給水調節閥的選型設計
通過(guò)設計“神木化工”自備電廠(chǎng)機組，給水調節閥的設計，加深了對調節閥的認識，體會(huì )到了調節閥的重要性，在現代流程工業(yè)的自動(dòng)控制系統中，調節閥起著(zhù)十分重要的作用，工廠(chǎng)的生產(chǎn)取決于流動(dòng)著(zhù)的液體和氣體的正確分配和控制。這些控制無(wú)論是能量的交換、壓力的降低或者是簡(jiǎn)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(dòng)控制的“手腳”。在調節器(DCS)的低能量級和執行流動(dòng)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(jìn)行流量、液位、壓力、溫度控制�？刂菩Ч暮脡�，調節閥工作壽命的長(cháng)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(shí)現優(yōu)化控制、提高生產(chǎn)效率;還可延長(cháng)閥門(mén)的使用周期，降低維護費用及生產(chǎn)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(huì )IEC對調節閥做了定義：“工業(yè)過(guò)程控制系統中由動(dòng)力操作的裝置形成的終端元件，它包括一個(gè)閥體部件，內部有一個(gè)改變過(guò)程流體流率的組件，閥體部件又與一個(gè)或多個(gè)執行機構相連接。執行機構用來(lái)響應控制元件送來(lái)的信號。”可見(jiàn)，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(gè)方面：
1.2.1.1、流量特性
流量特性是反映調節閥的開(kāi)度于流量的變化關(guān)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(xiàn)性流量特性。流量特性反映了調節閥的調節品質(zhì)。
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(kāi)度工作性能
有些閥受到結構的限制，小開(kāi)度工作性能差，產(chǎn)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(kāi)度應有微調功能，既可滿(mǎn)足很小流量的調節，且工作又要求十分平衡，這類(lèi)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(guò)流量的能力，同口徑Kv值越大越好。
1.2.1.5、調節速度
滿(mǎn)足系統對閥動(dòng)作的速度要求。
1.2.2、克服壓差功能
它通常用閥關(guān)閉時(shí)的壓差來(lái)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(huì )被壓差頂開(kāi)，造成閥關(guān)不到位，泄露量超標。因此，保證閥切斷就必須克服閥關(guān)閉時(shí)的工作壓差。
1.2.3、耐溫功能
滿(mǎn)足不同溫度條件下閥的強度和性能，溫度的較大變化會(huì )使閥體材質(zhì)的強度降低，因此閥必須滿(mǎn)足介質(zhì)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(zhì)不能通過(guò)密封處和閥體缺陷處向外滲漏。出廠(chǎng)時(shí)通常用1.5倍公稱(chēng)壓力作試驗來(lái)檢驗。對高壓介質(zhì)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(zhì)量。
1.2.6、耐蝕功能
抵抗介質(zhì)的腐蝕和沖蝕，以提高閥的使用壽命。閥的腐蝕是由介質(zhì)的化學(xué)性能引起的材質(zhì)腐蝕問(wèn)題，通常選用耐腐蝕的材料來(lái)解決，沖蝕是有高速流動(dòng)的介質(zhì)、含顆粒的介質(zhì)和產(chǎn)生閃蒸被空化的介質(zhì)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(zhì)使用的調節閥需重點(diǎn)考慮此問(wèn)題。
2、調節閥選型設計要點(diǎn)
首先，根據工藝流程的調節需要，選擇調節閥類(lèi)型。其次，根據工藝參數計算閥門(mén)的Kv值，然后，根據計算出的Kv值和閥門(mén)系列具有的額定Kv值比較，從而決定閥門(mén)的額定Kv值與口徑，然后還應進(jìn)行相關(guān)驗算，進(jìn)一步驗證所選閥門(mén)是否能滿(mǎn)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(lèi)型選擇
閥的類(lèi)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(lèi)型有：氣動(dòng)調節閥、電動(dòng)調節閥和液動(dòng)調節閥。在“神木化工項目”中選擇的是電動(dòng)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(yè)中，每個(gè)工位的調節閥流量、介質(zhì)、壓差、溫度等參數千差萬(wàn)別，而調節閥的流量系數又是在100KPa壓差下，介質(zhì)為常溫水時(shí)測試的，怎樣結合實(shí)際工作情況決定閥的口徑呢?顯然，不能以實(shí)際流量與閥流量系數比較(因為壓差、介質(zhì)等條件不同)，而必須進(jìn)行Kv值計算。把各種實(shí)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(mén)上的具有的額定Kv值比較，從而決定閥門(mén)的額定Kv值與口徑，最后還應進(jìn)行有關(guān)驗算，進(jìn)一步驗證所選閥是否能滿(mǎn)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(jīng)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(jìn)行計算：
�、貹v值計算。由專(zhuān)門(mén)的計算軟件進(jìn)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(guān)參數輸入公式，就可計算出最大工作流量時(shí)的Kvmax。
�、诔醪�?jīng)Q定調節閥口徑，根據已計算的Kvmax，在所選用的產(chǎn)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。
�、坶_(kāi)度驗算。
�、軐�(shí)際可調比驗算，一般要求實(shí)際可調比應大于10。
�、輭翰钚ｒ�(僅從開(kāi)度、可調比上驗算還不行，這樣可能造成閥關(guān)不死，啟不動(dòng)，故增加此項)。
�、奚鲜鲵炈愫细�，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(gè)因素：介質(zhì)的腐蝕成分、溫度、壓力。介質(zhì)的腐蝕性是選擇閥體材料的關(guān)鍵，在《石油化工自動(dòng)控制設計手冊》和《石油化工自動(dòng)儀表選型設計規范》中對于各種介質(zhì)工況下，適合用什么樣的材料已列出了表格，在設計時(shí)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(guān)鍵因素;設計溫度在-10~400℃的范圍內，介質(zhì)無(wú)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(zhì)。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(zhì)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(zhì)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(guān)，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(cháng)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(yǔ)
通過(guò)“神木化工項目”對調節閥的全程選型設計，從實(shí)踐中體會(huì )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(lèi)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(kāi)關(guān)、電磁閥、保位閥、繼動(dòng)器、空氣過(guò)濾減壓器等。
