給水調節閥的選型設計

沈杰

【摘 要】主要介紹了給水調節閥在火力發電中的作用及重要性，調節閥的結構、功能，調節閥的類型選擇，Kv值的計算，Kv值的選擇，閥內件的材料和結構的選擇，執行器的推力、轉矩計算。

【關鍵詞】給水調節閥；閥內件；Kv值

0 概述

通過設計“神木化工”自備電廠機組，給水調節閥的設計，加深了對調節閥的認識，體會到了調節閥的重要性，在現代流程工業的自動控制系統中，調節閥起著十分重要的作用，工廠的生產取決于流動著的液體和氣體的正確分配和控制。這些控制無論是能量的交換、壓力的降低或者是簡單的容器加料，都需要靠某些最終控制元件去完成。最終控制元件可以認為是自動控制的“手腳”。在調節器（DCS）的低能量級和執行流動控制所需的高能級功能之間，最終控制元件完成了必要的功率放大作用。

調節閥是最終控制元件的最廣泛使用的型式。在“神木化工給水調節閥項目”中也不例外，所有的調節控制回路中都是使用調節閥進行流量、液位、壓力、溫度控制。控制效果的好壞，調節閥工作壽命的長短，主要取決于調節閥的選型是否合理。合理的選型不但可實現優化控制、提高生產效率；還可延長閥門的使用周期，降低維護費用及生產成本。

1 調節閥的結構及功能

要正確使用調節閥，尤其是選擇調節閥，必須首先弄清楚調節閥的結構及使用功能，做到有的方矢，方能選好所需的調節閥。

1.1 調節閥的結構

什么是調節閥？國際電工委員會IEC對調節閥做了定義：“工業過程控制系統中由動力操作的裝置形成的終端元件，它包括一個閥體部件，內部有一個改變過程流體流率的組件，閥體部件又與一個或多個執行機構相連接。執行機構用來響應控制元件送來的信號。”可見，調節閥是由執行機構和閥體部件兩部分組成，即：調節閥=執行機構+閥體部件。

1.2 調節閥的功能

調節閥的主要功能有：調節功能、克服壓差功能、耐溫功能、耐壓功能、切斷功能、耐蝕功能等。

1.2.1 調節功能

顧名思義，調節閥的首要功能就是調節，其主要表現在5個方面：

1.2.1.1 流量特性

流量特性是反映調節閥的開度于流量的變化關系，以適應系統的特性要求，如對流量調節系統反應速度快需對數特性；對溫度調節系統反應速度慢，需線性流量特性。流量特性反映了調節閥的調節品質。

1.2.1.2 可調范圍R

可調范圍反映調節閥可控制的流量范圍，用R=Qmax：Qmin之比表示，R越大，調節流量的范圍越寬，性能指標就越好，通常閥的R=30。

1.2.1.3 小開度工作性能

有些閥受到結構的限制，小開度工作性能差，產生啟跳、振蕩，R變得很小（即Qmin很大），如雙座閥、襯膠蝶閥。好的閥小開度應有微調功能，既可滿足很小流量的調節，且工作又要求十分平衡，這類閥如V型球閥、偏心旋轉閥、全功能超輕型調節閥。

1.2.1.4 流量系數Kv

流量系數表示通過流量的能力，同口徑Kv值越大越好。

1.2.1.5 調節速度

滿足系統對閥動作的速度要求。

1.2.2 克服壓差功能

它通常用閥關閉時的壓差來表示，允許壓差越大，此功能也就越好。如果考慮不周到，閥芯就會被壓差頂開，造成閥關不到位，泄露量超標。因此，保證閥切斷就必須克服閥關閉時的工作壓差。

1.2.3 耐溫功能

滿足不同溫度條件下閥的強度和性能，溫度的較大變化會使閥體材質的強度降低，因此閥必須滿足介質的溫度變化范圍的要求，使閥在工作溫度下有較好的強度和安全保證。

1.2.4 耐壓功能

它反映閥的強度和安全指標，即介質不能通過密封處和閥體缺陷處向外滲漏。出廠時通常用1.5倍公稱壓力作試驗來檢驗。對高壓介質最好是采用鍛件結構，鑄鋼閥的耐壓強度是最低的，通常選用的鑄鋼閥。

1.2.5 切斷功能

切斷由閥的泄漏量小于0.001%，它反映閥的內在質量。

1.2.6 耐蝕功能

抵抗介質的腐蝕和沖蝕，以提高閥的使用壽命。閥的腐蝕是由介質的化學性能引起的材質腐蝕問題，通常選用耐腐蝕的材料來解決，沖蝕是有高速流動的介質、含顆粒的介質和產生閃蒸被空化的介質所致。解決的途徑是選用耐磨的材料，結構上采用反汽蝕、反沖蝕的措施，對高壓閥、大壓差工作的調節閥、含顆粒介質使用的調節閥需重點考慮此問題。

2 調節閥選型設計要點

首先，根據工藝流程的調節需要，選擇調節閥類型。其次，根據工藝參數計算閥門的Kv值，然后，根據計算出的Kv值和閥門系列具有的額定Kv值比較，從而決定閥門的額定Kv值與口徑，然后還應進行相關驗算，進一步驗證所選閥門是否能滿足工作要求。再次，是根據工藝條件選擇閥體、閥蓋、閥內件及填充材料。其四，是根據工藝參數選擇機構及附件。

2.1 調節閥類型選擇

閥的類型有：GLOBE調節閥、蝶形調節閥、旋轉偏心調節閥、球形調節閥等，按執行機構的類型有：氣動調節閥、電動調節閥和液動調節閥。在“神木化工項目”中選擇的是電動調節閥。

2.2 調節閥的Kv值計算

2.2.1 口徑計算原理

在流程工業中，每個工位的調節閥流量、介質、壓差、溫度等參數千差萬別，而調節閥的流量系數又是在100KPa壓差下，介質為常溫水時測試的，怎樣結合實際工作情況決定閥的口徑呢？顯然，不能以實際流量與閥流量系數比較（因為壓差、介質等條件不同），而必須進行Kv值計算。把各種實際參數代入相應的Kv值計算公式中，算出Kv值，即把在不同的工作條件下所需的流量轉化為該條件下所需要的Kv值，于是根據計算出的Kv值與閥門上的具有的額定Kv值比較，從而決定閥門的額定Kv值與口徑，最后還應進行有關驗算，進一步驗證所選閥是否能滿足工作要求。

2.2.1.1 口徑計算及驗算步驟

工藝提供的工藝數據表已經確認了計算口徑所需的最大工作流量、正常工作流量和最小工作流量，入口壓力、壓差、入口溫度等參數，按以下步驟進行計算：

①Kv值計算。由專門的計算軟件進行計算，把工藝數據表確認的流量、入口壓力，壓差、入口溫度及其他有關參數輸入公式，就可計算出最大工作流量時的Kvmax。

②初步決定調節閥口徑，根據已計算的Kvmax，在所選用的產品型式系列中，選取大于Kvmax并與其接近的一檔Kv值，得出口徑。

③開度驗算。

④實際可調比驗算，一般要求實際可調比應大于10。

⑤壓差校驗（僅從開度、可調比上驗算還不行，這樣可能造成閥關不死，啟不動，故增加此項）。

⑥上述驗算合格，所選閥口徑合格。若不合格，需重新確定口徑（及Kv值），或另選其他閥，再驗算至合格。

2.3 閥體、閥蓋、閥內件及填料的選擇

2.3.1 閥體材料選擇

閥體材料選擇要考慮3個因素：介質的腐蝕成分、溫度、壓力。介質的腐蝕性是選擇閥體材料的關鍵，在《石油化工自動控制設計手冊》和《石油化工自動儀表選型設計規范》中對于各種介質工況下，適合用什么樣的材料已列出了表格，在設計時可對照查閱，如果有管道等級和管道材料等級表，也可從管道材料等級表中查找。溫度是影響材料性能的有一關鍵因素；設計溫度在-10～400℃的范圍內，介質無腐蝕性工況下選用碳鋼就可以，設計溫度在-200～530℃的范圍內，材料選用304（0Cr18Ni9）或316（0Cr17Ni12Mo2）不銹鋼，并且能耐腐蝕性介質。壓力的高低主要影響法蘭的材料選擇主要是綜合考慮介質的腐蝕性、溫度與壓力條件而定。

2.3.2 閥內件材料選擇

閥內件材料的選擇除了要考慮介質的腐蝕成分、溫度、壓力外，還要考慮在液體條件下的閃蒸和汽蝕。選材方式跟閥體材料選擇是一樣的，但最低要求是不銹鋼，在有閃蒸、汽蝕的條件下，要做特別考慮，表面需要堆焊耐閃蒸和汽蝕的材料（stellite6）或硬化處理。

2.3.3 上閥蓋選擇

上閥蓋的材料與閥體材料一致。主要是上閥蓋的形式選擇與設計溫度有關，設計溫度在-46～200℃選用標準型上閥蓋，設計溫度范圍在-196～-46℃選用長頸上閥蓋，設計溫度范圍在200～530℃選用散熱片型上閥蓋。

2.4 填料選擇

填料選擇主要考慮溫度條件，設計溫度范圍-25～200℃選用PTFE（聚四氟乙烯）V型填料，設計溫度在-25～400℃選用柔性石墨+inconel填料，設計溫度范圍在-196～530℃選用純石墨填料，設計溫度范圍在-196～200℃選用石墨+PTFE填料。如果有真空，填料要選用雙向填充形式或石墨。

3 結束語

通過“神木化工項目”對調節閥的全程選型設計，從實踐中體會到了調節閥在現代化工流程中的重要性。知道如何根據工藝條件及工藝數據選擇閥的類型和閥體、閥芯、填料，如何計算Kv值及口徑，計算執行機構的推力或轉矩，以及選配其他附件，例如定位器、手輪、限位開關、電磁閥、保位閥、繼動器、空氣過濾減壓器等。

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[責任編輯：王靜]