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化工自動控制過程中氣動調(diào)節(jié)閥的選擇與應(yīng)用 

    摘要 闡述了在化工自動控制過程中氣動調(diào)節(jié)閥的地位以及對一定的控制過程。為了實(shí)現(xiàn)品質(zhì)的調(diào)節(jié)，怎樣從選擇調(diào)節(jié)閥的流量特性和各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)。

    關(guān)鍵詞：自動控制過程 氣動調(diào)節(jié)閥 流量特性 調(diào)節(jié)閥流通能力     

１ 前言     

在化工供應(yīng)和自動控制領(lǐng)域中，一個控制過程是否能滿足各項(xiàng)控制指標(biāo)，控制過程是否平穩(wěn)；超調(diào)量，衰減比，擾動是否在規(guī)定的范疇之內(nèi)；是否穩(wěn)、快、準(zhǔn)，除了設(shè)計(jì)合理，設(shè)備外，重要的一點(diǎn)就是調(diào)節(jié)閥是否能根據(jù)主體控制意識而準(zhǔn)確動作，使過程主體的控制意識體現(xiàn)為物料能量和流量變化，如圖１所示。     

在眾多的化工自動控制過程中，就是因調(diào)節(jié)閥質(zhì)量不過關(guān)，流量特性差，滲漏大，動作不而使自動控制過程失去了品質(zhì)調(diào)節(jié)，或者調(diào)節(jié)品質(zhì)差，有甚者失去了調(diào)節(jié)作用，而給供應(yīng)帶來了重大的經(jīng)濟(jì)損失，增加了勞動強(qiáng)度。調(diào)節(jié)閥的選擇與應(yīng)用越來越被人們所重視。

圖1 典型過渡過程控制曲線     

２ 氣動調(diào)節(jié)閥的流量特性     

２．１ 調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比     

我們用可調(diào)比來衡量調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)控制能量，當(dāng)調(diào)節(jié)閥兩側(cè)的差壓為定值時(shí)，調(diào)節(jié)閥所能控制的Z大流量qmax 和Z小流量ｑmin之比，或所能控制的Z大流通能力Ｃmax和Z小流通能力Ｃmin 之比，稱為調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比Ｒ。     

２．２ 壓降比Ｓ對串聯(lián)、并聯(lián)管路調(diào)節(jié)閥的影響     

２.２.１ 壓降比Ｓ     調(diào)節(jié)閥的壓降比定義為該調(diào)節(jié)閥可控制的Z大流量所對應(yīng)閥門前后的差壓面△Pmin和系統(tǒng)總差壓△Ｐ之比；     當(dāng)調(diào)節(jié)閥用于串聯(lián)管路時(shí)，實(shí)際的可調(diào)比為：，如圖2 、圖3 所示。 圖2 調(diào)節(jié)閥串聯(lián)

圖5 等百分比特性隨S畸變特性     

2.2.3 S對并聯(lián)管路中調(diào)節(jié)閥的影響     

當(dāng)調(diào)節(jié)閥用于并聯(lián)管路時(shí)，該并聯(lián)管路總管流量qt分為兩路：一路是調(diào)節(jié)閥控制流量qc，另一路是旁路流量qb，qt=qc＋qb。實(shí)際上，由于旁路流量的分流，調(diào)節(jié)閥的實(shí)際可調(diào)比下降了，旁路閥門開得越大，調(diào)節(jié)閥的控制能力越小。旁路程度恰說明了這個問題。旁路程度X為     調(diào)節(jié)閥在并聯(lián)管路中實(shí)際可調(diào)比隨著旁路程度X值的減小而迅速降低，在使用中應(yīng)盡量不開旁路門。如圖6，圖7所示。

圖7 x對實(shí)際可調(diào)比的影響旁路程度     圖8、圖9為關(guān)聯(lián)管路中直線閥、等百分比閥隨X畸變特性

圖8 X對直線閥畸變特性

圖9 X對等百分比閥畸變特性

2．3 調(diào)節(jié)間的流量特性

2.3.1 調(diào)節(jié)閥的理想流量特性    

 調(diào)節(jié)閥的理想流量特性是指被調(diào)介質(zhì)流過調(diào)節(jié)閥相對流量與閥門相對開度之間的關(guān)系。在調(diào)節(jié)閥前后壓差不變的條件下，其流量特性是理想流量特性。常用的調(diào)節(jié)閥的理想流量特性有直線、等百分比、快開特性和拋物線四種特性，如圖10所示。

圖10 四種調(diào)節(jié)閥理想流量特性 其中:q----在某一開度時(shí)刻通過調(diào)節(jié)閥的流量       

qmax----閥全開時(shí)通過閥門的流量       l----閥門某一開度下的行程（mm）       L----閥門的全行程（mm）

2.3.2 調(diào)節(jié)閥的工作流量特性     

在實(shí)際供應(yīng)中管道系統(tǒng)除了調(diào)節(jié)閥外還有其它的串聯(lián)或并聯(lián)管道。因此，在供應(yīng)中調(diào)節(jié)閥前后的差壓通常是變化的，在這種情況下相對流量與相對開度之間的關(guān)系稱為工作流量特性，如表一所示。 表一 調(diào)節(jié)閥特性

4 氣動調(diào)節(jié)閥的選用       

4．1 調(diào)節(jié)閥類型的選擇     

主要是根據(jù)現(xiàn)場被控介質(zhì)的特點(diǎn)、控制要求、安裝環(huán)境等結(jié)合調(diào)節(jié)閥本身的流量特性和結(jié)構(gòu)而進(jìn)行選用，如表三所示。

表三 調(diào)書閥應(yīng)用特性

    在選用調(diào)節(jié)閥時(shí)還應(yīng)考慮上閥蓋的形式和所用的填料。當(dāng)使用工作溫度為-20～十250℃時(shí)，只需采用普通的結(jié)構(gòu)；當(dāng)工作溫度為-60～十 450℃應(yīng)采用閥蓋上有多層散熱片的散熱結(jié)構(gòu)。還有波紋管的波紋室封密閥蓋主要用于劇毒、易揮發(fā)、易滲透等重要介質(zhì)的場合。     調(diào)節(jié)閥常用的密封填料有聚四氟乙烯和石棉繩填料，雖然前者比后者昂貴但密封效果卻得多。     氣開、氣關(guān)式調(diào)節(jié)閥的選擇應(yīng)根據(jù)當(dāng)氣源信號壓力中斷時(shí)，調(diào)節(jié)閥處于打開或關(guān)閉的位置對供應(yīng)造成危害性大小而定。若閥門處于打開位置時(shí)危害性小則選用氣關(guān)式。動作過程：有氣則關(guān)閉，無氣則開啟；若閥門處于關(guān)閉位置時(shí)危害性小則選用氣開式，動作為有氣則開，無氣則關(guān)     

4.2 調(diào)節(jié)閥口徑的選擇     

利用計(jì)算公式及有關(guān)的物質(zhì)性圖表計(jì)算出常用的流通能力C值，如表四所示。

表四 調(diào)節(jié)間C值計(jì)算表

      調(diào)節(jié)閥口徑的選擇應(yīng)遵循以下原則     

1.根據(jù)所選擇的C值和流量特性，驗(yàn)證調(diào)節(jié)閥開度是否合適。一般閥的開度為全行程的90％～10％，即驗(yàn)算 其中：Cmax——提出的Z大流通能力； Cmin——提出的Z小流通能力。     流量的比值是否小于所選調(diào)節(jié)閥的實(shí)際可調(diào)范圍，即驗(yàn)算     其中：Qmax，Qmin——Z大開度和Z小開度的流量；     △Pmax， △Pmin——Z大開度及Z小開度時(shí)調(diào)節(jié)閥的壓差值。     

3 一般情況下，等百分比閥Z大流量對應(yīng)的開度宜在90％，直線閥宜在70％，拋物線閥宜在80％，見表五。

表五 調(diào)節(jié)閥相對開度與相對流量的關(guān)系

    4.3 調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇     

1從調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)分析。     

考慮原則：適當(dāng)選擇調(diào)節(jié)閥的特性，以閥的放大系數(shù)的變化來補(bǔ)償調(diào)節(jié)閥對象放大系數(shù)的變化，使調(diào)節(jié)系統(tǒng)總的放大系數(shù)保持不變的控制效果，如圖11所示。

圖11 調(diào)節(jié)閥特性補(bǔ)償作用     

（2）從配管情況分析     如前所述調(diào)節(jié)閥流量特性與S壓降比有密切的關(guān)系，因此在選擇調(diào)節(jié)閥時(shí)，應(yīng)結(jié)合配管情況加以考慮，見表六。

表六 調(diào)節(jié)閥工作流量特性配管情況對照表

    （3）從負(fù)荷變化情況分析     

直線閥在小開度時(shí)流量變化大，調(diào)節(jié)過于靈敏，容易引起振蕩，因此在S小負(fù)荷變化大的場合不宜使用；等百分比閥的放大系數(shù)隨閥門行程增加而增大，流量相對變化是恒定不變的，因此它適用于負(fù)荷變化幅度大的場合；快開特性閥一般用于雙位調(diào)節(jié)和程序控制的場合。