仪表控制阀【浅谈仪表控制阀的选型】

浅谈仪表控制阀的选型

摘 要：
仪表控制阀；

类型选择；

节能 0 引言 石油化工行业有关控制阀的选型始终是焦点，因为控制 阀是工艺流体控制系统中的可调节的终端执行设备。在炼油 厂，大量使用直行程控制阀；
在化工行业，特别是大型乙烯 工厂，大量使用着角行程控制阀，也就是我们常提到偏芯旋 转阀。不能笼统断定哪一种类型控制阀是最好的，其实制造 商一直都在生产不同类型的控制阀，以对应不同的工况。

（一）. 常用的几种控制阀门 直行程控制阀是各种控制阀类型中相当成熟的一种，在 上世纪70年代建设的炼油厂，几乎都是直行程控制阀。它能 提供最大范围的应用；
同时在阀门的紧固性、密封性和阀座 密封规则上有很大优势。直行程阀能够生产制造出用于高温 高压的工况，同时可配备多系列阀芯，用于高温高差压到强 腐蚀应用场合中，有效消除气蚀或噪音，例如美国FISHER品 牌的笼式阀门。直行程控制阀的CV值和固有流量特性可通过 更换不同的阀芯得到改变。大多数直通阀采用顶装式，这样就可以在线更换阀门内件，不用拆卸管道法兰。直行程控制 阀是最通用的类型，但是价格也较贵，特别是大口径的。业 内蝶阀已被公认能提供较大的流通能力，在石化厂的物流单 元和公用工程的水单元大量使用，而且阀座密封的机械制造 技术有了新的突破，譬如说三偏芯蝶阀；
蝶阀的密封材料更 是有很强的实用性，譬如使用金属硬阀座夹带石墨和弹簧组 合，在增加强度的同时可以最大限度增加自适应调节密封的 特点。球阀包括全通径球阀和部分球面球阀，其流通能力约 为同口径直行程阀的两倍。一般没有多种阀内件可选择，也 不可能通过更换球芯来改变固有流量特性，尽管球阀也具有 抗气蚀及消除噪音的可选内件。由于球阀具有直流通道，特 别适合于浆料的控制。近年来强势的偏心旋转阀结合直行程 阀与角行程控制阀的优点于一身，它尺寸紧凑，结构坚固。

较长的阀杆密封使用寿命和低廉的价格。多年前一个芬兰阀 门生产知名企业开始将偏心旋转阀在大部分场合替换了传 统的直行程控制阀。虽然偏心旋转阀通用性略差，但它具备 可替换可缩减流通能力的阀内件结构，还可安装抗气蚀与消 除噪音的阀内件。同时，偏心旋转阀与同口径直行程阀流通 能力相当。

（二）. 仪表控制阀类型选择 在过去的几十年，选择控制阀类型相当容易。因为过 去曾使用的各种类型控制阀，现在还在延用。如今，负责选 择仪表控制阀的人都在考虑如何能在减少花费的同时，还能提升产品质量和提高工厂运行效率。要达到这样的效果，在 用电脑软件选择控制阀前必须考虑一些主要因素。

一、成本的多少。

控制阀的购买成本只是全部成本的 的一部分，选择控制阀时必须考虑全部成本，包括：购买费 用，安装和维护成本，更换备件成本，工程施工成本等。

现在我们以相同尺寸的阀门来对比蝶阀，V型球阀，偏 心旋转阀，直行程控制阀的价格。角行程控制阀比直行程阀 价格低，价格偏差随口径增长变化。同时我们注意到对于相 同的尺寸，蝶阀和V型球阀的流通能力是同口径直行程控制 阀的两倍。

阀门材料成本占整个控制阀成本的大部分。阀门技术的 发展，依赖于材料科学，结构学的发展。近年，我国合成材 料，新合金钢及新技术的发展，新兴金属材料的利用，取得 了很大进展，这些都为阀门技术的发展增添了新的内容。如 钛金属的发展，由于钛对氧有极高亲和力，能生成一层牢固 的氧化物保护膜，以致在许多强腐蚀介质中呈钝态，显示优 异的耐腐蚀性能，可在酸、碱和有机物中广泛使用，在某些 混合有机酸中不锈钢伐只使用一二星期，而钛阀可以长期使 用。金属材料锆，也是一种耐腐蚀性能良好的金属。而另外 的金属材料铌和镍，是耐磨性很好的防腐蚀材料，大量应用 在阀球表面。合成材料更是层出不穷，如聚丙烯、聚碳酯、 尼龙等材料制造阀门，已在化工领域使用。新型陶瓷阀门也 正在逐步推广使用。新的结构，也在不断推出，如硬密封蝶阀的推出，在国内是近十多年的事情。高温高压阀门的开发、 应用等。新密封材料；
譬如氟橡胶的密封材料，可以应用在 最高260摄氏度的工况, 改变了以往只有乙丙橡胶和丁晴橡 胶密封，橡胶密封在高温下无法使用的局面；
又譬如柔性石 墨的应用。它是在石墨的晶格中浸入某种液体，随后强制汽 化，改变晶格排列方向，从而改变石墨脆性而成为柔软的物 质，他可以做垫片和盘根，由于石墨纯度高，几乎能耐所有 化学品种，如果在其中夹镍丝增加强度可用于高温高压电控 阀门作填料、垫片，特别是在炉区的高压蒸汽阀门上使用的 效果优势明显，譬如乙烯裂解炉上的减温降压水阀。而这些 林林总总新材料的应用也增加了购买费用。

二、工艺介质气蚀的影响。

在工厂初始设计时会考虑 工艺流体气蚀的影响。但是往往由于生产工况会调整改变， 造成阀门部件不能抗气蚀；
或者设计时仅仅考虑阀门的主要 大的部件能抗气蚀，而小的软密封部件不抗气蚀。液体介质 的控制始终要避免发生气蚀现象。气蚀常会带来高噪音，强 烈振动很快会导致阀门损坏，维修成本增加。

三、阀门固有流量特性 。

常说的控制阀的固有流量 特性，是在阀门前后压差保持恒定时的阀门开度与阀门流通 能力的关系。很容易理解线性与等百分比特性的定义。一般 直行程控制阀会面临直线流量特性和等百分比流量特性的 选择问题，实践证明90%的工艺控制系统中，固有等百分比 流量特性是很好的选择。球阀（V型或O型）具有固有的等百分比流量特性，并且比相同特性的直行程控制阀更贴近理想 的等百分比曲线。

蝶阀具有界于直线和等百分比曲线之间 的固有特性，这种自控函数关系很难进行语言描述；
也很难 对偏心旋转阀的固有流量特性进行描述。在常看到的仪表阀 门特性曲线图中，偏心旋转阀的固有流量特性更接近于线性 的流量特性。

四、 阀门的工作流量特性与增益 。

实际应用中，调 节阀在工作时其前后压差是变化的，此时获得的流量特性就 是工作流量特性。调节阀还与其他设备、管道等串联或并联， 使阀门两端的压差随流量变化而变化，而不是固定值。控制 阀非线性的流量特性表示着过程增益会随阀门开度变化而 变化。这使得很难实现最优控制并且会导致系统振荡。我们 在常规仪表阀门控制曲线上可以看出球阀的增益在流量范 围内几乎是常数，这不说明着球阀一直具有最佳增益曲线， 却提醒了安装增益是控制阀选型的主要因素。

五、 能耗的节约 。

节约能耗也适用于石油化工仪表 控制阀的选型，通常控制阀是管路系统中压力损失的主要来 源，当然压差是控制阀实现调节的必要条件。节约能耗的方 法有增加管道口径，减少仪表阀门压降。

（三）. 对于控制阀的选型，老方法还应该使用，特别 是过去石油化工工业曾经成功应用的工况，因为需要考虑的 因素并没有变，只是需要考虑多增加的内容以确保最低花费 和最好的工艺控制效果。参考文献：
1 张毅，张宝芬，曹丽，彭黎辉。自动检测技术及仪表 控制系统。化学工业出版社。2004.