控制閥選型過程中應注意的問題

潘 艷

（中石化南京工程有限公司，江蘇南京 211100）

控制閥選型過程中應注意的問題

潘 艷

（中石化南京工程有限公司，江蘇南京 211100）

控制閥作為過程控制的終端元件，是自動化系統的重要環節。對日常設計工作中經常使用到的控制閥的各項知識做了介紹，便于今后設計工作更加完善。

控制閥；選型；安裝

工業自動化系統中控制閥的應用是必不可少的，控制閥直接安裝在工藝管道上，使用條件惡劣，如高溫高壓、極度低溫、易燃易爆、強腐蝕等，它的好壞直接影響到系統的質量。因此，應重視控制閥的作用，選擇合適的控制閥。

1 口徑的計算

CV是英制單位的流量系數，是指溫度5～40℃的水，在1lb/in2（7kPa）壓降下，每分鐘流過控制閥的美加侖數。那么從工藝提供相關參數到最后的口徑確定，一般需要以下幾個步驟：

1）確定最大工作流量Qmax和最小工作流量Qmin，一般在工藝條件表中會給出這些參數。2）確定計算差壓。3）確定計算流量、計算壓差及其它有關參數，根據調節閥CV值計算軟件求出最大工作流量時的CVmax。4）初步決定控制閥口徑根據已經計算的CVmax，在所選用的產品形式系列中，選取大于CVmax并與其接近的一檔CV值，得出所需閥門的口徑。5）開度驗算。控制閥的工作開度范圍以30％～80％為宜。一般控制閥的選擇CV值應能使閥門滿足表1的開度要求：

表1 控制閥應滿足的開度

在許多情況下，選擇的控制閥會比裝有控制閥的工藝管線口徑要小一級或兩級，那么存在兩種情況：

1）選用與管徑一樣大小的控制閥用小口徑的閥內件。例如：DN50的閥門選用dg25的閥內件；2）選用計算后得出的小口徑的控制閥，用異徑頭變徑后與管道相連。

2 控制閥型式的選擇

計算好CV值后，從控制閥的使用功能上選擇閥要注意以下問題：

2.1 調節性能

（1）要求小開度調節性能好；（2）要求閥動作平穩；（3）滿足可調比；（4）選擇正確的流量特性；（5）阻力小、流量比大（閥的額定流量參數與公稱通徑之比）。

2.2 泄漏量和切斷壓差

閥泄漏量是指在規定的溫度、壓力條件下，試驗流體通過處于關閉狀態的控制閥流量。一般泄漏量等級可以分為以下級別：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ，一般在我們的設計中，控制閥泄漏等級選用Ⅳ級，切斷閥的泄漏等級不低于Ⅴ級。一般Ⅵ級就可以稱為零泄漏。就目前的生產技術來說，軟密封的控制閥可以做到Ⅵ級，硬密封Ⅵ級要看各個制造廠能否做到。

切斷壓差在這里必須強調一下，因為在以往我們的設計中，有時在規格書中漏了這一項，因為往往工藝專業提條件時也忽略了這一參數。當然這一參數很重要，因為有了此參數，才能讓所選的閥有足夠的輸出力來克服它。

2.3 防堵

閥門其實也是一段工藝管道，而且等于是含有節流件的管道，也容易存在堵塞的情況，通常角行程類的控制閥相比直行程類的控制閥的防堵性能好很多。

直行程閥門的閥芯是垂直節流的，但是介質是從水平方向流進流出的，閥座里面的流道一定會轉彎倒拐，使得閥門的流通道路變得十分繁瑣。如此一來，不可避免會出現很多的死區，為介質的沉淀提供了一定的空間，長時間下來就會導致堵塞。而角行程閥門的節流方向是水平的，介質也是水平流進流出，容易將不潔凈的介質一起帶走。

2.4 耐壓和耐溫

耐壓方面，高壓不是問題，關鍵是壓差大，壓差大會產生氣蝕現象。

怎樣減小和防止氣蝕？一般來說，有如下幾種方法：

1）材料上選擇。一般常用的方法是在不銹鋼基體上進行堆焊或噴焊司太萊合金，在流體氣蝕沖刷處形成硬化表面。當硬化表面出現損傷后，可以進行二次堆焊或噴焊，這樣既能增加設備的使用壽命，又減少了裝置的維修費用。

2）結構上選擇。采用將一次大的壓力突變分解為若干次的多級閥芯結構。這種結構的閥芯可以使高速流體在通過閥芯和閥座時，每一點的壓力都高于在該溫度下的飽和蒸汽壓或使液體本身相互沖撞。

3）類型上選擇。從分析可以看出，產生氣蝕是因為發生了空化，產生空化的臨界壓差即阻塞流形成的壓差△pT為：

△pT＝FL2（p1-pv）

式中：FL——壓力恢復系數。

在工藝條件允許的情況下，盡量選用△p＜△pT的閥門，即選用壓力恢復系數小的閥門。如果工藝條件必須使△p＞△pT，可以將兩個控制閥串聯起來使用，這樣每個控制閥的壓差△p都小于△pT，空化便不會產生。如果閥的壓差比較小，一般不會產生氣蝕，即使有氣蝕的產生也不會對閥門造成嚴重的損壞。

耐溫方面，選擇控制閥的材料要注意耐高溫性能，同時由于高溫，閥的密封型式只能選硬密封。

2.5 防腐

對于用于強腐蝕性介質的閥門，閥門的材料選擇尤為重要，但往往耐腐蝕的合金材料價格太貴，所以可以采用全四氟的閥，但是要注意四氟的閥門只能用于150℃以下，2.5MPa以下不耐磨的工況，其它工況下還是要考慮合金材料的閥門。

3 正作用-反作用、氣開-氣閉

正作用、反作用是對氣動薄膜執行機構而言，即為氣動薄膜執行機構的作用方式。上面進氣，推桿向下運動的，稱正作用執行機構；下面進氣，推桿向上運動的，稱反作用執行機構（見圖1～4）。

圖1 正作用薄膜執行機構的信號壓力

圖2 正作用薄膜執行機構 的動作原理圖

圖3 反作用薄膜執行機構的信號壓力

圖4 反作用薄膜執行機構 的動作原理圖

正、反作用執行機構與氣開、氣閉閥的匹配關系是：對于雙導向的閥芯，只需正作用執行機構就可實現作用方式的改變。當閥芯正裝時，為氣閉閥；當閥芯反裝時，為氣開閥（見圖5～8）。

圖5 雙導向氣開式

圖6 雙導向氣閉式

圖7 單導向氣開式

圖8 單導向氣閉式

4 上閥蓋、密封填料的選擇

4.1 上閥蓋

控制閥的上閥蓋位于執行機構與閥體之間，它的結構形式對于控制閥的選用也是重要的部分，選擇不當，將會導致流體沿著閥桿泄漏出來。它的結構形式有4種：普通型、散熱片型、長頸型和波紋管密封型。（1）普通型，適用溫度范圍：鑄鐵-20～+200℃；鑄鋼-40～+250℃。（2）散熱型，適用溫度范圍：碳鋼-40～+450℃；不銹鋼-60～+450℃。（3）長頸型，適用溫度范圍：碳鋼-60～+250℃。（4）對有毒、易揮發或貴重流體的場合，為避免泄漏，設計為波紋管密封型。

4.2 密封填料

在閥的使用中，密封填料的選擇也是很重要的。填料選擇不當，會造成密封差、壽命短、經常更換。密封填料有2種：一種是柔性石墨；一種就是四氟填料。柔性石墨具有耐高溫（+600℃）、耐低溫（-250℃）、耐腐、耐磨等特點。將它壓制成片狀，剖面為矩形，一般放置4～6片，從而形成一個密封套，故使用壽命長。四氟填料，只能在-20～200℃范圍內，其剖面為“V”形，不象石墨填料為一個整體密封套，容易磨損、拉傷、老化，故使用壽命短。

5 閥門的密封結構

閥門的密封結構分為軟密封和硬密封。

前面提到的密封填料是主要是起到防止閥門外漏的作用，而軟、硬密封主要則是起到防止內漏的作用。

5.1 軟密封

“軟密封”是指閥芯和閥座之間的密封材料一側是金屬材料，另一側是有彈性的非金屬材料，這種密封的密封性能較好。

5.2 硬密封

“硬密封”是指閥芯和閥座之間的密封材料均是金屬材料或較硬的其它材料。這種密封的密封性能較差，但耐高溫，抗磨損，機械性能好。

閥門選用哪種密封形式，根據工況來選擇。一般用于比較干凈、粘度小的液態和氣體。缺點是：不耐高溫，不耐磨。硬密封閥門一般泄漏等級可以做到Ⅴ級，一些廠家也可以做到Ⅵ級。硬密封閥門表面噴涂工藝的應用讓閥門在耐磨耐高溫耐腐蝕工況都有很好的應用，使用壽命長。缺點：制造成本高，閥芯閥座維護更換通常需要整體研磨，現場維護不方便。閥門扭矩也比較大。

6 安裝的注意事項

1）直管段要求。因控制閥CV值是在直管段上測定的，所以要求閥前、閥后應留有一定的直管段，盡量保證閥門進出口差壓的穩定，使調節性能達到理想的狀態。若管道口徑大于閥口徑，需安裝異徑頭。2）安裝位置要便于檢修。管道對地面、樓板的高度要考慮反裝的閥芯便于從閥體下面取出，否則必須要拆下閥門并臥倒才可以取出。管道標高2m以上，應設置檢修平臺；要有拆卸法蘭螺栓的空間。

總的來說，一臺控制閥用得好不好，不僅在于計算，只要工藝參數給的準確，公式計算就不會有問題。但是涉及到選型來說內容就很多了，作為一名設計人員，不能只提出參數給供貨商計算，自己也應對控制閥有一定的認識，對供貨商的計算書有一定的判斷能力，使得控制閥的選型工作能夠更加完善。

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Several Points of Attention in Selection of Control Valve

Pan Yan

Control valve as the process control terminal components，is an important part of automation systems.This article on the daily design work often used in the control valve of the knowledge to do one by one introduced to facilitate future design work more perfect.

control valve；type selection；installation

TH134

A

1003-6490（2016）08-0037-02

2016-08-05

潘艷（1981—），女，江蘇南京人，高級工程師、副主任師，主要研究方向為自動化設計。