蝶阀在调节工况中的使用.doc

蝶阀在调节工况中应用的潜在优势一个阀门被设计为开关阀就不能做调节阀使用；而调节阀只能用在调节工况而不能做开关阀使用。事实上通常同时听到的这两种说法并非不可反驳的事实。本文着重阐述蝶阀既可做调节阀使用,又可做开关阀使用的潜在优势。在过去，许多阀门制造商和其他相关人员一直试图说服仪表工程师，蝶阀可以作为一个关键性的调节单元被应用在流程控制方面。尽管他们做出了很多努力，但是，主流观点仍然认为蝶阀既不具有很好的调节性能，也不能提供精确的调节。由于这些观点是直接相关联的，我们可以通过反驳第二种说法来证明碟阀事实上是一种很好的调节阀。在此，很有必要弄清楚例如:调节性能,气蚀,Kv值,调节范围,等术语。除此之外，我们还对六种调节阀进行了比较,通过进一步了解在不同应用中调节阀的功能性，我们可以确定更为合理的选型标准。回顾蝶阀作为调节阀使用时的诸多优点，一个令人惊奇的结论也许会促使许多工程师重新思考他们的观点。调节阀设计调节阀根据种类不同有很大差别而且具有多种不同形式的阀体。当我们对比多种调节阀的不同参数后，这种差异也就变得更加明显。以下选择了几种调节阀进行比较：1. 蝶阀（Keystone F990 中线蝶阀）2. 蝶阀（K-Lok,双偏心蝶阀）3. 蝶阀（Vanessa,三偏心蝶阀）4. 偏心旋转阀（厂商A）5. V型球阀（厂商B）6. 截止阀(厂商C) 7. 笼型阀(厂商D) Kv值Kv值是调节阀选型时的一个关键性因素。为了给出所选择的这些调节阀之间差异的直观影象，下表一列出了4种尺寸的阀门在全开时的Kv值（Kv值指在恒定压降下流过给定开度的阀门的水量）。阀门尺寸蝶阀（中线型）蝶阀（双偏心）蝶阀（三偏心）旋转阀V型球阀截止阀笼型阀366424817315629313910462830132888657812014623231092405198254115023107127192416183651155280854216-27721964从表1我们可以看出各种类型的阀门的Kv值有很大差别，这些差别将部分决定每一种阀门的应用可能性。可以看出蝶阀的Kv值比笼型导向阀高好几倍。毕竟，对于笼型阀而言,介质按迷宫路线流动，因此有很大的流动阻力,这将明显减少介质通过阀门的流量。从Kv值定义可以明确的知道对于阀门的不同开度对应Kv值不同。绘制Kv值对应阀门开度的曲线即Kv值曲线（图2）。这个曲线就是通常提到的阀门的固有特性曲线。. Kv值(%) 类型快开线性等线性等百分比 阀门开度 %图 2.不同固有特性的阀门的曲线图 根据这个特性曲线就可以确定调节范围.调节范围表明了阀门能够正确实现调节功能的区域。这个区域由最小Kv值和最大Kv值界定,而最大和最小Kv值是由阀门的开度决定的，在此范围内阀门仍然有充足的流量(由此可调节流量)。Kv值对于调节阀是一个很关键的因素。但是，当考虑调节阀的类型时，其它因素也是非常重要的，下面将逐一讨论。调节范围（量程比）调节范围是最小Kv值和最大Kv值的比值。例如，最小Kv值为12，最大Kv值为100，调节范围就可确定为1：8。表2给出了各种形式的阀门的调节范围以及达到该调节范围的阀门开度。蝶阀（中线型）蝶阀（双偏心）蝶阀（三偏心）偏心旋转阀V型球阀截止阀笼型阀调节范围1:15(25-75%)1:30(15-80%)1:35(5-85%)1:50(2-50%)1:3000(1-80%)1:50(2-80%)1:100(1-100%)F1 Valves0.250.350.620.700.851.0操作弹性25%35%45%55%70%100%特性322131或31操作弹性操作弹性是指最大允许压降和入口压力之间的关系。操作弹性是由阀门内部的阻力决定的。内部阻力越大，允许通过阀门的压降就越大，在此允许压降范围内不至于产生如:噪音、气蚀等问题。蝶阀的优点如前所述,调节阀的功能一般仅作调节而不作开关。通常我们知道,蝶阀可以做到气泡级密封。如果给它配备执行机构，定位器并且给它一个由控制器或PLC传输的调节信号，它就能够很好地调节流体流量。假定，选型比较合理,这就意味着可以采用结构相对简单而价格较低的蝶阀代替通常使用的价格昂贵的截止型调节阀。使用蝶阀对用户来说有很多优点：1. 蝶阀的价格通常比较低，特别对于大直径的阀门。2. 蝶阀很少需要维修，即使维修也较简单且花费低。3. 蝶阀能够很好的关断工艺流体，因此采用蝶阀做调节阀时通常在其上游不需要安装隔断阀。4. 如果需要一个额外的隔断阀（对于需要特别安全的场合），隔断阀和调节阀同时采用蝶阀具有很好的灵活性。例如，当调节阀产生故障后，可以将其执行器和定位器拆下安装在隔断阀上仍可以执行调节功能而不致影响生产。同时订购一台阀门将那台损坏的阀门更换。这与在系统中安装一个手动旁通阀是一样的效果。5. 当调解阀和隔断阀都采用蝶阀时,备件数量可以大大减少。通过上面的对比，我们可以明确知道任何一种阀门都不能完全适合任何场合。在合适的场合,蝶阀的应用更具有优势。由于从表2可以看出蝶阀的量程比为1：35（三偏心），操作弹性不高于45%。下面通过一些实际工艺情况的例子,可以证明采用蝶阀所具有真正优越性的应用场合：例1：当一种工况需要的量程比为1：75（最大Kv值=1500，最小Kv值=20）通常会选用笼型调节阀。只要流量较大,要求截止阀的直径超过DN200时，蝶阀将是很好的选择。这样一个调节阀通常可以采用两个并联的蝶阀代替。在第一台阀达到最大调节范围时,第二台阀(通常较大)开始进行调节。可以采用一个DN200的Keystone蝶阀（Kv值从1500到200 - 1：7.5）来调节DN300的主管线的介质，在DN100的并联管线采用DN80的Keystone蝶阀（Kv值从200到20 - 1：7.5）来调节介质。采用两个调节蝶阀（包括 管路增加）比采用一个DN300的笼型阀更经济。例2：有一种工况,压力需要从3.5bara降到实际大气压,很自然会选截止型调节阀（操作弹性为70%）。与第一个例子一样，可以选择采用两个蝶阀串联安装达到同样目的。（注明：根据量程比可以采用一个限流孔板代替第二个阀门，成本会更低。）采用两个蝶阀串联需要分两步减压。阀门1将压力从3.5bara降到1.8bara。阀门2将压力从1.8bara降到大气压。这种布置最终相当于操作弹性为75%，而且采用三偏心蝶阀时能够精确调节的压降。此外，在这种情况下采用两个蝶阀（可以联合用一个执行机构、定位器和连接件）比采用一个单个的截止型调节阀更经济，这一点对DN200以上的截止型调节阀尤其重要。另外的一个优点是:蝶阀Kv值与其它阀门有较大不同,当针对相同的Kv值时,选择蝶阀常常可以比选择其它形式的阀门具有较小尺寸的阀门，因此也就可以选用较小规格的执行器。一个DN200的三偏心蝶阀和一个DN250的偏心旋转阀具有相同的Kv值（1450）。例3：在一个钢厂，一定量的排放水须根据冷却钢板所需要的冷却水量进行调节。流量范围要从1200m3/h 到25 m3/h，同时在最大和最小流量时压力也从5.5变化到2 bara。最初，在DN500的管线上安装了一个DN400的笼型调节阀。这样的一台新阀的价格大约为USD100，000而维修时的花费为USD35，000。由于阀门每半年就会产生故障工艺工程师需要清理700米长的管线，用户决定考虑其它选项作为替代方案。Keystone安装了2个开关阀和3个调节阀（两个串联安装，一个旁路安装）。总的材料花费为USD23，000。管路改动，仪表电缆，和DCS软件变更总费用在USD35，000以下。除了成本方面的优势外，其它优点还在于用户具有两个额外开关阀,可在故障时关断调节阀，这将大大减少维护费用。从上面的例子可以看出,不管在简单或复杂的场合都可以使用蝶阀。在选择一个不管是用在开关或调节目的的阀门时,主要取决于精确有效的工艺信息。如果很好的了解工艺条件,结合市场上每种形式的阀门的性能,可以根据实际情况选择最适合这种工况的的阀门,而不从感情或经验出发。采用这种方法选择阀门将大大降低设备投资而不影响调节精度。当选择大直径的阀门时更应该考虑这些问题，因为截止阀和笼型阀不象蝶阀,其价格随尺寸增加成几何增长。结论在选择和使用调节阀时有很多不确定因素。这的确是一个事实。从很多项目的技术规格中我们常常看到，在低压场合选择大直径截止阀,从而导致不必要的高额花费,而使用高性能蝶阀可很容易地降低成本50%或更多。类似地,我们也看到有时在量程比超过1：40时,选用蝶阀，换句话说，这会使阀门在几乎接近关闭的小流量状态下运行，从而使调节很不稳定且增大磨损。这篇文章的主要目的是为了使用户更清醒的认识，在为一个给定的工况选择调节阀并作出最终决定之前应该考虑的问题。当一个用户说需要一台线性特性的调节阀时，重要的是要搞清楚是指阀门的固有特性还是介质工艺特性。例如，一台固有等百分比特性调节阀门可能会导致线性工艺特性。因此，尽可能多的收集工艺系统的信息是非常重要的：1. 工艺过程的压降为多少，允许压