調(diào)節(jié)閥應(yīng)用技術(shù)問(wèn)題探討
1、序言 隨著科技進(jìn)步,在生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化中,用來(lái)控制流體流量的調(diào)節(jié)閥已遍及各個(gè)行業(yè)。對(duì)于熱力、化工過(guò)程控制系統(tǒng),作為最終控制過(guò)程介質(zhì)各項(xiàng)質(zhì)量及安全生產(chǎn)指標(biāo)的調(diào)節(jié)閥,它在穩(wěn)定生產(chǎn)、優(yōu)化控制、維護(hù)及檢修成本控制等方面都起著舉足輕重的作用。由于調(diào)節(jié)閥是通過(guò)改變節(jié)流方式來(lái)控制流量的,所以它既是一種有效的調(diào)節(jié)手段,同時(shí)又是一個(gè)會(huì)產(chǎn)生節(jié)流能耗的部件。以化工廠為例,隨著裝置高負(fù)荷運(yùn)行,調(diào)節(jié)閥的腐蝕、沖刷、磨損、振動(dòng)、內(nèi)漏等問(wèn)題不斷發(fā)生,從而導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥的使用壽命縮短、工作可靠性下降、進(jìn)而引起工藝系統(tǒng)和裝置的生產(chǎn)效率大幅度下降,嚴(yán)重時(shí)可以導(dǎo)致全線停車(chē)。這在如今視質(zhì)量和效益為生命的企業(yè)管理中尤為重要和緊迫。對(duì)此,如何選擇和安裝好調(diào)節(jié)閥,使調(diào)節(jié)閥在一個(gè)高水平狀態(tài)下運(yùn)行將是一個(gè)很關(guān)鍵的問(wèn)題。選擇調(diào)節(jié)閥時(shí),首先要收集完整的工藝流體的物理特性參數(shù)與調(diào)節(jié)閥的工作條件,主要有流體的成份、溫度、密度、粘度、正常流量、最大流量、最小流量、最大流量與最小流量下的進(jìn)出口壓力、最大切斷壓差等。在對(duì)調(diào)節(jié)閥具體選型確定前,還必須充分掌握和確定調(diào)節(jié)閥本身的結(jié)構(gòu)、形式、材料等方面的特點(diǎn),而技術(shù)方面主要考慮流量特性、壓降、閃蒸、氣蝕、噪音等問(wèn)題。 2、如何選擇流量特性 調(diào)節(jié)閥的流量特性是指介質(zhì)流過(guò)閥的相對(duì)流量與相對(duì)位移間的關(guān)系,[1]數(shù)學(xué)表達(dá)式如下: Q/Qmax=f(l/L) 式中Q/Qmax為相對(duì)流量,為調(diào)節(jié)閥在某一開(kāi)度時(shí)流量Q與全開(kāi)流量Qmax之比;l/L為相對(duì)位移,為調(diào)節(jié)閥在某一開(kāi)度時(shí)伐芯位移l與全開(kāi)位移L之比。 選擇的總體原則是調(diào)節(jié)閥的流量特性應(yīng)與調(diào)節(jié)對(duì)象特性及調(diào)節(jié)器特性相反,這樣可使調(diào)節(jié)系統(tǒng)的綜合特性接近于線性。選擇通常在工藝系統(tǒng)要求下進(jìn)行,但是還要考慮很多實(shí)際情況,現(xiàn)分別加以說(shuō)明。 (1) 直線性流量調(diào)節(jié)閥 直線性流量特性是指調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量與相對(duì)位移成直線關(guān)系即單位位移變化所引起的流量變化是常數(shù)。選用直線性流量特性閥的場(chǎng)合一般為:① 差壓變化小,幾乎恒定;② 工藝系統(tǒng)主要參數(shù)的變化呈線性;③ 系統(tǒng)壓力損失大部分分配在調(diào)節(jié)閥上(改變開(kāi)度,閥上差壓變化相對(duì)較?。虎?外部干擾小,給定值變化小,可調(diào)范圍要求小的場(chǎng)合。 (2) 等百分比特性調(diào)節(jié)閥 等百分比流量特性也稱(chēng)對(duì)數(shù)流量特性。它是指單位相對(duì)位移變化所引起的相對(duì)流量變化與此點(diǎn)的相對(duì)流量成正比關(guān)系。即調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)是變化的,它隨相對(duì)流量的增大而增大。優(yōu)先選用等百分比特性閥的場(chǎng)合為:① 實(shí)際可調(diào)范圍大;② 開(kāi)度變化,閥上差壓變化相對(duì)較大;③ 管道系統(tǒng)壓力損失大;④ 工藝系統(tǒng)負(fù)荷大幅度波動(dòng);⑤ 調(diào)節(jié)閥經(jīng)常在小開(kāi)度下運(yùn)行。 除了以上兩種常用的流量特性之外,[2]還有拋物線特性和快開(kāi)特性等其他流量特性的調(diào)節(jié)閥,理想的流量特性曲線如圖1所示。
圖2是一個(gè)簡(jiǎn)單的安裝有調(diào)節(jié)閥的工藝流程圖,其中D1和D2是工藝罐,G1是泵,V1是調(diào)節(jié)閥,E1是熱交換器。這里可以將管道流體的壓力變化分解成幾個(gè)部分,即:ΔPp(泵的增壓),ΔPv(調(diào)節(jié)閥上的壓降),ΔPa(熱交換器上的壓降),ΔPt(管道上的壓降),ΔPg(流體動(dòng)勢(shì)能轉(zhuǎn)換壓降)。 圖3是該流體系統(tǒng)的流量—壓力曲線圖,它表明了在不同流量下的管線壓力分布平衡狀態(tài)。在該系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)泵的壓力特性方程為: ΔPp=ΔPfo-(1/ρ)*(F/Cp)2 其中:ΔPfo為在零流量下的泵的出口壓力增壓;ρ為液體介質(zhì)的質(zhì)量密度;F為液體介質(zhì)的質(zhì)量流量;Cp為常數(shù)。 流體在管道上的壓降特性方程為: ΔPt=(1/ρ)*(F/Ct)2 流體在熱交換器上的壓降特性方程為: ΔPa=(1/ρ)*(F/Ca)2 流體在調(diào)節(jié)閥上的壓降特性方程可以類(lèi)似表達(dá)為: ΔPv=(1/ρ)*(F/Cv*)2 這里的Cv*是一個(gè)動(dòng)態(tài)的流量常數(shù),它要根據(jù)調(diào)節(jié)閥的閥桿位置的變化而變化的。 下面就調(diào)節(jié)閥在系統(tǒng)中的最大壓降和最小壓降作進(jìn)一步的探討。
總之,目前還沒(méi)有什么工程材料能夠適應(yīng)嚴(yán)重條件下的氣蝕情況,只能針對(duì)客觀情況來(lái)綜合分析,選擇一種相對(duì)比較合理的解決辦法。
5、調(diào)節(jié)閥的噪音分析 氣蝕和噪音是調(diào)節(jié)閥在控制高壓差流體中的兩大公害。調(diào)節(jié)閥上的噪音更是石油化工生產(chǎn)中的主要污染源。在使用中除需選用低噪音結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)閥外,改變閥的操作條件更是消除或降低氣蝕和噪音的根本方法。 調(diào)節(jié)閥在工作時(shí),應(yīng)注意它的噪音情況,分析好噪音的產(chǎn)生機(jī)理可以更好地監(jiān)視調(diào)節(jié)閥的工作狀態(tài)和有效處理所發(fā)生的問(wèn)題,下面通過(guò)舉例說(shuō)明。 ① 機(jī)械類(lèi)振動(dòng)——如當(dāng)閥芯在套筒內(nèi)水平運(yùn)動(dòng)時(shí),可以使閥芯與套筒的間隙盡量小或者使用硬質(zhì)表面的套筒。 ② 固有頻率振動(dòng)——如閥芯或者其它的組件,它們都有一個(gè)固有振動(dòng)頻率,對(duì)此,可以通過(guò)專(zhuān)門(mén)的鑄造或鍛造處理來(lái)改變閥芯的特性,如有必要也可以更換其他類(lèi)型的閥芯。 ③ 閥芯不穩(wěn)定性——如由于閥芯振蕩性位移引起流體的壓力波動(dòng)而產(chǎn)生的噪音,這種情況一般是由于調(diào)節(jié)回路執(zhí)行器等的阻尼因素引起的,對(duì)此可以重新調(diào)節(jié)阻尼系數(shù)或者在閥芯位移方向上加上減振設(shè)施。 ④ 介質(zhì)的力學(xué)流動(dòng)性——介質(zhì)在管道或者調(diào)節(jié)閥中流動(dòng)時(shí),也會(huì)發(fā)出噪音,對(duì)于這種情況,這里不作具體闡述(氣蝕也會(huì)產(chǎn)生噪音)。 當(dāng)然,有些噪音是無(wú)法消除的,只能盡量采取防噪音保護(hù)措施,如戴耳塞等。 6、結(jié)論 調(diào)節(jié)閥的選型和應(yīng)用是一個(gè)專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)、涉及的技術(shù)領(lǐng)域廣的系統(tǒng)工作,要做好這個(gè)工作,不僅要在理論上充分了解它的各種特性,而且要結(jié)合實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)來(lái)綜合分析判斷,做到理論和實(shí)踐科學(xué)地結(jié)合起來(lái)。
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