控制閥是組成工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它被稱之為生產(chǎn)過程自動(dòng)化的“手足”，是控制系統(tǒng)的zui終元件。正確選擇控制閥是確保系統(tǒng)穩(wěn)定、正常運(yùn)行的關(guān)鍵。
控制閥選型內(nèi)容
控制閥的選型內(nèi)容通常包括以下幾個(gè)方面：
控制閥結(jié)構(gòu)形式及材質(zhì)選擇：控制閥有單座閥、雙座閥、波紋管密封閥、閥體分離閥、套筒閥、低噪音閥、角形閥、三通閥、隔膜閥、蝶閥、球閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥等類產(chǎn)品，材質(zhì)有鑄鐵、碳鋼、各種不銹鋼、銅、鋁、鈦、青銅、哈氏合金、蒙耐爾合金等等，用戶主要根據(jù)閥門受控介質(zhì)的溫度、壓力、腐蝕性以及是否產(chǎn)生氣蝕、沖蝕等因素選擇材質(zhì)，這包括閥體、閥蓋、閥芯、閥桿、閥座、墊片、密封填料等材質(zhì)的選擇。
控制閥流量特性選擇：控制閥流量特性是指相對行程與相對流量的關(guān)系，通常有線性流量特性、等百分比流量特性、快開流量特性、拋物線流量特性等等，需根據(jù)工藝對象的特點(diǎn)選擇。
控制閥口徑計(jì)算：根據(jù)工藝過程條件計(jì)算出控制閥的流量系數(shù)C，然后根據(jù)對應(yīng)結(jié)構(gòu)形式控制閥的流量系數(shù)C值表選擇口徑。
控制閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇：控制閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)有氣動(dòng)、液動(dòng)、電動(dòng)三種。氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可用于防火防爆場合，故障率低，但需建獨(dú)立的儀表氣源；液動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可用于推力或力矩特別大的地方，運(yùn)行平穩(wěn)，但體積大，價(jià)格昂貴，用量很少；電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)源隨地可取，隔爆型產(chǎn)品可用于防火防爆場合，其可靠性近年來大幅度提高，目前已成為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主流產(chǎn)品。
控制閥不平衡力校核：不平衡力校核是保證控制閥正常工作*的一步，其實(shí)質(zhì)是校核執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出力是否大于介質(zhì)的不平衡力、閥門動(dòng)作時(shí)的摩擦力、閥芯的重力等力的總和（當(dāng)然，校核時(shí)輸出力還要有一定的余量）。
為了簡化計(jì)算，閥門生產(chǎn)廠根據(jù)工作條件對常用閥門計(jì)算出允許壓差，列成表格附在選型樣本上，這樣不平衡力校核就轉(zhuǎn)換成允許壓差校核。校核有兩種方式，一是根據(jù)所選執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出力看允許壓差值是否合乎要求，二是根據(jù)允許壓差值選定合適輸出力的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)校核未能通過時(shí)，可能要從閥門結(jié)構(gòu)形式選擇開始重新選型。
在一些控制閥的選型計(jì)算資料中往往著重介紹口徑計(jì)算等內(nèi)容，對不平衡力校核則只字不提，因此有些設(shè)計(jì)人員常常只進(jìn)行前四項(xiàng)工作而忽略了后一項(xiàng)工作，在大多數(shù)流體壓力不高的情況下，不作該項(xiàng)校核也不影響控制閥的正常工作。但對鍋爐給水這類可能涉及中高壓的生產(chǎn)過程來說，不作校核就可能造成給水閥門關(guān)不死，從而影響閥門的運(yùn)行。更為嚴(yán)重的是，由于頭腦中沒有允許壓差這個(gè)概念，當(dāng)這個(gè)問題出現(xiàn)時(shí)人們往往弄不清楚原因，就把責(zé)任推到控制閥制造廠，認(rèn)為是產(chǎn)品的質(zhì)量問題，導(dǎo)致故障長期得不到解決。
本文將首先介紹控制閥zui大允許差壓值，然后通過幾個(gè)現(xiàn)場運(yùn)行實(shí)例分析與此有關(guān)的失誤，總結(jié)今后控制閥選型應(yīng)注意的問題。
控制閥zui大允許差壓值
以四川儀表11 廠“控制閥及輔助裝置選型樣本”中的數(shù)據(jù)為例，在表1中列出工業(yè)鍋爐常用給水控制閥的zui大允許差壓值。
表1 幾種控制閥zui大允許差壓值（MPa）
附注: 1.Ⅰ-表示AA、BA、CB套筒、閥塞組合Ⅱ-表示DC、CC、DD、CD套筒、閥塞組合2.表中KHTS、KHSC為引進(jìn)日本山武公司的產(chǎn)品。
分析表1，可得到以下幾個(gè)結(jié)論：
閥門的zui大允許差壓值與閥門的結(jié)構(gòu)形式、口徑、執(zhí)行器動(dòng)力（電動(dòng)、氣動(dòng)）、執(zhí)行器的推力有關(guān)。
單座控制閥的zui大允許差壓值低，通常不一定能滿足工業(yè)鍋爐給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求。雙座控制閥的情況則大有改觀，通?？梢詽M足工業(yè)鍋爐給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求。電動(dòng)套筒控制閥的情況則與我們想象的有差距，兩類套筒與閥塞的組合zui大允許差壓值差別非常大，Ⅱ類套筒與閥塞組合的電動(dòng)套筒控制閥zui大允許差壓值很低，甚至低于普通的單座控制閥，Ⅰ類套筒與閥塞組合的電動(dòng)套筒控制閥zui大允許差壓值很高，比對應(yīng)的雙座控制閥還要高，設(shè)計(jì)選用時(shí)一定要注意。所以對工業(yè)鍋爐給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)來說，應(yīng)盡量選用雙座控制閥或Ⅰ類套筒與閥塞組合的套筒控制閥。
氣動(dòng)控制閥因膜頭限制，zui大允許差壓值低于同口徑的電動(dòng)控制閥。
當(dāng)選用同一執(zhí)行器時(shí)，由于其推力是一個(gè)固定值，所以隨口徑增大而不平衡力等加大，zui大允許差壓值反向減少。
電動(dòng)控制閥中，zui大允許差壓值除取決于閥門的結(jié)構(gòu)形式（單座、雙座、套筒Ⅰ類、套筒Ⅱ類）外，還取決于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的型號和推力。如KHTS型電動(dòng)單座控制閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有國產(chǎn)DKZ、中日合資361LSA、德國哈特曼·布朗公司RS三種選擇，而每個(gè)制造廠的執(zhí)行機(jī)構(gòu)又有多種不同推力的選擇。當(dāng)生產(chǎn)過程zui大允許差壓值稍低于表1的某一允許值時(shí)，除改選另一種結(jié)構(gòu)形式的閥門外，還有一種選擇是嘗試選用推力較大的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
同類結(jié)構(gòu)同一口徑的控制閥門，選用推力相同的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，但如果制造廠不同，zui大允許差壓值也有差別，驗(yàn)算時(shí)可查閱有關(guān)制造廠的樣本。
選型失誤的例子
*例：某廠20t/h工業(yè)鍋爐給水控制閥選用KHTS型電動(dòng)單座閥，配用執(zhí)行機(jī)構(gòu)為361LSA-20，使用過程中發(fā)生小的泄漏，經(jīng)查產(chǎn)品使用說明書，知道其zui大允許差壓值為1.49MPa，低于鍋爐正常工作時(shí)的zui大差壓值2.0MPa，后改用361LSA-50電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，zui大差壓值達(dá)到3.38MPa（見表1），滿足了鍋爐正常工作時(shí)的使用要求。
此例說明通過改用大推力的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，有可能使控制閥的zui大允許差壓值達(dá)到使用要求。
第二例：某廠35t/h工業(yè)鍋爐過熱蒸汽溫度遠(yuǎn)程手動(dòng)控制設(shè)計(jì)選用ZAP-6.4、Dg50的電動(dòng)單座控制閥，現(xiàn)場運(yùn)行時(shí)閥門關(guān)不死，查看原設(shè)計(jì)圖紙，發(fā)現(xiàn)該控制閥未作任何計(jì)算（包括流通能力計(jì)算等），而設(shè)計(jì)者對此的解釋是手動(dòng)遙控閥沒有必要計(jì)算。后查產(chǎn)品說明書，發(fā)現(xiàn)該電動(dòng)單座控制閥的推力雖然達(dá)到6.4kN，但zui大允許差壓值僅為1.4MPa，低于鍋爐正常工作時(shí)的zui大差壓值（給水泵壓力6.0MPa，鍋爐汽包壓力3.9MPa，△P≈2.1MPa），由此造成閥門泄漏量大。后用工藝專業(yè)原給水球閥配電動(dòng)角行程執(zhí)行器，這一問題才得到解決。此例說明即使是手動(dòng)控制閥，在設(shè)計(jì)選型時(shí)也應(yīng)進(jìn)行zui大允許差壓值驗(yàn)算。
第三例：筆者去某炭素廠煅燒窯廢熱鍋爐參觀時(shí)，發(fā)現(xiàn)鍋爐汽包水位調(diào)節(jié)回路未投自動(dòng)，詢問原因時(shí)，現(xiàn)場技術(shù)人員告訴我電動(dòng)控制閥存在關(guān)不死的問題。我們到控制閥現(xiàn)場看，這是一臺ZAP 6.4、Dg50的電動(dòng)單座控制閥，電動(dòng)執(zhí)行器的推力為2.5kN。我與現(xiàn)場技術(shù)人員共同分析，發(fā)現(xiàn)問題可能出在電動(dòng)單座控制閥的zui大允許差壓值達(dá)不到使用要求（該現(xiàn)場給水泵出口壓力4.0MPa，汽包工作壓力2.5MPa）這個(gè)問題上
。后找到控制閥的產(chǎn)品樣本，對應(yīng)Dg50的電動(dòng)單座控制閥，執(zhí)行器可選0.4、2.5kN兩檔推力，其zui大允許差壓值分別為0.15MPa和0.94MPa，雖然設(shè)計(jì)者選用了推力較大的2.5kN電動(dòng)執(zhí)行器，但其zui大允許差壓值0.94MPa仍低于正常工作時(shí)的zui大差壓值（給水泵出口壓力4.0MPa-汽包工作壓力2.5MPa=1.5MPa）?，F(xiàn)該廠已將電動(dòng)單座控制閥改為電動(dòng)雙座控制閥。雙座控制閥的zui大允許差壓值提高到11.9MPa，這大大高于給水系統(tǒng)可能出現(xiàn)的zui大差壓。這個(gè)例子說明在自動(dòng)控制回路的控制閥選型時(shí)，必須進(jìn)行zui大允許差壓值驗(yàn)算，以保證閥門正常工作。
第四例：某煤礦煤矸石發(fā)電廠的35t/h鍋爐給水系統(tǒng)自動(dòng)控制閥設(shè)計(jì)選用ZKZP6.4、Dg65的電動(dòng)單座閥，在鍋爐投產(chǎn)初期的升溫期間發(fā)現(xiàn)給水控制閥關(guān)不死，泄漏量很大，正常運(yùn)行時(shí)稍好。起初大家懷疑是產(chǎn)品質(zhì)量有問題，后仔細(xì)查看使用說明書，這才發(fā)現(xiàn)該型號控制閥的zui大允許差壓值僅為1.83MPa，雖然與正常工作時(shí)控制閥的前后差壓（約2.1MPa）相差不大，此時(shí)稍有泄漏，但還可忍受。而在鍋爐升溫階段，控制閥的前后差壓非常大（因汽包壓力為0，故zui大差壓值可能達(dá)到6.0MPa），所以出現(xiàn)上述問題。臨時(shí)解決辦法是在鍋爐升溫階段關(guān)閉控制閥前后手動(dòng)閘門，用工藝專業(yè)的手動(dòng)旁路閥控制給水流量。但從長遠(yuǎn)來看，仍需要更換閥門。此例說明作zui大允許差壓值驗(yàn)算時(shí)，不僅僅要考慮正常工作狀態(tài)下的zui大允許差壓值，也要考慮非正常工作狀態(tài)下的zui大允許差壓值。
綜上所述，在給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制閥選型時(shí)作zui大允許差壓值驗(yàn)算，雖然只是個(gè)小問題，但忽略了就有可能造成大的損失，因而在中高壓差條件下控制閥選型時(shí)應(yīng)對這類問題予以足夠的重視。
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