自動化過程控制智能調節閥設計選型

【資料簡介】

自動化過程控制智能調節閥設計選型又名控制閥，在工業自動化過程控制領域中，通過接受調節控制單元輸出的控制信號，借助動力操作去改變介質流量、壓力、溫度、液位等工藝參數的控制元件。一般由執行機構和閥門組成。如果按行程特點，調節閥可分為直行程和角行程；按其所配執行機構使用的動力，按其功能和特性分為線性特性，等百分比特性及拋物線特性三種。調節閥適用于空氣、水、蒸汽、各種腐蝕性介質、泥漿、油品等介質。位號通常FV開頭。調節閥常用分類：氣動調節閥，電動調節閥，液動調節閥，自力式調節閥。 
自動化過程控制智能調節閥設計選型概述 
在現代化工廠的自動控制中，調節閥起著十分重要的作用，這些工廠的生產取決于流動著的介質正確分配和控制。這些控制無論是能量的交換、壓力的降低或者是簡單的容器加料，都需要某些控制元件去完成。調節閥在管道中起可變阻力的作用。它改變工藝流體的紊流度或者在層流情況下提供一個壓力降，壓力降是由改變閥門阻力或“摩擦”所引起的。這一壓力降低過程通常稱為“節流”。對于氣體，它接近于等溫絕熱狀態，偏差取決于氣體的非理想程度（焦耳一湯姆遜效應）。在液體的情況下，壓力則為紊流或粘滯摩擦所消耗，這兩種情況都把壓力轉化為熱能，導致溫度略為升高。 常見的控制回路包括三個主要部分，分是敏感元件，它通常是一個變送器。它是一個能夠用來測量被調工藝參數的裝置，這類參數如壓力、液位或溫度。變送器的輸出被送到調節儀表——調節器，它確定并測量給定值或期望值與工藝參數的實際值之間的偏差，一個接一個地把校正信號送出給控制元件——調節閥。閥門改變了流體的流量，使工藝參數達到了期望值。調節閥屬于控制閥系列，主要作用是調節介質的壓力、流量、溫度等參數，是工藝環路中的控制元件。

 
自動化過程控制智能調節閥設計選型基本資料
調節閥又名控制閥，通過接受調節控制單元輸出的控制信號，借助動力操作去改變流體流量。調節閥一般由執行機構和閥門組成。如果按其所配執行機構使用的動力，調節閥可以分為氣動調節閥、電動調節閥、液動調節閥三種，另外，按其功能和特性分，線性特性，等百分比特性及拋物線特性三種。 
閥體類型 
調節閥的閥體種類很多，常用的閥體種類有直通單座、直通雙座、角形、隔膜、小流量、三通、偏心旋轉、蝶形、套筒式、球形等。
 在具體選擇時，可做如下考慮：
(1)閥芯形狀結構
主要根據所選擇的流量特性和不平衡力等因素考慮。
(2)耐磨損性
當流體介質是含有高濃度磨損性顆粒的懸浮液時，閥的內部材料要堅硬。
(3)耐腐蝕性
由于介質具有腐蝕性，盡量選擇結構簡單閥門。
(4)介質的溫度、壓力
當介質的溫度、壓力高且變化大時，應選用閥芯和閥座的材料受溫度、壓力變化小的閥門，當溫度≥250℃時應加散熱器。
(5)防止閃蒸和空化
閃蒸和空化只產生在液體介質。在實際生產過程中，閃蒸和空化會形成振動和噪聲，縮短閥門的使用壽命，因此在選擇閥門時應防止閥門產生閃蒸和空化。

自動化過程控制智能調節閥設計選型維護保養
調節閥正常運行后要進行維護和保養。調節閥作為自動化控制系統的一部分，其維護應與自動化儀表和其他設備同時進行。調節閥的維護與一般儀表的維護類似，可分為被動性維護、預防性維護和預見性維護。被動性維護是當調節閥等設備出現故障時才進行維護的一種維護方法。由于設備發生故障才維護，因此常常造成生產過程停車，嚴重時甚至出現設備損壞或人員傷亡等。被動性維護是生產過程所不希望的維護，預防性維護是根據過去的運行經驗，按時間進行維護的一種維護方法。例如，常用的定期維護就是預防性維護，它根據不同設備的運行情況制定相應的維護時間表，在設備還沒有出現故障時就進行維護。由于故障沒有發生就進行維護，因此，可大大降低故障發生概率。但這種維護方法并沒有將當前使用的該調節閥實際情況進行分析，常常對還可以使用一定時間的調節閥進行拆裝和檢查，浪費了時間和資源。預見性維護從當前使用的調節閥數據分析出發，預見該調節閥的狀態，從而使調節閥得到限度的利用。
一、 自動化過程控制智能調節閥設計選型日常維護工作內容
 
調節閥日常維護工作內容分為巡回檢查和定期維護兩部分，巡回檢查工作內容如下。
1、向當班工藝操作人員了解調節閥的運行情況。
2、查看調節閥和有關附件的供給能源(氣源、液壓油或電源)
3、檢查液壓油系統運行情況。
4、檢查調節閥的各靜、動密封點有無泄漏。
5、檢查調節閥連接管線和接頭有無松動或腐蝕。
6、檢查調節閥有無異常聲音和較大振動，檢查供給情況。
7、檢查調節閥的動作是否靈活，在控制信號變化時是否及時變化
8、偵聽閥芯、閥座有無異常振動或雜音。
9、發現問題及時處理。
10、做好巡回檢查的記錄，并歸檔。
 
自動化過程控制智能調節閥設計選型定期維護工作內容如下：
1、定期對調節閥外部進行清潔工作。
2、定期對調節閥填料函和其他密封部件進行調整，必要時應更換密封部件，保持靜、動密封點的密封性。
3、定期對需潤滑的部件添加潤滑油。
4、定期對氣源或液壓過濾系統進行排污和清潔工作。
5、定期檢查各連接點的連接情況，腐蝕情況，必要時應更換連接件。
 
二、 調節閥的定期校驗
調節閥預見性維護工作尚未開展的單位，應對調節閥進行定期校驗。定期校驗工作是預防性維護工作。根據不同工藝生產過程，調節閥的定期校驗應有不同的校驗周期。可結合制造商提供的資料確定各調節閥定期校驗的周期。通常可在工藝生產過程進行大修的同時進行。一些調節閥應用在高壓、高壓降或腐蝕性較強的場合時，檢驗周期要縮短。檢驗的內容主要是調節閥靜態性能測試，必要時可增加相應的測試項目，例如調節閥流量特性的測試等。定期校驗需要有關測試設備和儀器，還需要有更換的部件，因此，通常可委托制造廠商完成。
 
三、 自動化過程控制智能調節閥設計選型的維修
調節閥維修分應急維修、定期維修和預見性維修。應急維修是調節閥出現故障，不能滿足工藝操作要求時的維修。定期維修通常包括日常維修和與工藝停車大修同時進行的維修。預見性維修是根據預見性維護的分析結果，有針對性地對有關調節閥部件的維修。應急維修是調節閥發生故障后的維修，定期維修和預見性維修是調節閥發生故障前的維修。通常，調節閥的日常維修由儀表維修人員進行，與大修同時進行的定期維修由制造技術人員進行。
 
一）自動化過程控制智能調節閥設計選型日常檢查和保養工作包括下列內容：
1、消除應力。由于安裝或組合不當造成各種應力。例如，高溫介質產生熱應力，安裝時緊．固力不平衡造成應力等。應力的不平衡作用在調節閥上，使調節閥閥桿、導向件變形，不能正確與閥座對中造成泄漏，變差增大等。因此，在日常維修中應進行消除應力的維修工作。
2、清除鐵銹和污物。經常檢查調節閥連接管道內有無鐵銹、焊渣、污物等，發現后應及時清除。因為這些污物會造成調節閥閥芯和閥座的磨損，影響調節閥的正常運行。通常，可在調節閥前加裝過濾網等過濾裝置，并定期清洗。
3、檢查調節閥支撐。調節閥支撐使調節閥的各部件處于不受重力等影響的位置。如果支撐不當會造成調節閥閥桿與閥座不能對中，使變差增大，密封性能下降。因此，應檢查調節閥支撐是否合適。
4、清除氣源、液壓油等供應能源的污物。氣源、液壓源是調節閥運行的能量來源。儀用壓縮空氣、液壓油中所含的雜質會堵塞節流孔和管道，造成故障。因此，定期檢查氣源、液壓油，定期對過濾裝置進行排污十分重要。
5、齒輪傳動裝置的檢查。對手輪機構、電動執行器和液動執行器的齒輪傳動裝置應定期檢查，添加潤滑劑，防止咬卡現象發生。應檢查制動和限位裝置是否靈活好用。
6、填料函檢查。應檢查填料的磨損情況和壓緊力，定期更換填料函，保證填料能夠在起到密封的同時，減少其摩擦力的影口向。對無油潤滑的填料函不應添加潤滑油。
7、安全運行的檢查。對在爆炸性危險場所使用的調節閥和有關附件應檢查其安全運行情況例如，密封蓋是否擰緊，安全柵的運行情況，電源供應情況等，保證調節閥及有關附件能夠安全運行。
8、運輸和保管。調節閥在運輸和保管期間，應用支架固定，防止松動；安裝在調節閥上的有關附件，如閥門定位器、手輪機構等應牢固，應防止與調節閥連接的反饋桿等部件受到外力損傷；各連接接口應用塑料膜封套，防止外物侵入；調節閥的連接口可用配套法蘭和盲板密封，也可采用黏性紙密封，防止外物侵入。運輸時應 加裝牢固的木箱，并采取防風沙、雨水和粉塵等惡劣運輸環境條件的影響。運輸和保管的環境條件應滿足產品說明書要求。
 
二） 自動化過程控制智能調節閥設計選型和附件日常維修的主要內容如下：
1、氣動執行機構膜片的更換。氣動薄膜執行機構的膜片在運行過程中受到伸縮，因此，容易疲勞損壞。更換時應采用同規格的橡膠膜片，固緊時應使膜片受力均勻，防止泄漏和壓壞膜片。
2、 研磨。閥芯與閥座之間在運行一定時間后造成泄漏，汽缸的活塞與缸體之間也會造成內部泄漏，這時應進行研磨。可進行手工研磨、機械磨削、鍍層處理和鑲套等方法，研磨用的金剛砂粒度應合適，研磨力應均勻和合適。經研磨后，應進行拋光，并滿足所需光潔度和精度要求，滿足閥芯與閥座的對中要求等，在總裝后需進行密封性測試。
3、填料函更換。。填料函更換時應采用同類型的填料函，更換時應小心將填料勾出，正確拆除填料，防止對閥桿造成損傷。新填料函的安裝應按照說明書要求，切口應錯位，防止閥桿的螺紋對填料的刮傷，填料的壓緊力應均勻和合適，防止造成應力和增大摩擦力。
4、傳動部件的更換。調節閥和附件中的傳動部件如果部分磨損可進行部件更換、修復等。在更換和修復后應保證傳動靈活，傳動間隙盡量小。
5、氣動放大器的清洗。因儀用壓縮空氣內的污物造成氣動放大器的節流孔堵塞時應對節流孔進行清洗，可采用合適的鋼絲進行疏通和清洗。回裝時，放大器膜片應受力均勻，防止造成堵塞或泄漏。可通過調節鋼珠的壓緊力調整放大器增益，防止共振。
 
自動化過程控制智能調節閥設計選型CV值
流通能力Cv值（）是調節閥選型的主要參數之一，調節閥的流通能力的定義為：當調節閥全開時，閥兩端壓差為0.1MPa，流體密度為1g/cm3時，每小時流徑調節閥的流量數，稱為流通能力，也稱流量系數，以Cv表示，單位為t/h，液體的Cv值按下式計算。
根據流通能力Cv值大小查表，就可以確定調節閥的公稱通徑DN。
 
應用
 
在現代化工廠的自動控制中，調節閥起著十分重要的作用，這些工廠的生產取決于流動著的液體和氣體的正確分配和控制。這些控制無論是能量的交換、壓力的降低或者是簡單的容器加料，都需要*某些控制元件去完成。控制元件可以認為是自動控制的“體力”。在調節器的低能量級和執行流動流體控制所需的高能級功能之間，控制元件完成了必要的功率放大作用。調節閥是控制元件泛使用的型式。其他的控制元件包括計量泵、調節擋板和百葉窗式擋板（一種蝶閥的變型）、可變斜度的風扇葉片、電流調節裝置以及不同于閥門的電動機定位裝置。
盡管調節閥得到廣泛的使用，調節系統中的其它單元大概都沒有像它那樣少的維護工作量。在許多系統中，調節閥經受的工作條件如溫度、壓力、腐蝕和污染都要比其它部件更為嚴重，然而，當它控制工藝流體的流動時，它必須令人滿意地運行及的維修量。
在氣動調節系統中，調節器輸出的氣動信號可以直接驅動彈簧一薄膜式執行機構或者活塞式執行機構，使閥門動作。在這種情況下，確定閥位所需的能量是由壓縮空氣提供的，壓縮空氣應當在室外的設備中加以干燥，以防止凍結，并應凈化和過濾。當一個氣動調節閥和電動調節器配套使用時，可采用電一氣閥門定位器或電一氣轉換器。壓縮空氣的供氣系統可以和用于全氣動的調節系統一樣來考慮。

在調節理論的術語中，調節閥既有靜態特性，又有動態特性，因而它影響整個控制回路成敗。靜態特性或增益項是閥的流量特性，它取決于閥門的尺寸、閥芯和閥座的組合結構、執行機構的類型、閥門定位器、閥前和閥后的壓力以及流體的性質。第5章中將詳細地介紹這些內容。
動態特性是由執行機構或閥門定位器一執行機構組合決定的。對于較慢的生產過程，如溫度控制或液位控制，閥的動態特性在可控性方面一般不是限制因素。對于較快的系統，如液體的流量控制，調節閥可能有明顯的滯后，在回路的可控性方面一定要有所考慮。一般只有控制系統的專家才需要關心調節閥的動態持性，關于應用閥門定位器的正規考慮如第9章中所討論的，將滿足大多數調節閥裝置的需要。
 
自動調節閥的歷史可追溯到自力式調壓閥，它包括一個帶有重物桿的球形閥，重物用來平衡閥芯力，從而得到某種程度的調節，另一種早期的自力式調壓閿的形式是壓力平衡式調壓閥。工藝過程的壓力用管線接到彈簧薄膜調壓閥的薄膜氣室上。無論是減壓閥、閥后壓力式調壓閥或是差壓調壓閥都筆夠從這種基型閥門的變更而制造出來。 
氣動變送器和調節器的出現，就必然地導致氣動詞節閥的應用。它們本質上是減壓閥或閥后壓力式調壓閥，改用儀表壓縮空氣來代替工藝過程的流體。許多生產減壓閥的公司已經發展成為調節閥制造廠。調節閥的應用從數量上和復雜性方面繼續不斷地得到發展，許多閥門的閥體和附件的改進可以用來解決各種各樣的問題。本手冊的意圖是使工程們熟悉調節閥的結紙醉金迷和因素，幫助儀表工程師在應用中選用閥體、執行機構和附件。

調節閥按行程特點可分為：直行程和角行程。直行程包括：單座閥、雙座閥、套筒閥、角形閥、三通閥、隔膜閥；角行程包括：蝶閥、球閥、偏心旋轉閥、全功能超輕型調節閥。調節閥按驅動方式可分為：氣動調節閥、電動調節閥和液動調節閥；按調節形式可分為：調節型、切斷型、調節切斷型；按流量特性可分為：線性、等百分比、拋物線、快開。調節閥適用于空氣、水、蒸汽、各種腐蝕性介質、泥漿、油品等介質。