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自动化仪表阀、控制阀的基础知识   发布时间:17-05-12

自动化仪表阀、控制阀的基础知识





一、控制阀的定义:


工业过程控制系统中调节流体流量的控制装置

控制阀又可称调节阀。它可通过对流体流量的控制来调节流体的压力,温度,流量,液位等工艺参数。


二、控制阀应用:


控制阀可应用于化工,石化,电力,石油天然气,冶金,制药,造纸,轻工,食品,电子等行业。控制阀是影响工业过程控制系统的控制质量(控制精度)乃至产品质量的重要控制元件。控制阀的性能与控制精度直接影响工业生产的经济效益。

控制阀往往是控制回路中最薄弱的环节全部掌握


三、控制阀的构成:


控制阀主要由两大部分组成。阀体组合件+执行器



四、与控制阀常用标准相关的组织:


(1)美国国家标准组织 (ANSI)

(2)美国机械工程师学会 (ASME)

(3)美国测试与材料学会 (ASTM)

(4)美国石油组织 (API)

(5)国际测量与控制学会 (ISA)

(6)国际标准化组织 (ISO)

(7)国际电工委员会 (IEC)

(8)国际腐蚀工程师协会 (NACE)

(9)流体控制组织 (FCI)

(10)制造商标准化学会 (MSS)


五、阀门耐压能力表述法有两种:


(1)压力等级 (CL)

(2)公称压力 (PN)


根据国际标准化组织(ISO)发布的标准,压力等级与公称压力之间的关系为: CL 150 :PN 20    CL 900 : PN 150

CL 300 :PN 50    CL 1500 :PN 260

CL 600 :PN 110   CL 2500 :PN 420


六、控制阀的流量特性:


控制阀的流量特性是指控制阀的行程在0-100%的范围内与对应的流经控制阀的流量之间的关系。

压差恒定时阀门的流量特性称作固有流量特性。

在压差等参数变化条件下阀门的流量特性称作实际流量特性。

1. 控制阀的流量特性有三种

(1)快开流量特性;

(2)线性流量特性;

(3)等百分比流量特性。


七、控制阀的主要性能指标:


(1)可调比-控制阀最大可控流量与最小可控流量的比值。

(2)流通能力-特定条件下流经阀门的流量。

(3)气室密封性-特定压力下,特定时间内,执行器气室压力下降的程度。


八、流量系数 (Cv)::


流量系数是指温度为 40-60 ℉ 的水在 1 PSI(磅/平方英寸)的压降下,阀门某开度下每分钟流过阀门的(美)加仑数流量系数是表征阀门流通能力的参数。流量系数与阀门流道几何形状,阀门尺寸,阀门开度等参数有关。调节阀尺寸基本计算公式:Q = Cv√△P / G

FISHER 用不同符号表示不同介质流量系数。Cv--液体    Cg --气体     Cs--蒸汽

采用国际单位制,流量系数用Kv表示。

流量系数KV 是指温度为 5-40 ℃ 的水在100 kPa的压降下,阀门某开度下每小时流过阀门的立方米数。Cv 与 Kv 换算关系式:Cv = 1.167 Kv


九、控制阀的偏差:


a. 基本误差

        Ei = ( li- Li )/L   X 100%                    

        Ei - 第i点的误差

         li -第I点的实际行程

         Li -第i点的理论行程

         L - 控制阀的额定行程

b. 回 差  同一输入信号上测得的正反行程的最大差值

c. 死 区(控制阀)  

作用在执行器膜片上仍不能使其动作的压力区间即控制阀行程上某点正反程信号之差。


十、(阀座)泄漏量:


在一定压差,温度的条件下阀门全关时介质流过阀门的流量。泄漏量是衡量阀门内漏的指标:

关闭等级  ANS II--VI


十一、内件常用材料:


(1)416 SST  

抗水及蒸汽介质的腐蚀性较好,常用于电厂正气给水系统常用来制造阀芯阀座。因应力较高,不可堆焊及表面硬化处理,工作温度高于427 ℃则硬度降低。

(2)17-4 PH  

抗腐蚀性好,强度高,常被施以3种硬化处理(H900,1075, 1150)常用来制造阀笼,阀座,阀塞,阀轴,温度较高时易脆,高于800 F(427℃)禁止使用。

(3)440 SST  

硬度最高的调节阀不锈钢材料(HRC60),抗腐蚀性好,使用温度不高于427℃,如电厂锅炉给水阀。主要用来制造CAVITORL阀笼

(4)ALLOY 6  

即使在高温下仍保持抗腐蚀及抗磨损的优越性能,高达566℃高温蒸气条件下保持优良性能。主要用于堆焊阀芯阀座。切削性能,铸造性能差,成本高,故不用于阀笼制造。


十二、阀体常用材料:


WCC/WCB

优质碳素钢(低碳钢),价格低,可焊性好,低温易脆,高温时强度降低(工作温度 -29℃ - 427℃ )

WC9

低合金铬钼钢,适于 〉427 C 过热蒸气及冲刷严重的工况,抗腐蚀性能优于碳钢,可焊性优于C5,热膨胀性能,导热性能优于CF8M,工作温度 -29℃ – 593 ℃


十三、阀门零件常用处理方法:


(1)敷层处理:零件表面敷以

a. 铬层(V-ball, butterfly disc,先进的处理技术可使敷层工作温度高达590℃ 而保持较好的耐磨性)

b. 镍层(如,ENC-Electroless Nickel Coating 常用于阀笼处理,工作温度不高于340℃)

敷层厚度:镍层常约为0.05mm,铬层常约为0.01mm

(2)渗层处理:

化学热处理,渗层约为0.05-0.10mm 常用于阀笼硬化处理工作温度高达590℃


十四、控制阀分类:


1. 按控制阀的结构分类

笼式阀   单座阀   双座阀   三通阀   角阀   球阀   碟阀



十五、控制阀连接方式:


(一) 阀体与管道的联接形式

阀体与管道常用的联接方式有三种:

(1)螺纹联接    (2)法兰联接    (3)焊接

1. 螺纹联接 (下图)特点:

a. 常用于小尺寸阀门(不大于2英寸)。

b. 比法兰联接成本低。

c. 螺纹通常为管螺纹(NPT)

d. 阀体的下线不如法兰联接方便


2. 法兰式联接的特点:

适于控制阀的各种压力范围,使用温度可达815 C。具有各种尺寸。

法兰式联接有三种常用型式:

a.平面(FF)法兰

b.突面(RF)法兰 

c.环式(RTJ)法兰

3.平面法兰(下图)的特点

常用于低压场合, 铸铁阀体,铜阀体常为平面法兰。

法兰面与垫片完全接触,螺栓紧固引起的法兰应力较低。


4. 突面法兰(下图)的特点:

突面经过精加工,其面上有同心圆槽保证密封性突面法兰可与各种材质的垫片一起使用,工作压力可达 414 公斤/平方米(6000 psi),工作温度可达 815度(1500 F)


5. 环式法兰(下图)的特点:

环式法兰与突面法兰外形相似,只是在凸面处切出一同心 U 形环形槽,垫片是一个断面为椭圆形或八角形的圆环,该环嵌入 U 形槽内,旋紧法兰螺栓后即获得可靠密封。圆环材质通常为蒙耐尔但亦可为其他金属此种法兰在高达1034公斤/平方厘米(15000 psi)的压力下仍具有较好的密封性能,但高温场合一般不选用环式法兰。


十六、阀体与管道的焊接

特点:

a. 在任何温度和压力下都不会出现泄漏,

b. 联接成本低(无需配制法兰)

c. 阀体下线困难

焊接式联接有两种型式

a.承插焊(SWE)常用于阀门公称尺寸为2英寸及以下的场合。

b.对焊式(BWE)常用于阀体公称尺寸为2英寸以上的场合。


密封件  

防止外漏的密封件:填料与垫片。

两种主要填料:PTFE填料,石墨填料。

PTFE 填料的特点:

(1)摩擦力小无需润滑;                            

(2)适于多种介质;                      

(3)填料环由弹簧加载,自动调整;

(4)工作温度-40℃-232℃;

(5)要求阀杆必须具有较高光洁度;

(6)不适于核辐射场合(填料易损坏)。


石墨填料的特点:

(1)工作温度较高可高达649℃;

(2)适于多种介质以及核辐射场合;

(3)使用寿命较长;

(4)工作温度较高时需润滑;

(5)摩擦力较大,易产生滞后(死区)。


波纹管密封的结构与特点:

(1)密封性能好;

(2)使用寿命长;

(3)安装方便。

常用垫片:

标准垫片由金属平垫片,金属缠绕垫,石墨垫组成。  


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