工业控制阀选型及计算

1工业控制阀选型及计算选型的重要性
　　
　　调节阀在过程控制中的作用是接受调节器或计算机的控制信号，改变被调介质的流量，使被调参数维持在所要求的范围内，从而达到生产过程自动化。调节阀是自控系统中的执行器，它的应用质量直接反应在系统的调节品质上。作为过程控制中的终端元件，人们对它的重要性较过去有了更新的认识。调节阀应用的好坏，除产品自身质量、用户是否正确安装、使用、维护外，正确地计算、选型十分重要。由于计算选型的失误，造成系统开开停停，有的甚至无法投用，设计人员应该认识阀在现场的重要性，必须对调节阀的选型重视，至关重要。
　　控制阀安装在各种管路和装置系统中,用于控制流体的压力、流量和流向。由于流体的压力、流量、温度和物理化学性质的不同,对流体系统的控制要求和使用要求也不同,所以控制阀的种类和品种规格非常多。因此,如何正确地选用控制阀,是实现控制阀的调节性能、密封性能、动作性能和流通能力的关键所在。

　　2工业控制阀选型及计算的工作原理
　　控制阀是由阀体和执行机构所组成的一种控制设备,在工业过程中得到了广泛应用,能够适用于不同的工业生产领域,发展前景良好.控制在工业过程中主要应用于推动工业过程向更加智能化的方向发展,并且简化工业流程,提高工作效率.而控制阀在设计选型中应当注意相关参数的科学设定及附件的合理配置,本文对此进行了详细分析和探讨,并且对控制阀的内部结构和外观都提出了合理的改进意见.
　　要正确选型必须知道控制阀的工作原理，控制阀与孔板一样是一个局部阻力元件。控制阀的节流面积可以由阀芯的移动来改变，因此是一个可变的节流元件。因此可以把控制阀模拟成节流件孔板的形式。对于不可压缩流体，根据伯努利方程，控制阀的流量方程为：
　　
　　P1/ρg+V12/2g=P2/ρg+V22/2g；
　　
　　V1，V2—节流前后速度；
　　
　　P1，P2—节流前后压力；
　　
　　A——节流面积；
　　
　　Q——流量；
　　
　　ζ——阻力系数；
　　
　　g——重力加速度；
　　
　　ρ——流体密度。
　　
　　当控制阀的口径一定时即控制阀两端压差（P1-P2）不变时，流量Q随阻力系数而变化。减少，Q增大。　

　　3工业控制阀选型及计算选型的原则　
　　控制阀由执行机构和阀门两部分组成，控制阀选型需遵循下面的原则：
　　3.1根据工艺条件，选择合适的结构形式和材料　
　　3.1.1根据阀的阀体的结构形式可分为单座阀、双座阀、角阀、三通阀、偏心旋转阀、蝶阀、球阀、隔膜阀等。
　　选择阀门之前，要对控制过程的介质、工艺条件和参数进行细心的分析，收集足够的数据，了解系统对调节阀的要求。可以从以下几个方面考虑：　　
　　1）阀芯的形状结构主要根据所选择的流量特性和不平衡力等因素考虑。
　　2）耐磨损性，当流体介质是含有高浓度磨损性颗粒的悬浮液时，阀芯、阀座接合面每一次关闭都会受到严重摩擦。因此阀门流路要光滑、阀的内部材料要光滑。　
　　3）耐腐蚀，由于介质具有腐蚀性，在能满足调节功能的情况下，应尽量选择简单的阀门。
　　4）介质的温度、压力，当介质的温度、压力高且变化大时，应选用阀芯和阀座的材料受温度、压力变化小的阀门。
　　5）防止闪蒸和空化闪蒸和空化，只产生于液体介质。闪蒸和空化不仅影响流量系数的计算，还会形成振动和噪声，使阀门的使用的寿命变短。
　　如：套筒阀与偏心旋转阀在振动和噪声较大的场合选用套筒阀合适，而介质有黏性或带有微小颗粒时，则选用偏心旋转阀较合适。

　　3.1.2材料的选择　
　　调节阀的各个零部件，特别是与工艺流体接触的阀体与阀内组件、材料的正确选择与调节阀的结构型式和公称通径的选择同样重要。选择调节阀材料必须考虑以下各个因素。
　　1）流体的压力和温度对材料的影响。　
　　2）流体腐蚀性对材料的影响。
　　3）流体的空化现象和泥浆流体对材料的影响。　
　　4）从结构上考虑，材料组配是否有问题。　
　　阀体材料的选择一般高于管道材料；　
　　a）在高温情况下，必须充分考虑高温强度、高温下的金相组织变化及耐腐蚀性问题。一般含有合金钢材料：铬、镍、钼等。　
　　b）高温高压下，钢受到氢气的浸蚀，一般会造成脱碳现象，引起脆化（常称氢脆）。钢中加入铬、镍、钼等元素后，它与碳元素结合，可提高钢的抗氢腐蚀性。　
　　c）在选低温材料时，要充分考虑低温冲击值，还要考虑材料在低温下出现韧性下降的问题。奥式不锈钢的低温机械性能比较稳定，经常采用。（304、316L）
　　d）当流体是液体，特别是热水时，必须充分考虑材料的耐气蚀问题。特别是流体的温度大于100℃时，用铬钼钢。
　　e）耐腐蚀材料一般有不锈钢、20#合金钢、哈式合金等。

　　阀内组件材料一般用304、316等不锈钢，有时根据特殊情况进行硬化处理。
　　常温、常压差不做硬化处理，但阀座要求精度高、泄露小，也应考虑硬化处理。
　　方法有：热处理、堆焊硬化层、表面硬化处理等

　　3.2根据工艺对象的特点，选择控制阀的流量特性。　
　　控制阀流量特性的选择，控制阀的流量特性是指介质流过阀门的相对流量与位移（阀门的相对开度）间的关系，理想流量特性主要有直线、等百分比（对数）、抛物线和快开等4种，常用的理想流量特性只有直线、等百分比（对数）、快开三种。抛物线流量特性介于直线和等百分比之间，一般可用等百分比特性来代替，而快开特性主要用于二位调节及程序控制中，因此控制阀特性的选择实际上是直线和等百分比流量特性的选择。
　　是自动化控制系统中的执行器，其应用质量反应在系统的调节品质上，工业自动控制水平的提高，控制阀已经渗透到生产的每一个角落，它在稳定生产，优化控制，维护及检修成本控制等方面都起着举足轻重的作用。
　　控制阀流量特性的选择可以通过理论计算，但所用的方法和方程都很复杂。选择的基本原则是；

　　1）线性流量特性
　　
　　a）压差变化小，几乎恒定；
　　
　　b）液位定值调节系统；
　　
　　c）主要干扰为给定值的流量、温度调节系统。
　　
　　整个系统的压力损失大部分分配在阀上（开度变化，阀上压差变化相对较小。大多数选用等百分比流量特性。
　　
　　2）等百分比流量特性
　　
　　a）要求大的可调范围；
　　
　　b）管道系统压力损失大；
　　
　　c）开度变化、阀上压差变化相对较大；
　　
　　d）流量、压力、温度定值调节系统；
　　
　　e）主要干扰为给定值的压力调节系统；
　　
　　f）各种调节系统。
　
　　3.3根据工艺操作参数，选择合适的控制阀口径尺寸
　　
　　控制阀口径的选择和确定主要依据阀的流通能力即Cv。在各种工程的仪表设计和选型时，都要对控制阀进行Cv计算，并提供控制阀设计说明书。
　　
　　从控制阀的Cv计算到阀的口径确定，一般需经以下步骤：
　　
　　1）计算流量的确定。现有的生产能力、设备负荷及介质的状况，决定计算流量的Qmax和Qmin。
　　
　　2）阀前后压差的确定。根据已选择的阀流量特性及系统特点选定S（阻力系数），再确定计算压差。
　　
　　3）计算Cv。根据所调节的介质选择合适的计算公式和图表，求得Cmax和Cmin。
　　
　　液体：a）Cv值计算公式为：
　　
　　式中：Q=*大流量m3/h
　　
　　G=比重（水=1）
　　
　　P1=进口压力Kgf/cm2
　　
　　P2=出口压力Kgf/cm2
　　
　　上面的公式只适用于流体流动呈紊流状态，或雷诺数大的场合，流体接近层流或雷诺数小的场合，上述公式必须进行粘度修正。
　　
　　当饱和温度的热水或者接近饱和温度的热水，流经控制阀节流口压力会降低，控制阀出口处的水中可能会有水蒸气。在这流动条件下，液体流动的基本定律就不再是正确的。控制阀的CV值的计算就需要修正。在这种情况下，应按下列步骤进行：
　　
　　△T<2.8℃（58/）△PC=0.06×P12）
　　
　　△T>2.8℃（58/）△PC=0.9×（P1×PS）3）
　　
　　△T=在进口压力下的液体饱和温度与进口温度之差。
　　
　　△PC=计算流量用的允许压差（Kgf/cm2）
　　
　　PS=进口温度下液体的绝对饱和压力（Kgf/cm2abs）
　　
　　只有当公式2）或3）计算出△PC的小于控制阀上的实际压差△P时，公式1）必须用△PC代替△P；
　　
　　除水以外的其它液体，一般的计算办法是计算出闪蒸的比率，然后分别计算出液体和气体的Cv值，他们之和作为计算结果。闪蒸的比率：
　　
　　X=（i1-i2）/r2=Cp（T1-T2）/r2
　　
　　i1进口温度T1下的热量（Kal/kg）；
　　
　　i2出口压力P2的饱和温度（T2）下的热量（Kal/kg）；
　　
　　r2出口压力P2的饱和温度（T2）下的潜热（Kal/kg）；　
　　Cp=（T1+T2）/2的液体比热（Kal/kg）
　　b）气体计算公式：气体在△P≥P1/2状态时，气体的流速达到音速，流量会达到饱和状态。压差再增大，流量也不会增加了。因此分为两种情况讨论：　　
　　△P 　　△P 　　Q：*大流量，比重（空气=1），
　　T：流体温度（℃），
　　P1：进口绝对压力（Kgf/cm2），
　　P2：进口绝对压力（Kgf/cm2）；△P=P1-P2　　
　　c）水蒸汽计算公式　　
　　△P 　　△P 　　P1：进口绝对压力（Kgf/cm2），　
　　P2：进口绝对压力（Kgf/cm2）；△P=P1-P2*大流量（kg/hr）
　　d）其它水蒸汽的计算公式：
　　当P2 　　W：*大流量（Kg/hr）
　　V1：在进口压力P1下蒸汽比容（cm3/gratP1）
　　V2：在出口压力P2下蒸汽比容（cm3/gratP2）
　　P1：进口绝对压力（Kgf/cm2）　
　　P2：进口绝对压力（Kgf/cm2）；△P=P1-P2　

　　4）工业控制阀选型及计算选用Cv。　
　　计算出*大流量、正常流量、*小流量对应的流量系数Cmax、Cnor，Cmin后，根据已确定的控制阀的选型，在该系列中控制阀的流量系数中不小于于此Cmax值的一个，作为*终选定的流量系数C100。控制阀在国民经济的各个部门中广泛地应用着。在石油、天然气的开采，提炼加工和管道输送系统中；在化工产品、煤化工产品的生产系统中；在水电、火电和核电的电力生产系统中；在冶金生产系统中；在医药和食品生产系统中；在城市和工业企业的给排水、供热和供气系统中；在船舶、车辆、飞机以及各种运动机械的流体系统中；在农田的排灌系统中；都大量地使用各种类型的控制阀。此外，在国防和航天等新技术领域里，也使用着各种性能特殊的控制阀。因此，控制阀与生产建设和人民生活都有着密切的关系。