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自力式壓力調(diào)節(jié)閥的特點(diǎn)及應(yīng)用
點(diǎn)擊次數(shù):465 發(fā)布時(shí)間:2008-6-12
自力式調(diào)節(jié)閥有自力式壓力(微壓)調(diào)節(jié)閥、自力式(壓差)流量調(diào)節(jié)閥、自力式溫度調(diào)節(jié)閥等幾類。自力式壓力調(diào)節(jié)閥是其家族成員之一,由于它無(wú)需外來(lái)能源,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用方便,維護(hù)工作量少等優(yōu)點(diǎn),特別適用于城市供熱、供曖及沒(méi)有供電、供氣又需控制的場(chǎng)合。據(jù)德國(guó)報(bào)道,城市供熱、供暖系統(tǒng)采用該產(chǎn)品,熱效率比以前提高30%~40%。節(jié)能*。
本文僅就自力式壓力調(diào)節(jié)閥的原理、結(jié)構(gòu)特性及工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行論述。
1 自力式壓力調(diào)節(jié)閥分類及工作原理
1.1 自力式壓力調(diào)節(jié)閥的分類
1)按閥后、閥前控制分為兩類:自力式閥后(減壓)控制閥;自力式閥前(泄壓)控制閥。
2)按是否帶指揮器分為兩大類:直接作用型自力式調(diào)節(jié)閥,如圖1所示;指揮器操作型自力式調(diào)節(jié)閥,如圖2所示。
1.2 工作原理
1)自力式閥后壓力調(diào)節(jié)的工作原理見(jiàn)圖3所示。閥前壓力P1經(jīng)過(guò)閥芯、閥座的節(jié)流后,變?yōu)殚y后壓力P2。P2經(jīng)過(guò)管線輸入上膜室內(nèi)作用在頂盤上,產(chǎn)生的作用力與彈簧的反作用力相平衡,決定了閥芯、閥座的相對(duì)位置,控制閥后壓力。當(dāng)P2增加時(shí),P2作用在頂盤上的作用力也隨之增加。此時(shí),頂盤上的作用力大于彈簧的反作用力,使閥芯關(guān)向閥座的位置。這時(shí),閥芯與閥座之間的流通面積減少,流阻變大,P2降低,直到頂盤上的作用力與彈簧反作用力相平衡為止,從而使P2降為設(shè)定值。同理,當(dāng)P2降低時(shí)。作用方向與上述相反,這就是閥后壓力調(diào)節(jié)的工作原理。
2)自力式閥前壓力調(diào)節(jié)的工作原理同閥后壓力調(diào)節(jié)的工作原理(見(jiàn)圖4),應(yīng)注意閥芯反裝。
1.3 自力式壓力調(diào)節(jié)閥與控制閥的區(qū)別
這兩類產(chǎn)品的區(qū)別,主要在于控制閥既需要外界能源(如電源或氣源)做驅(qū)動(dòng)能,又需要接受外來(lái)控制儀表信號(hào)才能改變閥內(nèi)截流件相對(duì)位置,從而實(shí)現(xiàn)改變流體流量。而自力式壓力調(diào)節(jié)閥則既不需外來(lái)能源,又不需要接受外來(lái)控制儀表信號(hào),僅靠被調(diào)介質(zhì)的壓力信號(hào),便可實(shí)現(xiàn)壓力調(diào)節(jié)。兩者區(qū)別可見(jiàn)圖5。
2 自力式壓力調(diào)節(jié)閥的特點(diǎn)
由于自力式壓力調(diào)節(jié)閥沒(méi)有外來(lái)驅(qū)動(dòng)能源。因此該產(chǎn)品的操作力較小,它具有如下特點(diǎn)。
1)平衡式閥芯結(jié)構(gòu),如平衡型單座。雙閥芯平衡型,套筒平衡型等。
2)快開(kāi)流量特性,其閥芯為平板型。
3)公稱通徑與閥體特征:DN20~100mm(或125)。閥上設(shè)有波紋管,閥芯為單座(有的廠家產(chǎn)品DN20mm的沒(méi)波紋管,閥芯也為單座);公稱通徑大于100mm時(shí)。閥上蓋內(nèi)不設(shè)波紋管,閥芯為雙閥芯或套筒結(jié)構(gòu)。
4)執(zhí)行機(jī)構(gòu)種類推薦:設(shè)定值≤0.6MPa時(shí),選薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu);設(shè)定值>0.6MPa時(shí),選氣缸式執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
3 安裝方式
3.1 直管段的設(shè)置
自力式壓力調(diào)節(jié)閥前、后應(yīng)盡量保持一定的直管段(一般為6D(管徑)左右)。閥前取壓點(diǎn)距閥的距離應(yīng)大于2D;閥后取壓應(yīng)大于6D。閥前、后還應(yīng)裝有壓力表,壓力表應(yīng)靠近取壓點(diǎn),以便使設(shè)定值與取壓值真實(shí)一致。
3.2 旁路系統(tǒng)的設(shè)置
為保證檢修及出故障時(shí)生產(chǎn)能繼續(xù)運(yùn)行,設(shè)置旁路系統(tǒng),如圖6所示。
3.3 過(guò)濾器的設(shè)置
該系統(tǒng)中的過(guò)濾器在工藝介質(zhì)干凈、沒(méi)雜質(zhì)的情況下,可以省略。
當(dāng)介質(zhì)中有雜質(zhì)或用帶指揮器的自力式壓力調(diào)節(jié)閥時(shí)應(yīng)裝過(guò)濾器,以防阻塞引壓管路或指揮器、卡死氣缸執(zhí)行機(jī)構(gòu)及閥芯等。
注:圖中虛線所示的取壓法不提倡
若限于管路安裝空間或經(jīng)費(fèi),可將過(guò)濾網(wǎng)裝在閥前的截止閥上游處。取代過(guò)濾器。
3.4 安裝方式與介質(zhì)、溫度的關(guān)系
1)自力式壓力調(diào)節(jié)閥安裝方式原則上宜采用,氣體介質(zhì)正立安裝(執(zhí)行機(jī)構(gòu)在上、閥體在下),液體與蒸汽介質(zhì)倒裝。
2)氣體介質(zhì)溫度高于70℃低于140℃、液體介質(zhì)溫度高于140℃時(shí),自力式壓力調(diào)節(jié)閥除采用倒裝外,還應(yīng)在引壓管路上加裝隔離罐,并應(yīng)在引壓管路、隔離罐、膜頭處注滿冷媒,以防膜片受高溫老化。
3)氣體介質(zhì)溫度高于70℃低于140℃時(shí).若仍采用正立安裝,應(yīng)在設(shè)計(jì)文件(設(shè)備表)中注明采用高溫膜片(如乙丙橡膠膜片、硅橡膠膜片等),否則會(huì)造成普通膜片老化。
4 應(yīng)用及注意事項(xiàng)
4.1 適用場(chǎng)所的應(yīng)用及注意事項(xiàng)
自力式壓力調(diào)節(jié)閥主要適用于沒(méi)有腐蝕性且黏度低的液體、氣體、蒸汽(zui高溫度可達(dá)300~350℃)等介質(zhì)的壓力控制。如輕質(zhì)油品、水、水蒸汽、空氣等。在設(shè)計(jì)條件提供與閥門選用時(shí)應(yīng)注意以下情況。
1)所提閥前、閥后壓力及設(shè)定值條件應(yīng)接近實(shí)際工藝條件。
自力式壓力調(diào)節(jié)閥對(duì)所提工藝條件的要求較一般控制閥要嚴(yán)謹(jǐn)。工藝參數(shù)確定后,不允許有較大范圍的更改。由于該類產(chǎn)品所允許的設(shè)定值調(diào)整范圍較小。一般直接作用型調(diào)節(jié)閥其設(shè)定值允許偏差為±8%、帶指揮器操作型調(diào)節(jié)閥其設(shè)定值允許偏差±4%左右。若超出設(shè)定彈簧的允許調(diào)壓值,為達(dá)到原設(shè)定值要求,則必須通過(guò)更換設(shè)定彈簧的辦法才可實(shí)現(xiàn),這需送回生產(chǎn)廠才能完成。
2)選用允許壓差時(shí),應(yīng)注意到該產(chǎn)品的允許壓差值小的特點(diǎn)。這是由于該產(chǎn)品輸出力小及波紋管內(nèi)外允許壓差小,導(dǎo)致允許壓差較普通控制閥小,且無(wú)法像普通控制閥可通過(guò)提高供氣壓力來(lái)增大壓差。特別在小口徑時(shí)兩者壓差相差更大。如表1所列。
表1 允許壓差比較表
DN/mm | 15 | 20 | 25 | 40 | 50 |
Δp(直接作用型壓力調(diào)節(jié)閥)/MPa | 1.6 | 1.6 | 1.6 | 1.6 | 1.6 |
Δp(ZJHP精小型單座調(diào)節(jié)閥)/MPa | | 6.4 | 6.4 | 6.4 | 3.39 |
注:Δp為允許差壓。
3)因該產(chǎn)品調(diào)節(jié)精度為±5%及流量特性為快開(kāi)特性所致,因此只適用無(wú)外來(lái)能源和調(diào)節(jié)品質(zhì)要求不高的場(chǎng)合。
4)該產(chǎn)品不宜在往復(fù)泵出口壓力—流量調(diào)節(jié)方案中使用。該方案是旁路調(diào)節(jié)法(見(jiàn)圖7)常見(jiàn)方法之一。在該方案選型時(shí),應(yīng)注意其壓力控制回路不宜“采用直接作用式(自力式)壓力調(diào)節(jié)閥”。
這是因?yàn)闉榇_保自力式壓力調(diào)節(jié)閥正常工作,該產(chǎn)品要求工藝參數(shù)確定后,不允許有較大范圍的變動(dòng)。若用于往復(fù)泵時(shí),由于往復(fù)泵輸出流量是周期性脈動(dòng),造成該閥在設(shè)定值附近處于周期性脈動(dòng),因而達(dá)不到穩(wěn)定壓力的作用,使整個(gè)控制系統(tǒng)無(wú)法正常工作。
以上分析可知,自力式閥前控制閥用于往復(fù)泵出口做泄壓控制是可行的方案。即該閥在設(shè)定值附近處于周期性脈動(dòng),使泵出口壓力不超出設(shè)定壓力值。該方案已在上海煉油廠罐裝站應(yīng)用多年。
4.2 特殊介質(zhì)中的應(yīng)用及注意事項(xiàng)
4.2.1 黏度較高的介質(zhì)中的應(yīng)用
從自力式壓力調(diào)節(jié)閥的原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可知。該產(chǎn)品能否應(yīng)用在黏度較高的介質(zhì)場(chǎng)合,就需從下述兩方面綜合考慮。
1)被調(diào)介質(zhì)黏度對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)—引壓管、指揮器、膜片的影響。為避免這方面的影響,可采取在引壓管上加裝隔離罐,注滿隔離液,以使黏稠介質(zhì)不堵塞引壓管和進(jìn)入到執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi),影響被調(diào)介質(zhì)作用力的傳送。
2)被調(diào)介質(zhì)黏度對(duì)閥內(nèi)件及平衡元件—波紋管的影響。
這是由于被調(diào)介質(zhì)流過(guò)閥內(nèi)件時(shí),將被引入平衡壓力元件—波紋管內(nèi)與外,黏度過(guò)高將使其無(wú)法起到壓力平衡作用。若介質(zhì)在停工后易凝固也將使波紋管無(wú)法在開(kāi)工后正常工作。
上述分析,歸根結(jié)底是介質(zhì)黏度值的界定問(wèn)題。目前,國(guó)內(nèi)制造廠的產(chǎn)品樣本未見(jiàn)推薦值。國(guó)外已有廠家推薦,在油和液體情況下,允許使用的介質(zhì)運(yùn)動(dòng)黏度為600mPa?S;Samson允許的介質(zhì)黏度為100mPa?s(密度0.8)。
只有當(dāng)上述兩要求均滿足時(shí),才能使用。這已有很多實(shí)例證明。如上海中泰自動(dòng)化儀表廠生產(chǎn)的該類產(chǎn)品,已在上海石化廠罐區(qū)乙焦油壓控上(黏度為190mPa?S)、延安煉油廠燃料油—重油壓控上(黏度為135mPa?s)使用多年。
4.2.2 高黏度的介質(zhì)不宜使用
4.2.3 不允許泄漏的氣體介質(zhì)中的應(yīng)用
不允許泄漏的氣體介質(zhì)使用時(shí),出于安全原因及避免貴重氣體浪費(fèi)因素,應(yīng)考慮下述兩點(diǎn)。
1)填料函及其他連接處的密封性能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。
該產(chǎn)品應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4123-92氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥要求無(wú)滲漏現(xiàn)象,這一點(diǎn)同一般控制閥要求一樣。
2)氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的氣室密封性要求要確保無(wú)滲漏。
該產(chǎn)品要求比GB/T4123-92規(guī)定高,不允許滲漏。因?yàn)镚B/T4123-92標(biāo)準(zhǔn)對(duì)氣室的密封性規(guī)定:“氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的氣室應(yīng)保證氣密性。在額定氣源壓力下,5min內(nèi)薄膜氣室內(nèi)的壓力下降不得大于2.5kPa;”
國(guó)內(nèi)該類產(chǎn)品鑒于沒(méi)統(tǒng)一的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn),有不少產(chǎn)品對(duì)該項(xiàng)要求不嚴(yán)或沒(méi)考慮此種氣體介質(zhì)使用要求,僅參照GB/T4123-92生產(chǎn),這對(duì)安全生產(chǎn)或節(jié)約貴重原料造成不利。因此該產(chǎn)品不適宜用于液化氣減壓,若要采用,需要與制造廠詳細(xì)討論。
4.2.4 使用在腐蝕性介質(zhì)場(chǎng)合應(yīng)慎重對(duì)待
該產(chǎn)品使用在腐蝕性介質(zhì)場(chǎng)合,與使用在黏度較高的場(chǎng)合一樣,需要從介質(zhì)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)兩大部件耐腐蝕性進(jìn)行雙重考慮,只有兩者均滿足時(shí)才可使用。由此可見(jiàn),它比控制閥要求更復(fù)雜,使用面更狹窄。
為便于設(shè)計(jì)人員在腐蝕性介質(zhì)場(chǎng)合的選用,現(xiàn)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)與調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)抗腐材料現(xiàn)狀列于表2,供參考。
以波紋管平衡型閥為例,由于目前國(guó)內(nèi)波紋管的防腐蝕材料只能做到304和316。僅從調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上選,它將無(wú)法使用在氯氣、次氯酸鈉、液氯、鉻酸、鹽酸、硫酸、氯化鋅等介質(zhì)。增大了使用局限性。
在這種介質(zhì)中使用時(shí),快捷的辦法是,設(shè)計(jì)和制造單位根據(jù)工藝條件和要求及制造水平共同確認(rèn)能否使用。
自力式壓力調(diào)節(jié)閥的計(jì)算同控制閥,不再贅述。
表2執(zhí)行機(jī)構(gòu)與調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)抗腐蝕材料
上、下膜蓋 | 碳鋼,304,316,蒙乃爾合金,哈氏合金 |
汽缸 | 碳鋼,304,316,蒙乃爾合金,哈氏合金 |
膜片 | 氟橡膠,聚四氟乙烯(1) |
閥體 | 碳鋼,304,316,蒙乃爾合金,哈氏合金 |
閥內(nèi)件 | 碳鋼,304,316,蒙乃爾合金,哈氏合金 |
波紋管 | 304,316(2) |
2)金屬材料的抗腐蝕性見(jiàn)美國(guó)儀表學(xué)會(huì)提供的抗腐蝕性材料表。