调节阀在工业自动化中应用

调节阀在工业自动化中应用 【摘 要】工业自动化是大规模工业生产中保证效益和质 量的重要手段。在工业自动化中，用来控制流体流量的调节 阀发挥的作用越来越大，已普遍使用于石油、化工、电站、 轻工、造纸、医药、船舶、市政等行业。本文详细讨论了调 节阀在运用过程中所发挥的作用，并阐述了一些常见的问题 和今后的发展方向。 【关键词】调节阀工业自动化运用 随着科技的进步，在机械制造、电力、建筑、交通运输、 信息技术等领域，机器设备或生产过程在不需要人工直接干 预的情况下，已经能够按预期的目标实现测量、操纵等信息 处理和过程控制，已经逐渐地实现了工业自动化，相应的工 业自动化技术也成为提高劳动生产率的主要手段。其中，用 来控制流体流量的调节阀是组成工业自动化系统的重要环 节，在调节系统中是必不可少的，被称之为生产过程自动化 的“手脚。本文拟重点讨论调节阀在工业自动化中的运 用，以期对大家的一些帮助。 1. 调节阀的基本概述 在工业自动化过程控制领域中，调节阀是通过接受调节 控制单元输出的控制信号，借助动力操作去改变介质流量、 压力、温度、液位等工艺参数的最终控制元件，一般由执行 机构和阀门组成，适用于空气、水、蒸汽、各种腐蚀性介质、 泥浆、油品等介质。它的分类方式多种多种，主要有以下几 种 1.1按行程特点，分为直行程和角行程。 1.2按流量特性，分为线性特性、等百分比特性及抛物 线特性三种。 1.3按驱动方式，分为气动调节阀、电动调节阀、液动 调节阀、自力调节阀。 1.4按调节形式，可分为调节型、切断型、调节切断型。 2. 调节阀在工业自动化运用中的作用 2. 1稳定生产。调节阀在工业过程控制中作为终端控制 单元其稳定性对整个控制系统尤其重要。如果调节阀不能稳 定的实现控制室所发指令，可能造成系统压力、温度或液位 的波动，给正常生产造成严重影响。要想稳定生产的正常进 行，适当选择弹性系数，活动部件的质量、阀前阀后的压差, 阀芯形状及阻尼系数与粘性摩擦系数，使其稳定域大到工作 的范围，对它在稳定生产等方面有一定的指导意义。随着以 一些化工厂装置高负荷的运行以及30增容的实施，调节阀 在不断发生腐蚀、冲刷、磨损、振动、内漏等问题，从而迫 使调节阀的使用日期大大减短，工作可靠性下降，进而引发 工艺系统、装置的生产效率大幅下降，严重时甚至可能导致 生产全面停机。 2. 2优化控制。作为工业自动化控制系统中的终端元件, 在调节系统中是必不可少的，调节阀是专门用来控制流体压 力、流量、温度、液位的。在使用中，首先要根据工艺生产 过程的要求合理选择调节阀类型。注意优化调节阀的流量特 性，要能够很好地与控制系统匹配，促使系统的控制功能充 分发挥，节流能耗普遍降低。今后在对调节阀的控制功能进 行优化时，要充分注意降低湍动能和湍流耗散率，对流道中 出现能量损失严重的旋涡现象，要进行合理的流道优化。同 时，尽可能注意以下几点降低流动损失，优化套筒窗，处 理存在的空化、水击现象等，这些将进一步强化调节阀的控 制功能，从而更进一步对工业自动化的生产效益提高以及能 源消耗降低发挥更大的作用。 2.3降低维护及检修成本。调节阀具有耐磨损性、耐腐 蚀的特点，具有强大的使用寿命，不需经常维护及检修，从 而降低成本。同时，合理选择调节阀的选型特别重要，正确 的选型可以延长使用周期，降低维护费用及生产成本。 3. 调节阀在工业自动化运用中存在的问题 3.1调节阀类型、规格和参数繁多。据市场调查，调节 阀现在有1万多个规格，致使在选择调节阀类型时极为麻烦, 加大工厂的管理成本和售后的服务困扰。 3.2调节阀的可靠性差。调节阀在使用一段时间后，与 出厂时的特性差异很大，这往往是自身结构缺陷所致，或没 有考虑密封的可靠性，或执行机构推力不够，常常出现泄露 量增加、噪声增大等情况，无法进行长期稳定的运行。出现 这些状况时，要优化调节阀的自身结构，解决密封性能差、 噪声大的因素。 3. 3调节阀体积和重量太大。一台DN200调节阀重达几 百吨，一台DN300也有900至1000公斤，对运输、安装、 维修带来许多的不便，往往需要使用吊车。只有研发和采用 小型的执行机构，才能从根本上解决这个问题。 3.4调节阀容易堵卡。由于调节阀的流路复杂，不干净 介质必定造成堵卡。这一方面是结构原因，跟生产商片面追 求出厂性能而忽视了阀的可靠性有关；另一方面要从使用上 找原因，由于调节阀的选型不全面，品种规格太多，给选型 带来难度。这需要经常进行清洗和冲刷，或者在阀前官道安 装过滤器，或者增大节流间隙等方法。 3.5调节阀的流量特性与工业过程被控对象特性不匹 配，造成控制系统品质变差。 4. 调节阀在工业自动化中的发展方向 4. 1采用小型的执行机构。这样就可降低成本，提高流 通能力。 4.2采用套筒导向。这样有利于对中、降低摩擦、降噪 及流量特性的互换。 4. 3采用平衡式阀芯。这种阀芯对降低执行机构推力或 推力矩是非常重要的，它对系统的动态性能也有改善。 4.4采用相同材质的一体化阀芯和阀座。它们组成的阀 内件可以克服双座阀密封性差的缺点，将泄漏量和不平衡力 同时减到最小。 4.5优化流路。将流路简单化，可以减小流阻，这样就 使阀两端的压损下降，并能够降低成本。 4. 6解决密封和摩擦性能，并降低噪声。近年来，填料 函和填料结构的研究得到重视，旋转型控制阀已经开始广泛 应用；采用降噪套筒、多级阀芯、降噪限流板、扩展器等多 种方式降低控制阀噪声。 4. 7采用与管道同直径的控制阀和限制流通能力的阀内 件。利于降低阀入口压力和出口流体流速，并可降低成本； 同时，要考虑材料的耐腐蚀性、抗疲劳性等性能，避免阀内 件在不同温度下热膨胀造成的影响，也要考虑在高温下耐压 等级的变化等。 4.8采用智能阀门定位器或通过数字控制器等实现非线 性规律。 结语 调节阀是现代工业自动化中广泛使用的仪表之一，对保 证工艺装置的正常运行和安全生产有着重要的意义。它不仅 是一种有效的调节手段，而且也是一个会产生节流能耗的部 件，它在现代工业自动化中的运用和影响是十分深远的。 参考文献 [1] 吴国熙.调节阀使用与维修. [M]北京化学工业出 版社 1999. 5. [2] 孙克勤.调节阀选型计算应用技术. [J]数据采集与 处理第8卷增刊1993. 2. [3] 明赐东主编.调节阀选型指南. [M]成都四川科学 技术出版社，1996. 172〜174. [4] 明赐东主编.调节阀应用. [M]成都四川科学技术 出版社，1989. 110 〜119. （作者单位山东赛控自动化设备有限公司）