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控制回路中气动控制阀的选择   发布时间:18-06-01


控制回路中气动控制阀的选择

摘要:介绍了气动控制阀选择的几个因素。根据化工生产工艺条件,选择合适的调节阀结构和类型;根据过程对象,选择合适的流量特性;根据工艺参数,计算流量系数,选择阀径;根据工艺要求选择材料和辅助设备。

现代化工公司的自动化水平很高。在过程控制中,执行机构的控制质量与生产条件的稳定性密切相关。因此,执行器的选择尤为重要。对于安全性和爆炸性要求较高的化工企业,绝大多数执行器使用气动控制阀。

气动控制阀的选择一般从以下几个方面考虑:

(1)根据工艺条件选择合适的阀门结构和型号。

(2)根据过程对象,选择合适的流量特性。

(3)根据工艺参数,计算流量系数并选择阀门直径。

(4)根据工艺要求选择材料和辅助设备。

下面讨论以下四点。

1调节阀的结构和类型
气动控制阀由气动执行机构和阀门组成。气动执行机构接收输入气源信号,产生相应的推力,使推杆位移,推动阀门动作;阀指管道连接。阀体的承受致动器的推杆推力的主体部分改变阀杆的位移,从而改变阀的开度并最终控制流体流量的变化。气动控制阀根据其行程可分为直行程和角行程两种,按结构类型分别通过单座阀,直通双座阀,高压阀,角阀,套阀,隔膜阀,蝶阀,偏心旋转阀等。

其中,直通阀比较普遍,单座阀的泄漏量较小,但阀前后压差不能太大,而双座阀正好相反。高压阀适用于高静压和高压差的介质测量。但是,在高压差的情况下,该流体具有严重的材料侵蚀和空蚀现象。通常应考虑阀芯和阀座的材质,以提高使用寿命。角阀可用于控制高压差,高粘度含悬浮固体和颗粒物质的流体。隔膜阀更适用于控制强腐蚀性介质,如强酸和强碱。蝶阀适用于大流量,低压力的气体介质。套筒阀采用平衡阀芯结构,噪音低。它是广泛使用的阀门之一。

气动控制阀有两种开启和关闭的方式。确定调节阀开关方式的原则是:当信号压力中断时,应确保工艺设备和生产的安全。如果信号中断后阀门处于打开位置,则流体不会中断,并选择最安全。如果阀门在信号压力中断并且流体没有通过最安全的位置后处于关闭位置,则选择阀门打开阀门。如加热炉燃气或燃油管道调节阀,应使用空气打开阀门,当信号中断时,阀门自动关闭,燃料切断,以免炉温过高,事故发生;锅炉进水管调节阀,应使用空气截止阀。当信号中断时,阀门会自动打开,并仍向锅炉送水,以免锅炉干燥。

2控制阀的流量特性
调节阀的流量特性是指作为阀芯的相对行程(阀门的相对开度)的函数的流过阀Q的介质的相对流量:

Q = F(L)

当调节阀两端的压差ΔP保持不变时,阀的流量特性称为固有流量特性。固有的流量特性主要是线性的,等百分比(对数),折腾有4种类型的线和快速打开,如图1所示。

阀门的内在流动特性
图1阀门的内在流动特性

生产中阀门固有的流量特性是线性的,等百分比和快速开启。 抛物线的特点是在直线和百分之一之间,通常被一百个特征取代。 快速开启功能主要用于双位置控制。

在正常情况下,阀门两端的压差不一定保持不变,阀门固有的流量特性会发生扭曲,实际工况下阀门的特性称为工作流量特性。 此时,引入称为阀阻力比的因子S以确定流动特性。

S =△P /ΣΔP

ΣΔP是系统的总压差,是阀门,所有工艺设备和管道系统的压差总和。

从以下三个方面分析了阀门的工作流程特点:

(1)控制系统控制质量方面的分析对于一个简单的控制系统,它由控制对象,变送器,调节器和调节阀几个基本步骤组成。系统的总放大系数为K = K1K2K3K4K5。

K1〜K5分别代表发射器,调节器,执行器,阀门和控制对象的放大系数。在负载变化的情况下,期望控制系统保持预定的控制指数,并且预期总控制系数在控制系统的整个工作范围内保持恒定。一般来说,在一定的系统中,K1〜K3的系数是固定的,只有物体的放大系数K5随着负载的变化而变化。为此,选择适当的流量特性来补偿物体特性的变化。 K4K5的产品是一个常数,以确保系统的总放大系数K是一个稳定的值。

(2)分析控制阀始终与流程管道条件下的管道和设备一起使用。管道阻力阀门的存在将不可避免地导致阀门具有不同的操作特性和固有特性。因此,根据对象的特点,选择合适的工作特性,然后根据管道状况选择相应阀门的固有流量特性。在考虑过程管道时,参考表1选择阀门的固有特性。

从表1可以看出,当S = 1〜0.6时,所选择的固有流动特性和工作流动特性是相同的。当S <0.3时,特性曲线失真不应严格控制。

(3)负荷特性变化的分析线性特性控制阀在小开度时流量变化量比较大,过于敏感,易引起振荡,阀座易损坏。因此,不适用于S值小,负载变动大的应用。使用。当阀门行程增加时,等百分比阀门放大系数增加,并且流量的相对变化是恒定的。

3调节阀的直径
阀径的确定基于阀流量系数CV的计算。流量系数的定义是,在阀门完全打开的情况下,阀门两端的压差ΔP为100kPa,当流体密度为ρ= 1g / cm3时,流体体积流过阀为Q(m3 / h),其节流公式为:

公式1)

C是比例系数,它与流量系数的关系是m倍,即CV = mC。 当流量特性为线性时,m = 1.63,当流量特性等百分比时,m = 1.97。 公式(1)是当测量介质是液体时的计算方法。 当测量介质是气体时,应考虑温度和压力对介质体积的影响。 C值的计算分为两种情况:当阀压差ΔP<阀前P1压力的0.5倍时,即△P <0.5P1:

式(2)

在公式(2)中,P2是阀门后面的压力。

当△P≥0.5P1时:

式(3)

另外,当介质是过热蒸汽时,在计算C值时考虑蒸汽的过热度。 CV值确定后,检查调节阀的开度。当需要最大流量时,阀门开度≤90%,最小流量≤10%。在正常情况下,阀门开度应在15%到85%之间。最后,根据CV值确定阀门直径。

4控制阀材料和辅助装置
调节阀的阀体通常由铸铁制成。其压力等级,工作温度范围,耐腐蚀性等方面不应低于工艺管道的要求,但在介质易燃易爆时应特别考虑。阀芯和阀座材料的选择应考虑流体磨损中产生的固体颗粒是否磨损以及气蚀对阀芯的影响。通常对于非腐蚀性流体,经常使用不锈钢;对于高腐蚀性液体,可以使用哈氏合金;对于冲击,振动和严重磨损的流体,可以使用表面堆焊合金或喷涂材料。另外,当运行介质温度> 200°C时,选择带有散热器的上部阀盖。

调节阀的辅助装置主要包括阀门定位器,电磁阀,反馈开关,过滤减压器,安全阀等。阀门定位器是调节阀的重要附件有气动阀门定位器和电动阀门定位器两种。它主要用于:

高压差的场合;
高压,高温或低温介质应用;
介质含有固体悬浮液或粘性流体;
当阀门直径较大时;
实现分割控制;
改善调节阀的流量特性。
电磁阀的作用是迅速切断并打开供气,使阀门处于完全打开和关闭的位置,主要用于安全排气阀。当控制室实时监控阀门位置时选择混响开关。位置阀的选择基于工艺条件。当气源关闭时,阀门位置需要保持在某个位置,但这种情况很少见。

5结论
调节阀是自动控制系统的重要组成部分。如果计算不准确,不允许使用和维护,将直接影响控制系统的控制质量,甚至造成严重的生产事故。为此,必须高度重视调节阀的正确选择,安装和维护。

随着工业自动化的发展,对气动控制阀的要求越来越高。这些要求包括:新结构,新材料,高性能,与电脑的沟通以及卓越的动作国家表现等等。 因此,新型调节阀的研究和研究是一项艰巨而重要的任务。

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