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煤化工氣動調(diào)節(jié)閥選型分析

煤氣化是一個(gè)利用煤加壓氣化工藝生產(chǎn)煤氣，整個(gè)工藝自動化水平較高，在過程控制中，執(zhí)行器的控制品質(zhì)與生產(chǎn)工況的穩(wěn)定有著密切的聯(lián)系，所以對執(zhí)行器的選擇顯得格外重要，對于安全防爆要求比較高的化工企業(yè)，絕大多數(shù)執(zhí)行器采用的是氣動調(diào)節(jié)閥。對不同結(jié)構(gòu)進(jìn)行反復(fù)的流體分析優(yōu)化設(shè)計(jì)了低流阻，耐沖刷的角型閥體及閥內(nèi)件，已成功應(yīng)用在煤化工工藝系統(tǒng)上，它改變了傳統(tǒng)調(diào)節(jié)閥閥座與閥體的安裝方式，實(shí)現(xiàn)了在線安裝和維修等。與傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥理念相比有著非常大的創(chuàng)新之處，解決了煤化工系統(tǒng)閥門沖刷磨損的難題，保證了煤化工工藝系統(tǒng)的需要，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

    煤化工煤氣化設(shè)備的系統(tǒng)高壓、高溫、介質(zhì)(煤渣、煤漿)硬度非常高、流速大，沖刷狠、閃蒸汽蝕，工況十分嚴(yán)峻惡劣，因此對閥門的要求自然十分嚴(yán)苛，同時(shí)更需要閥門具有密封等級高，耐沖刷、耐高低溫、防結(jié)垢、防結(jié)疤、快速堵截，調(diào)度精準(zhǔn)、啟閉頻繁、啟閉速度快、密封性能好，穩(wěn)定性高等功用。

煤化工氣動調(diào)節(jié)閥選型分析的選擇一般要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮：

1、根據(jù)工藝條件，選擇合適的調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)和類型。

2、根據(jù)工藝對象，選擇合適的流量特性。

3、根據(jù)工藝參數(shù)，計(jì)算流量系數(shù)，選擇閥的口徑。

4、根據(jù)工藝要求，選擇材料和輔助裝置。

煤化工氣動調(diào)節(jié)閥選型分析的結(jié)構(gòu)和類型

氣動調(diào)節(jié)閥是由氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥兩部分組成的，氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)是接收輸入的氣源信號，產(chǎn)生相應(yīng)的推力，使推桿發(fā)生位移，推動閥門動作；而閥是指與管路聯(lián)接的閥體組件部分，它接受執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推桿推力，改變閥桿位移，從而改變閥門開度，最終控制流體流量的變化。

氣動調(diào)節(jié)閥按其行程可分為直行程和角行程兩種，按其結(jié)構(gòu)類型分直通單座閥、直通雙座閥、高壓閥、角形閥、套筒閥、隔膜閥、蝶閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥等。其中直通閥比較常見，單座閥泄漏量較小，但閥前后壓差不能太大，而雙座閥正好與之相反。高壓閥適合于高靜壓和高壓差的介質(zhì)測量，但在高壓差情況下，流體對材料沖刷和氣蝕嚴(yán)重，一般要考慮閥芯和閥座的材質(zhì)，以提高其使用壽命。在高壓差、高黏度、含懸浮物和顆粒狀物質(zhì)流體的控制中可選用角形閥。隔膜閥更適用于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的控制。蝶閥適用于大流量、低壓差的氣體介質(zhì)。套筒閥采用平衡型閥芯結(jié)構(gòu)，具有低噪聲的特點(diǎn)，是應(yīng)用較為廣泛的閥之一。

氣動調(diào)節(jié)閥有氣開與氣關(guān)兩種類型。確定調(diào)節(jié)閥開關(guān)方式的原則是：當(dāng)信號壓力中斷時(shí)，應(yīng)保證工藝設(shè)備和生產(chǎn)的安全。如果閥門在信號中斷后處于打開位置，流體不中斷，則選用氣關(guān)閥；如果閥門在信號壓力中斷后處于關(guān)閉位置，流體不通過，則選用氣開閥。如加熱爐的燃料氣或燃料油管路上的調(diào)節(jié)閥，應(yīng)選用氣開閥，當(dāng)信號中斷后，閥自動關(guān)閉，燃料被切斷，以免爐溫過高而發(fā)生事故；鍋爐進(jìn)水管路上的調(diào)節(jié)閥，應(yīng)選用氣關(guān)閥，當(dāng)信號中斷后，閥自動打開，仍然向鍋爐內(nèi)送水，可以避免鍋爐燒干。

煤化工氣動調(diào)節(jié)閥選型分析流量特性

煤氣化工藝氣動調(diào)節(jié)閥的流量特性是指介質(zhì)流過閥的相對流量Q與閥芯相對行程己(閥門的相對開度)之間的函數(shù)關(guān)系：Q=f(L)。

當(dāng)調(diào)節(jié)閥兩端壓差△P保持不變時(shí)，閥的流量特性稱為固有流量特性。固有流量特性主要有直線、等百分比(對數(shù))、拋物線和快開等4種類型。

在生產(chǎn)中閥的固有流量特性有直線、等百分比和快開3種。拋物線特性介于直線和等百之間，一般用等百特性來代替?？扉_特性主要用于二位式控制。

在一般情況下，閥兩端壓差不可能永遠(yuǎn)保持不變，這時(shí)閥的固有流量特性就會發(fā)生畸變，閥在實(shí)際工作條件下的特性稱之為工作流量特性。這時(shí)在確定流量特性時(shí)要引入一個(gè)稱為閥阻比的系數(shù)S。

S=△P/∑△P

∑△P為系統(tǒng)總壓差，是閥、全部工藝設(shè)備和管路系統(tǒng)上的各壓差之和。

從以下3個(gè)方面內(nèi)容對閥的工作流量特性進(jìn)行分析：

1、煤化工氣動調(diào)節(jié)閥選型分析從控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量方面分析

對于一個(gè)簡單的控制系統(tǒng)，它是由控制對象、變送器、調(diào)節(jié)器和調(diào)節(jié)閥幾個(gè)基本環(huán)節(jié)組成的，系統(tǒng)的總放大系數(shù)K=K1K2K3K4K5

K1~K5分別表示變送器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、閥、控制對象的放大系數(shù)。在負(fù)荷變動的情況下，要使控制系統(tǒng)能保持預(yù)定的控制指標(biāo)，希望總放大系數(shù)在控制系統(tǒng)的整個(gè)操作范圍內(nèi)保持不變。一般來說，在一個(gè)確定的系統(tǒng)里，K1~K3的系數(shù)是固定不變的，只有對象的放大系數(shù)X5隨負(fù)荷的變化而變化，為此選擇適當(dāng)?shù)牧髁刻匦詠碡SI、償對象特性的變化，保證K4K5的乘積是個(gè)常數(shù)就保證了系統(tǒng)的總放大系數(shù)K是個(gè)穩(wěn)定值。

2、煤化工氣動調(diào)節(jié)閥選型分析從工藝配管情況分析

調(diào)節(jié)閥總是與管道、設(shè)備連在一起使用的，管道阻力的存在必然會使閥的工作特性與固有特性不同。所以，應(yīng)根據(jù)對象的特性，選擇合適的工作特性，再根據(jù)配管情況選擇相應(yīng)閥的固有流量特性。 

縱觀中國煤化工的這十多年中使用的閥門，如高壓加氫角閥、氧閥、鎖渣鎖斗閥、煤漿閥、黑水調(diào)節(jié)閥/灰水角閥及煤粉進(jìn)料閥等在煤氣化特殊、苛刻工況使用的調(diào)節(jié)閥、安全儀表及關(guān)鍵控制系統(tǒng)等領(lǐng)域，目前大多仍被國外品牌壟斷。由于技術(shù)壟斷，進(jìn)口閥門價(jià)格成本非常高，供貨周期比較長，不過經(jīng)過多年科技攻關(guān)以及技術(shù)積累，中國煤化工經(jīng)歷了引進(jìn)—消化—吸收—再創(chuàng)新的發(fā)展之路，技術(shù)與裝備水平不斷提高，從依托進(jìn)口，到脫離進(jìn)口，煤化工閥門的國產(chǎn)化道路從未間斷過基本國產(chǎn)化，現(xiàn)如今國產(chǎn)替代進(jìn)口煤化工特殊閥門產(chǎn)品技術(shù)已經(jīng)比較成熟了，而且使用效果不錯(cuò)。

3、煤化工氣動調(diào)節(jié)閥選型分析從負(fù)荷變化情況分析

直線特性調(diào)節(jié)閥在小開度時(shí)流量相對變化量大，過于靈敏，容易引起振蕩，閥芯閥座易損壞，故在S值小、負(fù)荷變化幅度大的場合不宜采用。等百分比閥的放大系數(shù)隨閥門行程增大而增大，流量相對變化量恒定不變。

氣動調(diào)節(jié)閥的口徑計(jì)算

氣動調(diào)節(jié)閥口徑的確定是在計(jì)算閥流量系數(shù)CV的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。流量系數(shù)的定義是指在閥門全開條件下，閥兩端壓差△P為100 kPa，流體密度ρ為1g／cm3時(shí)，通過閥的流體體積流量為Q(m3／h)，其節(jié)流公式為：CV=mC。

C是一個(gè)比例系數(shù)，它與流量系數(shù)的關(guān)系是m倍，當(dāng)流量特性為直線型時(shí)m=1.63，當(dāng)流量特性為等百分比型時(shí)m=1.97。

CV=mC是當(dāng)測量介質(zhì)為液體時(shí)的計(jì)算方法，當(dāng)測量介質(zhì)為氣體時(shí)應(yīng)考慮溫度和壓力對介質(zhì)體積的影響，其C值的計(jì)算分兩種情況：

煤化工氣動調(diào)節(jié)閥選型分析

當(dāng)閥前后壓差△P小于0.5倍的閥前壓力P1，即△P<0.5P1時(shí)，另外，當(dāng)介質(zhì)為過熱蒸汽時(shí)，計(jì)算C值要考慮蒸汽的過熱度。

確定完CV值以后，要對氣動調(diào)節(jié)閥的開度進(jìn)行驗(yàn)算，要求最大流量時(shí)閥開度不大于90%，最小流量時(shí)開度不小于10%。在正常工況下，閥門開度應(yīng)在15%~85%之間。最后根據(jù)CV值確定調(diào)節(jié)閥口徑。