控制阀的选型

控制阀是自动化控制系统中的执行器，其应用质量反应在系统的调节品质上，工业自动控制水平的提高，控制阀已经渗透到生产的每一个角落，它在稳定生产，优化控制，维护及检修成本控制等方面都起着举足轻重的作用。
为什么要做好调节阀的选型？
• 自动化行业中有句顺口溜：十阀九漏
对于调节阀的选型，在仪表的选型过程中是比较难的，尤其是工艺复杂、介质复杂的过程控制中，选型的问题更为突出，本文是我为我集团公司自动化选型人员培训内容。

• 案例1: 2005年动力厂某水处理体统DN80水流量调节阀，调节过程中，开启正常，但是，关闭时间非常长。不能完成调整。查询调节阀计算书，设计阀门前后压差为0.15MPa，实际为0.4MPa，阀门选型过程中对于不平衡力的计算小了，造成执行机构推力不足。更换推力更大的执行机构后，工作正常。
• 造成的损失：供水不能调节，更换执行机构费用1.62万元。
• 教训： 设计中，要反复核对工艺提供的参数，参数一定要精确。一个参数不合格就造成阀门不能正常使用。
•  选型中，要考虑一定范围的工艺条件的变化。

• 案例2:精炼厂某系统用户进行技术改造，需用盐酸流量调节，阀内件选用WCB+PTFE气动调节阀，密封方式：填料，材料：PTFE,阀杆采用316L不锈钢，投入使用后，一切正常，但20天后，阀门执行机构动作，流量调节无变化，并有少量的盐酸液体渗出，打开阀门后，阀内件完好，密封垫片已被腐蚀，阀杆断裂，造成阀门故障。
• 分析：
• 选型过程中，对于阀体，阀内件已经考虑了盐酸腐蚀问题，但是对于阀杆和密封方式欠考虑，后更换密封方式改为波纹管密封，材料选用哈氏B合金后，工作至今，一切正常。
• 损失：原阀门报废，价值2.1万元，新阀门4个月后才购回，期间生产完全靠人工调节。检修前后停产8小时。
• 教训：选型人员已经考虑了介质对金属腐蚀的问题，但是对于密封方式，欠考虑，一个小小的选型错误，造成了较大的经济损失，并且影响了正常的生产。

• 案例3: 20022年8月，冶炼厂电解技术改造，阴极液储槽加温自动控制，介质为蒸汽，选用气动薄默调节阀，阀门为DN50，阀门投运后，一切正常，但是运行了60天后，阀门正常阀门开到最大，但是温度还是低于设定值，打开调节阀，阀门一切正常，查看阀门计算书，原来是选型过程中，选用蒸汽压力比实际压力高，工艺提供的最小蒸汽压力为0.35MPa，阀芯阀座直径为DN25,但是已经到10月,实际蒸汽压力0.15MPa，加热量不足，造成温度不能调节到正常值。重新计算，选用DN32阀芯后工作正常。
• 教训：设计选型人员在考虑阀门参数时，虽然没有错误，但是没有考虑金川气候的具体情况，没有考虑冬天蒸汽压力会随着气温的降低而降低。

• 案例4: 1995年，精炼厂某系统氯气浸出工艺，氯气流量调节，生产人员在更换调节阀旁通阀门时候，误将钛阀门当成不锈钢阀门，阀门安装后，送氯气刚刚10秒钟，阀门通红，氯气严重泄漏，幸好检修人员戴有头戴式防毒面具 仪表维护人员戴防毒口罩，中毒不严重，休假两天恢复。
• 这次事故虽然未造成人员伤亡，但是，由于氯气泄漏量大，大量人员撤离，停产4小时，造成较大的经济损失。
• 教训：
• 工艺过程阀门的选择不当，不但会影响工艺，而且会造成安全事故，因此对于阀门的选择一定要考虑周全，一次小小的疏忽，就会造成大的安全事故，还会严重影响生产。

• 案例5: 2009贵金属厂上一条一生产线，需要对三种原料进行高精度流量配比控制，管道通径为DN20,流量控制范围为60－300L/h，工艺计算过程中,工艺提供的阀后压力与实际的阀后压力不符，投运后，最大流量下阀位开度不到10%，导致流量无法控制。后采取了更换阀芯、阀座，改变阀后压力等措施，基本解决了问题，但是调节品质一直不理想。
• 总结：冶金过程中，很少用到小流量调节，但随着集团公司高附加值产品项目的实施，如钛冶金、贵金属冶金、金属盐类、精细化工等项目中小流量控制也越来越多，项目建设和技术改造中，在设计阶段要对工艺提供的参数进行详细核查，如有疑问，小流量设计中要 对工艺提供的参数进行详细的核查


• 阀门在集团公司公司应用成功和不成功的例子在各个厂随处可见，举例涉及的问题，目的在于证明选型的重要性和技术处理的价值，以便引起相关技术人员在对工程项目、技术改造、备品备件选型过程中，对调节阀门选型的足够重视。
如何应用好调节阀？
• 调节阀应用的好坏，以下几个方面有关: 
1. 正确的参数----设计阶段
2. 正确的选型----设计招标阶段
3. 正确的安装----工程施工
4. 正确的使用和维护－现场服务
• 由此我们可以看出，我们讲调节阀的质量，不紧紧是生产厂的问题，它应该是一个广义的概念，包括设计人员、生产厂家、施工人员、使用维护人员。总结起来就是：
1.  选好
2. 装好
3. 用好
4. 维护好
调节阀门常见的选型问题
• 以下列举常见的选型问题，选型过程中，如果能够对这些问题进行很好的处理，可以说你选阀就不会出现大的质量事故。
如何选择控制阀门
• 选择原则
• 满足工艺条件的要求 。
• 满足自控系统的要求。
• 满足经济性的要求。
十二步选好控制阀门
第一步 精确掌握工艺参数及系统要求
选择好调节阀，使调节阀在一个高水平状态下运行将是一个很关键的问题，选择调节阀时，首先要收集完整的工艺流体的物理、化学特性参数与调节阀的工作条件。
主要有流体的成份、温度、密度、粘度、正常流量、最大流量、最小流量，最大流量与最小流量下的进出压力、最大切断压差等。
在对调节阀具体选型确定前，还必须充分掌握和确定调节阀体本身的结构、形式、材料等方面的特点。
技术方面主要考虑流量特性、压降、闪蒸、气蚀、噪音等问题。

设计阶段
设计结合时要准备的参数: 
1.工艺参数：温度、压力、正常流量时压差及切断时的压差。
2.流体特性：腐蚀性、粘度、温度变化对流体特性的影响。
3.系统要求：泄漏量、可调比、动作速度与频率、线性及噪音。
4.介质的化学性质，详细的成份。

第二步 调节阀流量系数Cv及口径的计算
流量系数Cv(流通能力)的定义为：调节阀前后的压差为1Kg/cm2，重度为1g/cm2流体，每小时通过阀门的体积流量(m3/h)。
调节阀流量系数Cv的计算方法很多，也比较繁琐。但是这个计算非常重要，如果自己不会算，那么就要提供详细的参数，让阀门厂专业选型人员计算。

第三步 口径的计算
• 这是调节阀门选择首先考虑的问题，要根据工艺参数确定阀门的尺寸，如果尺寸小了不能满足Qmax，大了常常在小开度工作，造成调节性能差，阀门寿命短。
• 总结起来就是，当改变阀芯、阀座尺寸后，依然不能满足要求，就必须改变阀门的尺寸。
• 根据生产能力、设备负荷、以被控介质的工况决定流通能力计算所需的数据，求得最大、最小流量时的Cvmax和Cvmin。 通过多年的实践和理论探讨，在确定凋节阀口径时，按工况所需流量系数Cv值的1.2~1.4倍作为阀的流量系数值。调节阀开度大致范围如下：
• 最大开度：70%~90%
常用开度：40%~70%
最小开度：10%
• 根据计算得Cvmin和已采用的调节阀可调比验证可调范围，验证合适，既可用Cv值决定调节阀的口径。
原则上按照管道尺寸确定阀门的口径，但是采用和管道尺寸通径的阀门后，流量不能满足调节要求，则该缩径的缩径、该扩径的扩径。
阀口径的计算
如何确定调节阀口径？
确定计算流量Qmax 、Qmin
确定计算压差，根据系统特点选定阻力比S值，然后确定计算(阀全开时)压差；
计算流量系数，选择合适的计算公式图表或软件求KV；
KV值选取，根据KV的max值在所选产品系列中最接近一档的KV，得到初选口径；
开度验算，要求Qmax 时≯90％阀开度；Qmin时≮10％阀开度；
实际可调比验算，一般要求应≮10；R实际＞R要求
口径确定，若不合格重选选KV值，再验证。

第四步 流量特性的选择
调节阀的流量特性，是在阀两端压差保持恒定的条件下，介质流经调节阀的相对流量与它的开度之间关系。调节阀的流量特性有线性特性，等百分比特性及抛物线特性三种。
如何选择流量特性
• 流量特性选择的原则：
• 小开度工作、不平衡力变化大时选对数特性。
• 要求的被调参数反映速度快时选直线，慢时选对数。
• 压力调节系统可选直线特性。
• 液位调节系统可选直线特性。

第五步 计算关闭时的压差
• 关闭压差涉及到两个问题

1.造成阀门该关闭时候不能关闭，该打开时不能打开。

2. 会影响阀门的Cv值选择准确度。
第六步 选择可调比
• 可调比R是阀门的一个重要的参数，选择的准确与否，直接影响调节品质。
• 调节阀所能控制的最大流量和最小流量之比称为可调比R.。 当阀两端压差保持恒定时，最大流量与最小流量之比称为理想可调比。 实际使用中阀两端压差是变化的，这时的可调比称为实际可调比。 注意：R小了不能满足流量变化范围

第七步 确定执行机构弹簧范围
• 要从启动工作压力、输出力、稳定性、可否调整等因素综合考虑，一般来讲，只要提供的起源压力准确，介质参数准确，就无大问题。
第八步 材质选择
• 对公司来说流程非常复杂，控制介质也是五花八门，所以对材质的选择，学问也就最大，选型过程中，如果对工艺过程和工艺条件、介质物理化学性质掌握的透彻，所选择的阀门结构和材料也就越科学。
• 优秀的选型人员所选的阀门结构和材料应该实在满足使用功能的前提下，选择结构最简单、价格最低廉(相对而言)，相反，有可能花了很多钱，阀门依然没有能选择好，这种费用可差20-30倍。对于生产来说，用不好的影响则更大，开开停停、造成经济损失和产品产量质量下降，甚至生产不能正常运行。

• 阀体耐压等级、使用温度和耐腐蚀性能等方面应不低于工艺连接管道的要求，并应优先选用制造厂定型产品。
• 水蒸汽或含水较多的湿气体和易燃易爆介质，不宜选用铸铁阀。

• 我公司地处北方，因此户外和环境温度低于－20℃的场合，不宜选用铸铁阀

• 对汽蚀、冲蚀较为严重的场合或者矿浆介质，对节流密封面应选用耐磨材料，如钴基合金或表面堆焊司特莱合金等

• 对强腐蚀性介质，选用耐蚀合金必须根据介质的种类、浓度、温度、压力的不同，选择合适的耐腐蚀材料。

• 阀体与节流件材料要分别对待，一般来讲阀体的腐蚀率与阀内件的腐蚀率之比应该优于1：8

• 对衬里材料的选择时该工作介质的温度、压力、浓度都必须满足该材料的使用范围，并考虑流体对衬里的磨损
• 真空阀不宜选用阀体内衬橡胶、塑料结构。

• 生活污水水处理系统尤其是工业污水处理系统以及含油的介质中的阀不推荐选用衬橡胶材料。

阀内件材质选择
高低温材料选择
典型介质的典型耐蚀合金材料选择

硫酸：316L，哈氏合金，20号合金。盐酸：哈氏B。醋酸、甲酸：316L、哈氏合金。磷酸：因可镍尔、哈氏合金。 硝酸：铝，C4钢，C6钢。 氢氟酸：蒙乃尔。 烧碱：蒙乃尔。 氯气(含水大于1%)：哈氏C。 盐水：钛、316L。 硫酸镍：钛
非金属耐腐蚀材料
到目前为止，最万能的耐腐蚀材料是四氟乙烯，称为耐蚀王。因此，应首先选用全四氟耐腐蚀阀。但是以下情况不推荐选择：温度>160℃PN＞1．6磨损严重的场合。

• 优秀的选型设计人员就知道现场的重要性，在设计结合阶段就会与工艺人员紧密结合，重视阀门材料的正确选型。

第九步 填料及阀盖型式选择
• (1)通常情况下，介质温度<200℃时，选用“V"形四氟填料，普通型上阀盖；介质温度<450℃时，选用“V"型四氟填料，但必须是散热阀盖。
(2)对直行程类阀，若带有定位器附件时，对介质温度≤450℃高温阀，仍可选用普通型阀盖，但必须选用石墨填料。
(3)介质温度>400℃时，需选用散热型阀盖和石墨填料。
(4)为增加阀杆密封的可靠性，可选用双层填料结构。如果介质为剧毒或者易燃易爆、介质有可能与空气发生水解反应或者工艺要求外泄露率很低，建议选用波纹管密封方式。

第十步 作用方式的选择
• 在生产过程中，调节阀气开、气关形式的选择，主要是从工艺生产的安全来考虑。例：蒸气加热器、氯气浸出工艺氯气调节阀选用气开阀；锅炉进水的调节阀则选用气关式。
气动调节阀的气开、气关的选择不是一个单纯的自控专业的设计选型问题，这是个涉及到两个专业，即工艺、自控两个专业之间协调的问题，作用方式是由工艺人员提供。
对于一些特殊情况也可以考虑在气源中断时使调节阀保持原位。例如在加压釜内放料作业中，不希望使高压介质突然的切断或全部放空，在这种情况下调节阀应保持原位
第十一步 阀门附件的选择
• 这是相对于主题--阀门而言，是为了保证阀门的正常运行
阀门附件：1)阀门定位器——用于改善调节阀的工作特性，实现正确定位； 行程开关——显示调节阀上、下限的行程工作位置； 气动保位阀——气源故障时保持阀门当时位置； 电磁阀——实现气路的自动切换。单气控用二位三，；双气控用二位五通； 手动机构——系统故障时可切换手动操作； 气动继动器——使气动薄膜执行机构动作加快。空气过滤减压器——气源净化、调压用。贮气罐——气源故障时，使阀能继续工作一段时间，一般需三段保护时配。
阀门附件的选择要实用，没有必要的就尽量不选用，但是关键的附件，还是要选用可靠的。
第十二步 阀门结构形式的选择
阀门的分类
按用途和作用分类
1.两位阀：主要用于关闭或接通介质；
2.调节阀：主要用于调节系统。选阀时，需要确定调节阀的流量特性；
3.分流阀：用于分配或混合介质；
4.切断阀：通常指泄漏率小于十万分之一的阀。
按主要参数分类
  1 按压力分类
1.1  　　真空阀：工作压力低于标准大气压；
1.2　　低压阀：公称压力PN≤1.6MPa；
1.3　　中压阀：PN2.5～6.4MPa；
1.4 　　高压阀：PNl0.0～80.OMPa，通常为PN22、PN32；
1.5　　超高压阀：PN≥IOOMPa。
  2 按介质工作温度分类
2.1 　　高温阀：t＞450℃；
2.2　　中温阀：220℃≤t≤450℃；
2.3　　常温阀：－40℃≤t≤220℃；
2.4    低温阀：－200℃≤t≤－40℃。

按主要特殊用途来分(即特殊、专用阀)

软密封切断阀；硬密封切断阀；耐磨调节阀 耐腐蚀调节阀；全四氟耐蚀调节阀 全耐蚀合金调节阀；紧急动作切断或放空阀； 防堵调节阀；耐蚀防堵切断阀 保温夹套阀；小流量调节阀；大可调比调节阀； 精小型调节阀； 波纹管密封阀 以及各类专用阀(如氯气专用、碱液专用)等
按驱动能源分类
• 电动
• 气动
• 液动
常用分类法
• 这种分类方法既按原理、作用又按结构划分，是目前国内、国际最常用的分类方法。一般分为九个大类：
直通单座调节阀
单座调节阀的结构形式
直通双座调节阀
套筒阀
角型阀
三通阀：
隔膜阀：
蝶阀
球阀
选型提示
在满足过程控制要求的前提下，所选的阀应尽量简单、可靠、价廉、寿命长、维修方便和备件来源及时可靠。要尽力避免单纯追求好的结构、好的材质、多带附件，而忽略了对可靠性、经济性的考虑。
调节阀门优选次序
• ①全功能超轻型调节阀→②蝶阀→③套筒阀→④单座阀→⑤双座阀→⑥偏心旋转阀→⑦球阀→⑧角形阀→⑨三通阀→⑩隔膜阀。
设备选择阶段(招标阶段)
制定详细的设备计划
• 如果是成熟的工艺，或者有应用经验的控制阀门，应该根据原阀门运行情况、优点缺点，应用效果选择。
• 工程项目中要认真核对提供详细的过程参数。如果有疑问，必须结合其他专业对参数进行核对。
• 提交设备计划或者招标计划前，应该组织相关的技术人员对计划进行审核。
• 如果对阀门的材料、结构形式没有十足的把握，建议与设备厂家进行技术交流和设备考察。
• 预选厂家要选择服务质量好，产品质量过关的厂家。
• 切记：阀门的选择是一个复杂的过程，你所提供的技术参数直接会导致应用效果和控制品质。设备计划中所提出的参数一定要经过工艺技术人员的确认方可上报。
• 不要过分相信设计院，如果对设计院提供的参数有疑问，要通过正当的渠道进行参数确认。
招标过程中注意的问题
招标过程中，要认真核对设备厂商的投标书中提供的产品规格、参数、材料、配件是否能和招标书相应或者优于，如果有疑问必须澄清。
要将关键的参数和材料放在一起比对。真正做到货比三家。
不满足要求或者关键参数偏离招标书时，要坚持原则，不能用就是不能用，千万别强求。
其它需要考虑的问题
该选国内的还是国外的
• 从应用质量上说，国内调节阀的设计水平、生产水平与国外发达国家相比有一定的差距，这是实际的。如果说有十分大的差距，就不一定符合实际了(个人认为)，哪么为什么国内的调节阀门的应用效果和使用寿命就远远不如国外的产品呢？
国内调节阀“先天不足”
• 比较一下国内和国外的阀门计算选型表
国内VS FISHER
• 国内的调节阀选型内容太简单，设计院的计算书也很简单，国内的也就20个序号，而国外的呢？有40-50个，我们都说美国的阀门好，美国仪表学会对阀门选型的标准格式有49个序号，受到这个影响，国内调节阀选型过程中很多内容都没有被纳入，过程参数不全面，造成了国内阀门“先天不足”
国内阀门过于标准化
• 国内的调节阀如川仪、西仪、南京自控、吴忠阀门，一直沿用国家联合设计图纸，过于标准 ，而不像国外“对症下药”，予以区别对待。
国内阀门泄露大
• 这个问题是自动控制中比较突出的问题，泄露量不仅设计阀门结构的选定，还设计到不平衡力的计算，哪么你选择阀门时候是不是有这样的感受，用户想用什么结构就用什么结构，想用什么材料就用什么材料，生产厂家只需对这标准一查，给个标准型号就搞定了，哪么谁来做细致的计算和考虑呢？没有。
• 既然没有细节就考虑不周到，就没有科学地选择，就会造成关不死、打不开、泄露大、密封性差、寿命短等问题。

• 粗糙的选型必然造成粗糙的使用效果，国内调节阀一般使用场合是可以的，对于特殊场合和复杂介质，稍有疏忽和欠考虑，阀门肯定不好用。
选型建议
• 对于复杂介质，易燃易爆介质、剧毒介质、高压介质选用国产阀门没有把握时，该选国外还是要选国外的。
• 对于普通介质，为了节约投资，还是推荐使用国内的阀门。
• 但是无论选国内还是国外，依然要提供准确的过程参数、仔细计算，准确选型。
其他需要考虑的问题如下：详细内容就不讲了
对安全问题的考虑
对调节阀性能的考虑
对手动操作的考虑
调节阀信号的配管和配线
调节阀的性能指标
(1)基本误差：将 20~100kPa信号平稳地增大或减小输入气室(或定位器)内，测量各点所对应的行程值，计算出“信号―行程"关系与理论值之间的各点误差，其最大值即为基本误差。试验点应按信号范围的0%、25%、50%、75%、100% 5个点进行，测量仪表基本误差应限于被测试阀门基本误差限的25%(2)回差：实验方法同上。在同一输入信号上测得的正反行程的最大差值即回差。

选型过程注意的问题
• 驱动方式选择？
电动执行机构选择
• 普通的还是电子的？
电动执行机构直行程还是角行程?
电动执行机构直连还是曲柄连接？
伺服放大器的选定
• 采用一体化还是伺服放大器
防爆要求
• 根据工艺设计要求，提出防爆等级
是否需要阀位反馈？

• 是否需要过载保护？
是否需要手操器？
气动执行机构的选定 :
1.选用气动薄膜还是汽缸？
2.位式还是比例？
3.直行程还是角行程？
4.弹簧还是双活塞？
5. 单弹簧还是多弹簧小型结构？
6. 正作用还是反作用？
7.弹簧范围的选定(必须计算)？
8.是否需要支架？
9.推力计算？
10.气源压力大小？
11.行程与角度大小？
12.动作速度要求？
13.环境条件？
14.对于重量的要求？
15.对于颜色的要求？

选型的一般原则
安装的一般性要求
(1)调节阀应垂直、正立安装在水平管道上，公称通经Dg≥50的调节阀，其阀前后管道上最好有永久性支架。
(2)调节阀安装位置应方便操作维修，以便人员能进行维修和操作，必要时应设置平台。
(3)调节阀上、下部分应留有足够空间，以便维修时取下执行机构和阀内件及阀的下法兰和堵头。
(4)当调节阀安装在有振动场合时，应考虑防振措施。
(5)未安装阀门定位器的调节阀，膜头上最好安装指示控制信号的小型压力表。
(6)调节阀应先检查校验，并在管道吹扫后安装。