也是不相同的。
調(diào)節(jié)閥流向是對介質(zhì)的流動方向而言的，也就是說，當(dāng)介質(zhì)的流動方向向著閥的打開方向流動，即與閥開方向相同時，為“流開型”；如向著閥的關(guān)閉方向流動，即與閥關(guān)閉方向相同時，為“流閉型”。改變調(diào)節(jié)閥的方向，會影響調(diào)節(jié)閥的性能。所以改變調(diào)節(jié)閥的流向是為了滿足生產(chǎn)中的一些使用要求。
而調(diào)節(jié)閥的正裝、反裝是改變閥芯的安裝位置，來改變調(diào)節(jié)閥的流通能力，即正裝時閥的流通面積減少，而反裝時閥的流通面積增大。所以調(diào)節(jié)閥就有正裝和反裝兩種產(chǎn)品。在其與氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)配合使用時，就涉及組合問題。即氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)正、反作用和調(diào)節(jié)閥正裝、反裝的組合，決定了氣動執(zhí)行器是氣關(guān)還是氣開式的。

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