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调节阀知识
发布时间:2016-01-22
1.1调节阀在工业生产过程控制中的作用
工业生产过程的控制系统有各种不同类型,它们都由若干个简单的控制系统组成。每个简单控制系统又由检测元件和变送器、控制器、执行器和被控对象组成。检测元件和变送器(sensor and transmitter)用于检测被控变量,将检测信号转换为标准信号。控制器(controller)将检测变送环节输出的标准信号与设定值进行比较,获得偏差信号,按一定控制规律对偏差信号(error signal)进行运算,运算输出送执行器。控制器可用模拟仪表实现,也可用微处理器组成的数字控制器实现,例如DCS 和FCS 中采用的PID 控制功能模块等。执行器(actuator)处于控制环路的最终位置,因此也称为最终元件(final element)。执行器用于接收控制器的输出信号,并控制系统中各种流体的变化。在大多数工业生产过程控制的应用中,执行器采用控制阀。控制阀用于调节系统中流体的流量变化,因此又被称为调节阀。在生产过程的负荷变化或操作条件改变时,通过检测元件和变送器的检测和变送,将过程的被控变量送控制器,经控制规律运算后的输出送调节阀,改变过程中相应的流体流量,使被控变量与设定值保持一致。可见,检测元件和变送器的作用类似于人的眼睛,控制器的作用类似于人的大脑,调节阀的作用类似于人的手脚。
从控制系统整体看,一个控制系统控制得好不好,都要通过调节阀来实现。由于下列原因,调节阀变得十分重要。
① 调节阀是节流装置,属于动部件,与检测元件和变送器、控制器比较,在控制过程中,调节阀需要不断改变节流件的流通面积,使系统中流体流量发生变化,以适应负荷变化或操作条件的改变。因此,对调节阀阀组件的密封、耐压、腐蚀等提出更高要求。例如,密封会使调节阀摩擦力增加,调节阀死区加大,造成控制系统控制品质变差等。
②调节阀的活动部件是造成“跑”、“冒”、“滴”、“漏’’的主要原因,它不仅造成资源或物料的浪费,也污染环境,引发事故。
③调节阀的阀体组件与过程介质直接接触,和检测元件与过程介质接触的不同之处如下。
a 调节阀的阀体组件的接触介质可能与检测元件的接触介质不同,对调节阀的耐腐蚀性、强度、刚度、材料等有更高要求。
b 检测元件可采用隔离液等方法与过程介质隔离,但调节阀通常与过程介质直接接触,很难采用隔离的方法与过程介质隔离。
④调节阀的节流使能量在阀体组件内部被消耗,因此,降低能耗,降低调节阀的压力损失,和保证较好的控制品质之间要合理选择和兼顾。
⑤ 调节阀对流体进行节流的同时也造成噪声。例如,当阀出口压力低于液体的蒸汽压力时,造成闪蒸;当阀下游压力高于液体蒸汽压力时,造成汽蚀。调节阀造成的噪声和调节阀流路的设计、操作压力、被控介质特性等有关,因此,降低噪声,降低压力损失等对调节阀提出更高要求。
⑥调节阀的适应性强。它被安装在各种不同的生产过程,生产过程的低温、高温、高压、大流量、微小流量等操作条件需要调节阀具有各种不同的功能,调节阀应能够适应不同应用的要求。
⑦检测元件和变送器、控制器等发展快,投入的人力和物力多。相对来看,通常认为调节阀结构简单,因此,对调节阀投入研究和开发的人力和物力相对不足。
1.2我国调节阀的现状
我国调节阀工业生产的起步较晚。在20世纪60年代开始研制单座阀、双座阀产品,主要是仿制前苏联的产品。由于机械工业落后,机械加工精度低,因此,产品泄漏量较大,但尚能满足当时工业生产过程的一般控制要求。70 年代开始,随着工业生产规模的扩大,工业过程控制要求的提高,一些控制阀产品已不能适应生产过程控制的要求,例如对高压力、高压降、低温、高温和腐蚀等介质的控制要求。为此,一些大型石油化工企业在引进设备的同时,也引进了一些调节阀,例如带平衡阀芯的套筒阀、偏心旋转阀等,为国内的统计局阀制造厂商指明了开发方向。因此,70年代后期,一些制造厂已开始仿制偏心旋转阀等产品。80年代开始,随着我国改革开放政策的贯彻和落实,一些调节阀制造厂引进了国外著名调节阀厂商的技术和产品,使我国调节阀产品的品种和质量得到明显提高。例如,生产出各种类型的套筒阀、偏心旋转阀,并开始研制精小型调节阀。随着大型电站等工业项目的进行,也研制了各种电液执行机构、长行程执行机构等执行机构,以适应大推力和大推力矩、长行程等控制要求。90年代开始,我国的调节阀工业也在引进和消化国外的先进技术后开始飞速发展,一些合资和外资的调节阀生产厂相继生产有特色的产品,填补了一些特殊工业控制的空白,使我国调节阀工业的水平大大提高,缩短了与国外的差距。随着现场总线技术的应用,21世纪初,采用现场总线技术的调节阀产品问世,国外一些现场总线的调节阀和相关的产品,例如智能阀门定位器等,开始在国内一些新建工程中应用,国内一些厂商也开始研制有关产品。
1.3控制阀的发展方向
由于调节阀在实际应用中仍存在着许多问题,如调节阀的品种多,规格多,参数多,使调节阀的选型不方便、安装应用不方便、维护不方便、管理不方便;调节阀的可靠性差;调节阀笨重,给控制阀的运输、安装、维护带来不便;调节阀是耗能设备,在能源越来越紧缺的当前,更应采用节能技术,降低调节阀的能耗,提高能源的利用率。调节阀的发展方向主要为智能化、标准化、精小化、旋转化和安全化。
(1)智能化和标准化智能化主要采用智能阀门定位器。智能化表现在下列方面。
①调节阀的自诊断,运行状态的远程通信等智能功能,使调节阀的管理方便,故障诊断变得容易。
②减少产品类型,简化生产流程。采用智能阀门定位器不仅可方便地改变调节阀的流量特性,也可提高控制系统的控制品质。因此,对调节阀流量特性的要求可简化及标准化。用智能化功能模块实现与被控对象特性的匹配,使调节阀产品的类型和品种大大减少,使调节阀的制造过程得到简化。
③数字通信。数字通信将在调节阀中获得广泛应用,以HART通信协议为基础,一些调节阀的阀门定位器将输入信号和阀位信号在同一传输线实现;以现场总线技术为基础,调节阀与阀门定位器、PID控制功能模块结合,使控制功能在现场级实现,使危险分散,使控制更及时、更迅速。
④智能阀门定位器具有阀门定位器的所有功能,同时能够改善调节阀的动态和静态特性,提高调节阀的控制精度,因此,智能阀门定位器将在今后一段时间内成为重要的控制阀辅助设备被广泛应用。

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