一種多功能集成異形組合閥的設計應用

程 路，李 慶

（徐州阿卡控制閥門有限公司，江蘇 徐州 221000）

1 概述

多功能集成異形組合閥主要采用的是一種多路組合多通道結構，適用于復雜配液系統、本次設計針對的用戶工藝要求就是多管路配液系統，是一個中試裝置乙醇項目，安裝空間狹小，半米的管道徑向空間安裝4臺閥門，工藝要求純度達99.99%。這就要求配液的管路不能有死角，管道內無配液殘留，因此，常規的組合閥形式及分流合流閥即使做到無管道連接也無法滿足用戶要求，這就需要各管路閥門高度集成，唯一的辦法就是做成幾路閥門一體式結構，這就是多路組合多通道結構設計理念的形成。

據了解，目前市場上化學制藥配液系統的核心設備中有幾種安裝形式，用于防止交叉污染，主要是隔膜閥類多通道閥，與本設計在結構理念上相似，可以借鑒，但在功能集成及靈活性上，本設計有強大的優勢，如組合閥的調節品質（主要是流量特性），滿足高壓力等級、高低溫的設計，組合的形式多樣化等，可以滿足不同用戶的個性化需求[1]。

本文設計的異形調節閥按控制方式主要有氣動控制和電動控制和機械控制三種，其中機械控制方式因操作的不方便性，在本文設計中不予推薦。其結構主要分為閥本體部分和執行機構部分兩部分，閥部分結構主要有單座、套筒結構，執行機構主要由執行元件及智能儀表等組成。

具有智能控制系統的多功能異形組合閥在中試裝置領域及化工配液系統的高端領域，對于滿足介質的無殘留、安裝空間的局限性及調節控制的穩定性有很好的保證[2]。

2 結構介紹

2.1 異形組合閥結構

因為異形組合閥結構特殊性，其閥體部分多為鍛壓成型，且根據通路的多少大多設計為長方體，個別需要設計成異形體，方便多通道的合理布局，因為多路組合多通道閥共用一個閥體，機械加工方式與鑄造閥門有很大不同，主要通過銑、鏜、焊接等步驟來完成。由于多路組合在一個閥體，因此閥內主流道是共用的，因此這種閥門在結構設計上可以達到無死角的要求，從下圖1閥體剖面圖中可以看到，閥芯、閥座與閥內主流道緊密貼合，特別適用于有衛生要求，純度要求及閥內無殘留要求的場合。

圖1 閥體剖面結構圖

2.2 常規組合閥結構

一般是由多個單獨的閥門，通過法蘭、焊接及管道串聯或并聯混合拼裝在一起組合而成，下圖2是ASME BPE中提供的常規組合閥門的結構圖。

圖2 常規組合閥門結構圖

常規組合閥門的形式是目前各行業中應用最廣泛的方式，究其原因，主要是在滿足現有工藝要求的條件下有足夠的安裝空間，但隨著科技的發展，智能化、模塊化、集成化是必然的發展趨勢，在這種發展方向下，常規組合閥門的使用就會受到很大的限制。下圖3是GEA公司宣傳冊頁上所繪制的一個CIP系統的示意圖，其中使用的就是常規組合閥的安裝形式，在圖中可以看到整個系統由好多單個閥門組合而成，此種組合形式要求空間要足夠大，且管線連接較為復雜，如果能夠滿足工藝要求的情況下采用異形組合閥閥設計，基本兩臺異形組合閥就可以滿足要求，將會省掉很大的空間浪費和管路鋪設的浪費，異形組合閥組見下圖4所示。

圖3 GEA公司應用于CIP系統的常規組合閥示意圖

圖4 異形組合閥外形結構圖

3 特點比較

3.1 異形組合閥

（1）由于多路組合多通道閥閥體是鍛造而成，加工難度偏大，在加工成本上相對于高一點，但由于多路組合多通路閥共用一個閥體，其在重量和體積上要小的多，這無形中把生產成本降了下來，因此綜合計算后，多路組合多通道閥的生產成本是相對偏低的，隨著加工工藝的不斷進步，相信不久的將來，多路組合多通道閥的加工難度會持續下降，屆時，其生產綜合成本將會進一步下降[3]。

（2）多路組合多通道閥不受傳統閥門的幾何結構限制，可以靈活多樣組合，可以適應配液系統中的各種工藝要求，因此其靈活適應性比較好。安裝所需空間常規組合閥系統結構是很小的。

（3）由于多路組合多通道閥在結構設計上幾乎沒有死角，因此當不同管

路通過此閥門時，只有閥芯內的微量殘液存在，而閥芯的密封性泄漏為零，因此各介質間交叉污染的風險很小。

（4）因為結構設計上沒有死角，閥體內腔的清潔度較高。

（5）由于多路組合多通道閥門是智能控制閥門，因此其操作便利性很好、智能化程度很高。

（6）雖然多路組合多通道閥的閥體是整體加工的，但其在結構設計時的柔性度較高，在配液系統的設計工藝有一定改變時，其在內部結構及性能參數上是可以變動的。

（7）多路組合多通道閥門是公用腔體設計，在出現執行機構機械故障、閥門內漏這些情況時，一般是不能被及時發現的。但我們的多路組合多通道閥門配有自研的在線智能故障診斷系統，實時監測閥門動態運行狀態，將實時故障傳輸至總控臺，以確保及時排除故障，因此使用多路組合多通道閥門在生產維護上已不再是難題。

（8）異形組合閥是采用鍛造一體式的閥體，有效避免了因采用管路法蘭、焊接等連接方式而造成的漏點多的問題，安全穩定性高。

3.2 常規組合閥門

（1）常規組合閥門是由單個閥門拼裝而成，因此常規組合閥門的材料成本投資較高，導致生產成本比異形組合閥整體偏高。

（2）常規組合閥門的安裝需要短管和三通、彎頭等管件來連接，而且受到一定的角度限制，因此其安裝需要的空間非常大，如果有的配液系統采用模塊化設計，且現場的空間有限，則常規組合閥門將不能滿足工藝要求，因此其靈活適應性較差。

（3）由于常規組合閥門是由管道、三通、彎頭等連接而成的，死角較多，有大量的管路存在，其內部的殘液會造成各介質間交叉污染的風險。

（4）由于存在的死角較多，常規組合閥門在清潔性要求上很難達標[4,5]。

（5）在智能化程度上常規組合閥及本文所述的異形組合閥基本一致。

（6）常規組合閥門的擴展性非常的好。在安裝、調試過程中，甚至是后續使用中，如果發生工藝變更，組合閥門是最好更改的安裝方式。這一優勢是異形組合閥欠缺的。

（7）由于常規組合閥門是很多閥門拼裝而成，一旦出現機械故障是不能被及時發現的。因此使用常規組合閥門的生產維護也是一個難題。

（8）常規組合閥多采用多個單獨的閥門通過法蘭、焊接及管路連接而成，跑、冒、滴、漏現象無法避免，存在很大的安全隱患。

3.3 異形組合閥及常規組合閥系統的各種優缺點比較

見下表1。

表1 異形組合閥和常規組合閥比較

4 多功能集成

（1）異形組合閥可以實現多個進出口任意的組合，可以在工藝要求改變時，實現進出口的切換。

（2）不同Cv值及流量特性的任意組合，也就是說根據工藝要求的需要，在一個異形組合閥上可以做到多個Cv和流量特性的組合使用。

（3）可以實現任意一個通道的隨時關停和開啟，且其它通路不受影響。

（4）根據工藝要求，可以實現不同閥型的組合，比如單座閥、籠閥及軟硬密封等各種閥型的集成。

（5）可以實現各通路不同作用方式的組合集成，即一臺異形組合閥上可以有氣開（電開）、氣關（電關）的組合。

（6）在工藝有需求的情況下，可以將流量計、液位計集與一身，實現多功能操作。

（7）可以作為一個終端集成控制系統，總控臺過來的信號通過這個終端集成控制系統后，按出廠設置好的控制程序，分別自動控制每個支路的閥門開關及調節，減少總控臺的操作工作，實現真正意義上的智能控制。

5 結束語

綜上所述，異形組合閥雖然在各行各業的配液系統中會應用越來越廣泛，但由于其工藝要求的局限性，在更廣的范圍內使用還需要進一步探究，隨著科技的發展，異形組合閥將會在更多領域實現應用，尤其是要求閥內無殘液、無死角，配液系統較復雜，安裝空間比較有限，對調節精度要求比較高的場合，異形組合閥有很大的優勢，是最優先考慮的設計方案。

圖6 異形組合閥投入中試裝置配液系統使用