调节阀的配备的选用一
调节阀的配备条件和选用
M．L．弗里曼
第一部分 调节阀的配备
第二部分 调节阀的选用
第一部分调节阀的配备条件
概述 本章的目的是请用户注意到，在配备一台调节阀时，甚至在试图选择具体的阀门类型之前就应该考虑的许多因素，并且一旦了解这些因素后，就要使不同的阀门类型与对它们应用场合、有关的性能和价格联系起来。
第一步 当配备一台调节阀时，第一步是收集汇集总所有与使用条件、周围环境有关的资料。这些资料不仅包括正常的操作工况，而且也包括开车和异常操作期间的恶劣工况。管道内流体作用在阀门上的力、管道本身、地震冲击以及阀门和它的执行机构周围的异常的环境也必须包括进去。还必须考虑工厂或现场辅助技工的技术水平和政策。
所有这些因素如果考虑得不周密，经常会导致所安装的调节阀在开车期间不能发挥应有的功能，或者由于异常的磨损或机械破裂而遭受永久性的损坏。
用于正常操作的调节阀规格要求已在第2章中详细地列出了，而且与阀体、执行机构、阀门定位器、变送器或调节器、使用条件及阀门附件有关。
美国仪表学会有一种规格表的格式（S20.6），它有助于用户和制造厂双方了解注意的条件及阀门的规格。这将足以满足大部分的阀门应用，因为不正常工况可能不是很严重的。然而直到不正常工况及可能随之产生的一些情况的推断应作简要的说明。
客观地列举这些异常工况及影响，是启发用户仔细地考虑阀门的一些应用问题。把阀门当做工整个系统的一部分来考虑，并把系统对阀门的作用以及阀门对系统作用的影响也考虑进去。然后就可以着手选择一台合适的阀门，使其满足最大多数的操作要求。下述各项是以简要的形式介绍的，提供给读者一个可能需要作深入研究的资料清单。
1、主要因素
系统设计 系统的功能是控制流体的流量，它可以用下述几种方法来完成：（1）变速泵；（2）恒定转速的可变容积式正位移泵；（3）调节阀；（4）其他方法。变速泵流量控制装置是用于大流量情况，包括需要能量很大的泵，借以节省泵的功率消耗。计量型变容积式天上正位移泵经常用于严格地控制某一流体，这种流体是以给定的容积在某一段时间里加到系统中去的，或者与大量的已计量容积的其他流体相混合。调节阀是这三种方法中最简单的一种，而且所用的设备最少。调节阀的最简单的形式可能是自力式的流量和压力调节器，在本手册中所要进行讨论的阀门是接受从某些其他的测量装置来的控制信号。调节阀有最大的灵活性，即可以控制的高低流量的范围较大，从一个极端到另一个极端的流量变化快，比前述的两种装置快得多。与其他的两种控制方法比相对地便宜，而且和它们一样，也是用一个独立的能源来操作执行机构。前两种系统是把能量投入流体，使它按要求的数量来移动物流，而调节阀从较高能量物流中消耗能量，产生所要求的控制作用。调节阀把部分流动能量转换成为流体内部摩擦，因而导致温度升高及阀门出口的压力降低。
在规划控制系统时，第一步是决定流量控制装置的形式，哪一种形式最能满足你的需要，假如需要一台调节阀，进一步阅读本手册。
为什么需要断源保安作用的调节阀？ 断源保安作用的定义为：假定输入到阀门执行机构的动力源发生故障时，阀门处于开或关的位置。研究一下系统，并决定于你想要阀门保留打开的位置、连续流动和释放压力，而保持最大的流量呢？还是必须关闭阀门，防止流体散失或者防止过度的流动。有些系统不需要任何断源保安作用。另外一些系统可能要求阀门保留在动力源中断前的节流位置，一直到过程控制可以用手动来处理为止。有很多执行机构的形式可以采用，而薄膜式执行机构是最常用的一种。空气压力用来打开或关闭阀门。与其相反的能源是压缩弹簧，它提供弹力移动阀门，使执行机构在气源压力发生故障时阀门处于安全的位置，断源保安作用必须是完全协调的一整套辅助控制，例如在调节系统中的调节器、阀门定位器及转换器。换句话说，失去气源或失去气动信号在整个系统中必须起完全相同的作用。
另一个必须考虑的因素是作用在阀门芯杆组合件上流体力的影响，以及与以弹簧推力形式出现的执行机构动力之间的关系。流向为自下而上的球形阀，其阀芯承受从管线压力来的打开推力。对于一个用弹簧关闭的断源保安阀门来说，执行机构的弹簧必须有足够的力来克服流体向上的推力。当流过阀芯的流向是自上而下时，产生的这些推力往往有助于维持阀芯在关闭的位置。如果阀门必须在动力源故障时打开，那么，断源保安作用的执行机构的弹簧力必须能够克服施加在关闭的阀芯上的压差荷载。对断源关闭的系统，必须记住的第二点是在调节阀和阀前任何一个切断阀之间的液体是被封闭住的，在易遭受温升的长管线上必须装设压力释放装置。
大多数旋转式阀门，作用在阀芯、球或阀板上的流体流动力往往有助于关闭阀门。一旦阀芯处于关闭的位置，它通常是和流体流动力平衡的。蝶阀和支轴式整体球阀没有问题。扇形的旋转阀芯或球阀需要特殊考虑，在球或阀芯后面的流体将迫使它朝阀座方向移动，而且比流体对着阀芯的另一侧的情况要求有更大的打开力矩。这一点对安装在旋转式阀门上的弹簧式断源保安作用的执行机构必须加以考虑。仔细地审查你的系统，并确定在最大输入流量和压力下将会发生什么情况?在对动力源故障起安全保险作用时，要求你的阀门是全关还是全开?
口径计算是根本 在选择调节阀时，最主要考虑之一是阀门既不要过大，也不能太小，能够适应控制任务的要求。阀门尺寸过大会影响控制精度，而尺寸过小时，如果没有极高的压降，生产过程就不可能获得最大流量，和可能受噪音，磨损及气蚀的影响。调节阀、泵和管线应当同时确定其尺寸，以防止安全系数的连续叠加，形成一个“过大尺寸”的调节阀。由美国仪表学会定义的“流量系数”(Cv值)术语是指衡量一个阀门流通能力的方法，而不管阀门的类型和结构。这种简单的方式仅仅在适中的流量时才是可用的。当把它应用到一个系统中时，闪蒸、气蚀及空气动力学噪音必须加以考虑，同时要考虑阻塞气体流动的条件。所有这些在本手册的第6章和第7章中已充分的叙述过了。中心思想是在正常的操作条件下，所设计的阀门开度应约为全开流通能力的65～75％。如果这样设计的话，它能够使你操作你的系统在更高的流通能力或者在入口压力虽然稍微有些下降时维持流通能力。阀门也是处在最理想的操作范围内，以满足按一个给定的流量特性来控制流量，你选定的一种流量特性是为了和你的系统相匹配。
必须规定适当的流量特性 在确定工艺过程的正常流量之后，必须对所有的操作条件包括开车的情况来确定最大和最小流量。需要精确控制最大流量和最小流量的地方，应当和制造厂商量，以便他们推荐一种能够满足处理全部条件的调节阀。标准阀门结构在流量控制的低范围和高范围都有一定的局限性。低于阀门额定Cv值的10％时，其流量特性的偏差可能是非常大的。高于阀门额定Cv值的90％时，Cv变化率随着单位行程的增加而降低。特别高质量的阀门设计可以提供克服球形阀应用中的这些缺陷。旋转式阀门在这些非常低的和高的流量范围中出现更为困难的问题。但是在某些情况下用改变设计参数的办法，可以使其在这些范围中的应用获得改善。
在大口径的阀门中，极低的流量控制精度只能达到和执行机构定位阀芯一样的准确度。时常要求阀门定位器给出合乎需要的性能，消除在这些范围内引起不稳定流动的变差。
阀门制造厂的应用工程师能够协助用户来确定阀门的固有可调范围与实际安装的阀门调节范围和可调范围：
在正常、最大和最小流量已经确定之后，从而就决定了可调范围．下一步就要严格地测试工艺本身，以便看它的特性是什么或者必须是什么？大多数工艺过程的流量范围可能在平均流量的25～200%范围内变化。正常压力变化为±10%，范围为平均值的±25%。这种分析的目的是为了得到调节阀所必须具有的特性选择。所需要的阀门是快开、线性或等百分比特性？如果阀门特性的选择是正确的，和工艺过程的特性是匹配的，则整个系统的控制性能将证明是满意的。第5章中包含有助于完成特性选择的实用导则。
所要求的调节品质必须估算 这不仅与满足使用要求的阀门型式选择有关，而且也和为了满足期望的质量愿意付出的费用有关。
大多数阀门挂*厂都出售若干相同功能相同的阀门系列以及不同型号的阀门。他们能够阐述各种系列和型式与另一种的性能奴隶制，以便用户作出与使用要求匹配的最经济的选择。
一个典型的实例出现在一个系列的阀门性能在其范围的一端是与较高质量的高薪坠落系列相重叠时。
遵照规范的规定 各种各样的规范规定或限制阀门材料的使用、设计规则、制造工艺以质量保证程序。因而，用户和制造厂都必须阐明对调节阀的应用和环境的要求所能适用的标准规范是什么。许多规范是既适用于阀门制造又适用于应用程序的。必须记住，要合理地向制造厂提出关于工厂类型或现场安装和所在区域的一般位置的建议。制造厂必须了解工厂和工艺过程的操作和装备所处的工业类别。
大多数调节阀是遵照美国国家标准协会（ANSI）的规范的要求；对于法兰连接的阀门用(ANSI B16.5)规范，连接端焊接的阀门用ANSI B16.34规范。此外，美国机械工程式师学会（ANME）的锅炉和压力容器规范第Ⅶ部分第1和2篇和核工程使用的第Ⅲ部分经常与ANSI B31规范一起规定用于某些蒸汽透平的调节阀。阀体组合件通常在环境温度下按1.5倍的冷工作压力等级进行检验。
石油产品使用的调节阀必须按照美国石油学会（API）标准的规定，因为严重超压的可能性更大。在这种情况下，通用的做法是在环境温度下，按2倍的正常额定工作压力进行试验。API颁布的个别的标准是供油品、管道和油品炼制使用的。
管道规范ASME B31.1分成：（1）动力配管；（2）局部加热和冷冻；（3）农村范围以外的输油管线；（4）炼油厂内部的油管；（5）在农村范围内的气体管线系统；（6）集中居民区以外的输气管线。对于一个给定的相围材料的管道壁厚，每一类管线都具有不同的最高操作温度和压力。这就影响了制造厂焊接到阀体上的接绝不能阀体上的接管和异径管的形式。
供核工程使用的ASME第Ⅲ部分是用来做为承压零件如阀体、上阀盖和连接螺栓的材料和许用应力的规定，阀芯也包括在这种类型中。设计规则、批准的材质、应力等级和质量保证要求是按照阀门在系统中的功能的重要性，根据一个阀门的应用情况而分成不同的等级，如核工程的1、2或3级。用户或者苍的设计工程师的职责就是在设计技术规定、规范批准的材料中指定应用的等级。
用户的设计技术规定必须形成文件，由一个精通核动力工厂设计的有执照的专职工程师来审批。美国仪表学会的调节阀规格表可以包括给出基本数据的来源。一旦同意采用ASME第Ⅲ部分核动力规范，并可能制造，则任何一方的所有变更都必须经过认可、审批和形成文件。
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