简述恶劣工况下调节阀的选型设计.pdf

调节阀是生产 自动化系统 中 最常见 的一种执行器 ，在生产过 程 中 的应 用 已遍 及 到 各 个 行 业 ， 调节 阀通过接收调节控制单元输 出的控制信号 ，借助动力操作 去 控制流体的压力或流量 ，在稳定 生产 、优化控制 、维护及检修控制 等方面都起着举足轻重的作用。 由 于 海 洋 环 境 较 陆 地 恶 劣 ， 介 质 的 物 理 、化 学 性 质 也 千 差 万 别 ，因此选择安全 、适用 、可靠 、 经 济 的调 节 阀 ，满 足 工 艺 调 节 要 求 ，提高控制水平 ，延长使用寿 命 ，是设计人员最为关注的问题 。 1 调节 阀的设计及选型 选 择 合 适 的 调 节 阀 ，首 先要 确定工况条件。C F D 1 8 1 海洋平台 置 换泵 出 口管 道外 径及 壁 厚 为 4 S c h l 6 0 ，调节阀流体为海水 ，阀人 口压 力 1 1 5 0 0 KP a A， 出 口压 力 3 0 0 K P a A，前 后压差较 大 ，流量最 大为 8 0 ms ／ h ，设计温度为 3 9 ℃，下 面介 绍 选 型过程 。 1 ． 1 调 节 阀执 行机构 调 节 阀按 照 其 执 行 机 构 的动 力源分类 为气动调节 阀 、电动调节 阀、液动调节阀和混合型调节阀四 大类。根据对工况条件分析 ，阀前 后压差较大 ，要求阀座结构 的导 向 性好 ，选择阀门形式为直通平衡式 导向阀。另一方 面 ，C F D 1 8 - 1 海洋 平 台无仪表气 ，液压控制效率较 低 ，故选 择 电动执 行机 构 。 1 ． 2调节 阀的流 量特性 简述恶劣工况下调节阀 的选型设计 张伟 娜孔祥伟吴博识 海洋 石油 工程股份有 限公司天津3 0 0 4 5 1 【 摘 要 】在石油化工领域中，调节阀的选择直接影响到整个控制 系统的 性能 。本文 以渤海 CF D1 8 1 海洋平 台工程设计 中置换 泵 出口调节 阀的选 用为例，介绍了选择调节阀的执行机构和材质、流量特性等基本原则，用 I n t o o l s 仪表软件计算了调节阀的口径及 阀内件的选择要求，并介绍了几种 恶劣工况条件 下调节阀的选型及注意事项。 【 关键词 】调节阀恶劣工况选型 流量 特性 指随着开 度从 O ％ 到 1 0 0 ％ 变 化 时通过 阀门的流 量与 阀 门行程之 间的关 系。常用理想 的 流量特性主要有直线 、等百分 比、 抛 物 线 和快 开 四种 。但 抛 物 线 流 量特性与等百分 比流量特性较为 接近 ，前者可以用后者代替 ，而快 开 特 性 又 主要 用 于 位 式 控 制 和 顺 序控制 ，因而流量特性 的选择一 般局 限于直线特性与等百分特性 的选择 。在 C F D1 8 1 项 目中 ，上游 泵 出口压力基本为定 值 ，下游压 力为 3 0 0 K P a A，压差基本 恒定 ，所 以选 择线 性 特性 的调节 阀 。 1 ． 3 调 节 阀 口径 的选定 口径过小 ，会使调节 阀不能 通过工 艺对 象要求 的最 大流量 ， 或使能耗增加；口径过大，不仅使 投资增加 ，而且使 调节阀经常在 小开度条件下工作 ，可调 比减小， 调节 性能变坏 ，容 易造成控制 系 张伟娜 1 9 8 1 一 女，硕士，2 0 0 7 年毕业于天津大学 ，助理工程师， 现从事于海洋石油仪表控制系统设计工作。 统 不 稳定 。 口径 的选 择 和确 定 主 要依据 阀的流通能力 c 下面介 绍以C F D1 8 1 工况条件下 ， 管道为 4 ，使用I n t o o l s 仪表软件计算调节 阀的C ， 值。 将需要的工艺参数添加 到软件相应的位置中，如图 1 ，计 算结果如图2 。 I f 2 o o 9 ．0 8 l 石油和化工设聋I 3 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 由计算结果显示 ，流体在阀 体内出现空化现象。下面介绍产 生 的机 理 。 图3用来表示流体介质流经阀 体内部的压力变化 P ． 阀的入 口压 力 ； P 1 阀的出 口压力 ； P v 阀人 口温 度下的液体饱和蒸汽压 ； P v c 流体 缩流 断面 的压力 。 流体介质 通过 阀体 的时候 ， 如图3 ，P v c 大于P v ， 液体不会引起 沸腾的状态 ；当液体压力小于入 口 温度饱和蒸汽压时，如图4 ，液体 开始沸腾，出现气泡，当液体介质 流经阀座后下方下降的压力 ，在 下游一侧逐渐 回升 ，当达到饱和 蒸汽压时 ，气泡 因再 次受压而破 灭 ，气泡在急剧破灭的过程中，向 四周释放 能量 ，并 冲击阀体本身 和管道内壁 ，这就产生了以上计 算的结果一 “ 气蚀” ，即空化现象。 3 4 f石 翦 嗣 化 工 设 叠 ， 2009．∞ 当流体介质流经阀座后下降的压 力，在下游一侧逐渐回升，如在下 游没 有 达 到 饱 和蒸 汽 压 时 ，阀的 出口就会出现闪蒸现象 ，如图5 所 示 。调节阀的阀内件直接与流体 接触 ，是气蚀与闪蒸影 响最为严 重 的地方 。 针对 C F D1 8 1 项 目出现的空 化现象，噪音很高，已经超出设计 要求水平 ，这就要求在阀芯结构 和内件上选择满足工况的类型。 a 选用套筒结构的调节阀， 套 筒四周开有不 同形状 的窗 口，采 用平衡型 的阀芯结构 ，不平衡力 小，稳定性好，不易振荡，允许压 差范 围大 ，而且有降低噪声 的作 用 ； h 选用 F i s h e r 公司 的 C a v i t r o l T r i m I I I 内件 ，如图 6 ，它采用二级 对液体进行分级降压 ，特殊形状 的孔道和钻孔技术使介质压力保 持在汽化压力之上防止气蚀产生； c 内件采用 3 2 5 5 0 硬化材料 制造 ，抗腐蚀性加强。 总之 ，要防止或降低闪蒸或 气蚀 的破坏 ，总的原则可采用多 级节流 、调节阀选用优质材料 、增 加 阀门缩 流管道后的管道截面等 措 施 。 综合c 值， 选择调节阀体尺寸 为 2 ，经fi s h e r 厂家计算在正常工 作状态下开度在5 5 ％一 6 1 ％之间， 满 足工艺和设计需要。 1 ． 4调节 阀材 质的选择 C F D 1 8 1 项 目中调节阀的流体 介质为海水 ，不能使用常规的碳 钢或者 3 1 6 不锈钢 ， 故选择C D 3 MN 双向不锈钢抵抗海水的腐蚀。 综上所述 ，阀门的选型过程 概括 如下 1 确定工况条件 a P ． 、△P 、Q、 T ． 流体特性， 允许噪声等； b选择阀体和阀内件要求的 合适的压力等级 ； 2 计算要求的初始c 、 ， 值 a检查噪音和气蚀水平 ； 3选择阀内件类型 a 若没有噪音或气蚀提示， 选 择标准阀内件 ； b若噪音很高 ，选择降噪阀 内件 ； 4 选择阀体阀内件尺寸 a根据要求的C ， 值 ，选择阀 体和阀内件尺寸； 5 选择阀内件材料 a为应用场合而选择阀内件 材料 ，确保所选 阀内件在用于所 选阀门口径的阀内件组别里找到 6附加项选 择 a阀杆填料 ，阀门定位器等 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 可 选项 。 2 其他恶劣条件下调节阀的 选择原则 2 ． 1 高温 条件 1 采用具有高温强度的壳体 材料 和 内 件材 料 ，所 用 材 料 不 能 因高温作用而粘结 、塑变 ，温度极 高时 ，适用 的阀形有节流 阀、蝶 阀 。 2阀体材料可考虑带有散热 片 、阀 内件采用热硬 性材料 。对于 工作温度高于 4 5 0 。 F 2 3 2 o C 的调 节 阀 ，使用半金属或弹性层压石 墨填料 ，缠绕不锈钢和弹性 石墨 的垫 片； 对温度 高于1 0 0 0 。 F 5 3 8 ℃ 的工况， 阀体通常用铬一 钼钢铸造； 高于 1 5 0 0 。 F 8 1 6 ℃ 的工况 ， 选用 A S T M A 3 5 1 等级 C F 8 M， 3 1 6 型不锈 钢 ，其含碳量必须 控制在 0 ． 0 4 ％一 0 ． 0 8 ％这个范 围的上 限。 2 ． 2低温 条件 1 在结构上设置泄压孔或者 排 气 孔 ，在 阀 门上 设 置 引 出管 或 安全阀 ，以排除异常高压。 2 冰霜会造成 阀杆填料 的撕 裂 ，破 坏密封 ，可使用伸长型 阀 盖 。 3 针对低温场合的阀门材料 选 择 通 常 是 阀 体 和 上 阀 盖 用 C F 8 M，阀内件用 3 0 0 系列不锈钢。 2 ． 3大流通 能力 1采用笼式结构的阀体型 式 ，超 长 的 阀芯 行 程 以及 扩 展式 出 口管道连接 口，降低 大 口径 阀 门的 噪音输 出。 2 执行机构可选用长行程 、 双作用气缸式。 2 ． 4小流 量控 制 1 在球形调节阀的阀芯上铣 出小槽和V形槽 ，也可以得到很小 的流量系数 。 2可以采用长锥形结构。可 以根据需要挑选行程短 、功率大 、 压差大的小流量 阀。 2 ． 5腐蚀 和磨 损条件 1选择的阀体流道要光滑 ， 流线形 的阀体结构能 防止颗粒 的 直接撞击 ，可避免涡 流并减少磨 损 。 2 在腐蚀的介质条件下 ，选 择结构简单可 以增加衬里 的调节 阀 ，可选用奥 氏体不锈钢或者双 相不锈钢 、特殊合金 蒙乃尔 的 单 座 、双 座 调 节 阀 ，或选 用 隔膜 阀、加衬蝶阀 、球 阀等类型。 3 如果介质是极强的有机酸 或无机酸 ，则可以用全钛调节阀。 2 ． 6粘性 介质 1 对粘性高的液体 ，调节阀 的流路越简单越好 。 2 适用于粘性的介质的调节 阀有球阀、V形球 阀、隔膜阀、带 导流孔的平板闸阀及偏转 阀。管 夹阀的应用虽然很 有限 ，但用于 粘度很大的泥浆液时性能却很好 。 3 粘性介质有凝固、快速结 晶、结冰等危险，在操作粘性介质 时 ，可以利用有保温夹套的调节 阀 。 3结论 调 节 阀 的选 型 和 应 用是 一个 专业性强 、涉及技术领域广 的系 统工作 ，其正确选择主要是根据 现场被控介质的特点 、控制要求 、 不平衡力校核 、允许压差 、环境条 件及调节阀本身 的特性进行选用。 且选用的阀应尽量简单 、可靠、价 廉 、寿命长、维护方便 、备件有来 源 。选型应用的过程是经验和技 术 的 累积 ，要 在 理论 和实 践 基 础 上 了解掌握 调节 阀的各种 特点 ， 做到满足工艺要求和现场环境。 四日 【 1 】 陆德 民． 石 油化 工 自动控 制设计-T - [ MI ． 北京 化学 工业 出版社 ， 2 0 0 0 ， 2 0 8 244． [ 2 】 陆培文． 调 节阀实用技 术【 M】 ． 北 京机械 工业 出版社 ， 2 0 0 6 ， 6 4 0 - 7 0 3 ． 【 3 】 胡庆国． 调节阀的气蚀和闪蒸破坏及其防止[ J 】 ． 化工建设工程，2 0 0 2 ， 2 4 3 4 8 - 49． 【 4 】 何正， 自动控制设计中调节阀的选型[ J 】 _ 化学工业与工程技术， 2 0 0 0 ， 2 1 3 4 5 - 47． 【 5 】 李红梅， 李静巍． 调节阀的噪声与治理[J 】 ． 2 0 0 2 5 3 2 - 3 5 ． 【 6 】 高健。 梅明霞，陈召方等． 新型流量自动调节阀的研制[ J ] ． 石油矿场机械， 2 0 0 3 ， 3 2 4 1 3 1 5 ． 【 7 】 谢云 山， 刘建领， 赵忠荣． 调节 阀的选型设计要点[ J 】 洎 动化与仪器仪表， 2 0 0 8 5 53-55． 2 0 o 9 ．0 8 ． 石油和化工设置I 35 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m