控制阀选型与维护.ppt

1、控制阀计算 选型与维护,济南润保阀门科技有限公司 2013年10月,导 语,在现代化装置的自动化控制当中，调节阀起着十分重要的作用。这些生产装置的生产取决于流动着的液体和气体的控制。这些控制无论是能量的交换、压力的调节，都是靠最终的控制元件去完成。最终控制元件调节阀可以认为是自动控制的“手脚”。 调节阀的型式多种多样，因型式的不同，调节阀在自动化生产中往往因各种各样的原因出现多种故障，而每一种故障的出现都会产生不同的后果，影响装置的正常运行，可能造成不可挽回的损失。 现就调节阀常出现的一些故障及相应的处理方法汇编以下内容,第一部分 概论,先进的现代工业是以生产自动化为标志的。各种先进的控制手段

2、虽然不断出现，但基本的控制规律没有改变而技术工具的变化则是日新月异。智能仪表的研制和使用更为工业自动化开创了美好的未来。 右图是一个典型的热交换器的自动调节系统图。从图中可以看出，调节阀的信号来自调节器，根据信号的变化直接改变蒸汽 被调介质的流量，即改变输入到对象（热交换器）的热量，使出口热水的温度保持在给定的温度值。这种典型的自动化控制系统主要有三个环节检测、控制、执行三大部分,概 论,阀门,自动阀,驱动阀,自力式阀 止回阀,手动阀 气动阀 电动阀 液动阀 电液动阀,管道阀门的分类,控制阀,气动调节阀,附件,阀,电动调节阀,附件,气动执行机构,电动执行机构,阀门定位器 阀位传送器 电气转换器

3、 手动机构 三断保护,薄 膜 执 行 机 构,活 塞 执 行 机 构,长 行 程 执 行 机 构,滚 动 膜 片 执 行 机 构,比例式 两位式,直装式 侧装式,正作用 反作用,角行程 直行程 多转式,按调节型式,按移动型式,按阀芯型式,按流量特性,按阀盖型式,调节型 切断型 调节切断型,直行程 角行程,直线特性 等百分比 抛物线 快开,普通型 散热型 长颈型 波纹管密封型,平板型 柱塞型 窗口型 套筒型 多级降压型 偏转型 蝶型 球型,第二部分 控制阀的计算,控制阀的计算包括： 流通能力计算 开度计算 调节比验证 噪声预估 关闭力的计算,控制阀的计算,控制阀通径是根据工艺数据经计算得出 工艺

4、管道参数 介质状态及物理参数 工艺要求参数：入口压力、出口压力、温度及流量 其他要求 计算采用公式法 IEC 60534 标准规定的计算方法 GB/T 17213.2 标准规定的计算方法,控制阀通径的确定,控制阀和普通的阀门一样，是一个局部阻力可以改变的节流元件。当流体流过调节阀时，由于阀芯、阀座所造成的流通面积的局部缩小，形成局部阻力，与孔板类似，它使流体的压力和速度产生变化，见图。 流体流过调节阀时产生能量损失，通常用阀前后的压差来表示阻力损失的大小,控制阀计算的理论基础,如果调节阀前后的管道直径一致，流速相同，根据流体的能量守恒原理，不可压缩流体流经调节阀的能量损失为,式中： H 单位重

5、量流体流过调节阀的能量损失； P1 调节阀阀前的压力； P2 调节阀阀后的压力； 流体密度； g 重力加速度。 v 流体的平均流速 控制阀的阻力系数 Q 流体的体积流量 A 控制阀连接管的横截面积,如果调节阀的开度不变，流经调节阀的流体不可压缩，则流体的密度不变，那么，单位重量的流体的能量损失与流体的动能成正比，即,流体在调节阀中的平均流速为,公式来源的推导,综合上述三式可得调节阀的流量方程式为,若方程式中个参数采用下属单位： A cm2 P1 、P2100kPa g/cm3 Q m3/h,将式改写为,该式即是控制阀实际应用的流量方程。可见，当调节阀口径一定，并且调节阀两端压差不变时，阻力系数

6、减小，流量增大；所以，控制阀的工作原理就是按照信号的大小，通过改变阀芯行程来改变流通截面积，从而改变阻力系数而达到调节流量的目的,基本计算公式,C称为流量系数，它与阀芯和阀座的结构、阀前阀后的压差、流体性质等因素有关。因此，它表示调节阀的流通能力，但必须以一定的规定条件为前提,为了便于用不同单位进行运算，可把上式改写成一个基型公式： 式中N为各种不同单位制的系数,在采用国际单位制时，流量系数用Kv表示。 Kv的定义为：温度为540的水在105Pa压降下，1小时内流过阀的立方米数,很多采用英寸制单位的国家用Cv表示流量系数。 Cv的定义为：用4060F的水，保持阀门两端压差为1psi，阀门全开状

7、态下每分钟流过的水的美加仑数,流通能力的定义,1kPa=0.001Mpa=0.001*145.034237 = 0.145034237 Psi 1m3/h =264.17gol/h =4.4028 gpm,流通能力（Kv与Cv）的换算,在建立流量系数的计算公式时，都是把流体假想为理想流体，根据理想的简单条件来推导公式，没有考虑到阀门结构对流动的影响，也就是说，只把调节阀模拟为简单的结构形式，只考虑到阀门前、后的压差，认为压差直接从P1降为P2。而实际上，当流体流过调节阀时，其压力变化情况如图所示,实际流体,根据流体的能量守恒定律可知，在阀芯、阀座处由于节流作用而在附近的下游处产生一个缩流，其流

8、体速度最大，但静压最小。在远离缩流处，随着阀内流通面积的增大，流体的流速减小，由于相互摩擦，部分能量转变成内能，大部分静压被恢复，形成了阀门压差P。也就是说，流体在节流处的压力急剧下降，并在节流通道中逐渐恢复，但已经不能恢复到P1值,通过截流的压力变化,当介质为气体时，由于它具有可压缩性，当阀的压差达到某一临界值时，通过调节阀的流量将达到极限，这时，即使进一步增加压差，流量也不会再增加。 当介质为液体时，一旦压差增大到足以引起液体气化，即产生闪蒸和空化作用时，也会出现这种极限的流量，这种极限流量称为阻塞流。由图可知，阻塞流产生于缩流处及其下游。 产生阻塞流时的压差为PT。为了说明这一特性，可以

9、用压力恢复系数FL 来描述,阻塞流,如图所示，当压力为P1的液体流经节流孔时，流速突然急剧增加，而静压力骤然下降，当孔后压力P2达到或者低于该流体所在情况下的饱和蒸汽压PV蒸时，部分液体成为气体，形成汽液两相共存的现象，这种现象称为闪蒸。 产生闪蒸时，对阀芯等材质已开始有侵蚀破坏作用，而且影响液体计算公式的正确性，使计算复杂化。 如果产生闪蒸之后，P2不是保持在饱和蒸汽压以下，在离开节流孔之后又急骤上升，这时气泡产生破裂并转化为液态，这个过程即为空化作用,闪 蒸,所以，空化作用是一种两阶段现象，第一阶段是液体内部形成空腔或气泡，即闪蒸阶段；第二阶段是这些气泡的破裂，即空化阶段。 图中显示就是一

10、个在节流孔后产生空化作用的示意图。许多气泡集中在节流孔阀后，自然影响了流量的增加，产生了阻塞情况。 因此，闪蒸和空化作用产生的前后的计算公式必然不同。 在产生空化作用时，在缩流处的后面，由于压力恢复，升高的压力压缩气泡，达到临界尺寸的气泡开始变为椭圆形，接着，在上游表面开始变平，然后突然爆裂，所有的能量集中在破裂点上，产生极大的冲击力,气 蚀,FL值是阀体内部几何形状的函数，它表示调节阀内流体流经缩流处之后动能变为静压的恢复能力。一般FL=0.50.98。当FL=1时， P1-P2=P1-PVC，可以想象为P1直接下降为P2，与原来的推导假设一样。FL越小，P比P1-PVC小得越多，即压力恢复

11、越大。 各种阀门因结构不同，其压力恢复能力和压力恢复系数也不相同。有的阀门流路好，流动阻力小，具有高压力恢复能力，这类阀门称为高压力恢复阀，例如球阀、蝶阀、文丘里角阀等。有的阀门流路复杂，流阻大，摩擦损失大，压力恢复能力差，则称为低压力恢复阀，如单座阀、双座阀等。在图中可以看出，球阀的压差损失PA 小于单座阀的压差损失PB。 FL 值的大小取决于调节阀的结构形状，通过试验可以测定各类典型阀门的FL值。计算时可参照表选用,压力恢复系数FL,常用FL值表,从前面的分析可知，阻塞流是指介质在流过调节阀时所达到的最大流量状态（即极限状态） 在固定的入口条件下，阀前压力P1保持一定而逐步降低阀后压力P2

12、时，流经调节阀的流量会增加到一个最大极限值，再继续降低P2，流量也不再增加，这个极限流量即为阻塞流,阻塞流出现之后，流量与P之间的关系已不再遵循公式 的规律,也可利用公式 求出,从图上可见，当按实际压差计算时Qmax要比阻塞流量Qmax大很多。因此，为了精确求得此时的Kv值，只能把开始产生阻塞流时的阀压降Pt作为计算用的压降。 液体是不可压缩流体，它在产生阻塞流时Pvc值与液体介质的物理性质有关，即Pvc=Ff*Pv Pv液体的饱和蒸汽压力； Ff液体的临界压力比系数。 Ff是阻塞流条件下缩流处压力Pc与阀入口温度下的液体饱和蒸汽压力Pv之比的函数。可以用图查出,阻塞流对计算的影响,阻塞流的判

13、断,进行修正后，Kv值较为修正前有了增大，可以获得更大的流量，满足给定流量,Q -流过调节阀的体积流量 m3/h P-调节阀阀前、阀后的压差 kPa -液体的密度 g/cm3 Pc -液体的临界压 Pv -液体的饱和蒸汽压力 FL -阀门的压力恢复系数,不可压缩流体计算公式,控制阀的可调比就是控制阀所能控制的最大流量和最小流量之比。 可调比也称可调范围： R=Qmax/Qmin 要注意：最小流量Qmin和泄漏量含义不同。 最小流量是指可调流量的下限值，一般为最大流量的2%4% 而泄漏量是阀门全关时泄漏的量，它仅为最大流量0.1%0.01% 理想可调比：当控制阀上压差一定时，可调比称为理想可调比

14、。它是由控制阀的结构决定的。一般控制阀的可调比为50. 实际可调比：控制阀在工作时不是与管路系统串联就是与旁路阀并联，随着管路系统的变化或旁路阀的开启程度不同，控制阀的可调比也产生相应的变化。这使得可调比称为实际可调比,可调比,固有流量特性：指介质流过阀门的相对流量与相对行程的关系。 流量特性分为：快开型、直线型、等百分比型和抛物线型,控制阀的特性,特性曲线,根据流量和压差计算得到Kv 值，并按制造厂提供的各类调节阀的标准系列，选取调节阀的口径后，考虑到选用时要圆整，因此，对工作时的阀门开度应该进行验算。 一般最大流量时，调节阀的开度应在90%左右。最大开度过小，说明调节阀选得过大，它经常在小

15、开度下工作。可调比缩小，造成调节性能的下降和经济上的浪费。一般不希望最小开度小于10%，否则阀芯和阀座由于开度太小，受介质冲蚀严重，特性变坏，甚至失灵。 不同的流量特性，其相对开度和相对流量的对应关系是不一样的。理想特性和工作特性又有差别。因此验算开度时，应按不同特性进行,控制阀开度的计算,开度计算公式,第三部分控制阀的选型,控制阀材料分为三类： 用于承压零件材料 用于阀内件材料 各种辅助材料 承压零件材料 铸钢材料 WCB 、LCB、 WC6、WC9 不锈钢材料 CF3 CF8 CF8M 抗温度变化的合金钢 蒙乃尔 哈斯特莱 特殊合金 哈氏B、哈氏C 塑料 PTFE 阀内件材料 耐磨性 耐温

16、度变化性 耐腐蚀性,控制阀材料的选择,控制阀压力等级的选择,压力等级对照,控制阀的泄漏量是考核关闭性的指标。 泄漏量国际标准FC：I 70-2 国家标准 GB/T 4213,控制阀泄漏量标准,第四部分控制阀维护,控制阀常见故障及解决方法,角行程阀门常见故障原因及解决方法,硬密封球阀常见故障原因及解决方法,控制阀维修,控制阀的维修通常分两类: 预防性维修：包括安装时采取的预防性措施、巡回检查时采取的预防性措施和临时性维修。 故障维修：当阀出现故障、调节阀的性能不能满足工艺控制要求时进行的修理,预防性维修 也称计划性维修，指在出现故障之前的予防性措施，也可理解为安装前的予防和日常性维护保养。 主要

17、包括两个部分： 1. 安装前要注意的问题 2. 当阀投入使用后应注意的日常维护,安装前注意的问题 管道冲洗 装置安装或修理工作结束后，在调节阀安装之前应进行管道冲洗，清除遗留在管道里的垃圾、焊渣等杂物，避免垃圾拤住阀芯、防止高速气流吹动杂物撞坏阀内件或其他设备。 避免安装应力 安装调节阀时，经常碰到二片管道法兰之间不同心，严重歪斜。 有时二法兰距离与阀的端面距相差太多，用撬锟硬别、硬弯管道，勉强把阀装上去，这样阀将长期承受应力，引起阀门不同程度的变形，影响芯件的正常运行，加大芯件的摩擦，缩短芯件的使用寿命,安装前注意的问题 固定好支撑 大口径的阀自重很大，这样的阀在其下面要用稳定的支撑物垫着，

18、不要让它悬空连接在管道上，使调节阀各个部件都处在自然状态。 对于水平安装的阀，阀体与执行机构的连接处一般都要加支撑架，避免阀承受扭矩和弯矩。 避免振动 阀与压缩机、泵浦等动力机械靠得太近，将受到强迫振动，可能引起共振，所以两者之间要用避振设施。 压差较大的阀，高速的流体冲击阀芯也会引起振动，因此选用时就要注意限止阀进口流速，同时使用合适的结构型式。阀进口段要有相当长的直管段，一般为阀口径的10倍，避免弯头的乱流冲击阀内件,当阀投入使用后应注意的日常维护 保证气源干净，电源可靠 调节阀产品的国家标准对气源、电源有明確的规定。对电动阀要严格按电压、相数，交流直流、接地等要求供电，接线可靠。 气源必

19、须干燥、清洁，不含油、水、灰尘和其它腐蚀性物质，防止执行机构和定位器中橡胶膜片的加速老化，避免定位器内恒节流孔被堵死。 为气动阀或阀门定位器供气用的空气过滤减压器应正確使用，及时排去滤下的油水、污垢，定期清洗过滤元件。 定期检查和加油 调节阀使用后要定期检查，重点是动作是否平稳。 推杆与阀杆的连接是否松动、填料和阀体垫片处有无渗漏。常见的现象是填料处有渗漏，及时拧紧填料螺母，如用注油器，则定期加油。 在有酸雾或腐蚀性气体的场所，暴露在外的阀杆用塑料管或橡胶波纹管保护，若发现保护套破裂，及时调换,故障维修 控制阀一旦安全性能出了问题，或不能正常操作，无法满足自动控制系统的要求，那就说明出了故障，必须修理。化工厂、电站的周期性大修也归入这类维修,整机拆卸、清洗 管线卸压、降温后，介质置换放空后，工艺人员确认后阀门内无才能进行拆卸，拆卸阀门之前阀门法兰好管道法兰必须做好标记。 对酸、碱、放射性、或其它有毒有害有腐蚀性的介质按照安全要求用特殊工艺进行