楊春明

(華電環(huán)保系統(tǒng)工程有限公司，南京 211153)

1 調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)壓差的選擇

從自動(dòng)控制的角度來講，調(diào)節(jié)閥應(yīng)該有較大的壓差，使閥門工作流量特性接近理想流量特性；但從工藝的角度來講，調(diào)節(jié)閥應(yīng)該具有較小的壓差，以降低系統(tǒng)能耗。合理選擇調(diào)節(jié)閥壓差，解決好上述兩方面的矛盾，使調(diào)節(jié)閥既能滿足過程控制要求，又經(jīng)濟(jì)合理，是設(shè)計(jì)人員的責(zé)任。

對(duì)調(diào)節(jié)閥所在的管系進(jìn)行水力學(xué)計(jì)算，結(jié)合系統(tǒng)前后的總壓差，在不使調(diào)節(jié)閥工作特性發(fā)生畸變的范圍內(nèi)，合理確定調(diào)節(jié)閥壓差。一般調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)壓差應(yīng)為管路阻力的0.429～1.000倍，壓差分配比S取0.3～0.5[1]。

2 調(diào)節(jié)閥形式的選擇

根據(jù)工藝參數(shù)(溫度、壓力、壓降、流速)，流體特性(黏度、腐蝕性、毒性、含懸浮物或纖維等)，控制系統(tǒng)的要求(可調(diào)比、泄漏量、噪聲)以及調(diào)節(jié)閥管道連接形式來綜合選擇調(diào)節(jié)閥形式。

首先應(yīng)優(yōu)選直行程調(diào)節(jié)閥：潔凈、不含固體顆粒、低黏度流體選用單座或普通籠式調(diào)節(jié)閥；當(dāng)介質(zhì)存在閃蒸、汽蝕或噪聲超過85dB(A)時(shí)，應(yīng)選用多級(jí)抗汽蝕或多級(jí)降噪閥籠[2]。

高黏度、含有固體顆粒和污穢流體且控制要求可調(diào)比R較大(100∶1)時(shí)宜選用V型球閥；介質(zhì)流通能力很大、R較小(30∶1)的場(chǎng)合，可選用三偏心蝶閥。

強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)宜采用襯塑調(diào)節(jié)閥，可選擇F46，PFA，PTFE等耐腐蝕材質(zhì)。

對(duì)于流速大、沖刷嚴(yán)重的工況，調(diào)節(jié)閥閥體應(yīng)選用耐磨材料，閥座與閥芯表面應(yīng)進(jìn)行硬化處理，如堆焊司太利合金或碳化鎢等。

調(diào)節(jié)閥填料常溫下宜選用V型聚四氟乙烯填料，溫度高于180 ℃時(shí)應(yīng)選用柔性石墨填料。對(duì)毒性較大或高溫的流體，填料函應(yīng)選用雙層填料結(jié)構(gòu)。有防火要求的場(chǎng)所，填料函應(yīng)選金屬或柔性石墨填料。

以上是一般原則，特殊工況要具體分析：如管道要求直角配管的場(chǎng)合宜選用角形閥；低溫工況或深度冷凍的場(chǎng)合應(yīng)選用低溫調(diào)節(jié)閥；溫度低于-20 ℃應(yīng)選用長(zhǎng)頸型閥蓋；溫度高于200 ℃應(yīng)選用散熱型閥蓋；有毒類介質(zhì)以及需要防止閥桿密封處泄漏的場(chǎng)合，要加波紋管密封[2]。

3 調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇

調(diào)節(jié)閥的流量特性是指閥門的相對(duì)流量與相對(duì)開度的函數(shù)關(guān)系qV/qVmax=f(l/L)，其中：qV/qVmax為相對(duì)流量，即控制閥在某一開度下的流量和最大流量之比；l/L為相對(duì)開度，即控制閥在某一開度下的行程與全行程之比。

閥門的流量特性包括快開、線性、等百分比、拋物線等。從控制的作用來講，系統(tǒng)主要關(guān)心的是相對(duì)流量的變化率，等百分比流量特性最大優(yōu)點(diǎn)是全行程范圍內(nèi)相對(duì)流量的百分比變化率相同，控制的靈敏度在全行程內(nèi)相同，操縱過程平穩(wěn)。因此，線性流量特性適用于負(fù)荷變化小的場(chǎng)合，等百分比流量特性適用于負(fù)荷變化大的場(chǎng)合，快開流量特性適用于兩位控制的場(chǎng)合。調(diào)節(jié)閥流量特性選擇見表1，表中：S=Δpn/Δpvc，式中：S表征工藝生產(chǎn)過程的能耗，也反映了理想流量特性畸變的程度；Δpn為正常流量下閥兩端的壓差；Δpvc為閥關(guān)閉時(shí)閥兩端的壓差。

4 調(diào)節(jié)閥口徑的選擇

閥門計(jì)算應(yīng)遵循GB/T 17213—2005《工業(yè)過程控制閥》，流體分為可壓縮流體和不可壓縮流體?，F(xiàn)在閥門計(jì)算的軟件很多，本文采用美國(guó)閥門計(jì)算軟件CIRCOR Selection Sizing & Selection Program，如圖1所示。閥門計(jì)算根據(jù)介質(zhì)種類，可分為液體、氣體、蒸汽。

表1 調(diào)節(jié)閥流量特性選擇

圖1 CIRCOR 閥門計(jì)算軟件界面

除了輸入最大流量、正常流量、閥前壓力、閥后壓力、溫度、黏度、密度等常規(guī)參數(shù)外，液體介質(zhì)還需要輸入飽和蒸汽壓力、臨界壓力，氣體介質(zhì)需要輸入比熱比，混合介質(zhì)可取介質(zhì)中主要成分的參數(shù)。軟件會(huì)自動(dòng)提示輸入閃蒸、汽蝕、噪聲等級(jí)、閥內(nèi)流速范圍。如果出現(xiàn)閃蒸、汽蝕工況，首先應(yīng)分析產(chǎn)生的原因，看從工藝角度能否消除不合理工況，如改變閥門的工作位置；如果無法消除，再考慮選擇抗閃蒸、汽蝕閥籠，進(jìn)行多級(jí)降壓。閥門噪聲過大一般與工藝管道管徑過小、流量過大或閥門口徑過小有關(guān)，同樣應(yīng)從工藝角度出發(fā)，考慮是否增加1級(jí)管道，保證管道內(nèi)介質(zhì)流速在合理范圍內(nèi)；一般要求閥門口徑同管道管徑一致或低1級(jí)，個(gè)別情況下低2級(jí)，特殊工況另外分析；如果從工藝角度無法解決，可選擇降噪閥籠。

通過軟件計(jì)算出最大流量下的流量系數(shù)CV，根據(jù)閥門廠家給出的各口徑額定CV值選取合適的閥門口徑，一般等百分比閥門額定CV值與計(jì)算CV值的比值為1.8左右，該比值可根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來定。選取額定CV值后，驗(yàn)證閥門開度，應(yīng)滿足表2要求。

表2 調(diào)節(jié)閥開度驗(yàn)算 %

注:蝶閥計(jì)算的最大流量下的開度不宜超過60°。

5 調(diào)節(jié)閥壓差校核

調(diào)節(jié)閥的克服壓差功能通常用閥關(guān)閉時(shí)的允許壓差來表示，允許壓差越大，此功能也就越好。允許壓差偏小，閥芯就會(huì)被壓差頂開，造成閥關(guān)不到位。因此，允許壓差應(yīng)大于閥門關(guān)閉時(shí)的工作壓差。

6 調(diào)節(jié)閥泄漏等級(jí)選擇

泄漏量反映了調(diào)節(jié)閥內(nèi)在的質(zhì)量。根據(jù)工藝對(duì)泄漏量的要求選擇不同等級(jí)泄漏量的閥型，一般選擇ANSI IV級(jí)。ANSI IV級(jí)指泄漏量是閥額定容量的0.01%，是比較常用的泄漏等級(jí)。特殊工藝要求時(shí)，選擇ANSI V級(jí)或更高。

7 調(diào)節(jié)閥安全性能的選擇

調(diào)節(jié)閥故障位置FC,FO,FL的選擇，應(yīng)從工藝安全的角度出發(fā)，一旦電源或氣源中斷，調(diào)節(jié)閥應(yīng)處于故障安全位置。

聯(lián)鎖用調(diào)節(jié)閥應(yīng)為故障安全型設(shè)計(jì):正常勵(lì)磁，失電聯(lián)鎖；閥門應(yīng)使用彈簧復(fù)位型執(zhí)行結(jié)構(gòu)，電磁閥失電聯(lián)鎖，執(zhí)行器內(nèi)的空氣通過電磁閥排出，彈簧推動(dòng)閥門至故障安全位置。如果由于工藝原因，彈簧實(shí)現(xiàn)的故障位置剛好與安全停車位置相反，可以使用空氣儲(chǔ)罐使閥門在聯(lián)鎖時(shí)到達(dá)安全位置。

為了提高安全儀表系統(tǒng)(SIS)的安全完整性(SIL)等級(jí)，必須對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)單元實(shí)現(xiàn)冗余。SIS控制閥的冗余設(shè)置原則：SIL1調(diào)節(jié)閥可采用單電磁閥、單SIS調(diào)節(jié)閥；SIL2調(diào)節(jié)閥宜采用冗余電磁閥、單SIS調(diào)節(jié)閥；SIL3調(diào)節(jié)閥應(yīng)采用冗余電磁閥、雙SIS調(diào)節(jié)閥。SIS冗余調(diào)節(jié)閥可以為分別帶電磁閥的2個(gè)SIS開關(guān)閥，也可以為帶電磁閥的1個(gè)調(diào)節(jié)閥+1個(gè)SIS開關(guān)閥。

8 結(jié)束語

要想使調(diào)節(jié)閥選型的結(jié)果符合實(shí)際工藝要求，必須做許多細(xì)致深入的工作。調(diào)節(jié)閥的設(shè)計(jì)選型不僅是儀表專業(yè)的工作，還與工藝專業(yè)關(guān)系極大，因此設(shè)計(jì)選型時(shí)兩個(gè)專業(yè)要互相配合。由于篇幅有限，對(duì)設(shè)計(jì)中需要計(jì)算的地方進(jìn)行了簡(jiǎn)化，內(nèi)容僅供參考。

[1]周洪義.調(diào)節(jié)閥壓差的確定[J].石油化工自動(dòng)化,2004(1)：86-94,96.

[2]陸德明.石油化工自動(dòng)控制設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2001.