淺議聯堿生產中自動調節閥的選型

聶喜玲

(大連化工研究設計院,遼寧 大連 116023)

淺議聯堿生產中自動調節閥的選型

聶喜玲

(大連化工研究設計院,遼寧 大連 116023)

通過對控制閥選型過程中用到的各種特性參數及其確定方法的介紹,分析了在聯堿設計與生產中應如何正確、經濟、合理地選用控制閥,以達到工藝要求。

聯堿生產;控制閥

隨著國內聯堿企業自動化水平的不斷提高,化工單元操作自動控制已被廣泛采用。這其中控制閥的選型及使用顯得尤為重要。生產過程中,控制閥與工藝介質直接接觸,這些介質通常工藝條件比較復雜,控制閥如選擇不當,往往給生產控制帶來困難,以致于調節質量下降,嚴重影響正常生產操作,甚至造成嚴重的生產及安全事故。

根據筆者多年從事設計工作的經驗及相關文獻,下面對控制閥選型過程中應該注意的幾個方面問題予以闡述,希望能對從事聯堿生產與設計者有所借鑒,同時也促進彼此之間的技術交流。

1 根據工藝條件不同,選擇合適的流量特性

控制閥的流量特性是介質流過控制閥的相對流量與相對位移(控制閥的相對開度)間的關系,一般來說改變控制閥的閥芯與閥座的流通截面,便可控制流量,但實際上由于多種因素的影響,如在截面變化的同時,還發生閥前閥后壓差的變化,而壓差的變化又將引起流量的變化。

在閥前閥后壓差保持不變時,控制閥的流量特性稱為理想流量特性。控制閥的結構特性是指閥芯位移與流體流通截面積之間的關系,它純粹是由閥芯大小幾何形狀決定的,除與控制閥幾何形狀有關外,還考慮了在壓差不變的情況下流量系數的影響,因此,控制閥的理想流量特性與結構特性是不同的。

理想流量特性主要由線性、等百分比、拋物線及快開四種。控制閥的理想流量特性,在生產中常用的是直線、等百分比、快開3種,拋物線流量特性介于直線與等百分比之間,一般可用等百分比來代替,而快開特性主要用于二位式調節及程序控制中。

在實際生產應用過程中,控制閥前后壓差總是變化的,這時的流量特性稱為工作流量特性。因為控制閥往往和工藝設備串聯或并聯使用,流量因阻力的變化而變化,在實際工作中因閥前閥后壓差變化而使理想流量特性畸變成工作流量特性。因此,在實際生產中控制閥的理想流量特性的選擇是指如何選擇直線和等百分比特性。

從負荷變化情況分析,直線特性控制閥在小開度時流量相對變化大,過于靈敏容易引起震蕩,使閥芯、閥座極易受到破壞,在閥阻比S值小,負荷變化大的場合不宜采用;等百分比控制閥的放大系數隨控制閥行程增加而增加,流量相對變化值是恒定不變的,因此它對負荷波動有較強的適應性,無論在滿負荷或半負荷生產時都能很好的調節,從制造角度來看也并不困難。在生產中等百分比是應用最廣泛的一種。

2 根據工藝參數,選擇合理的控制尺寸

當我們選定了控制閥的類型和特性后,就可進一步確定它的尺寸。其中控制閥的流通能力 Cv值是確定控制閥口徑的重要依據。所謂流通能力 Cv值是指在額定時間內,閥門處于最大開啟狀態時,流經閥門的體積流量或質量流量的總和。從工藝提供數據到算出流通能力,直到閥的口徑確定,需經以下幾個步驟:

2.1 計算流量的確定

根據現有的生產能力、設備負荷及介質狀況計算最大流量Qmax和最小流量Q min。

在計算調節閥的流通能力 Cv值時,通常應按最大流量考慮,如最大流量取值過大,將導致控制閥口徑偏大。這不但增加投資,而且使控制閥經常工作在小開度,可調比減小,調節性能變壞,嚴重時影響調節系統的穩定性,大大降低了閥的使用壽命。

最大流量的選擇,應根據負荷的變化及工藝設備的生產能力來合理確定。對于調節質量要求較高的場合,更應以現有的工藝條件來選擇最大流量。但注意不能片面強調調節質量,以致當負荷變化以及現有生產設備經過技改和擴建,當生產能力稍有提高,調節閥便不能適應,即需更換。也就是說,應當兼顧當前與今后在一定的范圍內擴大生產能力這兩方面的因素,然后合理的確定最大流量。

一般來說,工藝提出的流量都是根據裝置的生產能力、物料平衡、控制對象的極限負荷變化,以及可能擴大的生產能力和操作條件的變化等因素,綜合考慮后確定的。通常情況下,一般提出的最小流量為正常流量50%,最大流量為正常流量的130%～150%。這樣,可以基本保證控制閥的開度不小于40%～60%,使控制閥長期運行在比較穩定的狀態,延長控制閥的使用壽命。

2.2 計算壓差的確定

根據已選擇控制閥的流量特性及系統特點選擇相應的閥阻比S值,然后決定計算壓差。要使控制閥起調解作用,就必須在閥前閥后有一定的壓差。閥上的壓差占整個系統壓差的比值越大,則調節流量的畸變越小,調節性能就能得到保證,但是閥前后壓差越大,閥上的壓力損失越大,所消耗的動力越大。因此,必須兼顧調節性能和動力消耗,來合理地計算壓差。系統總壓差是指系統中包括控制閥在內的與流量有關的動能損失,如彎頭、三通、節流裝置、工藝裝置、手動閥門等局部阻力造成的壓力損失。

選擇控制閥的計算壓差主要是根據工藝管道、設備等組成系統的總壓差大小及變化情況來選擇,其步驟如下:

1)選擇系統的兩個恒壓點,把離控制閥前后最近且壓力基本穩定的設備作為系統的計算范圍。一般按最大流量分別計算各部分局部阻力,并求出它們的總和∑△Pf。

2)選取閥阻比S值

差壓是控制閥的一個重要參數,它對于控制閥的選用有著舉足輕重的作用,可以說,差壓是否準確對于一個控制閥的正確選用有著決定性的作用。通常工藝專業只是根據管道的配置計算出控制閥前后的壓力提供給自控專業,再由自控專業估算差壓。這種方法對于基礎設計階段可行,但對于施工圖設計是不妥的,往往會造成控制閥的口徑過大或過小。因此應對控制閥所在的管系進行流體力學計算,結合調節閥前后的壓力,準確提出控制閥的差壓參數。

現階段,一般接觸的控制閥都是串聯管路的控制閥,在這種管系中,需要用到閥阻比S,即控制閥全開時,控制閥差壓與系統總壓差的比值。S值是確定控制閥差壓的關鍵,是指控制閥全開時對最大開度和最小開度的限制。從儀表專業的角度上來說,控制閥應該有比較大的S值,這樣,控制閥的實際工作性能比較接近理想工作性能,所選擇的控制閥口徑相對較小,品質較好,比較容易控制。但從工藝專業的角度來說,控制閥應該具有比較小的壓差,即S值很小,這樣可以減小管道的阻力。綜合工藝和儀表兩專業考慮,一般選定S值為0.3～0.5。在控制閥所在的管道系統中,系統總壓差:

其中△P管路包括直管、局部阻力降和設備阻力降。

此外,由前可知:

(2)式即是核算控制閥差壓的公式。以上計算方法只是針對液相介質 ,對于氣相介質,由于管道阻力很小,S值很大,△P閥一般取經驗值。

3 根據工藝參數選擇不同的氣動執行機構

一般情況下,標準組合的控制閥所規定的允許壓差要能夠滿足工藝操作上對壓降的要求。在大壓差的情況下,一般只需計算閥芯所受的不平衡力和執行機構的輸出力,使其滿足:F≥1.1(F1+F0)

F——執行機構的輸出力;

F1——閥芯所受的不平衡力;

F0——閥座緊壓力,一般按全關時,2 M Pa(或200 N)估算。

選擇氣動執行機構時考慮以下幾個因素:

1)執行機構的響應速度是否滿足工藝的操作要求。一般應優先選用薄膜執行機構,當薄膜執行機構不能滿足上述兩項要求時,應選用活塞執行機構。

2)調節口徑大或壓差高時,可選用活塞執行機構。

4 結 語

通過以上闡述,要做到控制閥選用正確,首先工藝專業提出的工藝參數要盡量準確,特別是以上提到的重要參數,計算出準確的流通能力Cv值,再參照以上要求就可以正確選用調節閥。

TQ 114.162;TQ 055.8

B

1005-8370(2011)03-31-03

2011-03-16