石油化工气动薄膜式调节阀计算选型分析

调节阀是自控系统中的执行器，它接受来自调节单元的控制信号，产生相应的开度，从而达到调节的目的。调节阀的应用质量直接反应在系统的调节品质上。作为过程控制中的终端元件，调节阀应用的好坏，除产品自身质量、用户是否正确安装、使用、维护外，正确地计算、选型十分重要。从化工企业生产要求角度，对气动调节阀的流量特性、结构形式、材质口径和附件4个方面阐述化工企业气动调节阀选型中的考量要素。

1、石油化工气动薄膜式调节阀计算选型分析引言

化工企业的自动化生产过程控制要求精度高，安全可靠性严，其终端控制元件的准确、快速调节是的重要一环，控制结果必须保证工艺指标要求，衰减比、超调量不超出工艺允许范围。对此，如何选择适用的气动调节阀类型，使之在工艺控制回路中安全可靠、经济适用，是仪控设计和管理人员普遍关心的问题。气动调节阀的选择一般从以下四个方面考虑：1）调节阀结构和类型。2）流量特性。3）流量系数与阀的口径。4）材料和辅助装置。
在各种调节阀中，薄膜气动调节阀作为结构简单，使用、维护方便，且具有本质安全特性的气动调节阀种类，得到广泛的应用。薄膜气动调节阀在使用时有调节性能，下面我们从使用安全性，使用要求以及流量特性来分析薄膜气动调节阀的选型。

1.根据安全性选型
薄膜气动调节阀有气开阀和气闭阀两种形式。根据不同生产工艺上的安全和使用要求考虑，当信号压力中断时调节阀处于打开或关闭位置，对工艺生产造成的危害性大小而定。如果阀门处于关闭位置时危害小，则选用气开阀，信号压力中断时，使调节阀处于关闭位置，反之，则选用气闭阀。
2.根据使用要求选型
薄膜气动调节阀由阀芯和阀体（包括阀座）两部分组成，按不同的使用要求有不同的结构形式。薄膜气动调节阀主要有直通单座阀、双座调节阀和高压角式调节阀。直通单座阀泄漏量小，流体对单座阀芯的推力所形成的不平衡力很大，因此直通单座阀适用于要求泄漏量小、管径小和阀前后压差较低的场合。角式高压阀阀体为直角式，流路简单、阻力小，受高速流体的冲蚀也小，特别适用于高压差、高粘度和含悬浮物颗粒状物质的流体，也可用于处理汽液混相，易闪电动蚀的场合。这种阀体可以避免结焦、粘结和堵塞，便于清洁和自净。
3.流量特性选型
在自控系统的设计过程中选择薄膜气动调节阀应着重考虑流量特性。典型的理想特性有直线流量特性、等百分比流量特性（对数流量特性）、快开流量特性和抛物线流量特性四种。直线流量特性在相对开度变化相同的情况下，流量小时流量相对变化值大；流量大时，流量相对变化值小。百分比流量特性的调节阀在小负荷时调节作用弱，大负荷调节作用强，它在接近关闭时调节作用弱，工作和缓平稳，而接近全开时调节作用强，工作灵敏有效，在一定程度上，可以改善调节品质，因此它适用于负荷变化较大的场合，无论在全负荷生产和半负荷生产都较好的起调节作用。

2、石油化工气动薄膜式调节阀计算选型分析的结构和类型

气动调节阀由执行机构和阀门组成，执行机构接收输入气源信号，产生推力，使推杆位移，推动阀门开关动作；阀门是与管路联接的阀体组件，它接受执行机构的推杆推力，改变阀杆位移，改变阀门开度，控制流量的变化。调节阀的产品类型很多，结构多种多样，选择时应综合考虑调节功能、泄漏等级、耐压能力、切断压差、腐蚀性、冲蚀和汽蚀、性价比、维护保养方便程度。从经验而言，选择顺序应为：单（双）座控制阀、笼式控制阀、偏心旋转阀、蝶阀、角阀、球阀。

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，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，则选用气开阀。

气动多弹簧薄膜执行机构高度矮、重量轻、装校简便。它由膜片、压缩弹簧、托盘、推杆、支架、轴套、膜盖等主要零件构成。膜片为较深的盆形，有效面积变化小，并采用优质橡胶，在-40℃至+85℃温度下使用，操作如常。压缩弹簧采用多根组合的形式。以减少高度、推杆的导向表面精细加工，提高硬度和降低粗糙度，达到减小回差和增加密封性的效果。反作用式执行机构采用O形密封圈型式，与推杆、轴套配合，结构简单，密封可靠，通过正确的设计和精确的加工，本机构省去了压缩弹簧的调节结构，可一次装成，减小调正的麻烦。推杆与阀杆的连接采用开缝螺母，装卸灵活。
低流阻直通单座阀和套筒阀结构简单紧凑，并具有相当大的流量系数。本阀采用了直通单座无底盖顶导向结构的阀体型式，体积小、重量轻、流道设计流畅，具有高效的特点。阀体和配管的连接形式采用凸面和凹凸面法兰，适应不同的公称压力。阀体分普通型和高温型两种型式，用于不同的工作温度。单座阀阀芯形式为上导向柱塞阀，套筒阀芯为圆柱型，由套筒的内圆导向，套筒经精密加工开出一定特性的窗孔。它们均具有精确的流量特性，符合IEC标准和国家标准规定的斜率偏差考核要求。标准型填料为聚四氟乙烯成型填料，根据现场使用要求还可选用柔性石墨特种填料。
三、石油化工气动薄膜式调节阀计算选型分析主要零件材料

五、石油化工气动薄膜式调节阀计算选型分析主要技术数据
1、主要技术性能指标                                                               

 
2、石油化工气动薄膜式调节阀计算选型分析规格和技术参数                                                                  

 
3、允许压差
选用调节阀，除考虑上述条件外，还应注意到从推力角度出发，调节阀能否正常工作的问题，用特征数值表达就是允许是否大于最大工作压差，所以在选用时要使最大工作压差小于调节阀的允许压差。

表2  ZH   型气动弹簧薄膜执行机构规格和技术参数表
 

型号 参数	ZH  -11	ZH  -22	ZH  -23	ZH  -34	ZH  -45
膜薄有效面积Cm2	220	350	350	560	900
额定行程mm	10	16	25	40	60
弹簧范围Kpa	20～100＃、40～200、80～240、20～60、60～100

＃20～100Kpa为标准弹簧范围
 
五、石油化工气动薄膜式调节阀计算选型分析主要技术性能指标及检验

3、气动调节阀的流量特性

介质流过阀的相对流量Q与阀芯相对行程L之间的函数关系：Q=f（L）

当调节阀两端压差保持不变时，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、抛物线和快开等四种类型。

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与等百分比之间，一般用等百分比特性来代替。快开特性主要用于二位式控制，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发生畸变，阀在工作条件下的特性称为工作流量特性。这时在确定流量特性时要引入一个称为阀阻比的系数S=△Р/∑△Р∑△Р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。

石油化工气动薄膜式调节阀计算选型分析从以下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=K1K2K3K4K5K1-K5分别表示变送器、调节器、执行器、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K随负荷的变化而变，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）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。

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、气动调节阀的口径

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。流量系数是指在阀门全开条件下，阀两端压差△Р为100Kpa，流体密度p为1g/cm3时，通过阀的流体体积流量为Q（m3/h），其节流公式为：Q=C（4—1）C是一个比例系数，它与流量系数的关系是m倍，即C=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△Р小于0.5倍的阀前压力Р1，即△Р<0.5P1时

C=（Q/4.72）×1（4—2）

式（4—2）中P2为阀后压力。

a）Р≥0.5P1时

C=（Q/2.9）×/Р1（4—3）

另外，当介质为过热蒸汽时，计算C值要考虑蒸汽的过热度。

确定完Cv值以后，要对调节阀的开度进行验算，要求最大流量时阀开度不大于90%，最小流量时开度不小于10%，在正常工况下，阀门开度应在1.5%-85%之间.最后根据Cv值确定调节阀口径。

5、石油化工气动薄膜式调节阀计算选型分析的材料和辅助装置

调节阀的阀体选用铸铁材质，耐压等级，使用温度范围、耐腐蚀等方面应不低于对工艺管道的要求，但在介质为易燃易爆的流体时应作特殊考虑。阀芯、阀座材质的选用应考虑到流体中是否有固体颗粒产生的磨损和气蚀作用对阀内件的冲击。一般对于非腐蚀性流体，常选用不锈钢；对于腐蚀性较强的流体，可选用堆焊硬质合金或喷涂材质。另外当操作介质高于+200℃时，要选择带散热片的上阀盖。

调节阀的辅助装置主要有阀门定位器、电磁阀、回讯开关、过滤减压器、保位阀等。阀门定位器是调节阀的一个重要附件，常见的有气动阀门定位器和电气阀门定位器两种。它主要用于：高压差的场合；高压、高温或低温介质的场合；介质中含有固体悬浮物或黏性流体的场合；调节阀口径较大的场合；实现分程控制；改善调节阀的流量特性。

电磁阀的作用是快速地切断和接通气源，使阀处于通、断的位置，多用于安全放空阀。回讯开关是需要在控制室实时监测到阀位的信号才选用的。保位阀的选择是根据工艺状况，当气源切断时，阀位要求保持在一定的位置上，但这种情况不多见

6、石油化工气动薄膜式调节阀计算选型分析结束语

调节阀是自动控制系统中一个重要的环节，若选择计算不准确，使用维护不得当，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，对调节阀的正确选用，安装和维修等各项工作都必须高度重视。调节阀的选型和应用是一个专业性强、涉及的技术领域广的系统工作，要做好这个工作，不仅要在理论上充分了解它的各种特性，而且要结合实际使用经验来综合分析判断，做到理论和实践科学地结合起来。