自动化讲义5-调节阀应用中技术问题的探讨.pptVIP

自动化讲义之五 对于热力、化工过程控制系统，作为最终控制过程介质各项质量及安全生产指标的调节阀，它在稳定生产、优化控制、维护及检修成本控制等方面都起着举足轻重的作用。由于调节阀是通过改变节流方式来控制流量的，所以它既是一种有效的调节手段，同时又是一个会产生节流能耗的部件。以化工厂为例，随着装置高负荷运行，调节阀的腐蚀、冲刷、磨损、振动、内漏等问题不断发生，从而导致调节阀的使用寿命缩短、工作可靠性下降、进而引起工艺系统和装置的生产效率大幅度下降，严重时可以导致全线停车。选择调节阀时，首先要收集完整的工艺流体的物理特性参数与调节阀的工作条件，主要有流体的成份、温度、密度、粘度、正常流量、最大流量、最小流量、最大流量与最小流量下的进出口压力、最大切断压差等。在对调节阀具体选型确定前，还必须充分掌握和确定调节阀本身的结构、形式、材料等方面的特点，而技术方面主要考虑流量特性、压降、闪蒸、气蚀、噪音等问题。 1如何选择流量特性 调节阀的流量特性是指介质流过阀的相对流量与相对位移间的关系，[1]数学表达式为：Q/Qmax=f（l/L） 式中Q/Qmax为相对流量，为调节阀在某一开度时流量Q与全开流量Qmax之比；l/L为相对位移，为调节阀在某一开度时伐芯位移l与全开位移L之比。 选择的总体原则是调节阀的流量特性应与调节对象特性及调节器特性相反，这样可使调节系统的综合特性接近于线性。选择通常在工艺系统要求下进行，但是还要考虑很多实际情况，现分别加以说明。 (1)直线性流量调节阀 直线性流量特性是指调节阀的相对流量与相对位移成直线关系即单位位移变化所引起的流量变化是常数。选用直线性流量特性阀的场合一般为： ① 差压变化小，几乎恒定； ② 工艺系统主要参数的变化呈线性； ③ 系统压力损失大部分分配在调节阀上（改变开度，阀上差压变化 相对较小）； ④ 外部干扰小，给定值变化小，可调范围要求小的场合。 (2) 等百分比特性调节阀 等百分比流量特性也称对数流量特性。它是指单位相对位移变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量成正比关系。即调节阀的放大系数是变化的，它随相对流量的增大而增大。优先选用等百分比特性阀的场合为： ① 实际可调范围大； ② 开度变化，阀上差压变化相对较大； ③ 管道系统压力损失大； ④ 工艺系统负荷大幅度波动； ⑤ 调节阀经常在小开度下运行。 除了以上两种常用的流量特性之外，[2]还有抛物线特性和快开特性等其他流量特性的调节阀，理想的流量特性曲线如图1所示。 在密封结构上，若流量特性精度要求高，则可选用高精度流量特性的金属密封型，而软密封型精度较低。 3 调节阀压降的系统考虑 调节阀作为过程控制系统中的终端部件，是最常用的一种执行器。按过程控制系统的要求，调节阀应具有在低能量消耗的状态下工作，且能充分与系统匹配的工作特性。但是在调节阀的使用中这两个要求是不能同时满足的，甚至是互相矛盾的。在要得到同样的流量Qmax的情况下，选择一只较小口径的调节阀，虽然其他阻力不变而总的阻力必然比较大，形成大的系统总压降。假若物流的推动力是由泵产生，就意味着必须选功率大一些的泵和电机，这样必然带来大的能耗。 当管道系统中介质的流速增加时，流体通过管道上的各种安装部件时产生的流体压降也会发生一系列的动态变化，作为管道流体控制主要部件的调节阀所引起的流体压降是一个很重要而又容易被忽略的因素，我们在分析与调节阀有关的系统问题时，不仅要考虑到调节阀本身的问题，而且也要考虑到调节阀的压降对系统动态平衡的影响。 图2是一个简单的安装有调节阀的工艺流程图，其中D1和D2是工艺罐，G1是泵，V1是调节阀，E1是热交换器。这里可以将管道流体的压力变化分解成几个部分，即：ΔPp（泵的增压），ΔPv（调节阀上的压降），ΔPa（热交换器上的压降），ΔPt（管道上的压降），ΔPg（流体动势能转换压降）。 图3是该流体系统的流量—压力曲线图，它表明了在不同流量下的管线压力分布平衡状态。在该系统中对应泵的压力特性方程为：ΔPp=ΔPfo-（1/ρ）*（F/Cp）2 其中：ΔPfo为在零流量下的泵的出口压力增压； ρ为液体介质的质量密度；F为液体介质的质量流量； Cp为常数。流体在管道上的压降特性方程为：ΔPt=（1/ρ）*（F/Ct）2 流体在热交换器上的压降特性方程为：ΔPa=（1/ρ）*（F/Ca）2流体在调节阀上的压降特性方