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調節閥流量特性、流向、安裝有關知識集錦-上海川滬閥門

在生產過程自動化中，用來控制流體流量的調節閥已遍及各個行業。在化工行業的過程控制系統中，作為終控制過程介質各項質量及安全生產指標的調節閥，在穩定生產、優化控制、維護及檢修成本控制等方面都起著舉足輕重的作用。本文重點講解下調節閥的流量特性選擇以及流向選擇方面的知識，幫助大家遠離選擇陷阱。

調節閥是通過改變節流方式來控制流量的，它既是一種有效的調節手段，同時又是一個會產生節流能耗的部件。隨著裝置高負荷運行，調節閥的腐蝕、沖刷、磨損、振動、內漏等問題不斷發生，從而導致調節閥的使用壽命縮短、工作可靠性下降、進而引起工藝系統和裝置的生產效率大幅度下降，嚴重時可以導致全線停車。這在視質量和效益為生命的企業管理中尤為重要和緊迫。因此，如何選擇和安裝好調節閥，使調節閥在一個高性能狀態下運行將是一個很關鍵的問題，上海川滬閥門專業生產電動調節閥、氣動調節閥、電動單座調節閥、氣動單座調節閥、電動套筒調節閥、氣動套筒調節閥等調節閥產品，廣泛適用于化工、環保、水處理、電力、煤礦等行業。
選擇調節閥時，首先要收集完整的工藝流體的物理特性參數與調節閥的工作條件，主要有流體的成份、溫度、密度、粘度、正常流量、大流量、小流量、大流量與小流量下的進出口壓力、大切斷壓差等。在對調節閥具體選型確定前，還必須充分掌握和確定調節閥本身的結構、形式、材料等方面的特點，而技術方面需要重點考慮流量特性、壓降、閃蒸、氣蝕、噪聲等問題。

調節閥選擇陷阱一：流量特性選擇

調節閥的流量特性是指介質流過閥的相對流量與相對位移間的關系。選擇的總體原則是調節閥的流量特性應與調節對象特性及調節器特性相反，這樣可使調節系統的綜合特性接近于線性。選擇通常在工藝系統要求下進行，但是還要考慮很多實際情況，現分別加以說明。

1 直線性流量調節閥直線性流量特性是指調節閥的相對流量與相對位移成直線關系，即單位位移變化所引起的流量變化是常數。選用直線性流量特性閥的場合一般為：①差壓變化小，幾乎恒定；②工藝系統主要參數的變化呈線性；③系統壓力損失大部分分配在調節閥上（改變開度，閥上差壓變化相對較小）；④外部干擾小，給定值變化小，可調范圍要求小的場合。

2 等百分比特性調節閥
等百分比流量特性也稱對數流量特性。它是指單位相對位移變化所引起的相對流量變化與此點的相對流量成正比關系。即調節閥的放大系數是變化的，它隨相對流量的增大而增大。優先選用等百分比特性閥的場合為：①實際可調范圍大；②開度變化，閥上差壓變化相對較大；③管道系統壓力損失大；④工藝系統負荷大幅度波動；⑤調節閥經常在小開度下運行。
除了以上兩種常用的流量特性之外，還有拋物線特性和快開特性等其他流量特性的調節閥。在密封結構上，若流量特性精度要求高，則可選用高精度流量特性的金屬密封型，而軟密封型精度較低。

3 調節閥壓降的系統考慮調節閥作為過程控制系統中的終端部件，是常用的一種執行器。按過程控制系統的要求，調節閥應具有在低能量消耗的狀態下工作，且能充分與系統匹配的工作特性。但是在調節閥的使用中這兩個要求是不能同時滿足的，甚至是互相矛盾的。在要得到同樣的流量的情況下，選擇一只較小口徑的調節閥，雖然其他阻力不變而總的阻力必然比較大，形成大的系統總壓降。假若物流的推動力是由泵產生，就意味著必須選功率大一些的泵和電機，這樣必然帶來大的能耗。
當管道系統中介質的流速增加時，流體通過管道上的各種安裝部件時產生的流體壓降也會發生一系列的動態變化，作為管道流體控制主要部件的調節閥所引起的流體壓降是一個很重要而又容易被忽略的因素，我們在分析與調節閥有關的系統問題時，不僅要考慮到調節閥本身的問題，而且也要考慮到調節閥的壓降對系統動態平衡的影響。

4 調節閥的閃蒸和氣蝕
在調節閥內流動的液體常常出現閃蒸和氣蝕兩種現象。它們的發生不但影響口徑的選擇和計算，而且將導致嚴重的噪聲、振動、材質的破壞等。在這種情況下，調節閥的工作壽命會大大縮短，對此在選型使用中要尤其重視。
正常情況下，作為液體狀態的介質，流入、流經、流出調節閥時均保持液態。閃蒸作為液體狀態的介質，流入調節閥時是液態，在流經調節閥中的縮流處時，流體的壓力低于氣化壓力，液態介質變成氣態介質，并且它的壓力不會再回復到氣化壓力之上，流出調節閥時介質一直保持氣態。
閃蒸就象一種噴沙現象，它作用在閥體和管線的下游部分，給調節閥和管道的內表面造成嚴重的沖蝕，同時也降低了調節閥的流通能力。氣蝕作為液體狀態的介質，流入調節閥時是液態，在流經調節閥中的縮流處時流體的壓力低于氣化壓力，液態介質變成氣態介質，隨后它的壓力又回復到氣化壓力之上，后在流出調節閥前介質又變成液態。可以根據一些現象來初步判斷氣蝕的存在，當氣蝕開始時它會發出一種嘶嘶聲，當氣蝕發展到完全穩定時，調節閥中會發出嘎嘎的聲音，就像有碎石在流過調節閥時發出的聲響。氣蝕對調節閥及內件的損害也是很大的，同時它也降低了調節閥的流通效能，就像閃蒸一樣。
因此，我們必須采取有效的措施來防止或者大限度地減小閃蒸或氣蝕的發生：
（1）盡量將調節閥安裝在系統的低位置處，這樣可以相對提高調節閥入口和出口的壓力；
（2）在調節閥的上游或下游安裝一個截止閥或者節流孔板，以改變調節閥原有的安裝壓降特性（這種方法一般對于小流量情況比較有效）；
（3）選用專門的反氣蝕內件也可以有效地防止閃蒸或氣蝕，它可以改變流體在調節閥內的流速變化，從而增加了內部壓力；
（4）盡量選用材質較硬的調節閥。因為在發生氣蝕時，對于這樣的調節閥，它有一定的抗沖蝕性和耐磨性，可以在一定的條件下讓氣蝕存在，并且不會損壞調節閥的內件。相反，對于軟性材質的調節閥，由于它的抗沖蝕性和耐磨性較差，當發生氣蝕時，調節閥的內部構件很快就會被磨損，因而無法在有氣蝕的情況下正常工作。
總之，目前還沒有什么工程材料能夠適應嚴重條件下的氣蝕情況，只能針對客觀情況來綜合分析，選擇一種相對比較合理的解決辦法。

5 調節閥的噪聲分析
氣蝕和噪聲是調節閥在控制高壓差流體中的兩大公害。調節閥上的噪聲更是石油化工生產中的主要污染源。在使用中除需選用低噪聲結構的調節閥外，改變閥的操作條件更是消除或降低氣蝕和噪聲的根本方法。調節閥在工作時，應注意它的噪聲情況，分析好噪聲的產生機理可以更好地監視調節閥的工作狀態和有效處理所發生的問題，下面通過舉例說明。
（1）機械類振動——如當閥芯在套筒內水平運動時，可以使閥芯與套筒的間隙盡量小或者使用硬質表面的套筒。
（2）固有頻率振動——如閥芯或者其它的組件，它們都有一個固有振動頻率，對此，可以通過專門的鑄造或鍛造處理來改變閥芯的特性，如有必要也可以更換其他類型的閥芯。
（3）閥芯不穩定性——如由于閥芯振蕩性位移引起流體的壓力波動所產生的噪聲，這種情況一般是由于調節回路執行器等的阻尼因素引起的，對此可以重新調節阻尼系數或者在閥芯位移方向上加上減振設施。
（4）介質的力學流動性——介質在管道或者調節閥中流動時，也會發出噪聲，對于這種情況，這里不作具體闡述（氣蝕也會產生噪聲）。

調節閥選擇陷阱二：流向選擇

調節閥的流向，就是調節閥閥體上所標識的箭頭方向，通常安裝調節閥時，要使閥體上的箭頭方向與被調介質的流動方向一致。
但由于生產現場的差異，對調節閥的使用要求也是各不相同，實踐證明調節閥的流向會影響閥的工作特性，并直接影響到控制系統的正常運行與否。
調節閥按其介質的流動方向不同分為“流開型”與“流閉型”兩種。流向不同時調節閥閥芯的受力也是不同的，如閥前壓力作用在閥芯上，有把閥芯頂開的趨勢，成為“流開型”；反之，有把閥芯壓向閥座，使閥產生關閉的趨勢，成為“流閉型”。從介質對閥芯的繞流方向開看，“流開型”介質是從閥芯的小頭往大端流動，“流閉型”介質是從閥芯大端往小頭流動，調節閥流向對使用性能的影響。

小口徑高壓閥，如果把流開型改為流閉型后，其使用壽命可大大延長，這是因為流開型介質向著開方向流，汽蝕、沖蝕主要作用在密封面上，而使閥芯根部和閥芯閥座的密封面很快遭受破壞；而流閉型介質向著閉方向流，汽蝕、沖蝕作用在節流之后、閥座密封面以下，保護了密封面和閥芯根部，從而延長了調節閥的使用壽命。
有時由于產量增加，或計算、選擇失誤使調節閥的流量系數偏小時，閥全開還滿足不了生產時，可用改變流量的方法，即改流開型為流閉型來使用，這樣可使調節閥多通過10%~15%的流量。
流開型和流閉型兩種流向各有利弊，所以正確選擇調節閥的流向是很有必要的。選擇時應根據工況實際進行選擇。如很多設備要求調節閥能徹底關斷工作介質，這時閥的關閉性就成主要的要求，則應選擇“流閉型”的。若所選閥門是單座閥時，則流向正好與閥體所標箭頭相反。角型高壓閥，汽蝕嚴重、壽命短，也應選擇“流閉型”的，并且可提高閥門使用壽命。對閥桿密封要求嚴的場合，為防止泄露，應選擇“流開型”的。對于懸浮液、高黏度、含固體顆粒的介質，為防止泄露、堵塞，應選用“流閉型”的。
同一種閥型其流向不一定都是相同的，如小口徑的高壓閥，其工作壓差較高，汽蝕嚴重，壽命短，則應選擇“流閉型”的，但對于口徑較大的高壓閥，其工作壓力大但壓差并不太大時，還是應選擇“流開型”的較妥，因為“流開型”穩定性好，可以不使用防止閥振蕩的措施。
由于“流閉型”的流通能力比“流開型”大10%~15%，當“流開型”方向安裝的調節閥全開流量還達不到工藝要求時，可改成“流閉型”暫時解決困難。
由于“流閉型”穩定性差，選用“流閉型”后，穩定性成為主要問題，由于閥門工作再小開度時易振蕩，所以應盡量使閥門的小開度在30%~40%。要選用彈簧剛度大的執行機構，必要時應與閥門定位器配套使用 。閥門流向的改變，都會使流通能力和流量特性發生變化，這必然會對控制系統產生影響，因此在改變閥門流向時，對上述問題也應作適當的考慮。

調節閥選擇陷阱三：正裝、反裝

閥門的正裝和反裝，是針對直通雙座調節閥和直通單座調節閥的閥芯安裝位置而言的，直通雙座調節閥，由于其有兩個閥芯和閥座，采用雙導向結構，因此可以很方便的把正裝的閥芯改成反裝，只需把閥芯倒裝，閥桿與閥芯的下端鏈接，上、下閥座互換位置之后就可改變安裝方式了。對于口徑大于25mm的直通單座調節閥，其閥芯也是雙導向結構，只要改變閥桿于閥芯的連接位置就可以實現正裝或反裝。
直通雙座調節閥正裝時，閥芯向下移，閥芯與閥座間的流通面積減少；反裝時，閥芯向下位移，閥芯與閥座間的流通面積增大。正裝和反裝時，閥芯位移L與流通面積F的關系可以表示為：

從以上可以得知，改變調節閥的流向與調節閥的正裝、反裝不是一回事，其作用和用途也是不相同的。
調節閥流向是對介質的流動方向而言的，也就是說，當介質的流動方向向著閥的打開方向流動，即與閥開方向相同時，為“流開型”；如向著閥的關閉方向流動，即與閥關閉方向相同時，為“流閉型”。改變調節閥的方向，會影響調節閥的性能。所以改變調節閥的流向是為了滿足生產中的一些使用要求。
而調節閥的正裝、反裝是改變閥芯的安裝位置，來改變調節閥的流通能力，即正裝時閥的流通面積減少，而反裝時閥的流通面積增大。所以調節閥就有正裝和反裝兩種產品。在其與氣動執行機構配合使用時，就涉及組合問題。即氣動執行機構正、反作用和調節閥正裝、反裝的組合，決定了氣動執行器是氣關還是氣開式的。

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