控制閥的選型

控制閥是自動化控制系統中的執行器，其應用質量反應在系統的調節品質上，工業自動控制水平的提高，控制閥已經滲透到生產的每一個角落，它在穩定生產，優化控制，維護及檢修成本控制等方面都起著舉足輕重的作用。
為什么要做好調節閥的選型？
• 自動化行業中有句順口溜：十閥九漏
對于調節閥的選型，在儀表的選型過程中是比較難的，尤其是工藝復雜、介質復雜的過程控制中，選型的問題更為突出，本文是我為我集團公司自動化選型人員培訓內容。

• 案例1: 2005年動力廠某水處理體統DN80水流量調節閥，調節過程中，開啟正常，但是，關閉時間非常長。不能完成調整。查詢調節閥計算書，設計閥門前后壓差為0.15MPa，實際為0.4MPa，閥門選型過程中對于不平衡力的計算小了，造成執行機構推力不足。更換推力更大的執行機構后，工作正常。
• 造成的損失：供水不能調節，更換執行機構費用1.62萬元。
• 教訓： 設計中，要反復核對工藝提供的參數，參數一定要。一個參數不合格就造成閥門不能正常使用。
•  選型中，要考慮一定范圍的工藝條件的變化。

• 案例2:精煉廠某系統用戶進行技術改造，需用鹽酸流量調節，閥內件選用WCB+PTFE氣動調節閥，密封方式：填料，材料：PTFE,閥桿采用316L不銹鋼，投入使用后，一切正常，但20天后，閥門執行機構動作，流量調節無變化，并有少量的鹽酸液體滲出，打開閥門后，閥內件完好，密封墊片已被腐蝕，閥桿斷裂，造成閥門故障。
• 分析：
• 選型過程中，對于閥體，閥內件已經考慮了鹽酸腐蝕問題，但是對于閥桿和密封方式欠考慮，后更換密封方式改為波紋管密封，材料選用哈氏B合金后，工作至今，一切正常。
• 損失：原閥門報廢，價值2.1萬元，新閥門4個月后才購回，期間生產*靠人工調節。檢修前后停產8小時。
• 教訓：選型人員已經考慮了介質對金屬腐蝕的問題，但是對于密封方式，欠考慮，一個小小的選型錯誤，造成了較大的經濟損失，并且影響了正常的生產。

• 案例3: 20022年8月，冶煉廠電解技術改造，陰極液儲槽加溫自動控制，介質為蒸汽，選用氣動薄默調節閥，閥門為DN50，閥門投運后，一切正常，但是運行了60天后，閥門正常閥門開到zui大，但是溫度還是低于設定值，打開調節閥，閥門一切正常，查看閥門計算書，原來是選型過程中，選用蒸汽壓力比實際壓力高，工藝提供的zui小蒸汽壓力為0.35MPa，閥芯閥座直徑為DN25,但是已經到10月,實際蒸汽壓力0.15MPa，加熱量不足，造成溫度不能調節到正常值。重新計算，選用DN32閥芯后工作正常。
• 教訓：設計選型人員在考慮閥門參數時，雖然沒有錯誤，但是沒有考慮金川氣候的具體情況，沒有考慮冬天蒸汽壓力會隨著氣溫的降低而降低。

• 案例4: 1995年，精煉廠某系統氯氣浸出工藝，氯氣流量調節，生產人員在更換調節閥旁通閥門時候，誤將鈦閥門當成不銹鋼閥門，閥門安裝后，送氯氣剛剛10秒鐘，閥門通紅，氯氣嚴重泄漏，幸好檢修人員戴有頭戴式防毒面具 儀表維護人員戴防毒口罩，中毒不嚴重，休假兩天恢復。
• 這次事故雖然未造成人員傷亡，但是，由于氯氣泄漏量大，大量人員撤離，停產4小時，造成較大的經濟損失。
• 教訓：
• 工藝過程閥門的選擇不當，不但會影響工藝，而且會造成安全事故，因此對于閥門的選擇一定要考慮周全，一次小小的疏忽，就會造成大的安全事故，還會嚴重影響生產。

• 案例5: 2009貴金屬廠上一條一生產線，需要對三種原料進行高精度流量配比控制，管道通徑為DN20,流量控制范圍為60－300L/h，工藝計算過程中,工藝提供的閥后壓力與實際的閥后壓力不符，投運后，zui大流量下閥位開度不到10%，導致流量無法控制。后采取了更換閥芯、閥座，改變閥后壓力等措施，基本解決了問題，但是調節品質一直不理想。
• 總結：冶金過程中，很少用到小流量調節，但隨著集團公司高附加值產品項目的實施，如鈦冶金、貴金屬冶金、金屬鹽類、精細化工等項目中小流量控制也越來越多，項目建設和技術改造中，在設計階段要對工藝提供的參數進行詳細核查，如有疑問，小流量設計中要 對工藝提供的參數進行詳細的核查


• 閥門在集團公司公司應用成功和不成功的例子在各個廠隨處可見，舉例涉及的問題，目的在于證明選型的重要性和技術處理的價值，以便引起相關技術人員在對工程項目、技術改造、備品備件選型過程中，對調節閥門選型的足夠重視。
如何應用好調節閥？
• 調節閥應用的好壞，以下幾個方面有關
? 正確的參數----設計階段
? 正確的選型----設計招標階段
? 正確的安裝----工程施工
? 正確的使用和維護－現場服務
• 由此我們可以看出，我們講調節閥的質量，不緊緊是生產廠的問題，它應該是一個廣義的概念，包括設計人員、生產廠家、施工人員、使用維護人員。總結起來就是：
? 選好
? 裝好
? 用好
? 維護好
調節閥門常見的選型問題
• 以下列舉常見的選型問題，選型過程中，如果能夠對這些問題進行很好的處理，可以說你選閥就不會出現大的質量事故。
如何選擇控制閥門
• 選擇原則
• 滿足工藝條件的要求 。
• 滿足自控系統的要求。
• 滿足經濟性的要求。
十二步選好控制閥門
*步 掌握工藝參數及系統要求
選擇好調節閥，使調節閥在一個高水平狀態下運行將是一個很關鍵的問題，選擇調節閥時，首先要收集完整的工藝流體的物理、化學特性參數與調節閥的工作條件。
主要有流體的成份、溫度、密度、粘度、正常流量、zui大流量、zui小流量，zui大流量與zui小流量下的進出壓力、zui大切斷壓差等。
在對調節閥具體選型確定前，還必須充分掌握和確定調節閥體本身的結構、形式、材料等方面的特點。
技術方面主要考慮流量特性、壓降、閃蒸、氣蝕、噪音等問題。

設計階段
設計結合時要準備的參數
? 工藝參數：溫度、壓力、正常流量時壓差及切斷時的壓差。
? 流體特性：腐蝕性、粘度、溫度變化對流體特性的影響。
? 系統要求：泄漏量、可調比、動作速度與頻率、線性及噪音。
? 介質的化學性質，詳細的成份。

第二步 調節閥流量系數Cv及口徑的計算
流量系數Cv（流通能力）的定義為：調節閥前后的壓差為1Kg/cm2，重度為1g/cm2流體，每小時通過閥門的體積流量（m3/h）。
調節閥流量系數Cv的計算方法很多，也比較繁瑣。但是這個計算非常重要，如果自己不會算，那么就要提供詳細的參數，讓閥門廠專業選型人員計算。

第三步 口徑的計算
• 這是調節閥門選擇首先考慮的問題，要根據工藝參數確定閥門的尺寸，如果尺寸小了不能滿足Qmax，大了常常在小開度工作，造成調節性能差，閥門壽命短。
• 總結起來就是，當改變閥芯、閥座尺寸后，依然不能滿足要求，就必須改變閥門的尺寸。
• 根據生產能力、設備負荷、以被控介質的工況決定流通能力計算所需的數據，求得zui大、zui小流量時的Cvmax和Cvmin。 通過多年的實踐和理論探討，在確定凋節閥口徑時，按工況所需流量系數Cv值的1.2~1.4倍作為閥的流量系數值。調節閥開度大致范圍如下：
• zui大開度：70%~90%
常用開度：40%~70%
zui小開度：10%
• 根據計算得Cvmin和已采用的調節閥可調比驗證可調范圍，驗證合適，既可用Cv值決定調節閥的口徑。
? 原則上按照管道尺寸確定閥門的口徑，但是采用和管道尺寸通徑的閥門后，流量不能滿足調節要求，則該縮徑的縮徑、該擴徑的擴徑。
閥口徑的計算
如何確定調節閥口徑？
確定計算流量Qmax 、Qmin
確定計算壓差，根據系統特點選定阻力比S值，然后確定計算（閥全開時）壓差；
計算流量系數，選擇合適的計算公式圖表或軟件求KV；
KV值選取，根據KV的max值在所選產品系列中zui接近一檔的KV，得到初選口徑；
開度驗算，要求Qmax 時≯90％閥開度；Qmin時≮10％閥開度；
實際可調比驗算，一般要求應≮10；R實際＞R要求
口徑確定，若不合格重選選KV值，再驗證。

第四步 流量特性的選擇
調節閥的流量特性，是在閥兩端壓差保持恒定的條件下，介質流經調節閥的相對流量與它的開度之間關系。調節閥的流量特性有線性特性，等百分比特性及拋物線特性三種。
如何選擇流量特性
• 流量特性選擇的原則：
• 小開度工作、不平衡力變化大時選對數特性。
• 要求的被調參數反映速度快時選直線，慢時選對數。
• 壓力調節系統可選直線特性。
• 液位調節系統可選直線特性。

第五步 計算關閉時的壓差
• 關閉壓差涉及到兩個問題

? 造成閥門該關閉時候不能關閉，該打開時不能打開。

? 會影響閥門的Cv值選擇準確度。
第六步 選擇可調比
• 可調比R是閥門的一個重要的參數，選擇的準確與否，直接影響調節品質。
• 調節閥所能控制的zui大流量和zui小流量之比稱為可調比R.。 當閥兩端壓差保持恒定時，zui大流量與zui小流量之比稱為理想可調比。 實際使用中閥兩端壓差是變化的，這時的可調比稱為實際可調比。 注意：R小了不能滿足流量變化范圍

第七步 確定執行機構彈簧范圍
• 要從啟動工作壓力、輸出力、穩定性、可否調整等因素綜合考慮，一般來講，只要提供的起源壓力準確，介質參數準確，就無大問題。
第八步 材質選擇
• 對公司來說流程非常復雜，控制介質也是五花八門，所以對材質的選擇，學問也就zui大，選型過程中，如果對工藝過程和工藝條件、介質物理化學性質掌握的透徹，所選擇的閥門結構和材料也就越科學。
• 的選型人員所選的閥門結構和材料應該實在滿足使用功能的前提下，選擇結構zui簡單、廉（相對而言），相反，有可能花了很多錢，閥門依然沒有能選擇好，這種費用可差20-30倍。對于生產來說，用不好的影響則更大，開開停停、造成經濟損失和產品產量質量下降，甚至生產不能正常運行。

• 閥體耐壓等級、使用溫度和耐腐蝕性能等方面應不低于工藝連接管道的要求，并應優先選用制造廠定型產品。
• 水蒸汽或含水較多的濕氣體和易燃易爆介質，不宜選用鑄鐵閥。

• 我公司地處北方，因此戶外和環境溫度低于－20℃的場合，不宜選用鑄鐵閥

• 對汽蝕、沖蝕較為嚴重的場合或者礦漿介質，對節流密封面應選用耐磨材料，如鈷基合金或表面堆焊司特萊合金等

• 對強腐蝕性介質，選用耐蝕合金必須根據介質的種類、濃度、溫度、壓力的不同，選擇合適的耐腐蝕材料。

• 閥體與節流件材料要分別對待，一般來講閥體的腐蝕率與閥內件的腐蝕率之比應該優于1：8

• 對襯里材料的選擇時該工作介質的溫度、壓力、濃度都必須滿足該材料的使用范圍，并考慮流體對襯里的磨損
• 真空閥不宜選用閥體內襯橡膠、塑料結構。

• 生活污水水處理系統尤其是工業污水處理系統以及含油的介質中的閥不推薦選用襯橡膠材料。

閥內件材質選擇
高低溫材料選擇
典型介質的典型耐蝕合金材料選擇

? 硫酸：316L，哈氏合金，20號合金。鹽酸：哈氏B。醋酸、甲酸：316L、哈氏合金。磷酸：因可鎳爾、哈氏合金。 硝酸：鋁，C4鋼，C6鋼。 氫氟酸：蒙乃爾。 燒堿：蒙乃爾。 氯氣（含水大于1%）：哈氏C。 鹽水：鈦、316L。 硫酸鎳：鈦
非金屬耐腐蝕材料
到目前為止，zui的耐腐蝕材料是四氟乙烯，稱為耐蝕王。因此，應首先選用全四氟耐腐蝕閥。但是以下情況不推薦選擇：溫度>160℃PN＞1．6磨損嚴重的場合。

• 的選型設計人員就知道現場的重要性，在設計結合階段就會與工藝人員緊密結合，重視閥門材料的正確選型。

第九步 填料及閥蓋型式選擇
• （1）通常情況下，介質溫度<200℃時，選用“V"形四氟填料，普通型上閥蓋；介質溫度<450℃時，選用“V"型四氟填料，但必須是散熱閥蓋。
（2）對直行程類閥，若帶有定位器附件時，對介質溫度≤450℃高溫閥，仍可選用普通型閥蓋，但必須選用石墨填料。
（3）介質溫度>400℃時，需選用散熱型閥蓋和石墨填料。
（4）為增加閥桿密封的可靠性，可選用雙層填料結構。如果介質為劇毒或者易燃易爆、介質有可能與空氣發生水解反應或者工藝要求外泄露率很低，建議選用波紋管密封方式。

第十步 作用方式的選擇
• 在生產過程中，調節閥氣開、氣關形式的選擇，主要是從工藝生產的安全來考慮。例：蒸氣加熱器、氯氣浸出工藝氯氣調節閥選用氣開閥；鍋爐進水的調節閥則選用氣關式。
氣動調節閥的氣開、氣關的選擇不是一個單純的自控專業的設計選型問題，這是個涉及到兩個專業，即工藝、自控兩個專業之間協調的問題，作用方式是由工藝人員提供。
對于一些特殊情況也可以考慮在氣源中斷時使調節閥保持原位。例如在加壓釜內放料作業中，不希望使高壓介質突然的切斷或全部放空，在這種情況下調節閥應保持原位
第十一步 閥門附件的選擇
• 這是相對于主題--閥門而言，是為了保證閥門的正常運行
閥門附件：1）閥門定位器——用于改善調節閥的工作特性，實現正確定位； 行程開關——顯示調節閥上、下限的行程工作位置； 氣動保位閥——氣源故障時保持閥門當時位置； 電磁閥——實現氣路的自動切換。單氣控用二位三，；雙氣控用二位五通； 手動機構——系統故障時可切換手動操作； 氣動繼動器——使氣動薄膜執行機構動作加快。空氣過濾減壓器——氣源凈化、調壓用。貯氣罐——氣源故障時，使閥能繼續工作一段時間，一般需三段保護時配。
閥門附件的選擇要實用，沒有必要的就盡量不選用，但是關鍵的附件，還是要選用可靠的。
第十二步 閥門結構形式的選擇
閥門的分類
按用途和作用分類
? 兩位閥：主要用于關閉或接通介質；
? 調節閥：主要用于調節系統。選閥時，需要確定調節閥的流量特性；
? 分流閥：用于分配或混合介質；
? 切斷閥：通常指泄漏率小于十萬分之一的閥。
按主要參數分類
? 1 按壓力分類
? 　　真空閥：工作壓力低于標準大氣壓；
? 　　低壓閥：公稱壓力PN≤1.6MPa；
? 　　中壓閥：PN2.5～6.4MPa；
? 　　高壓閥：PNl0.0～80.OMPa，通常為PN22、PN32；
? 　　超高壓閥：PN≥IOOMPa。
? 2 按介質工作溫度分類
? 　　高溫閥：t＞450℃；
? 　　中溫閥：220℃≤t≤450℃；
? 　　常溫閥：－40℃≤t≤220℃；
? 低溫閥：－200℃≤t≤－40℃。

按主要特殊用途來分（即特殊、閥）

軟密封切斷閥；硬密封切斷閥；耐磨調節閥 耐腐蝕調節閥；全四氟耐蝕調節閥 全耐蝕合金調節閥；緊急動作切斷或放空閥； 防堵調節閥；耐蝕防堵切斷閥 保溫夾套閥；小流量調節閥；大可調比調節閥； 精小型調節閥； 波紋管密封閥 以及各類閥（如氯氣、堿液）等
按驅動能源分類
• 電動
• 氣動
• 液動
常用分類法
• 這種分類方法既按原理、作用又按結構劃分，是目前國內、zui常用的分類方法。一般分為九個大類：
直通單座調節閥
單座調節閥的結構形式
直通雙座調節閥
套筒閥
角型閥
三通閥：
隔膜閥：
蝶閥
球閥
選型提示
在滿足過程控制要求的前提下，所選的閥應盡量簡單、可靠、價廉、壽命長、維修方便和備件來源及時可靠。要盡力避免單純追求好的結構、好的材質、多帶附件，而忽略了對可靠性、經濟性的考慮。
調節閥門優選次序
• ①全功能超輕型調節閥→②蝶閥→③套筒閥→④單座閥→⑤雙座閥→⑥偏心旋轉閥→⑦球閥→⑧角形閥→⑨三通閥→⑩隔膜閥。
設備選擇階段（招標階段）
制定詳細的設備計劃
• 如果是成熟的工藝，或者有應用經驗的控制閥門，應該根據原閥門運行情況、優點缺點，應用效果選擇。
• 工程項目中要認真核對提供詳細的過程參數。如果有疑問，必須結合其他專業對參數進行核對。
• 提交設備計劃或者招標計劃前，應該組織相關的技術人員對計劃進行審核。
• 如果對閥門的材料、結構形式沒有十足的把握，建議與設備廠家進行技術交流和設備考察。
• 預選廠家要選擇服務質量好，產品質量過關的廠家。
• 切記：閥門的選擇是一個復雜的過程，你所提供的技術參數直接會導致應用效果和控制品質。設備計劃中所提出的參數一定要經過工藝技術人員的確認方可上報。
• 不要過分相信設計院，如果對設計院提供的參數有疑問，要通過正當的渠道進行參數確認。
招標過程中注意的問題
招標過程中，要認真核對設備廠商的投標書中提供的產品規格、參數、材料、配件是否能和招標書相應或者優于，如果有疑問必須澄清。
要將關鍵的參數和材料放在一起比對。真正做到貨比三家。
不滿足要求或者關鍵參數偏離招標書時，要堅持原則，不能用就是不能用，千萬別強求。
其它需要考慮的問題
該選國內的還是國外的
• 從應用質量上說，國內調節閥的設計水平、生產水平與國外發達國家相比有一定的差距，這是實際的。如果說有十分大的差距，就不一定符合實際了（個人認為），哪么為什么國內的調節閥門的應用效果和使用壽命就遠遠不如國外的產品呢？
國內調節閥“先天不足”
• 比較一下國內和國外的閥門計算選型表
國內VS FISHER
• 國內的調節閥選型內容太簡單，設計院的計算書也很簡單，國內的也就20個序號，而國外的呢？有40-50個，我們都說美國的閥門好，美國儀表學會對閥門選型的標準格式有49個序號，受到這個影響，國內調節閥選型過程中很多內容都沒有被納入，過程參數不全面，造成了國內閥門“先天不足”
國內閥門過于標準化
• 國內的調節閥如川儀、西儀、南京自控、吳忠閥門，一直沿用國家聯合設計圖紙，過于標準 ，而不像國外“對癥下藥”，予以區別對待。
國內閥門泄露大
• 這個問題是自動控制中比較突出的問題，泄露量不僅設計閥門結構的選定，還設計到不平衡力的計算，哪么你選擇閥門時候是不是有這樣的感受，用戶想用什么結構就用什么結構，想用什么材料就用什么材料，生產廠家只需對這標準一查，給個標準型號就搞定了，哪么誰來做細致的計算和考慮呢？沒有。
• 既然沒有細節就考慮不周到，就沒有科學地選擇，就會造成關不死、打不開、泄露大、密封性差、壽命短等問題。

• 粗糙的選型必然造成粗糙的使用效果，國內調節閥一般使用場合是可以的，對于特殊場合和復雜介質，稍有疏忽和欠考慮，閥門肯定不好用。
選型建議
• 對于復雜介質，易燃易爆介質、劇毒介質、高壓介質選用國產閥門沒有把握時，該選國外還是要選國外的。
• 對于普通介質，為了節約投資，還是推薦使用國內的閥門。
• 但是無論選國內還是國外，依然要提供準確的過程參數、仔細計算，準確選型。
其他需要考慮的問題如下：詳細內容就不講了
對安全問題的考慮
對調節閥性能的考慮
對手動操作的考慮
調節閥信號的配管和配線
調節閥的性能指標
（1）基本誤差：將 20~100kPa信號平穩地增大或減小輸入氣室（或定位器）內，測量各點所對應的行程值，計算出“信號―行程"關系與理論值之間的各點誤差，其zui大值即為基本誤差。試驗點應按信號范圍的0%、25%、50%、75%、 5個點進行，測量儀表基本誤差應限于被測試閥門基本誤差限的25%（2）回差：實驗方法同上。在同一輸入信號上測得的正反行程的zui大差值即回差。

選型過程注意的問題
• 驅動方式選擇？
電動執行機構選擇
• 普通的還是電子的？
電動執行機構直行程還是角行程?
電動執行機構直連還是曲柄連接？
伺服放大器的選定
• 采用一體化還是伺服放大器
防爆要求
• 根據工藝設計要求，提出防爆等級
是否需要閥位反饋？

• 是否需要過載保護？
是否需要手操器？
氣動執行機構的選定
• 選用氣動薄膜還是汽缸？
? 位式還是比例？
? 直行程還是角行程？
? 彈簧還是雙活塞？
? 單彈簧還是多彈簧小型結構？
? 正作用還是反作用？
? 彈簧范圍的選定（必須計算）？
? 是否需要支架？
? 推力計算？
? 氣源壓力大小？
? 行程與角度大小？
? 動作速度要求？
? 環境條件？
? 對于重量的要求？
? 對于顏色的要求？

選型的一般原則
安裝的一般性要求
（1）調節閥應垂直、正立安裝在水平管道上，公稱通經Dg≥50的調節閥，其閥前后管道上有*性支架。
（2）調節閥安裝位置應方便操作維修，以便人員能進行維修和操作，必要時應設置平臺。
（3）調節閥上、下部分應留有足夠空間，以便維修時取下執行機構和閥內件及閥的下法蘭和堵頭。
（4）當調節閥安裝在有振動場合時，應考慮防振措施。
（5）未安裝閥門定位器的調節閥，膜頭上安裝指示控制信號的小型壓力表。
（6）調節閥應先檢查校驗，并在管道吹掃后安裝。

結束語言：請廣大自動化專家提出寶貴意見，或者進一步完善