淺談儀表控制閥的分類及在化工行業(yè)中的選型

李娟 李文龍（青海鹽湖工業(yè)股份有限公司化工分公司，青海格爾木816000）

0 引言

儀表控制閥具有調(diào)節(jié)流體流量、控制被調(diào)參數(shù)進(jìn)而達(dá)到自動(dòng)化生產(chǎn)的功能。控制閥是直接接觸工藝介質(zhì)的控制機(jī)構(gòu)，承受著流體的壓力，溫度，沖刷，腐蝕和磨損，在化工行業(yè)中，由于長期的機(jī)械疲勞，熱沖擊和化學(xué)腐蝕作用，控制閥的使用性能逐漸下降。若有些自動(dòng)控制系統(tǒng)不能正常運(yùn)行，那多半是由于控制閥選型不當(dāng)造成，因此一定要慎重選擇并且投入使用控制閥，直接影響了化工產(chǎn)品的質(zhì)量。基于多年工作經(jīng)驗(yàn)，將工作中涉及到的控制閥進(jìn)行詳細(xì)介紹羅列，以期為相關(guān)工作人員在進(jìn)行控制閥選型時(shí)，具備一定技巧。

1 儀表控制閥的分類

1.1 直行程控制閥：

控制閥種類眾多，該閥門是其中相對(duì)成熟的一種，在早期國內(nèi)的化工廠，幾乎都使用的是直行程控制閥。它能提供最大范圍的應(yīng)用；同時(shí)在閥門的緊固性、密封性和閥座密封規(guī)則上有很大優(yōu)勢(shì)。直行程閥能夠生產(chǎn)制造出用于高溫高壓的工況，同時(shí)可配備多系列閥芯，用于高溫高差壓到強(qiáng)腐蝕應(yīng)用場(chǎng)合中，有效消除氣蝕或噪音，例如美國FISHER的籠式閥。直行程控制閥的CV值和固有流量特性可通過更換不同的閥芯得到改變。大多數(shù)直通閥采用頂裝式，這樣就可以在線更換閥門內(nèi)件，不用拆卸管道法蘭。直行程控制閥是最通用的類型，但是價(jià)格也較貴，特別是大口徑的。直行程控制閥根據(jù)泄露要求等條件的不同，又大致分為以下幾種：

（1）直通單座閥

顧名思義，單座閥只有一個(gè)閥芯和閥座。閥芯采用頂?shù)讓?dǎo)向，結(jié)構(gòu)簡單，動(dòng)作可靠。

（2）直通雙座閥

（3）套筒閥套筒閥又稱籠式閥。

（4）三通控制閥

1.2 角行程控制閥

角形閥適用于要求直角連接的應(yīng)用場(chǎng)合，具備一定的安裝空間、流路簡單的優(yōu)勢(shì)。該控制閥只能是單導(dǎo)向，需要選用正作用或者反作用來實(shí)現(xiàn)作用方式的切換，角行程控制閥常見的且具備代表性的主要有以下幾種：

（1）蝶閥

業(yè)內(nèi)蝶閥已被公認(rèn)能提供較大的流通能力，在石油化工的物流單元和公用工程的水單元大量使用，而且閥座密封的機(jī)械制造技術(shù)有了新的突破，以三偏芯蝶閥為例，該控制閥具備較強(qiáng)的密封效果，扭轉(zhuǎn)了以往憑借位置密封的弊端，實(shí)現(xiàn)了扭力密封，通過閥座接觸面壓來達(dá)到密封目的，蝶閥的密封材料更是有很強(qiáng)的實(shí)用性，譬如使用金屬硬閥座夾帶石墨和彈簧組合，在增加強(qiáng)度的同時(shí)可以最大限度增加自適應(yīng)調(diào)節(jié)密封的特點(diǎn)。

（2）球閥

氣動(dòng)O 型快速切斷球閥是一種轉(zhuǎn)角為90°的旋轉(zhuǎn)類控制閥，它以壓縮空氣為動(dòng)力源，接受DCS系統(tǒng),可編程控制器等開關(guān)量信號(hào)，通過換向可實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門的快速的開或閉二位置控制。它結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作可靠、密封性能好、流通能力大、流阻系數(shù)小、使用壽命長、安裝方便，并具有雙向流通等特點(diǎn)。其流通能力約為同口徑直行程閥的兩倍。

（3）偏心旋轉(zhuǎn)閥

近年來強(qiáng)勢(shì)的偏心旋轉(zhuǎn)閥結(jié)合直行程閥與角行程控制閥的優(yōu)點(diǎn)于一身，它尺寸緊湊，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固。較長的閥桿密封使用壽命和低廉的價(jià)格。多年前一個(gè)芬蘭閥門生產(chǎn)知名企業(yè)開始將偏心旋轉(zhuǎn)閥在大部分場(chǎng)合替換了傳統(tǒng)的直行程控制閥。雖然偏心旋轉(zhuǎn)閥通用性略差，但它具備可替換可縮減流通能力的閥內(nèi)件結(jié)構(gòu)，還可安裝抗氣蝕與消除噪音的閥內(nèi)件。同時(shí)，偏心旋轉(zhuǎn)閥與同口徑直行程閥流通能力相當(dāng)。

以上只是介紹了眾多化工用控制閥中最具有代表性的幾種，而在實(shí)際化工設(shè)計(jì)中，控制閥的選型至關(guān)重要，不僅關(guān)乎整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的效果，更深一步會(huì)影響到工廠工藝產(chǎn)品的質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)合格，因此在控制閥選型時(shí)一定要慎之又慎。

2 儀表控制閥的選型

2.1 控制閥結(jié)構(gòu)形式的選擇

控制閥的選型，關(guān)鍵且重要的一個(gè)流程就是確定其結(jié)構(gòu)，但是要實(shí)現(xiàn)這一目的，需要根據(jù)切實(shí)的工藝條件和介質(zhì)來達(dá)到調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求（調(diào)節(jié)范圍、噪音、泄露等級(jí)）等各種綜合因素來考慮。流量小、壓差小、要求泄漏量少的場(chǎng)合應(yīng)優(yōu)先考慮直通單座閥；介質(zhì)壓差大、震動(dòng)大的場(chǎng)合則適用于套筒控制閥；大流量、大口徑的管道，公用工程水裝置等場(chǎng)所適合選用蝶閥。

2.2 閥門固有流量特性的選擇

我們常說的控制閥的固有流量特性，是在閥門前后壓差保持恒定時(shí)的閥門開度與閥門流通能力的關(guān)系。很容易理解線性含義，在常看到的儀表閥門特性曲線圖中，偏心旋轉(zhuǎn)閥的固有流量特性更接近于線性的流量特性。綜上所述，控制閥的流量特性是選型的關(guān)鍵因素，關(guān)系到自控系統(tǒng)的穩(wěn)定和質(zhì)量，因此更要嚴(yán)格把控該工作。

2.3 控制閥口徑的計(jì)算

在確定了控制閥的結(jié)構(gòu)形式以后，我們就要結(jié)合流量特性，運(yùn)用C值計(jì)算法，計(jì)算出閥門的口徑、噪聲、開度等數(shù)值。這個(gè)工作可以說是對(duì)控制閥選型的一項(xiàng)重要檢驗(yàn)措施，一旦驗(yàn)算結(jié)果和實(shí)際的工藝要求差距很大，就應(yīng)該重新考慮閥門的選型，如此反復(fù)，直到計(jì)算得出規(guī)定范圍內(nèi)的開度值等。

2.4 控制閥材質(zhì)的選擇

在進(jìn)行過控制閥結(jié)構(gòu)形式、流量特性的選擇以及閥門口徑的計(jì)算以后，最關(guān)鍵的一步就是控制閥材質(zhì)的選擇，主要包含以下兩個(gè)方面，一是閥體，二是閥內(nèi)組件。閥體的材質(zhì)要滿足腐蝕性，溫度和壓力的層層考驗(yàn)，其作用相當(dāng)于一個(gè)壓力容器。譬如氟橡膠的密封材料，可以應(yīng)用在最高260℃的工況,改變了以往只有乙丙橡膠和丁晴橡膠密封，橡膠密封在高溫下無法使用的局面；例如在柔性石墨的應(yīng)用過程中，由于石墨具備的高純度，耐高溫高壓等特質(zhì)，幾乎適用于所有化學(xué)品種，，特別是在乙烯裂解爐上的減溫降壓水閥，電站鍋爐爐區(qū)的高壓蒸汽閥門上，可以承受700℃高溫的柔性石墨，優(yōu)勢(shì)效果極其明顯。

通常情況下，我們?cè)谶x擇控制閥門的過程中，只要其具備耐腐蝕和沖刷的特點(diǎn)，在應(yīng)用過程中就可以發(fā)揮其節(jié)流的功效。然而近年來，隨著工藝水平和企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的提升，控制閥門在生產(chǎn)過程中為迎合企業(yè)和市場(chǎng)要求，也做了相應(yīng)改進(jìn)，當(dāng)然，控制閥門的進(jìn)展在很大程度上得益于新興金屬材料和合成材料的發(fā)展。舉例說明，例如有些酸堿、有機(jī)物的特性要求控制閥具備高壽命的特點(diǎn)，而鈦金屬具有親和力，能生成牢固的氧化物保護(hù)膜，可以使控制閥達(dá)到長期使用的效果。而另外的金屬材料鈮和鎳，是耐磨性很好的防腐蝕材料，大量應(yīng)用在閥球表面。

我們?cè)谶x擇控制閥的時(shí)候越來越注重其購買成本，而閥門材料成本又占整個(gè)控制閥成本的大部分。在合成材料層出不窮的化工領(lǐng)域，這些林林總總新材料的應(yīng)用無疑增加了購買費(fèi)用。

綜上所述，在選擇控制閥的時(shí)候，一定要注重材質(zhì)，必須做到以下兩點(diǎn)：

一是要確保該控制閥材質(zhì)的安全可靠程度，確定其具備耐高溫且防腐蝕的特性，二是要在確保材質(zhì)沒問題的情況下，盡量選擇使用壽命長的控制閥。在達(dá)到以上兩點(diǎn)后，可以進(jìn)一步斟酌選擇投資少，花費(fèi)少的控制閥，進(jìn)而減少單位資金投入，節(jié)省用度，為企業(yè)運(yùn)行效率和產(chǎn)品質(zhì)量提升做出貢獻(xiàn)。

3 結(jié)語

對(duì)于控制閥的選型，以前的老方法還可以參考使用。在今后的選型工作中，應(yīng)該多借鑒過去石油化工工業(yè)曾經(jīng)成功應(yīng)用的工況，因?yàn)樾枰紤]的因素并沒有變，只是需要考慮多增加的內(nèi)容以確保最低花費(fèi)和最好的工藝控制效果。