CV3000氣動薄膜式調節閥選型

吳劍波

(中昊晨光化工研究院有限公司工程設計所，四川 自貢 643201)

智能調節閥是自控系統中的執行器，智能調節閥在化工行業的廣泛應用，是提高生產過程自動化程度的重要環節。調節閥的應用效果直接表現在系統的調節品質上。作為過程控制的終端元件[1]，除調節閥自身品質、用戶的正確安裝、使用和維護外，正確地計算相關參數值和恰當的選型十分關鍵[2]。

調節閥按其所用能源可分為氣動、電動和液動[3]。調節閥包括執行機構和閥兩部分。氣動執行機構有薄膜式和活塞式兩種[4]。筆者主要介紹CV3000氣動薄膜式調節閥的選型與相關參數的選擇和計算。

1.1 固有流量特性

化工行業過程控制中，要求調節閥有大的調節范圍，開度和閥的壓差變化也要相對較大，因此大部分調節閥均采用等百分比流量特性[5]。

1.2 材料

閥體耐壓等級、使用溫度范圍、耐腐蝕性能和材料都不應低于工藝連接管道材料的要求，一般選用鑄鋼和鑄不銹鋼材料閥體。如果介質為水蒸氣、含水較多的濕氣體或易燃流體，則不宜采用鑄鋼閥體。到目前為止，最耐腐蝕的材料為聚四氟乙烯，且襯聚四氟乙烯閥的成本相對特殊合金材料閥的價格優勢明顯。因此，在耐腐蝕方面，應首選襯聚四氟乙烯的產品；但溫度大于180℃，PN大于1.6MPa時應選用特殊合金材料，且應包含接觸介質的部分。

1.3 型式、泄漏量、流向和填料材料

在化工生產過程控制中，工藝介質的控制要求一般為泄漏量小、流量控制也小且并閥的前后壓差也要小，因此大部分采用單座閥；但在一些特殊工況或公用工程的控制中要求閥前后的壓差大且泄漏量要求不嚴時，則采用套筒閥；泄漏量高且溫度不高的采用軟閥座，反之采用金屬閥座；其他也會有些特殊的閥門，如切斷式O型球閥等，此處不再贅述。

重點討論化工行業中主要采用的單座閥。單座閥的流向一般采用流開型。單座閥填料一般采用V型聚四氟乙烯，高溫環境中采用柔性石墨。

1.4 上閥蓋型式

結合工藝過程，介質溫度低于-20℃的采用長頸型閥蓋，介質溫度高于200℃的采用散熱型閥蓋，有毒有害且耐壓等級要求不高的采用波紋管密封型閥蓋，其他則采用普通型閥蓋。

CV3000調節閥分為常溫型、伸長型(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)和波紋管密封型，閥蓋型式的選擇與介質溫度、特性相關，根據具體選型確定。

1.5 口徑的確定原則

根據標準HG/T 20507-2014，選擇閥尺寸的原則有：一是閥全開時，應至少通過正常流量的1.25倍；二是閥的特性和經濟性。一般情況下，希望在正常流量時閥的開度范圍：線性閥位70%，等百分比閥位80%。然后計算出流量系數C計值(C計值是基于正常流量Q和正常流量時閥上的壓差Δp計算所得)，適當放大后圓整為C選，最后以C選與閥門的選型資料比較來確定閥的口徑。其中圓整放大系數m=C選/C計，線性閥的m值不小于1.63，等百分比閥的m值不小于1.97。

結合CV3000調節閥的選型材料，引入Cv值，Cv值是閥處于全開狀態，兩端壓差為0.07kgf/cm2的條件下，60℉(15.6℃)的清水每分鐘通過閥的美加侖數。現給出化工行業常用的3種相態介質的Cv值計算方法：

根據以上不同相態介質Cv值的計算式可以計算出Cv值，再根據Cv進行相應的對比選擇，選出更適合的額定Cv值。雖然Cv值的計算結果是唯一的，但調節閥的類別選擇卻不是唯一的，因此在選擇過程中需要有一定的現場經驗，并結合實際情況進行相應的抉擇。

1.6 執行機構和氣開關

執行機構的選擇重點要考慮閥全關的輸出推力滿足一定要求，控制閥關閉時應有足夠的閥座密封壓力。結合CV3000調節閥選型，主要可以考慮閥座的允許壓差，即控制閥關閉時的密封壓力，但由于閥進出口壓力條件不準確，因此可以閥前最大壓力的一定安全倍數下(一般1.5倍)的允許壓差來選擇執行機構。

氣開和氣關主要是從工藝安全的角度進行考慮的，在CV3000調節閥選型中，執行機構的選擇已經考慮了氣開和氣關。執行機構的選擇還涉及彈簧范圍的選擇，確定工作彈簧范圍涉及計算輸出力去克服不平衡力。若有困難，應將條件(主要是閥關時的壓差)告訴制造廠，協助計算并調好彈簧和工作范圍后再出廠。

1.7 附件

調節閥的附件有很多，常用的有保位閥、減壓閥、電氣閥門定位器及手輪等。減壓閥主要用于穩定接入調節閥的氣源壓力，保證閥門的正常運行；電氣閥門定位器能使調節閥的執行機構進行相應準確的調節，且重要場合需要定位器自帶閥位反饋；保位閥的應用也主要是滿足工藝要求，保證閥門事故狀態處于原開度，維持工藝控制穩定；手輪的選擇主要用于大口徑、貴金屬閥門及需要限制開度等的場合，但工藝安全聯鎖和危險區域不應設置。且氣源接口規格也應進行核實，為氣源管的選擇提供有效幫助。

2 選型實例

在化工公用工程中，水蒸氣的運用頗為廣泛。現以水蒸氣介質為例進行調節閥的選型說明。一個罐體設備夾套加熱控制閥的條件：介質為飽和水蒸氣，操作溫度150℃，操作密度2.547kg/m3，動力粘度0.014mPa·s，泄漏等級10-3；信號中斷時閥位有FC(初始為關閉)，最大、正常狀態；最小流量為60、35、0kg/h，閥前全關/正常/全開壓力(表壓)為0.5/0.4/0.3MPa，閥后全關/正常/全開壓力(表壓)為0.4/0.3/0.2MPa，管道材料20#碳鋼，管道規格φ32mm×3mm(DN25mm)。

結合以上選型原則和CV3000的選型資料，進行相應的Cv值計算和其他項的選擇。

根據以上選型原則，需采用流量特性為等百分比、流向為流開型、閥體WCB(鑄鋼)，閥內件不銹鋼，閥上蓋型式常溫型，填料材料V型聚四氟乙烯的調節閥，由于泄漏量要求不高且溫度偏高則選擇金屬閥座(泄漏量可達10-4)，再根據閥工作壓力選擇閥的公稱壓力為PN16，然后通過Cv值確定調節閥閥型式、口徑，執行機構和氣開關的選擇。

Cv值的計算。因p1=0.5×100+98.067=598.067kPa，p2=0.4×100+98.067=498.067kPa，Δp=p1-p2=100kPa，p1/2=598.067/2=299.0335kPa，則Δp

由于選用的是等百分比，則m應不小于1.97，則圓整后的選型Cv=1.411×1.97≈2.78。其中W為最大流量，kg/h，有65kg/h≥35×1.25=43.75kg/h，則選擇最大流量65kg/h；R為可調比(一般可選擇50∶1)；98.067kPa為標準大氣壓的絕對壓力值。

與重慶川儀十一廠有限公司生產的氣動調節閥的選型樣本資料對比，確定額定Cv=4.0。再根據經濟性考慮，應選擇公稱通徑DN×閥座直徑dn=25×14。

3 其他參數的選擇

由于工藝要求信號中斷時閥位為關，則應選擇氣開閥，再結合廠家的標準配置，選擇為小口徑單座閥HLS，執行機構HA2R，供氣壓力140kPa，彈簧壓力20～100kPa，對應的允許壓差2MPa，已滿足閥前最大壓力的一定倍數(此倍數可按現場經驗進行確定，一般按大于1.5倍選擇)。附件根據實際要求進行相應的選擇，可選性價比高的電氣閥門定位器及減壓閥等。

綜上所述，最后確定的調節閥：小口徑單座閥HLS-16K，Cv值為4.0，公稱通徑×閥座直徑=25×14，執行機構為HA2R，供氣壓力140kPa，等百分比流量特性，泄漏量10-4，V型聚四氟乙烯，常溫型上閥蓋型式，金屬閥座，閥體/座/芯材料為WCB/不銹鋼/不銹鋼。附件根據工藝要求進行合理的選擇，且氣源接口也應進行核實確定。

調節閥的選型是一種很繁瑣的工作，它不僅在其自身的計算和選擇，更需要有多專業的協調和配合，還應考慮安裝的規范等。

4 結束語

調節閥的選型不僅要有扎實的專業理論知識，還要有豐富的現場實踐經驗，因為它涉及Cv值的計算、材料的選擇及工藝條件準確性的把握等，任何環節出錯都可能造成選型的失誤，最終導致調節閥的控制性能下降，從而影響生產工藝的正常運行。掌握了控制閥的選型原則，再加上相應的Cv值的計算，根據工廠生產的特點，合理選擇，不但可以節省投資，而且能夠保證生產工藝的安穩長優運行。

[1] 李自皋,何彬學.淺談控制閥的選型與使用[J].石油化工自動化,2008,44(3):64～68.

[2] 孫光模,鄭楊.調節閥的選型[J].山東冶金,2010,32(5):78～78.

[3] 王曉梅.淺談調節閥的選型[J].中小企業管理與科技,2008,(26):178～178.

[4] 金以慧,方崇智.過程控制[M].北京:清華大學出版社,2004:67.

[5] HG/T 20507 2014,自動化儀表選型設計規定[S].北京:全國化工工程建設標準編輯中心,2014.