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自動化儀錶選型設計規定——控制閥


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8控制閥

8.1總則

8.1.1本規定適用於化工裝置氣動控制閥和電動控制閥(以下簡稱控制閥)的選型。

8.1.2本規定根據工藝物件的特定條件在選擇控制閥口徑、型別、閥內件結構形式,控制閥執行機構的型式的規格等方面作了規定,對控制閥附件及自力式調節閥選型也作了相應規定。

8.1.3在執行本規定時,尚應符合國家現行有關標準的規定。

8.2控制閥的選型

8.2.1控制閥固有流量特性的選擇原則

 1按控制系統特性、干擾源和S(閥阻比)值三方面綜合考慮。

 2一般選擇原則

(1)閥上壓差變化小,給定值變化小,工藝過程的主要變數的變化小,以及S>0.75的控制物件,宜選用直線流量特性.
(2)
慢速的生產過程,S>0.4,宜選用直線流量特性.
(3)
要求大的可調範圍,管道系統壓力損失大,開度變化及閥上壓差變化相對較大的場合,宜選用等百分比流量特性.
(4)
快速的生產過程,當對系統動態過程不太瞭解時,宜選用等百分比的流量特性.

(5)根據以往經驗也可按表8.2.1選擇流量特性.

 3快開特性:適用於兩位動作的場合或當需要迅速獲得控制閥的最大流通能力的場合.當控制器必須設定在寬比例帶時,其控制閥也可選用快開特性.
8.2.2
閥型式選擇
 1
根據工藝變數(溫度、壓力、壓降和流速等)、流體特性(粘度、腐蝕性、毒性、含懸浮物或纖維等)以及控制系統的要求(可調比、泄漏量和噪音等)、控制閥管道連接形式來綜合選擇控制閥型式.
 2
一般情況下優先選用體積小,通過能力大,技術先進的直通單、雙座控制閥和普通套筒閥.也可以選用低S值節能閥和精小型控制閥.
 3
根據8.2.21款規定,不同場合可選用下列型式控制閥.
(1)
直通單座閥:一般適用於工藝要求泄漏量小、流量小、閥前後壓差較小的場合.但口徑小於20mm的閥也廣泛用於較大差壓的場合.不適用於高粘度或含懸浮顆粒流體的場合.
(2)
直通雙座閥:一般適用於對泄漏量要求不嚴、流量大和閥前後壓差較大的場合,但不適用於高粘度或含懸浮顆粒流體的場合.
(3)
套筒閥
—一般適用於流體潔凈,不含固體顆粒的場合.
—閥前後壓差大和液體可能出現閃蒸或空化的場合.
(4)
球型閥
—適用於高粘度、含纖維、顆粒狀和污穢流體的場合.
—控制系統要求可調範圍很寬(R可達200:1;300:1)的場合.
—閥座密封墊採用軟質材料時,適用於要求嚴密封的場合.
“0”型球閥一般適用兩位式切斷的場合.
“V”型球閥一般適用於連續控制系統,其流量特性近似於等百分比.
(5)
角型閥
—一般適用於下列場合:
—高粘度或懸浮物的流體(必要時,可接沖洗液管).
—氣液混相或易閃蒸的流體.
—管道要求直角配管的場合.
(6)
高壓角型閥:除適用於8.2.23款的各種場合外,還適用於高靜壓、大壓差的場合.但一定要合理選擇閥內件的材質和結構形式以延長使用壽命.
(7)
閥體分離型控制閥
—一般適用於高粘度、含顆粒、結晶以及纖維流體的場合.
—用於強酸、強鹼或強腐蝕流體的場合時,閥體應選用耐腐蝕襯裡,閥蓋、閥芯和閥座應採用耐腐蝕壓墊及相應的耐腐蝕材料.其流量特性比隔膜閥好.
(8)
偏心旋轉閥:適用於流通能力較大,可調比寬(R可達50:1100:1)和大壓差,嚴密封的場合.
(9)
蝶型閥
—適用於大口徑、大流量和低壓差的場合.
—一般適用於濃濁液及含懸浮顆粒的流體場合.
—用於要求嚴密封的場合,應採用橡膠或聚四氟乙烯軟密封結構或泄露量等級達到ANSI B16.104-1976等級的硬密封裝置.對腐蝕性流體,需要使用相應的耐蝕材料.

—用於安全聯鎖系統,口徑大於4英寸時應採用硬密封裝置.
(10)
三通閥:適用於流體溫度為300℃以下的分流和合流場合,用於簡單配比控制.兩流體的溫差應不大於150.
(11)
隔膜閥:適用於強腐蝕、高粘度或含懸浮顆粒以及纖維的流體,同時對流量特性要求不嚴的場合.
由於受隔膜襯裡的限制,只能用於壓力低於或等於1MPa,工作溫度小於150℃的場合.

(12)波紋管密封閥:適用於真空系統和流體為劇毒、易揮發及稀有貴重流體的場合.
(13)
低溫控制閥:適用於低溫工況以及深度冷凍的場合.
—介質溫度在-100-40℃,可選帶散熱片(此處為吸熱)加柔性石墨填料閥.
—介質溫度在-200–100℃,宜選用長頸型低溫閥.
(14)
S值節能控制閥:適合於工藝負荷變化大或當S值小於0.3的場合.
(15)
低噪音閥:適用於液體產生閃蒸、空化和氣體在閥縮流面處流速大於音速且預估噪音超過95dB(A)的場合.
(16)
快速切斷閥:適用於兩位式控制系統和工藝過程發生故障時,需要閥緊急打開或關閉的場合.它的動作速度應滿足工藝要求.
(17)
自力式調節閥:適用於流量變化小,控制精度要求不高或儀錶氣源供應困難的場合.

(18)防火閥:適用於裝置起火後,控制閥不能工作,但是工藝介質不能通過閥芯外泄的場合.
 4
特殊工藝生產過程,宜根據使用經驗選擇專用控制閥.
8.2.3
閥材料選擇
 1
一般選擇原則
(1)
閥體耐壓等級、使用溫度範圍和耐腐蝕性能和材質都不應低於工藝連接管道材質的要求,並應優先選用製造廠定型產品.一般情況選用鑄鋼或鍛鋼閥體.
(2)
水蒸汽或含水較多的濕氣體和易燃的流體,不宜選用鑄鐵閥體.
(3)
環境溫度低於-20℃的場合不應選用鑄鐵閥體.
(4)
閥內件應能耐腐蝕、耐流體沖蝕以及耐流體經節流產生空化、閃蒸時閥內件的氣蝕損壞.
 2
閥內件材料選擇
(1)
非腐蝕性流體一般選用不鏽鋼.
(2)
腐蝕性流體應根據流體的種類、濃度、溫度和壓力的不同,以及流體含氧化劑,流速的不同選擇合適的耐腐蝕材料.
常用耐腐蝕材料有不鏽鋼、20#金、哈氏合金及鈦鋼.
(3)
對於流速大、沖刷嚴重的工況應選用耐磨材料.如經過熱處理的9Crl817-7pH和具有緊固氧化層、韌質及疲勞強度大的鉻鋁鋼、G6X等材料.
(4)
嚴重磨損場合的材料選擇
—出現閃蒸、空化和含有顆粒的流體場合,閥芯、閥座錶面進行硬化處理.
—在圖8.2.3,當流體的狀態〔其溫度與壓差坐標的交點)處於溫度為300℃及壓差為1.5MPa兩點連接線以外的區域時,其閥芯、閥座應進行錶面硬化處理.如錶面堆焊司太萊合金.

8.2.4控制閥泄漏量的選擇
根據工藝對泄漏量的要求選擇不同等級泄漏量的閥型.一般直通單座閥泄漏量應小於或等於額定C值的0.01%,雙座閥的泄漏量應小於或等於額定值的0.1%.
8.2.5
控制閥流向的選擇
 1
球閥、普通蝶閥對流向沒有要求,可選任意流向.
 2
三通閥、文丘里角閥、雙密封帶平衡孔的套筒閥已規定了某一流向,一般不能改變.

 3單座閥、角形閥、高壓閥、無平衡孔的單密封套筒閥,小流量控制閥等應根據不同的工作條件,來選擇控制閥的流向.
(1)
對於DN20的高壓閥,由於靜壓高,壓差大,氣蝕沖刷嚴重,應選用流閉型;當DN>20,應選穩定性好為條件來決定流向.
(2)
角型閥對於高粘度、含固體顆粒介質要求自潔性能好時,應選用流閉型.
(3)
單座閥,小流量調節閥一般選用流開型,當沖刷嚴重時,可選用流閉型.
(4)
單密封套筒閥一般選用流開型;自潔要求時,可選用流閉型.
(5)
兩位式控制閥(單座閥、角形閥、套筒閥、快開流量特性),應選用流閉型;當出現水擊、喘振時,應改選用流開型.
(6)
當選用流閉型且ds*時,閥的穩定性差時,應註意以下幾點:

—最小工作開度大於20%-30%以上;

—選用剛度大的彈簧;

—選用等百分比的流量特性。

註:*ds——閥桿直徑;d——閥座直徑。

8.2.6填料函結構與材料的選擇

 1填料函結構:一般選用單層填料結構,對毒性較大的流體或溫度高於200℃的場合,應選用雙層填料結構。

 2填料函材質:一般選用V型聚四氟乙烯填料,高溫情況下應選用柔性石墨填料。

8.2.7上閥蓋型式的選擇

 1操作溫度高於+200℃,應選用散熱型閥蓋。

 2操作溫度低於-20℃,應選用長頸型閥蓋。

 3操作溫度-20-+200℃,應選用普通型閥蓋。

 4對於絕對不允許外流的工藝流體,應選用波紋管密封型閥蓋。

8.2.8控制閥口徑的確定原則

 1根據計算的流量繫數C*值,作適當放大,圓整成C*,使其符合製造廠提供的C值系列,並確定調節閥口徑。

註:*C計——根據工藝正常流量計計算出的流量繫數。

C選——將計算出的C計值作適當放大,圓整後的流量繫數。

 2S0.3的一般工況,亦可採用下列方法估算流量繫數放大倍數:

C/C計≥m

式中m=直線性控制閥取1.63;等百分比控制閥取1.97.

 3圓整後的C選應能使控制閥的相對行程符合表8.2.8所規定的範圍。

8.2.9執行機構的選擇

 1執行機構一般選擇原則

(1)執行機構在閥全關時的輸出推力F(或力矩M)應滿足以下公式的要求。

F1.1Ft+F0)或M1.1Mt+M0

式中FtMt—閥不平衡力或力矩;

F0M0—閥座壓緊力或力矩。

(2)執行機構的輸出力(或力矩)的計算公式見表8.2.9.

(1)執行機構應滿足控制閥所需的行程。控制閥關閉時,應有足夠的閥座密封壓力。

(2)執行機構的響應速度不能滿足工藝對控制閥行程時間的要求時,應採取其它措施。

 2薄膜執行機構的選擇

(1)薄膜執行機構結構簡單,動作可靠,便於維修,應優先選用。

(2)需要非標準組配時,其輸出推力應滿足8.2.9條1款(1)項要求。併合理匹配薄膜執行機構的行程和閥內件的位移量。

 3活塞執行機構(包括長行程執行機構)的選擇。

(1)要求執行機構輸出功率較大,響應速度較快時,應選用活塞式執行機構。

(2)比例式活塞執行機構必須附設閥門定位器,閥芯位置能控制儀錶信號正確定位。

(3)比例式活塞執行機構必要時附設專用鎖住閥和堵氣罐、保位閥或採取其它措施,以使系統發生故障時控制閥能處於全開或全關位置,或保持在某一開度,以保證生產裝置處於安全狀態。

(4)故障時,需要閥門處於全開或全關位置,又要求不增加儲氣罐、氣動繼動器等附件,可以採用單氣缸活塞式執行機構。否則採用雙氣缸執行機構。單氣缸活塞執行機構內有彈簧作為傳回的動力,所以它的活塞大,價格貴。

 4電動的執行機構(包括直行程和角行程)的選擇原則:

(1)適用於沒有氣源或氣源比較困難的場合;

(2)需要大推力、動作靈敏、信號傳輸迅速、遠距離傳送的場合。

8.2.10控制閥附件的選擇

 1閥門定位器適用場合

(1)用於剋服摩檫力或需要提高控制閥動作速度的場合。

(2)分程控制和控制閥需要改變氣開、氣關形式的場合。

(3)需要改變控制流量特性的場合。

(4)控制器比列帶很寬,但又要求閥對小信號有響應的場合。

(5)無彈簧執行機構或活塞執行機構要實現比例動作的場合。

(6)用標準信號操作非標準彈簧的執行機構(20-100kPa以外的彈簧範圍)的場合。

 2氣動繼動器使用場合

(1)快速過程需要提高控制閥響應速度的場合,控制閥與控制器之間大於100m的場合。

(2)需要提高氣動控制器輸出信號的場合。

 3電磁閥

(1)適用於遙控、程式控制、聯鎖系統實現氣路自動關閉,使控制閥開或關的場合。

—直通型電磁閥用於雙位控制和遠程控制,根據程式的邏輯關係可選擇“常開式”或“常閉式”電磁閥。

—二位三通電磁閥:一般用於控制單作用氣缸執行機構、氣動薄膜執行機構、氣動控制閥及其它控制系統進行氣路的自動切換控制或聯鎖程式控制。

—二位四(五)通電磁閥:一般適用於控制雙作用氣缸和帶有活塞式執行機構的控制閥,以及使用切斷球閥的自控系統中實現自動切換和程式控制。

(2)當要求大容量來縮短動作時間,把電磁閥作為先導閥與大容量氣動繼動器組合使用。

(3)在爆炸危險場所中,應選用防爆型電磁閥、本安型電磁閥或選用開關型電氣轉換器。

4保位閥:適用於當氣源壓力低於給定值時,要求控制閥保持在某一位置上的場合。

 5電氣轉換器

(1)控制系統採用電動儀錶和氣動控制閥組成的場合。

(2)將電信號轉變為氣信號。

(3)快速控制系統宜選用電氣轉換器。

 6閥位傳送器

(1)重要場合宜選用閥位傳送器。

(2)電動執行機構應配用閥位傳送器。

 7手輪機構

(1)未設置旁路的控制閥,下列情況應設置手輪機構;但對工藝安全生產聯鎖用的緊急放空閥和安裝在禁止人進入的危險區內的控制閥,則不應設置手輪機構。

(2)需要限制閥開度的場合。

(3)對於大口徑和選用貴金屬管道的場合。

 8氣動三通控制閥:適用於遙控或程式控制系統,使其控制閥或氣動閘板閥開或關的場合。

 9控制閥附設的電氣元件,如電/氣閥門定位器、電磁閥和電/氣轉換器等,用於防爆場合時,其防爆等級應符合有關防爆設計規定。

 10電/氣閥門定位器、氣動閥門定位器與電/氣轉換器的選擇:

(1)接受氣動控制信號的氣動控制閥,需要加閥門定位器時採用氣動閥門定位器。

(2)接受電動調節信號(一般為4-20mA)或計算機通訊協議信號的氣動控制,採用標準信號的電/氣閥門定位器或智慧型電/氣閥門定位器。

(3)接受電動控制信號(一般為4-20mA)的氣動控制閥處在振動或溫度較高的環境中,電/氣閥門定位器無法正常工作時,宜採用轉換器加氣動閥門定位器。

 11控制閥氣開、氣關選擇原則

儀錶供氣系統發生故障或控制信號突然中斷時,控制閥的開度應處於使生產裝置安全的位置。

8.3控制閥安裝

8.3.1一般要求

 1控制閥宜垂直、正立安裝在水平管道上。公稱通徑DN≥80mm的控制閥,其閥前後管道上應設有永久性支架。

 2控制閥安裝位置應方便操作和維修,必要時應設置平臺。

 3控制閥組配管應組合緊湊,便於操作、維修和排液。

 4控制閥的上、下部分應留有足夠的空間,以便在維修時取下執行機構和閥內件以及閥的下法蘭和堵頭。

 5控制閥用於高粘度、易結晶、易汽化以及低溫流體時,應採取保溫和防凍措施。

 6控制閥用於環境溫度一般不高於60℃,不低於-40℃的場合。

 7當閥安裝在振動場合時,應考慮防振措施。

 8凡未裝閥門定位器的控制閥,膜頭上應安裝指示控制信號的小型壓力表。

 9控制閥用於含有懸浮物和粘度較高流體時,應配沖洗管線。

 10控制閥安裝時應註意使介質按閥體標定箭頭方向流過。

 11控制閥應先檢查校驗,併在管道吹掃後安裝。

8.3.2控制閥旁路

 1下列情況應設置旁路:

(1)腐蝕性流體;

(2)8.2.3條2款所述嚴重磨損閥內件的場合;

(3)其它重要場合,例如鍋爐給水調節閥。

 2下列情況可不設置旁路:

(1)清靜流體;

(2)公稱通徑DN>80mm的場合;

(3)控制閥發生故障或檢修時,不致引起工藝事故的場合;

(4)工藝過程中不允許或無法利用旁路閥操作的場合.例如:緊急聯鎖放空閥以及漿狀和易結晶的流體等.

8.3.3控制閥連接形式應符合製造廠產品說明書的規定.
8.3.4控制閥漸擴(縮)管
同心和偏心漸擴(縮)管宜選用偏心漸擴(縮)管.
8.3.5控制閥配管和配線
 1控制閥的配管和配線方案應滿足控制系統的要求.
 2控制閥配管宜採用Ф6×1不鏽鋼管或PVC護套紫銅管,大膜頭控制閥和氣動閘閥宜採用Ф8×1不鏽鋼管或帶PVC護套紫銅管.
 3防爆區域內控制閥配用的電氣部件的配線應符合《爆炸和火災危險場所電力裝置設計規範》(GBJ58-83)的有關規定.
8.3.6控制閥用壓縮空氣壓力等級應符合產品說明書的要求.壓縮空氣的質量應符合國家標準《工業自動化儀錶氣源壓力範圍和質量)(GB/T4803-84)的要求.
8.3.7自力式控制閥安裝註意事項
 1帶指揮閥的壓力式壓力調節閥,閥前應安裝過濾器.取壓點與調節閥之間距離不小於10倍管徑.
 2溫度調節閥:檢測器為雙金屬時,檢測器應垂直安裝在水平管道上.檢測器為溫包時,盡可能垂直安裝.如果條件不允許,也可傾斜安裝,但與水平管道的夾角應大於45°。

 3自力式調節閥原則上不安裝旁路閥,如果需要設置旁路閥,可根據8.3.2的有關規定設計.



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