浅议联碱生产中自动调节阀的选型

2011-12-23聂喜玲

纯碱工业 2011年3期

关键词：差压执行机构控制阀

聂喜玲

(大连化工研究设计院,辽宁大连 116023)

浅议联碱生产中自动调节阀的选型

聂喜玲

(大连化工研究设计院,辽宁大连 116023)

通过对控制阀选型过程中用到的各种特性参数及其确定方法的介绍,分析了在联碱设计与生产中应如何正确、经济、合理地选用控制阀,以达到工艺要求。

联碱生产;控制阀

随着国内联碱企业自动化水平的不断提高,化工单元操作自动控制已被广泛采用。这其中控制阀的选型及使用显得尤为重要。生产过程中,控制阀与工艺介质直接接触,这些介质通常工艺条件比较复杂,控制阀如选择不当,往往给生产控制带来困难,以致于调节质量下降,严重影响正常生产操作,甚至造成严重的生产及安全事故。

根据笔者多年从事设计工作的经验及相关文献,下面对控制阀选型过程中应该注意的几个方面问题予以阐述,希望能对从事联碱生产与设计者有所借鉴,同时也促进彼此之间的技术交流。

1 根据工艺条件不同,选择合适的流量特性

控制阀的流量特性是介质流过控制阀的相对流量与相对位移(控制阀的相对开度)间的关系,一般来说改变控制阀的阀芯与阀座的流通截面,便可控制流量,但实际上由于多种因素的影响,如在截面变化的同时,还发生阀前阀后压差的变化,而压差的变化又将引起流量的变化。

在阀前阀后压差保持不变时,控制阀的流量特性称为理想流量特性。控制阀的结构特性是指阀芯位移与流体流通截面积之间的关系,它纯粹是由阀芯大小几何形状决定的,除与控制阀几何形状有关外,还考虑了在压差不变的情况下流量系数的影响,因此,控制阀的理想流量特性与结构特性是不同的。

理想流量特性主要由线性、等百分比、抛物线及快开四种。控制阀的理想流量特性,在生产中常用的是直线、等百分比、快开3种,抛物线流量特性介于直线与等百分比之间,一般可用等百分比来代替,而快开特性主要用于二位式调节及程序控制中。

在实际生产应用过程中,控制阀前后压差总是变化的,这时的流量特性称为工作流量特性。因为控制阀往往和工艺设备串联或并联使用,流量因阻力的变化而变化,在实际工作中因阀前阀后压差变化而使理想流量特性畸变成工作流量特性。因此,在实际生产中控制阀的理想流量特性的选择是指如何选择直线和等百分比特性。

从负荷变化情况分析,直线特性控制阀在小开度时流量相对变化大,过于灵敏容易引起震荡,使阀芯、阀座极易受到破坏,在阀阻比S值小,负荷变化大的场合不宜采用;等百分比控制阀的放大系数随控制阀行程增加而增加,流量相对变化值是恒定不变的,因此它对负荷波动有较强的适应性,无论在满负荷或半负荷生产时都能很好的调节,从制造角度来看也并不困难。在生产中等百分比是应用最广泛的一种。

2 根据工艺参数,选择合理的控制尺寸

当我们选定了控制阀的类型和特性后,就可进一步确定它的尺寸。其中控制阀的流通能力 Cv值是确定控制阀口径的重要依据。所谓流通能力 Cv值是指在额定时间内,阀门处于最大开启状态时,流经阀门的体积流量或质量流量的总和。从工艺提供数据到算出流通能力,直到阀的口径确定,需经以下几个步骤:

2.1 计算流量的确定

根据现有的生产能力、设备负荷及介质状况计算最大流量Qmax和最小流量Q min。

在计算调节阀的流通能力 Cv值时,通常应按最大流量考虑,如最大流量取值过大,将导致控制阀口径偏大。这不但增加投资,而且使控制阀经常工作在小开度,可调比减小,调节性能变坏,严重时影响调节系统的稳定性,大大降低了阀的使用寿命。

最大流量的选择,应根据负荷的变化及工艺设备的生产能力来合理确定。对于调节质量要求较高的场合,更应以现有的工艺条件来选择最大流量。但注意不能片面强调调节质量,以致当负荷变化以及现有生产设备经过技改和扩建,当生产能力稍有提高,调节阀便不能适应,即需更换。也就是说,应当兼顾当前与今后在一定的范围内扩大生产能力这两方面的因素,然后合理的确定最大流量。

一般来说,工艺提出的流量都是根据装置的生产能力、物料平衡、控制对象的极限负荷变化,以及可能扩大的生产能力和操作条件的变化等因素,综合考虑后确定的。通常情况下,一般提出的最小流量为正常流量50%,最大流量为正常流量的130%～150%。这样,可以基本保证控制阀的开度不小于40%～60%,使控制阀长期运行在比较稳定的状态,延长控制阀的使用寿命。

2.2 计算压差的确定

根据已选择控制阀的流量特性及系统特点选择相应的阀阻比S值,然后决定计算压差。要使控制阀起调解作用,就必须在阀前阀后有一定的压差。阀上的压差占整个系统压差的比值越大,则调节流量的畸变越小,调节性能就能得到保证,但是阀前后压差越大,阀上的压力损失越大,所消耗的动力越大。因此,必须兼顾调节性能和动力消耗,来合理地计算压差。系统总压差是指系统中包括控制阀在内的与流量有关的动能损失,如弯头、三通、节流装置、工艺装置、手动阀门等局部阻力造成的压力损失。

选择控制阀的计算压差主要是根据工艺管道、设备等组成系统的总压差大小及变化情况来选择,其步骤如下:

1)选择系统的两个恒压点,把离控制阀前后最近且压力基本稳定的设备作为系统的计算范围。一般按最大流量分别计算各部分局部阻力,并求出它们的总和∑△Pf。

2)选取阀阻比S值

差压是控制阀的一个重要参数,它对于控制阀的选用有着举足轻重的作用,可以说,差压是否准确对于一个控制阀的正确选用有着决定性的作用。通常工艺专业只是根据管道的配置计算出控制阀前后的压力提供给自控专业,再由自控专业估算差压。这种方法对于基础设计阶段可行,但对于施工图设计是不妥的,往往会造成控制阀的口径过大或过小。因此应对控制阀所在的管系进行流体力学计算,结合调节阀前后的压力,准确提出控制阀的差压参数。

现阶段,一般接触的控制阀都是串联管路的控制阀,在这种管系中,需要用到阀阻比S,即控制阀全开时,控制阀差压与系统总压差的比值。S值是确定控制阀差压的关键,是指控制阀全开时对最大开度和最小开度的限制。从仪表专业的角度上来说,控制阀应该有比较大的S值,这样,控制阀的实际工作性能比较接近理想工作性能,所选择的控制阀口径相对较小,品质较好,比较容易控制。但从工艺专业的角度来说,控制阀应该具有比较小的压差,即S值很小,这样可以减小管道的阻力。综合工艺和仪表两专业考虑,一般选定S值为0.3～0.5。在控制阀所在的管道系统中,系统总压差: