浅谈仪表控制阀的分类及在化工行业中的选型

李娟 李文龙（青海盐湖工业股份有限公司化工分公司，青海格尔木816000）

0 引言

仪表控制阀具有调节流体流量、控制被调参数进而达到自动化生产的功能。控制阀是直接接触工艺介质的控制机构，承受着流体的压力，温度，冲刷，腐蚀和磨损，在化工行业中，由于长期的机械疲劳，热冲击和化学腐蚀作用，控制阀的使用性能逐渐下降。若有些自动控制系统不能正常运行，那多半是由于控制阀选型不当造成，因此一定要慎重选择并且投入使用控制阀，直接影响了化工产品的质量。基于多年工作经验，将工作中涉及到的控制阀进行详细介绍罗列，以期为相关工作人员在进行控制阀选型时，具备一定技巧。

1 仪表控制阀的分类

1.1 直行程控制阀：

控制阀种类众多，该阀门是其中相对成熟的一种，在早期国内的化工厂，几乎都使用的是直行程控制阀。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的笼式阀。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。直行程控制阀根据泄露要求等条件的不同，又大致分为以下几种：

（1）直通单座阀

顾名思义，单座阀只有一个阀芯和阀座。阀芯采用顶底导向，结构简单，动作可靠。

（2）直通双座阀

（3）套筒阀套筒阀又称笼式阀。

（4）三通控制阀

1.2 角行程控制阀

角形阀适用于要求直角连接的应用场合，具备一定的安装空间、流路简单的优势。该控制阀只能是单导向，需要选用正作用或者反作用来实现作用方式的切换，角行程控制阀常见的且具备代表性的主要有以下几种：

（1）蝶阀

业内蝶阀已被公认能提供较大的流通能力，在石油化工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，以三偏芯蝶阀为例，该控制阀具备较强的密封效果，扭转了以往凭借位置密封的弊端，实现了扭力密封，通过阀座接触面压来达到密封目的，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。

（2）球阀

气动O 型快速切断球阀是一种转角为90°的旋转类控制阀，它以压缩空气为动力源，接受DCS系统,可编程控制器等开关量信号，通过换向可实现对阀门的快速的开或闭二位置控制。它结构紧凑、动作可靠、密封性能好、流通能力大、流阻系数小、使用寿命长、安装方便，并具有双向流通等特点。其流通能力约为同口径直行程阀的两倍。

（3）偏心旋转阀

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。

以上只是介绍了众多化工用控制阀中最具有代表性的几种，而在实际化工设计中，控制阀的选型至关重要，不仅关乎整个自动控制系统的效果，更深一步会影响到工厂工艺产品的质量是否达标合格，因此在控制阀选型时一定要慎之又慎。

2 仪表控制阀的选型

2.1 控制阀结构形式的选择

控制阀的选型，关键且重要的一个流程就是确定其结构，但是要实现这一目的，需要根据切实的工艺条件和介质来达到调节系统的要求（调节范围、噪音、泄露等级）等各种综合因素来考虑。流量小、压差小、要求泄漏量少的场合应优先考虑直通单座阀；介质压差大、震动大的场合则适用于套筒控制阀；大流量、大口径的管道，公用工程水装置等场所适合选用蝶阀。

2.2 阀门固有流量特性的选择

我们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。很容易理解线性含义，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。综上所述，控制阀的流量特性是选型的关键因素，关系到自控系统的稳定和质量，因此更要严格把控该工作。

2.3 控制阀口径的计算

在确定了控制阀的结构形式以后，我们就要结合流量特性，运用C值计算法，计算出阀门的口径、噪声、开度等数值。这个工作可以说是对控制阀选型的一项重要检验措施，一旦验算结果和实际的工艺要求差距很大，就应该重新考虑阀门的选型，如此反复，直到计算得出规定范围内的开度值等。

2.4 控制阀材质的选择

在进行过控制阀结构形式、流量特性的选择以及阀门口径的计算以后，最关键的一步就是控制阀材质的选择，主要包含以下两个方面，一是阀体，二是阀内组件。阀体的材质要满足腐蚀性，温度和压力的层层考验，其作用相当于一个压力容器。譬如氟橡胶的密封材料，可以应用在最高260℃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；例如在柔性石墨的应用过程中，由于石墨具备的高纯度，耐高温高压等特质，几乎适用于所有化学品种，，特别是在乙烯裂解炉上的减温降压水阀，电站锅炉炉区的高压蒸汽阀门上，可以承受700℃高温的柔性石墨，优势效果极其明显。

通常情况下，我们在选择控制阀门的过程中，只要其具备耐腐蚀和冲刷的特点，在应用过程中就可以发挥其节流的功效。然而近年来，随着工艺水平和企业生产技术的提升，控制阀门在生产过程中为迎合企业和市场要求，也做了相应改进，当然，控制阀门的进展在很大程度上得益于新兴金属材料和合成材料的发展。举例说明，例如有些酸碱、有机物的特性要求控制阀具备高寿命的特点，而钛金属具有亲和力，能生成牢固的氧化物保护膜，可以使控制阀达到长期使用的效果。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。

我们在选择控制阀的时候越来越注重其购买成本，而阀门材料成本又占整个控制阀成本的大部分。在合成材料层出不穷的化工领域，这些林林总总新材料的应用无疑增加了购买费用。

综上所述，在选择控制阀的时候，一定要注重材质，必须做到以下两点：

一是要确保该控制阀材质的安全可靠程度，确定其具备耐高温且防腐蚀的特性，二是要在确保材质没问题的情况下，尽量选择使用寿命长的控制阀。在达到以上两点后，可以进一步斟酌选择投资少，花费少的控制阀，进而减少单位资金投入，节省用度，为企业运行效率和产品质量提升做出贡献。

3 结语

对于控制阀的选型，以前的老方法还可以参考使用。在今后的选型工作中，应该多借鉴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。