换热器装置用控制阀的设计与使用说明

开发控制阀是阀门企业发展的需要。随着国150度。关键词三通阀；控制阀；换热器装置本文介绍控制阀(三通阀)的设计研制的过程，其主要特点如下：年平均气温15.6℃最冷月(1月)平均气温3.6℃最热月(7-8月)平均气温27.4℃最热月平均最高气温30.9℃最冷月平均最低气温0.4℃极端最低气温37.9℃(1978年7月)极端最高气温-10.1℃(1977年1月)1100.7毫米1547.7毫米738.1毫米日最大降水量144.8毫米1小时最大降水量55.9毫米(5年重现期)30分钟最大降水量41.6毫米(5年重现期)全年平均雷暴日数26.9天1.1.2标准规范表面特性(表面粗糙度、波纹度与加工纹理):ASMEB46.10第2章产品设计三通控制阀工况型式：三通控制阀使用装置：石油化工装置使用位置：换热器、重沸器使用介质：水、油、蒸汽公称尺寸(范围):DN100~DN400管道材质(典型):碳钢压力等级(范围):≤CL600设计温度(范围):100~400℃设计压力(范围):≤CL600技术要点执行机构：气动执行机构的计算方法业绩要求具有3年以上同类阀门的使用业绩参考因素结构形式：(合流式、分流式)制造标准：ASMEB16.34从上表可以看出，该研发任务为气动薄膜(或活塞)三通合流(分流)控制阀，用于载热体为热油或蒸汽的换热器、重沸器。2.2国内外生产现状及趋势分成二股流体流出阀门(三通分流控制阀),或将二股流体流经阀门后合成一股流体如图1和图2。载热体载热体B载热体CAB合流阀用于载热体出口控制(如图2所示),当热交换器出口温度过低时，参与速下降。该方案由于二股流体处于不同温度，一股为载热体(温度较高),另一股经热交换器后(温度较低),存在温度差，温度应力较大，不得超过150℃。G2载热体工艺介质工艺介质G2.2.3三通控制阀种类及结构三通分流阀有2种结构形式，一为利用老式双座阀结构(如图4)该阀特点是2b)三通合流控制阀制阀加一直通下阀盖组成(图6),二股流体分别从A、B流入阀体，混合后成一股流体从C流出。CCA一三通合流阀的另一种形式如图7所示。该图实质上是将图5中A、C对调而已。从2种不同形式的三通分流及合流控制阀流路设计来分析，图4优于图5,图6优于图7。图4形式的三通分流阀，流体从A流入后分别经上阀座或下阀座流向C通道或B通道。而图5形式的三通分流阀，流体从A流入后，经套筒窗口流进而后再由B经阀混合后由C成一股流出。而图7流体从A流入压圈窗口后再由套筒窗口流出，2.2.4发展趋势随着石油化工装置向大型化，高压化发展，对气动薄膜(活塞式)三通分(合)公称通径**额定Kv值行程(mm)三通分流三通合流公称压力PN系列：1.6、2.5、40、6.3流量特性直线使用温度泄漏等级3.1研制内容与技术关键3.1.1阀体壁厚设计计算三通控制阀需将压力等级由4.OMPa、6.3MPa提至10MPa或Class600Lb,口径由300mm扩大至400mm,故作此计算；计算公式：式中P—取公称压力(MPa)Dn—中腔内腔(mm)[o]一许用应力取100MPaC—附加裕量mmSB’C注：表中SB为计算值加上铸造因素及腐蚀余量参照GB26640-2011阀门阀体最小壁厚要求规范修正确定。3.1.2大口径阀额定流量系数测定装置目前大口径阀额定流量系数测定，特别DN≥300mm,可以说是较难解决的，因为既然是研制不可一蹴而就，必须选定一个测试设备。4.1研制方案及组织型式4.1.2组织型式公司组织一个试制攻关小组，由公司级领导1人，中层领导1人，以上两人负责主抓和协调，技术部1人，主攻产品设计，采购部门1人，负责所需器材采购，车间4.1.3计划进度安排起始年月进度安排2018.10~2018.12调研(含资料、现场)及现有产品使用中存在问题2019.1~2019.5方案认证、典型规格设计与制造流量测试设备方案认证并制造2019.10~2019.12额定流量测试、修改并送交现场试用2020.1~2020.12系列产品设计与制造、图纸文件完善、产品鉴定，进入批产5.1技术要点解决措施及方法因口径较大(400mm)压力较高，加工时用精密立车加工，严格按图纸要求，特别是阀体内2个安装阀座处(图4)导向及螺纹部分应保证同轴度要求，图6应装上连接管后与阀体在同一次装夹后，阀体上与连接管上2个安装阀座处的导向及螺纹部分一次加工，以保证同轴度要求。另外在阀座、阀芯密封面处进行堆焊司太立合金，提高材料硬度，研磨后达到ANSIIV泄漏等级要求。三通(分、合流)调节阀的Kv计算，依用户提供的工艺参数及制造厂提供产品Kv值为基础实质上无论是分流和合流都是指一路关闭后，另一路全开时的Kv值。如图4或图5,在C路流量为“零”时，测得的A-B通道的Kv值。同样，图6或图7当B流量为“零”时，测得A-C通道的Kv值。当A路流量为“零”时，测得B-C通道的Kv值。a)Kv值计算公式液体介质Kv值计算：这里首先引入一个名词术语，即阻塞流。它是阀两端压降大到某一极限值，流量不再增加，此时的流动状况称为阻塞流。阻塞流出现时，Kv值计算公式不一样。①阻塞流与否的判别方式：式中△p——阀出入口压差，即pi-p₂KPaFi——压力恢复系数，它是流体经过截流件时，流速最大，而压力最低，然后节流后流速逐渐减小，压力逐渐回升，此现象叫压力恢复，表征恢复能力的称为压力恢复系数。该值主要有阀门类型决定。Fe——液体临界压力比系表，计算公式为pv——阀入口温度饱和蒸汽压(绝压)KPa,参见化工工艺设计手册(上)化学工业出版设2005版图21-84至90)pc——热力学临界压力(绝压)KPa,参见“上海瑞控阀门有限公司”选型指南流体性质表②Kv值计算非阻塞流时Kv值计算公式为：或p1——阀前压力(绝压)KPa;p₂——阀后压力(绝压)KPa;pl——液体密度gf/cm³或T/m³ψ——粘度修正系数，Re≥2300时ψ=1。注：该系数为高粘度液体时，由于雷诺数下降(Re小于2300),流体属于低速层阻塞流时Kv值计算公式为：或b)蒸汽的Kv值计算蒸汽介质时，同气体介质一样，也有阻塞流与非阻塞流以及饱和蒸汽、过热蒸汽之分。①P₂≤0.5P₁(阻塞流)计算公式为式中：Gs——蒸汽重量流量kg/h;Ks——蒸汽修正系数(表3)△t——过热度，饱和水蒸汽为0。介质名称水蒸汽甲烷、乙烯蒸汽氮蒸汽丙烷、丙烯蒸汽氟里昂丁烷、异丁烷蒸汽Ks值②P₂>0.5P₁(非阻塞流)计算公式为：Kv值计算中应注意事项：按流体类型及工艺参数选择合适的Kv值计算公式并进行计算，计算时注意量纲，应与公式中要求一致。现在用软件计算时，量纲不同，计算公式可自动转换，但至少要保持一致性。如阀前压用了kgf/cm²,阀后压也得用kgf/cm²,不能用其它的了。注：5.1.3执行机构的计算公式正作用反作用正作用：反作用：Ds:薄膜有效面积(cm²)Ps:供气压力(kgf/cm²)Pi:弹簧预紧力(kgf/cm²)Pr:弹簧范围变化量(kgf/cm²)L:额定行程(mm)对于正作用执行机构，阀全闭所需的执行机构推力最大，此时推力为同理：对于反作用执行机构，阀全闭时也需要最大的执行机构推力，此时推力为上述式中对于弹簧范围为20~100KPa、20~60KPa、60~100KPa时，供气压力值为0.14MPa;对于40~200KPa时供气压力取值为0.25MPa,对于80~240KPa供气压力取值为0.4MPa。三通分流调节阀在A-B通道全开(图4)或A-B通道三通合流调节阀全闭(图6),即正作用执行机构或反作用执行机构。图5和图7在A-C通道全开时，图9下部分公式演变为F=Ds[Ps-(Pi+Pr)]及F=Ds·Pi。现将执行机构为950cm²,弹簧范围为80~240KPa,供气气源为0.4MPa,正作用执行机构及反作用执行机构输出力分别为15200N及7600N,如遇使用场合需要大推力执行机构，可放大Ds或用双膜头执行机6.1.1公司概况氧、液(气)氮/超低温阀、液(气)氢阀、LNG阀、抗硫阀、抗菌素阀、球阀、截6.1.2现有设备设备名称数量设备名称1普通车床台气保焊机台12数控机床台空压机台13数控高速钻铣床台1冷冻式干燥机台14立式加工中心台2干燥箱台15立车车铣中心台1可控硅埋弧焊机台l6卧式5轴加工中心台1低温液氮贮罐台17台6焊接操作机台18台2自动式焊接滚轮架台19万能铣床台1焊接变位机台l数控钻床台2仿形切割机台1万能外圆磨床台1铸铁平台台2端面铣床台1晶闸管整流弧焊机台1单柱立车台1逆变氩弧(手工)焊机台1双柱立车台1逆变C02气体保护焊机台1镗床台1移动式交流点焊机台1锯床台1逆变脉冲气保焊机台1插床台1恒温干燥箱台1箱式电阻炉高温台l空压机台1焊条烘箱台1喷漆流水线台1逆变电焊机台3吊钩式喷丸清理机台1主要检测设备设备名称单序设备名称数量1蝶式液压阀门测试台台1半自动冲击试验机台12焊接式液压阀门测试台台1冲击试验低温槽台13潜水式液压阀门测试台台2冲击试样缺口投影仪台14低温阀门深冷试验台台1氦质谱检漏仪15高压气体试验设备台1手持式光谱仪台16数字超声探伤仪台1直读光谱仪台17磁粉探伤机台1读片机台18微机屏液压万能试验机台1测厚仪台29洛氏硬度计台1看谱镜台1便携式里氏硬度计台1框式水平仪台1镀层测厚仪台1拉伸试验机台1超声波测厚仪台1电流信号发生器台1◆附件(根据要求配置)回差：1%(带电气阀门定位器)、3%(不带电气阀门定位器)线性：±1%(带电气阀门定位器)、±5%(不带电气阀门定位器)公称通径**额定Kv值行程(mm)行程(%)—→单位：Kg执行机构供