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)