自力式調(diào)節(jié)閥選型說明

                    自力式調(diào)節(jié)閥選型說明

                     上海申弘閥門有限公司

之前介紹黃銅帶表消聲減壓閥使用注意事項(xiàng)，現(xiàn)在介紹自力式調(diào)節(jié)閥選型說明自力式調(diào)節(jié)閥主要應(yīng)用在被控參數(shù)一旦調(diào)定后，不經(jīng)常改變(調(diào)整)的場(chǎng)合，而被控參數(shù)經(jīng)常改變(調(diào)整)的場(chǎng)合，應(yīng)使用氣動(dòng)或電動(dòng)調(diào)節(jié)閥；自力式調(diào)節(jié)閥一般應(yīng)用在非腐蝕性工 藝條件下；被控參數(shù)不應(yīng)超過或接近所選擇的調(diào)整范圍的極限值，應(yīng)留有一定裕量；自力式溫度調(diào)節(jié)閥一般用于溫度變化比較緩慢的場(chǎng)合，不適用于溫度急劇變化的 場(chǎng)合；當(dāng)介質(zhì)溫度超過140℃時(shí)，在控制管線安裝隔離罐，當(dāng)介質(zhì)溫度超過200℃時(shí)，除在控制管線安裝隔離罐，還應(yīng)在控制閥與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間加裝散熱片(不 同制造商的產(chǎn)品，此溫度值會(huì)有所不同)；隔離罐應(yīng)高于調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)而低于閥前后接管；對(duì)于非潔凈流體，在閥前應(yīng)安裝過濾器，一般情況下，應(yīng)將閥門倒立 安裝，即控制閥在上，執(zhí)行機(jī)構(gòu)在下，此種安裝方式可使其重心在下，有利于閥門的穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)介質(zhì)溫度低于80℃時(shí)，閥門可以正立安裝，當(dāng)介質(zhì)溫度高于 80℃時(shí)，則閥門必須倒立安裝。本人對(duì)自力式調(diào)節(jié)閥一竅不通，真心的請(qǐng)問一下各位大俠：自力式調(diào)節(jié)閥入口接常溫、0.6MPa下的氮?dú)猓隹诓⒘薪右粋€(gè)氮?dú)馑夤?，兩個(gè)廢水罐，三個(gè)罐的壓力均保持0.002MPa，均為常溫。請(qǐng)問“只在主路接一個(gè)自力式調(diào)節(jié)閥能同時(shí)調(diào)節(jié)幾個(gè)罐的壓力平衡嗎？對(duì)自力式調(diào)節(jié)閥')進(jìn)行了介紹，并著重闡述了流量系數(shù)的計(jì)算方法，自力式調(diào)節(jié)閥的選擇方法及選擇時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)。

       自力式調(diào)節(jié)閥是一種無需外來能源，依靠被調(diào)介質(zhì)自身的壓力、溫度、流量變化進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)的節(jié)能儀表。具有測(cè)量、執(zhí)行、控制的綜合功能。尤其適合于在無電源無氣源的場(chǎng)合工作。廣泛應(yīng)用于城市供熱、供暖系統(tǒng)及石油、化工、冶金、電力、輕工等工業(yè)部門的自控系統(tǒng)。
     上海申弘閥門有限公司主營(yíng)閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,水減壓閥 目前，由于各種因素的影響(包括工藝條件不準(zhǔn)確，計(jì)算公式及計(jì)算方法上的差異及實(shí)際工藝條件與計(jì)算時(shí)考慮的工藝條件不一致)，加上不可預(yù)見的因素，往往理 論上計(jì)算出的數(shù)據(jù)，選擇的產(chǎn)品不能滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要。選擇的調(diào)節(jié)閥口徑過大或過小。選擇的材料及公稱壓力不合適，同樣會(huì)造成事故和不必要的浪費(fèi)。本文將就 自力式調(diào)節(jié)閥通用的選擇原則、選擇方法、流量系數(shù)計(jì)算及選擇注意事項(xiàng)等進(jìn)行闡述。
      1 自力式調(diào)節(jié)閥選型說明自力式調(diào)節(jié)閥介紹
      自力式調(diào)節(jié)閥可分為自力式壓力調(diào)節(jié)閥、自力式溫度調(diào)節(jié)閥及自力式流量調(diào)節(jié)閥3種。其中自力式壓力調(diào)節(jié)閥應(yīng)用。
      1.1 自力式壓力調(diào)節(jié)閥
      根據(jù)作用形式的不同，自力式壓力調(diào)節(jié)閥又可分為直接作用式和指揮器操作式2種。指揮器操作式自力式壓力調(diào)節(jié)閥控制精度高，可比一般的直接作用式壓力調(diào)節(jié)閥 高一倍左右，壓力調(diào)節(jié)范圍廣，尤其是在微壓方面，故適合在控制精度要求比較高或壓力調(diào)節(jié)設(shè)定值比較小的場(chǎng)合應(yīng)用。氮封裝置就是其典型應(yīng)用之一。
      根據(jù)被調(diào)壓力取壓點(diǎn)的不同，又分為閥前壓力調(diào)節(jié)型(K 型，用于背壓調(diào)節(jié))和閥后壓力調(diào)節(jié)型(B型，用于減壓調(diào)節(jié))2種。閥前壓力調(diào)節(jié)型自力式壓力調(diào)節(jié)閥，其初始位置的閥芯在關(guān)閉位置，當(dāng)閥前壓力逐漸升高，閥 門逐漸打開，直至閥前壓力穩(wěn)定在要求的給定值；閥后壓力調(diào)節(jié)型自力式壓力調(diào)節(jié)閥，其初始位置的閥芯在開啟位置，當(dāng)閥后壓力逐漸升高，閥門逐漸關(guān)閉，直至閥 后壓力穩(wěn)定在要求的給定值。
      此外，還有一種自力式差壓(微壓)調(diào)節(jié)閥，也分為差壓上升閥開啟(K型)和差壓上升閥關(guān)閉(B型)2種形式。將自力式差壓調(diào)節(jié)閥的低壓端通大氣，即變?yōu)樽粤κ轿赫{(diào)節(jié)閥。
      1.2 自力式溫度調(diào)節(jié)閥
      自力式溫度調(diào)節(jié)閥是基于液體受熱體積膨脹的原理工作的。當(dāng)溫度升高時(shí)，溫包內(nèi)工作液體積急劇增大，使密封容室的壓力增高，壓迫波紋管向上移動(dòng)，推動(dòng)彈簧向 上位移，從而使推桿、閥芯也向上運(yùn)動(dòng)，關(guān)小閥門，使被調(diào)介質(zhì)溫度向設(shè)定值方向靠攏，閥芯便停留在新的位置上，即閥芯的位移正比于被測(cè)溫度的變化量，形成一 定的比例調(diào)節(jié)特性。
      自力式溫度調(diào)節(jié)閥可分為溫度升高閥開啟(K型，用于冷卻調(diào)節(jié))和溫度升高閥關(guān)閉(B型，用于加熱調(diào)節(jié))2種形式。
      1.3 自力式流量調(diào)節(jié)閥
      自力式流量調(diào)節(jié)閥(亦稱流量限制器，或稱恒流量調(diào)節(jié)閥)是具有恒流量功能的調(diào)節(jié)閥，它是將自力式的壓差控制裝置和流量調(diào)節(jié)裝置組合而成的閥門，其工作原 理：用壓差控制裝置控制并穩(wěn)定流量調(diào)節(jié)裝置前后的壓差，從而使閥門前后的壓差大于恒流啟動(dòng)值之后，通過的流量不再隨閥門前后的壓差而變化，在壓差控制的范 圍內(nèi)，通過閥門某一開度的流量能夠自動(dòng)保持恒定，流量的變化只需調(diào)節(jié)閥門開度即可實(shí)現(xiàn)，與閥門前后的壓差無關(guān)。
      自力式流量調(diào)節(jié)閥在城市集中供暖或空調(diào)的循環(huán)水管網(wǎng)系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。
      此外，自力式調(diào)節(jié)閥的閥體有單座、雙座及套筒3種形式；閥蓋有標(biāo)準(zhǔn)型、加長(zhǎng)型和散熱型(適合溫度350~550℃工況)；執(zhí)行機(jī)構(gòu)有膜片式(普通膜片、增強(qiáng)膜片和金屬膜片)和活塞式2種。
      自力式調(diào)節(jié)閥一般采用快開流量特性。
      2 自力式調(diào)節(jié)閥的選擇
      自力式調(diào)節(jié)閥在自控系統(tǒng)中，既是可調(diào)的節(jié)流元件，又是承受一定溫度、壓力的容器。所以在選擇時(shí)，既要考慮其適用性，又要保證安全可靠。
     自力式壓力調(diào)節(jié)閥根據(jù)各種工藝場(chǎng)合的需要有三種閥內(nèi)件形式：ZZYP(單座自力式壓力調(diào)節(jié)閥)；ZZYM(套筒自力式壓力調(diào)節(jié)閥)；ZZYN(雙座自力式壓力調(diào)節(jié)閥)。用戶可根據(jù)工況(壓差、溫度、介質(zhì)狀態(tài))和泄漏量要求來選擇。ZZY型自力式壓力調(diào)節(jié)閥根據(jù)各種工藝場(chǎng)合的需要有三種閥蓋型式：普通(一般場(chǎng)合)、長(zhǎng)頸(壓力調(diào)節(jié)范圍大)、散熱(溫度350～550℃)。ZZY型自力式壓力調(diào)節(jié)閥根據(jù)各種工藝場(chǎng)合的需要有三種執(zhí)行機(jī)構(gòu)型式：膜片(普通膜片和增強(qiáng)膜片)、活塞、金屬膜片(波紋管)。ZZY型自力式壓力調(diào)節(jié)閥采用快開流量特性，動(dòng)作靈敏，調(diào)節(jié)精度高(誤差≤10％)；該閥占據(jù)空間小(相對(duì)于重錘式減壓閥)，調(diào)節(jié)簡(jiǎn)易，因而它廣泛用于石油、化工、電力、冶金、食品、輕紡、機(jī)械制造、民用建筑等各種設(shè)備的氣體、液體及蒸汽的減壓、穩(wěn)壓(用于閥后調(diào)節(jié))?；蛐箟骸⒎€(wěn)壓(用于閥前調(diào)節(jié))。
二、特點(diǎn)
該產(chǎn)品大特點(diǎn)，能在無電、無氣的場(chǎng)所工作，同時(shí)又節(jié)約了能源，壓力設(shè)定值在運(yùn)行中可隨意調(diào)整。采用快開流量特征，動(dòng)作靈敏、密封性能好，因而它廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力、冶金、食品、輕紡、機(jī)械制造與居民建筑樓群等各種工業(yè)設(shè)備中用氣體、液體及蒸汽介質(zhì)減壓、穩(wěn)壓（用于閥后調(diào)節(jié)），或泄壓、穩(wěn)壓（用于閥前調(diào)節(jié)）的自動(dòng)控制。
 2.1 選擇的一般原則
      具體選擇時(shí)，應(yīng)根據(jù)被調(diào)介質(zhì)的種類、性質(zhì)、溫度、壓力及工藝要求的其他條件，遵循以下的選擇原則：閥的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)能滿足介質(zhì)溫度、壓力、流動(dòng)性、腐蝕性、 控制范圍以及嚴(yán)密性要求；閥的材料應(yīng)能滿足介質(zhì)溫度、壓力、腐蝕性要求；閥的額定流量系數(shù)及口徑應(yīng)能滿足工藝的流量要求；閥的允許壓差應(yīng)能滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際壓 差的要求；閥的實(shí)際使用條件應(yīng)與計(jì)算選擇時(shí)考慮的相一致。
      2.2 材料及使用溫度的選擇
      選擇材料時(shí)，主要考慮材料的強(qiáng)度、硬度、耐腐蝕及高溫、低溫的特性，首先應(yīng)滿足自力式調(diào)節(jié)閥的安全可靠，其次是使用的性能、壽命和經(jīng)濟(jì)性。在滿足使用要求 的前提下，應(yīng)盡量選擇便宜、易得的材料。一般情況下，閥體和閥蓋可選擇多種材料制造(如：灰鑄鐵、球墨鑄鐵、鑄鋼及鑄不銹鋼)。而閥內(nèi)組件一般用不銹鋼材 料制造。
      2.3 公稱壓力及壓差的選擇
      根據(jù)工藝介質(zhì)的大工作壓力來選擇調(diào)節(jié)閥的公稱壓力時(shí)，必須對(duì)照工藝溫度條件綜合選擇，因?yàn)楣Q壓力是在一定基準(zhǔn)溫度下依據(jù)強(qiáng)度條件定出。一旦工作溫度超過了基準(zhǔn)溫度，其允許的大工作壓力必定低于公稱壓力，這一點(diǎn)應(yīng)該引起足夠的重視。
      除了注意選定調(diào)節(jié)閥公稱壓力外，在選用時(shí)，還應(yīng)從推力角度出發(fā)，考慮調(diào)節(jié)閥能否正常工作的問題。用特征數(shù)值表達(dá)就是允許壓差是否大于大工作壓差。因此，在選用時(shí)，要使大工作壓差小于閥的允許壓差。
      2.4 流量系數(shù)計(jì)算
      流量系數(shù)Kv(或稱流通能力)，是調(diào)節(jié)閥的重要參數(shù)。它反映流體通過調(diào)節(jié)閥的能力，亦即反映調(diào)節(jié)閥的容量。根據(jù)計(jì)算出的流量系數(shù)Kv值的大小，選擇閥的額 定流量系數(shù)Kvs，就可以確定調(diào)節(jié)閥的公稱通徑。如果選擇的額定流量系數(shù)過大，就會(huì)使調(diào)節(jié)閥經(jīng)常工作在小開度的情況下，影響控制質(zhì)量，引起振蕩和噪音，縮 短閥的使用壽命。相反，如果選擇的額定流量系數(shù)過小，則會(huì)使調(diào)節(jié)閥的開度過大，閥門超負(fù)荷運(yùn)行，不能滿足流量要求，容易出現(xiàn)事故，造成不必要的浪費(fèi)。為了 合理選擇調(diào)節(jié)閥的尺寸，必須正確計(jì)算調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)Kv值。
      調(diào)節(jié)閥的額定流量系數(shù)Kvs定義：在規(guī)定條件下，即閥的兩端壓差為100kPa，流體密度為1g/cm3時(shí)，額定行程時(shí)流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量是以立方米每小時(shí)或噸每小時(shí)計(jì)的流量數(shù)。
      2.4.1 液體的Kv值計(jì)算
      1)非阻塞流
      判別式    (1)
      流量系數(shù)計(jì)算公式

      式中 FL— 壓力恢復(fù)系數(shù)；
             FF— 液體臨界壓力比系數(shù)；
             PV— 閥入口溫度下，介質(zhì)的飽和蒸汽壓(壓力)，kPa；
             Pc— 熱力學(xué)臨界壓力(壓力)，kPa；
             qv— 液體流量，m3/h；
             ρ— 液體密度，g/cm3；
             P1— 閥前壓力(壓力)，kPa；
             P2— 閥后壓力(壓力)，kPa。
      2)阻塞流
      判別式         (4)
      流量系數(shù)計(jì)算公式            (5)
      由式(5)可以看出，在阻塞流情況下，Kv值的計(jì)算公式有變化，壓差一項(xiàng)用FL2(P - FFpv)代替實(shí)際壓差P1- P2。這樣，比用實(shí)際壓差計(jì)算出的Kv值要大，即由于阻塞流的作用，使閥的流通能力不能充分發(fā)揮，必須按更大的Kv值來選擇閥的口徑，才能滿足流量的要 求。
      2.4.2 低雷諾數(shù)Re修正(高黏度液體Kv值計(jì)算)
      液體黏度過高時(shí)，由于雷諾數(shù)下降，改變了流體的流動(dòng)狀態(tài)。在Re<2300時(shí)，流體處于層流低速流動(dòng)，這樣按原公式計(jì)算出的Kv值就會(huì)導(dǎo)致較大的誤差，實(shí)際流通能力達(dá)不到計(jì)算值，必須進(jìn)行修正。當(dāng)液體為高黏度時(shí)，調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)Kv 的計(jì)算公式為
                  (6)
      式中 ψ— 黏度修正系數(shù)，按Re查圖1求得。
 
      關(guān)于Re在流體力學(xué)中已有論述，主要與流體性質(zhì)及流經(jīng)的管路兩方面因素有關(guān)。對(duì)于只有1個(gè)流路的自力式調(diào)節(jié)閥(如單座閥、套筒閥等)，Re的計(jì)算公式為
                           (7)
      對(duì)于只有2個(gè)平行流路的自力式調(diào)節(jié)閥(如雙座閥)，Re的計(jì)算公式為
                         (8)
      式中 Kv— 不考慮黏度修正時(shí)的流量系數(shù)；
             v— 流體運(yùn)動(dòng)粘度，10-6m2/s。
      2.4.3 氣體的Kv值計(jì)算
      氣體與液體不同，它具有可壓縮性。氣體流過調(diào)節(jié)閥后，密度變小，不能再用液體公式來計(jì)算。關(guān)于氣體的Kv值計(jì)算方法，目前有閥前密度法、閥后密度法、平均 密度法、壓縮系數(shù)法等多種方法。因?yàn)槠骄芏确ǖ挠?jì)算結(jié)果比較接近實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，故應(yīng)用多。這里采用平均密度法來計(jì)算氣體的Kv值。
      當(dāng)P2>0.5p1時(shí)
                (9)
      當(dāng)P2≤0.5p1時(shí)
            (10)
      式中 qvN— 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體流量，m3/h；
              Pm— 壓力，kPa；
              Δp— 閥前后壓差，kPa；
              d — 氣體相對(duì)密度，空氣d=1；
              t  — 氣體溫度，℃ 。


      2.4.4 蒸汽的Kv值計(jì)算
      1)飽和蒸汽
      當(dāng)P2>0.5p1時(shí)
            (11)
      當(dāng)p2≤0.5p1時(shí)
                                           (12)
      式中 qv蒸— 蒸汽流量，kg/h；
              K— 蒸汽修正系數(shù)，各種蒸汽的K值：水蒸汽 K=19.4，甲烷、乙烯蒸氣 K=37，氨蒸氣K=25，丙烷、丙烯蒸汽 K=41.5，氟利昂11  K=68.5，丁烷、異丁烷蒸氣 K=43.5。
      2)過熱水蒸汽
      當(dāng)P2>0.5p1 時(shí)
            (13)
      當(dāng)p2≤0.5pl時(shí)                  (14)
      式中 Δt— 水蒸汽過熱溫度，℃。
      2.4.5 兩相流的Kv值計(jì)算
      當(dāng)介質(zhì)為氣液兩相流時(shí)，一般采用分別計(jì)算液體的Kv液和氣體的Kv氣值，然后相加求取調(diào)節(jié)閥總Kv值。
      Kv=Kv液+Kv氣
      這種方法是基于兩種介質(zhì)相互獨(dú)立，互不影響的觀點(diǎn)。但實(shí)際上，隨著液相和氣相組成成分的變化，流體的狀態(tài)趨向也不同，因此，計(jì)算出的Kv值誤差較大。


      2.5 調(diào)節(jié)閥的口徑選擇
      2.5.1 一般的選擇步驟
      根據(jù)生產(chǎn)能力、設(shè)備負(fù)荷確定大流量和小流量qvmax、qvmin；根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)、壓力分配和管路損失，確定大壓差和小壓差Δpvmax 、Δpvmin；按流量系數(shù)計(jì)算公式，求得大流量和小流量時(shí)的流量系數(shù)Kvmax、Kvmin；根據(jù)求出的Kvmax，在產(chǎn)品樣本中選取大于 Kvmax，并接近Kvmax的Kvs值；由計(jì)算出的Kvmax，Kvmin驗(yàn)算閥的開度(一般要求閥開度在10%~80%之間)；根據(jù)Kvmax、 Kvmin計(jì)算可調(diào)比R(一般要求R=Kvmax/KVmin≤30∶1)；各項(xiàng)計(jì)算驗(yàn)證合格后，根據(jù)Kvs值，確定調(diào)節(jié)閥的口徑。
      2.5.2 常用的選擇步驟
      按照qvmax及Δpvmin 計(jì)算出Kvmax；將Kvmax乘以(1.3~1.5)，求得Kvmax(根據(jù)具體情況定)；按K vmax選擇Kvs (查產(chǎn)品樣本)，應(yīng)選擇靠近Kvmax且大于Kvmax的Kvs值，保證Kvmax/Kvs≤0.75，按Kvs值，確定調(diào)節(jié)閥的口徑。
      但是應(yīng)保證液體流速在2.5m/s以下，氣體流速在80~100m/s以下，否則易產(chǎn)生噪音。
      2.5.3 自力式流量調(diào)節(jié)閥的選擇
      當(dāng)介質(zhì)為液體時(shí)，自力式流量調(diào)節(jié)閥的口徑選擇將有所不同。實(shí)際上有效壓力(指調(diào)節(jié)閥節(jié)流閥板前后的壓差)下的大流量已經(jīng)限制了自力式流量調(diào)節(jié)閥的流量值，所以在選擇閥流量時(shí)，不能按照Kv值選擇，只能按照工藝條件qvmax的大小選擇流量。
      根據(jù)qvmax值的大小和系統(tǒng)壓差來選取合適的流量，然后確定Kvs值和閥的口徑。選擇時(shí)應(yīng)注意閥前后壓差應(yīng)大于有效壓力，還應(yīng)注意閥的開度。自力式流量調(diào)節(jié)閥一般多用于液體介質(zhì)的流量控制。
當(dāng)介質(zhì)為氣體時(shí)，應(yīng)保持氣體的壓力比較穩(wěn)定。在計(jì)算時(shí)，應(yīng)按Kv值選取閥的口徑。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：斯派莎克蒸汽減壓閥在化纖管路應(yīng)用