石油化工用调节阀简介

1、本文由 gerichard 贡献doc 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT ，或下载源文件到本机查 看。石油化工用调节阀简介（提纲）工程建设公司（ SEI ） 王为华 2008 年 5 月石油化工用调节阀简介 提纲目录1.调节阀工作原理1 1.1 1.2 1.3伯努利方程 1介质流经调节阀时压力分布1调节阀的重要地位22.调节阀的阀芯特性 2 2.1 2.2 2.3 阀芯特性 2 调节围 R 3 调节阀 的 S 值 33.调节阀流通能力 3 3.1 3.2 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 C值与 Cv 值的定义 3 液体（粘度（ <20 厘沱） C

2、v 值计算 3 水蒸汽或其他蒸汽 Cv 值计算 3 调 节阀 Cv 值与阀体口径关系表 4 调节阀的 Cv 值围 5 调节阀的行程 5 调节阀的全行程时间 5 调节阀的阀体尺寸 54. 5. 6.调节阀的执行机构选型 5 调节阀的关断差压（ shutoff P） 6 调节阀的 结构形式 6 6.1 6.2 6.3 按阀体分 6 按执行机构分 6 角阀的流向 67.调节阀的主要辅助装置 6 7.1 阀门定位器，选用原则 617.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8 8. 9.手轮机构 6 行程开关 6 电磁阀（正常励磁式） 6 电磁阀的联接 7 气缸式切断阀与四通电磁阀的联接 7

3、调节切断阀与电气阀门定位器及电磁阀的联 接 7 对重要工况采用冗余电磁阀的联接方案 7调节阀的密封填料函（参见 API608 规） 7 调节阀的噪音（应符合 IEC605348标准）7 9.1 9.2 9.3噪音来源 7应w 85dB （在距阀1米处）7降噪措施 710.调节阀阀体材质的选择 7 10.1 10.2 10.3 阀体、阀盖材质的选择 7 阀芯 材质的选择 8 软阀座材质的选择 911.调节阀的泄漏等级划分 9 11.111.211.4 相关标准 9 调节阀的泄漏量表 10 调节阀的额定容量计算 1212.关于闪蒸、空化及气蚀口13 12.1 12.2 12.3 闪蒸（Flashi

4、ng ） 13空化（ Cavitation ） 13 气蚀（ Cavitation ） 1313. 14. 15. 16.调节阀供气管路的尺寸 14 对调节阀电气部件的要求 14 调节阀，检验与测 试（ Inspection Testing ） 14 加氢装置用高压调节阀简介 15216.1 16.2 16.3 16.4 16.5原料泵最小流量旁路调节阀15调节反应器床层温度的冷氢调节阀15高分液位（界位）调节阀与切断阀15紧急泄压调节切断阀15离心式压缩机的防喘振调节阀 1531. 1.1调节阀工作原理 伯努利方程 由水力学观点来看，调节阀是一个具有局部阻力的节流元 件。当流体流经调节阀时，

5、由于阀芯、阀座处的流通面积缩小，形成局部阻力，并产生能量损失，通常用阀前后的压差来表示能量损失的大小。根据伯努利方程式，对不可压缩的流体：H = KV2 2g也可表示为 H =PP2 1 ，式中： rH:为单位重量的流体流经调节阀时的能量损失K:为阻力系数 V:流体平均流速，（V3Q ） S2Q:流体体积流量：M /小时S:调节阀流通面积：厘米g :重力加速度，981厘米/秒r:流体重度：克/厘米32P 1 、P 2 ：调节阀前、后绝对压力，kgf/cm代入上述公式得出：Q =2S KP ? P2 1 ? 2g r S K代入具体数值后得出:Q = 5.04P ? P2 3 1 米 /时 r令

6、 5.04S =C, 则 KQ=CP 3 米 /时 ,C 称为调节阀流通系数或流通能力 r2 2C值表示调节阀全开时，其两端压力降 P= 1kgf/cm ,流体重度为1克/cm 时,每小时通过阀门的立方米数。1.2介质流经调节阀时的压力分布如图。11.3调节阀的重要地位 （见调节阀系统方框图） 。干扰 被调参数SP+ -调节器调节阀调节对象变送器图 1 调节系统方框图 2. 调节阀的阀芯特性 2.1 阀芯特性 快开特性 阀芯特性通常是等百分比或线性。1.00.9 图中 1. 线性 .0.8 42.等百分比 R=10 3. 等百分比 R=50 4. 快开.0.7 0.61 0.5C/C 最大2

7、0.4R= 103300.3R=0.2 R= 500.1 00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0h/h 最大图 2.1调节阀阀芯特性22.2 2.3 3.调节围 R 调节阀的 S 值 调节阀的流通能力 （参见 ISA75.01线性特性 等百分比特性或 IEC60534 2 标准）3.1C值与 Cv值的定义 (Cv = 1.167C )3.2液体(粘度(<20厘沱)Cv值计算C = Qr P3.3气体(要考虑压缩系数)Cv值计算当P2>0.5P 1 时C =Q (P ? P )P 514£ 1 2 1 rH (273 + t ) 式中：Q : NM

8、/h r H :标准状态下气体重度kg/NM气体膨胀系数t :介质温度CP ? P2 1< 0.08, P 1 P ? P2 1 >0.08, P 1£=1 P ? P2 1 P 133如£=1-0.46 Q 280P1当 P2 < 0.5P 1 时，C =1 rH (273 + t )3.4水蒸汽或其他蒸汽 Cv 值计算当 P 2 >0.5P 1 时 C=W 3.16 ( P ? P2 )r1£1 W 17.3 Pr1 1当 P 2 < 0.5P 1 时C=3式中:W :重量流量 公斤时 公斤米3r 1 :介质在操作状态下的重度 &

9、#163;:介质膨胀系数，算法同上。3.5调节阀 Cv 值与阀体口径关系表 一机部生产 ZMN ZMP 型气动调节阀流通能力 值流量 特性公称 通径 Dg(mm)阀座 直径 d(mm) 3 4 5 6 7 8 10 12 15 20 26 32 40 50 66 80 100 125 150 200252 303行程 (mm)0.80流通能力 C 值 直通双座 (ZMN) 直通单座 (ZMP) 0.080.12 0.200.32 0.501.20 2 3.2 5 10 16 25 40 63 100 160 250 8 12 20 32 50 80 120 200 280 450 710110

10、0直线G3/4 ”102025 直 线 等 百 分 比 32 40 50 65 80 100 125 150 200 250 30016 254060400 630 1000 160010043.6调节阀的 Cv值围等百分比阀门阀门的额定 Cv值通常是正常流量Cv值的2倍，或者最大流量 Cv 值的 1.3 倍，或者说，正常流量 Cv值是阀门额定 Cv值的30 %70 %。线性阀门 阀门的额定Cv 值是正常流量 Cv 值的 1.5 倍，或者最大流量 Cv 值的 1.1 倍， 或者说，正常流量 Cv 值是阀门额定 Cv 值的 60%80%。 3.7 调节阀的行程 在最大流量 Cv 值下， 线性 调

11、节阀的行程应w 90%，等百分比阀的行程应w 92% ,在最小流量 Cv值下，调节阀的行 程应10%。蝶阀的最大开度应w 60 °。 3.8调节阀的全行程时间任何调节阀的全行程时间均应w 30秒。 两位式切断阀的全行程时间应w5秒。 加氢裂化装置高分器至低分器的切断阀全行程时间应w 2 3秒。离心式压缩机防喘振阀的全行程时间应w2秒。3.9调节阀的阀体尺寸 根据计算出的 Cv 值，查表，以确定调节阀的阀体尺寸。调节阀的阀体 尺寸可 比工艺管道直径小 1 级，最多可以小 2 级。但是阀体尺寸不应小于其上游管道直 径 尺寸的一半。 4. 调 节阀的执行机构选型 调节阀的执 行机构， 通常

12、首选气 动薄膜式 执行机构（ 其弹簧为 反作用） ，对 于 活塞式执行机构（即气缸式），首选多弹簧双作用型执行机构。 对于带电磁阀的调节阀，要求选用带弹簧的执行机构。执行机构的弹簧材质至少应为碳钢， 并在出厂时进行了防腐涂层处理。 当供气压力为 4.15kgf/cm 2 （60Psig） 时，对于薄膜执行机构的膜片盒应采用钢 材质，并且其压力等级至少为 1.0MPag 。55.调节阀的关断差压 （ shutoff P ） 调节阀的关断压差值至少应等于 P 1 ，有时 要求1.25P 1（如加氢装置原料泵的最小流量旁路调节阀） 。6. 6.1 调节阀的结构形式 按阀体分 直通单座、双座、偏心旋转

13、阀、三通阀、角型阀、球阀、闸阀、蝶阀等。其中 闸阀不能用作调节，一般用作两位式 切断。蝶阀通常用较大口径，最小为 4”，最大使用压力w C1600。 6.2按执行机构分 气 动薄膜式、气缸式（有弹簧、无弹簧式） 、电动执行机构等。 正作用、反作用，气开、气 关式。6.3 7. 7.1角阀的流向 调节阀的主要辅助装置阀门定位器，选用原则 P>10kgf/cm2 , HP、HT （t >250 C） HIC 回路 大口径Dg100 7.2手轮机构 侧装式 顶装式 手轮应为不锈钢材质。 7.3 行程开关 行程开关，应采用无触点接近开关。 7.4 电磁 阀 （ 正常励磁式 ） 一般用 3

14、通电磁阀， 当采用双作用执行机构时， 采用 4 通电磁阀。 通常采用24VDC 低功率型（w 3W），隔爆型，Exd n CT4，防护等级IP65，阀体材质 一般为 316SS ， 带接线盒。6当要求带手动复位时，应避免使用就地手动复位。7.5 7.6 7.7 调节阀与电气阀门定位器及三通电磁阀的联接 气缸式切断阀与四通电磁阀的联接 调节切断阀与 电气阀门定位器 及电磁阀的联接 气缸执行机构调节阀， 如需正常时调节， 紧急工况时关闭或开启， 此运行模 式 下调节阀与电磁阀及电气定位器的联接。7.8 对重要工况采用冗余电磁阀的联接方案串联：安全性好， 实用性稍差， 并联：实用性好， 安全性稍差。

15、 8. 调节阀的密封填料函 （ 参 见API608 规）40 C以下，采用聚四氟乙烯合成体或石墨纤维。40 C230 C之间，采用聚四氟乙烯和石墨。230 C以上采用石墨填料。对于高压气体介质，可以采用双填料。一般不用石棉或封装石棉作填料。 石墨填料， 不应含有氯离子。 要求石墨填料中的可滤出氯 离子 <100ppm 。 9. 9.1 9.2 IEC60534 调节阀的噪音 （ 应符合 IEC60534 8 标 准）噪音来源 85dB （应 < 85dB （在距阀1米处）有些场合要求w 75db，任何 场合都不允许105db。9.3 10.降噪措施调节阀阀体材质的选择对工艺介质含有

16、硫化氢酸性气体、 油品或混相的场合， 如果硫化氢含量在 NACE-MR0175 的 适 用 围 ， 调 节 阀 所 有 与 介 质 接 触 部 分 的 材 料 选 择 应 遵 照 NACEMR0175 标准执 行。 10.1 阀体 、 阀盖材质的选择 阀体、阀盖材质的选择是以流动介质的温度、压力、 腐蚀性和冲刷性为依据的， 宜选择与连接管道上的阀门材质相同， 至少为碳钢， 一般口径小 于等于 DN40 的阀 门采用锻钢。采用 ASTM 标准的调节阀其材料选择应在 ASME B16.34 所列围之，7阀常用的阀体材质及温度限制如下， （根据 ASME B16.34 温度压力等级规定） 。 常 用

17、的阀体材质及温度限制 锻钢 碳钢 碳钢 碳钢 不锈钢 Type 304 Type 316 Type 347 Type 321 合金钢 1Cr- 1 2 Mo 1 1 4 Cr- 1 2 Mo 2 1 4 Cr-1Mo 5Cr- 1 2 Mo 9Cr-1Mo 3 1 2 Ni ASTM A182 Grade F1 ASTM A182 Grade F11 ASTM A182 Grade F22 ASTM A182 Grade F5 ASTM A182 Grade F9 ASTM A350 Grade LF3 ASTM A217 Grade WC1 ASTM A217 Grade WC6 ASTM

18、A217 Grade WC9 ASTM A217 Grade C5 ASTM A217 Grade C12 ASTM A352 Grade LC3 -30 -30 -30 -30 -30 -100 450 590 590 648 648 310 ASTM A182 Grade F304 ASTM A182 Grade F316 ASTM A182 Grade F347 ASTM A182 Grade F321 ASTM A351 Grade CF8 ASTM A351 Grade CF8M ASTMA351 Grade CF8 （ 321 铸钢） -200 -200 -200 -200 810

19、 810 810 810 ASTM A105ASTM A216 Grade WCB ASTM 352 Grade LCB -30 -45 425 340铸钢 下限，C 上限,C由上表可知，常用材料的温度围为：ASTM A216/WCB（碳钢）：-30425 C ASTMA217WC9 （ CrMo 合金钢），-30 590 C ASTM A351 CF3 （304 不锈钢），-200 810 C ASTM A351 CF8M （316 不锈钢） ， -200 810 C ASTM A182 F321 （锻钢不 锈钢） ， -200 810 C。 10.2 阀芯材质的选择 对于有腐蚀性的介质，或

20、者有阀蒸、气蚀 的场合、或者对于高差压调节阀（ P>35kgf/cm 2或500Psig）时，均应采用经过硬化处理的阀芯（如 316+Stellite ， 或 316+ 钨铬钴合金） 。8阀芯材质选型表 Trim Material 316S.S. Stellite No.6 416S.S. 440C S.S. 17-4 PHColmonoy （铬化硼） Tungsten Carbide （碳化钨） Hardness Rockwell C 8 44 40 5640 45-50 72 Corrosion Resistance Excellent Good to Excellent Fair

21、Fair ExcellentFair to Good Good on Bases Poor on Acids10.3软阀座材质的选择 丁腈橡胶：2993 C 氟橡胶：18204 C 聚四氟乙烯：268232 C 高密度聚乙烯： 5485 C 氯丁橡胶：4082 C11. 11.1调节阀的泄漏等级划分 相关标准 ANSI/FCI70-2-1-1991 调节阀阀座泄漏等级划分ANSI B16.104-1976 国标 GB /T4213 92调节阀的泄漏等级通常为ANSI I - W级。用作调节的阀门泄漏等级一般为 ANSI 调节阀泄漏量表W级，用作两位式切断的阀门泄漏等级为ANSI V级（金属密封

22、）或 ANSI W级（软密封） 。11.2调节阀的泄漏量表 表 11 1 控制阀的泄漏量表（美国 ANSI B16.104-1976 ）最小泄漏量试验介质 压力和温度 工作压差厶p或50lb/in （3.5bar） 压2级别n级0.5% 额定 Cv 空气或水差， 取其中较小的一个值，2川级0.1% 额定 Cv空气或水差， 取其中较小的一个值，2"级0.01% 额定 Cv空气或水差， 取其中较小的一个值，V级温度1052 C 工作压差厶p或501b/in （3.5bar）压温度1052 C 工作压差厶p或50Ib/in （3.5bar）压温度1052 C5 X 10 m /s p=1b

23、ar 孔径=1mm 阀座直径 /in 1 1.5 2 /mm 25 38 51 64 76 102 152 203 气泡 /min 1 2 3 4 6 27 27 45 ml/min 0.15 0.30 0.45 0.60 0.90 1.70 4.00 6.75-12 3水工作压差厶p，温度1052 CW级空气或 氮气工作压差厶p或50Ib/in （3.5bar） 压 差，取其中较小的一个值，温度1052 C22.5 3 4 6 8注：1bar=10 5 Pa。按照GB /T4213 92规定，控制阀的泄漏等级除1级外,由制造厂自行选定，但单座阀结构的控制阀的泄漏等级不得低于W级，双座阀结构的

24、控制阀的泄漏等级 不得低于n级。泄漏量大于5 X 10 -3阀额定容量时，应由结构设计保证，产品可免测 试。在计算确定泄漏量的允许值时，阀的额定容量应按表11 4 所列公式计算。10表11 2级别 I级n级川级"级v级w级调节阀的泄漏等级，通常分为 6 级 最大阀座泄漏量（在调节阀全关状态下）最大阀座泄漏量 最大阀座泄漏量一5 X 10 -3 X阀的额定容量（见表 11 5）最大阀 座泄漏量10 X阀的额定容量（见表 11 5 ）最大阀座泄漏量X 10 X阀的额定容量（见 表11 5 ）最大阀座泄漏量 1.8 X 10 -7 X阀的额定容量 PX D最大阀座泄漏量 3 X 10 -8

25、 XA P X表11 1规定的泄漏量-4 -3上表中的厶P为调节阀两端差压，此KPa为单位，D为调节阀阀座直径，以mm 为单位。 ， 表 11 3 阀座直径 (mm) 25 40 50 65 80 100 ml/min 0.15 0.30 0.45 0.600.90 1.70控制阀W级的允许泄漏量泄漏量 每分钟气泡数 1 2 3 4 6 11 阀座直径/mmml/min 150 200 250 300 350 400 ml/min 4.00 6.75 11.1 16.0 21.6 28.4泄漏量 每分钟气泡数 27 45 -注：1、每分钟气泡数是用外径6mm，壁厚1mm 的管子垂直浸入水下51

26、0mm 深度的条件下测得的，管端表面应光滑，无倒角和毛刺。 2、如果阀座直径与每个表列值相差 2mm 以上，则泄漏系数可假设泄漏量 与阀座直径的平方成正比的情况下通过推法取得。11表 11 4控制阀泄漏量允许值计算公式表 条件1 P1 2 P >介质 液体 Q1=0.1Kv1 P1 2p p/p0 pp m G(273+t)Q1=0.1Kvp p/p0气体Q1=4.73KvQ2=2.9p1Kv G(273+t)注： Q 1 流体流量， m 3 /h ；Q 2 流量系数；p m =p1 + p2 ， kPa ； p 1 阀前绝对压力，前后压差， kPa ； t 试验介质温度，取 相对密度(

27、规定温度围的水p/p 0 = 1 )11.4调节阀的额定容量计算阀的额定容量计算( GB T4213 92 表 11 5介质 液体 P<标准状态下的气体流量，m 3 /h ; Kv 额定kPa ; p 2 阀后绝对压力，kPa ; p 阀220 C； G 气体相对密度，空气=1 ; p/p 0。) 条件 P<1 P1 2Q1=0.1Kvpp m G(273+t) P >1 P1 2p p/p0Qg=2.9p1Kv G(273+t)气体 表中： Q 1 流体流量， m /h ；3Qg=4.73KvQ g 标准状态下的气体流量，Nm /h ; Kv 额定流量系数；pm =3p1

28、+ p2 ， kPa 2p 1 阀前绝对压力， kPa ； p 2 阀后绝对压力， kPa； p 阀前后压差， kPa ； 12t试验介质温度，取 20 C； G 气体重度，空气=1 ; p/p 0 相对密度（规定温 度围的水p/p 0= 1 ）。12.关于闪蒸、空化及气蚀 在调节阀流动的液体，常常出现闪蒸和空化两种现象。 它们的发生不但影响 口径的选择和计算， 而且将导致严重的噪声、 振 动、材质的破坏等， 直接影响调节 阀的使用寿命。 因此在阀门的计算和选择过程中是不可忽 视的问题。 12.1 Flashing ） 闪蒸 （ Flashing ） 当液体流经调节阀节流孔时，流速突 然增加，

29、 而静压力骤然下降， 当节流孔后 压力降到等于或小于该液体在入口温度下的饱和蒸 汽压（Pv ）时，部分液体就汽化成为气体，（即产生许多小气泡，）形成汽液两相混合流共存的现象，这种现象称为 闪蒸。 12.2 Cavitation ） 空化 （ Cavitation ） 如上所 述，产生闪蒸时，对阀芯、阀座材质已开始有侵蚀破坏作用。如果产生闪蒸之后，阀后压力（P 2 ）不是保持在饱和蒸汽压 Pv 以下，而是在离开节流孔之后 又急剧上升，致使气泡 产生破裂并转化为液态， 这个过程即为空化作用。 可见， 空 化作用是一种两个阶段现象， 第 一阶段是液体部形成气泡，即闪蒸现象；第二阶 段是这些气泡的破裂，即空化阶段。 12.3 Cavitation ） 气蚀 （ Cavitation ） 闪蒸和空化只产生在液体介质。 空化作用的第一阶段 是闪蒸，阀门的出口压力 保持在液体的饱和蒸气压之下，但对阀门件已经产生了侵蚀作用， 由于在阀芯和 阀座环的接触线附近流