浅谈仪表控制阀的选型

摘　要：石油化工行业有关控制阀的选型始终是焦点，因为控制阀是工艺流体控制系统中的可调节的终端执行设备。本文从常用的几种控制阀门、仪表控制阀类型选择等方面论述了怎样选择石油化工仪表控制阀，适应不断发展的石化工业。

关键词：仪表控制阀；  类型选择；   节能
0 引言
　　石油化工行业有关控制阀的选型始终是焦点，因为控制阀是工艺流体控制系统中的可调节的终端执行设备。在炼油厂，大量使用直行程控制阀；在化工行业，特别是大型乙烯工厂，大量使用着角行程控制阀，也就是我们常提到偏芯旋转阀。不能笼统断定哪一种类型控制阀是最好的，其实制造商一直都在生产不同类型的控制阀，以对应不同的工况。
　　（一）. 常用的几种控制阀门
　　直行程控制阀是各种控制阀类型中相当成熟的一种，在上世纪70年代建设的炼油厂，几乎都是直行程控制阀。它能提供最大范围的应用；同时在阀门的紧固性、密封性和阀座密封规则上有很大优势。直行程阀能够生产制造出用于高温高压的工况，同时可配备多系列阀芯，用于高温高差压到强腐蚀应用场合中，有效消除气蚀或噪音，例如美国FISHER品牌的笼式阀门。直行程控制阀的CV值和固有流量特性可通过更换不同的阀芯得到改变。大多数直通阀采用顶装式，这样就可以在线更换阀门内件，不用拆卸管道法兰。直行程控制阀是最通用的类型，但是价格也较贵，特别是大口径的。业内蝶阀已被公认能提供较大的流通能力，在石化厂的物流单元和公用工程的水单元大量使用，而且阀座密封的机械制造技术有了新的突破，譬如说三偏芯蝶阀；蝶阀的密封材料更是有很强的实用性，譬如使用金属硬阀座夹带石墨和弹簧组合，在增加强度的同时可以最大限度增加自适应调节密封的特点。球阀包括全通径球阀和部分球面球阀，其流通能力约为同口径直行程阀的两倍。一般没有多种阀内件可选择，也不可能通过更换球芯来改变固有流量特性，尽管球阀也具有抗气蚀及消除噪音的可选内件。由于球阀具有直流通道，特别适合于浆料的控制。近年来强势的偏心旋转阀结合直行程阀与角行程控制阀的优点于一身，它尺寸紧凑，结构坚固。较长的阀杆密封使用寿命和低廉的价格。多年前一个芬兰阀门生产知名企业开始将偏心旋转阀在大部分场合替换了传统的直行程控制阀。虽然偏心旋转阀通用性略差，但它具备可替换可缩减流通能力的阀内件结构，还可安装抗气蚀与消除噪音的阀内件。同时，偏心旋转阀与同口径直行程阀流通能力相当。
　　（二）. 仪表控制阀类型选择
   在过去的几十年，选择控制阀类型相当容易。因为过去曾使用的各种类型控制阀，现在还在延用。如今，负责选择仪表控制阀的人都在考虑如何能在减少花费的同时，还能提升产品质量和提高工厂运行效率。要达到这样的效果，在用电脑软件选择控制阀前必须考虑一些主要因素。
　　一、成本的多少。 控制阀的购买成本只是全部成本的的一部分，选择控制阀时必须考虑全部成本，包括：购买费用，安装和维护成本，更换备件成本，工程施工成本等。
　　现在我们以相同尺寸的阀门来对比蝶阀，V型球阀，偏心旋转阀，直行程控制阀的价格。角行程控制阀比直行程阀价格低，价格偏差随口径增长变化。同时我们注意到对于相同的尺寸，蝶阀和V型球阀的流通能力是同口径直行程控制阀的两倍。
　　阀门材料成本占整个控制阀成本的大部分。阀门技术的发展，依赖于材料科学，结构学的发展。近年，我国合成材料，新合金钢及新技术的发展，新兴金属材料的利用，取得了很大进展，这些都为阀门技术的发展增添了新的内容。如钛金属的发展，由于钛对氧有极高亲和力，能生成一层牢固的氧化物保护膜，以致在许多强腐蚀介质中呈钝态，显示优异的耐腐蚀性能，可在酸、碱和有机物中广泛使用，在某些混合有机酸中不锈钢伐只使用一二星期，而钛阀可以长期使用。金属材料锆，也是一种耐腐蚀性能良好的金属。而另外的金属材料铌和镍，是耐磨性很好的防腐蚀材料，大量应用在阀球表面。合成材料更是层出不穷，如聚丙烯、聚碳酯、尼龙等材料制造阀门，已在化工领域使用。新型陶瓷阀门也正在逐步推广使用。新的结构，也在不断推出，如硬密封蝶阀的推出，在国内是近十多年的事情。高温高压阀门的开发、应用等。新密封材料；譬如氟橡胶的密封材料，可以应用在最高260摄氏度的工况, 改变了以往只有乙丙橡胶和丁晴橡胶密封，橡胶密封在高温下无法使用的局面；又譬如柔性石墨的应用。它是在石墨的晶格中浸入某种液体，随后强制汽化，改变晶格排列方向，从而改变石墨脆性而成为柔软的物质，他可以做垫片和盘根，由于石墨纯度高，几乎能耐所有化学品种，如果在其中夹镍丝增加强度可用于高温高压电控阀门作填料、垫片，特别是在炉区的高压蒸汽阀门上使用的效果优势明显，譬如乙烯裂解炉上的减温降压水阀。而这些林林总总新材料的应用也增加了购买费用。
　　二、工艺介质气蚀的影响。  在工厂初始设计时会考虑工艺流体气蚀的影响。但是往往由于生产工况会调整改变，造成阀门部件不能抗气蚀；或者设计时仅仅考虑阀门的主要大的部件能抗气蚀，而小的软密封部件不抗气蚀。液体介质的控制始终要避免发生气蚀现象。气蚀常会带来高噪音，强烈振动很快会导致阀门损坏，维修成本增加。
　　三、阀门固有流量特性 。 常说的控制阀的固有流量特性，是在阀门前后压差保持恒定时的阀门开度与阀门流通能力的关系。很容易理解线性与等百分比特性的定义。一般直行程控制阀会面临直线流量特性和等百分比流量特性的选择问题，实践证明90%的工艺控制系统中，固有等百分比流量特性是很好的选择。球阀（V型或O型）具有固有的等百分比流量特性，并且比相同特性的直行程控制阀更贴近理想的等百分比曲线。 蝶阀具有界于直线和等百分比曲线之间的固有特性，这种自控函数关系很难进行语言描述；也很难对偏心旋转阀的固有流量特性进行描述。在常看到的仪表阀门特性曲线图中，偏心旋转阀的固有流量特性更接近于线性的流量特性。
　　四、 阀门的工作流量特性与增益 。  实际应用中，调节阀在工作时其前后压差是变化的，此时获得的流量特性就是工作流量特性。调节阀还与其他设备、管道等串联或并联，使阀门两端的压差随流量变化而变化，而不是固定值。控制阀非线性的流量特性表示着过程增益会随阀门开度变化而变化。这使得很难实现最优控制并且会导致系统振荡。我们在常规仪表阀门控制曲线上可以看出球阀的增益在流量范围内几乎是常数，这不说明着球阀一直具有最佳增益曲线，却提醒了安装增益是控制阀选型的主要因素。
　　五、 能耗的节约  。 节约能耗也适用于石油化工仪表控制阀的选型，通常控制阀是管路系统中压力损失的主要来源，当然压差是控制阀实现调节的必要条件。节约能耗的方法有增加管道口径，减少仪表阀门压降。
　　（三）.  对于控制阀的选型，老方法还应该使用，特别是过去石油化工工业曾经成功应用的工况，因为需要考虑的因素并没有变，只是需要考虑多增加的内容以确保最低花费和最好的工艺控制效果。
参考文献：
1 张毅，张宝芬，曹丽，彭黎辉。自动检测技术及仪表控制系统。化学工业出版社。2004.