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调节阀工作原理
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<a href=先进的现代工业是以生产自动化为标志的。从自动化系统的发展历史和进步来看,技术工具的变革起着极为重要的作用。各种先进的控制手段虽然不断出现,但基本的控制规律没有改变,而技术工具的变化则是月新月异。人们已经不再满足于传统的生产方式,开始用模拟电路、数字化、微机化等先进技术进行革新。智能仪表的研制和使用更为工业自动化开创了美好的未来。

图1-1是一个典型的热交换器的自动调节系统图。从图中可以看出,调节阀的信号来自调节器,根据信号的变化直接改变蒸汽——被调介质的流量,即改变输人到对象 (热交换器)的热量,使出口热水的温度保持在给定的温度值。这种典型的自动化控制系统主要有三个环节——检测、控制、执行三大部分。近年,检测仪表和控制仪表受到数字技术和微处理器技术的影响,发生的变化已是众目共睹,而执行器这一环节,特别是作为主要产品的调节阀,也有长足的进步。传统使用的调节阀虽然基本上满足许多工业系统的需要,但随着现代化工业的大规模发展,如何生产出更多、更好的先进产品,如何提高产品质量标准,如何更有效,更安全地操作,如何更充分地利用资源,节约能源和保护生态环境,都给社会、给人们提出新的课题,人们已经对调节阀提出更严格、更高的要求。这些要求可归纳如下。

(1)质量更稳定,工作更可靠,操作更安全

在过程控制中,调节阀直接和控制流体相接触,一旦发生故障,后果不堪设想。在石油工业中,从油田到炼油厂,各种生产装置都大规模地集中监测和控制,大部分操作条件都是在高温低压或高温高压中进行,介质都是易燃易爆的各种油品,因此,调节阀的可靠性和防火防爆性被提到首位。在化学工业中,过程的多样性及工艺 条件的变化,对温度、压力、流量和液位四大热工变量的控制和执行中,都有很多特殊问题要求调节阀能够适用。在电力工业中,火力发电厂要对锅炉进行控制,锅炉调节系统中保持水位的正常至关重要,避免调节阀的误开、误关,避免事故的发生又是何等的重要。

为了确保调节阀的工作性能和可靠性,必须做到如下的要求。

①保证调节阀的质量 调节阀的选用要经过严格的计算;类型、口径、各项性能都要符合要求;调节阀各种重要零件的材料要严格地挑选;要有足够的强度和刚度;要按照国家标准通过耐压试验,气密性等试验;生产厂家的制造技术和测试方法必须符合标准,要由主管部门鉴定认可。严禁不具备生产条件的小厂进行生产。

②确保可靠的操作性 这里不仅指调节阀本身的制造质量,而且包括对操作人员的培训和素质的提高。为了防止误操作,工艺人员一定要注意铭牌所标的注意事项;根据我国新气动调节阀新标准(GB/T 4213-92),执行机构的铭牌至少要标出制造厂名、产品型号、额定流量系数、设计位号、产品编号及制造年月等项;阀体上则要铸出或冲出表示介质流动方向的箭头和“DN”数值以及“PN”的字样及数值,也可以标志在与阀体牢牢固定的铭牌上,重要的阀门都要装有足够的附件,如阀门定位器、极限开关等。要有足够的安装空间和操作空间,有足够的照明,有严格的操作规程。

③有应急装置 当高压气体设备发生事故时,为防止直接损害其他设备,必须在连接设备的管路上安装切断装置,必要时安装快速切断阀。对快速切断阀的泄漏量要有严格规定。在容易发生火灾的场合,要从结构上考虑到调节阀的耐火性,或者用防火涂层等办法。应急的装置有防火袋,它在几分钟之内就可以套上,袋的材料含有多层的陶瓷纤维或玻璃纤维,还可以采用连杆保护的方法,夹持元件可以用一些易熔连杆,电热连杆,这些连杆受热时启动,在着火的危险时刻断开,使阀门移动到一个保险的位置。

(2)保护环境

保护自然环境、生活环境的重要性和必要性是众所周知的。调节阀对环境造成不良影响的因素主要是大气污染和噪音等问题,公众和社会对此都有强烈的要求。应该有相应对策。

①防止大气污染“跑、冒、滴、漏”是许多化工厂、炼油厂的常见公害,也是不易解决的问题。设备泄漏不仅浪费大量宝贵的物料和能源,而且污染环境,诱发中毒,引起火灾和爆炸。

为了防止大气污染,阀的密封部位不能泄漏。要注意密封方法和密封材料的选用,当流体有毒性时,例如氯气或一氧化碳等介质,就要考虑用波纹管密封或更可靠的密封方法。为了防止更为可怕的辐射性流体的泄漏,更要遵照核电站的使用要求和规定,采用特殊的方法。

②防止噪声 在使用调节阀的环境保护问题中,噪声问题十分突出。由于调节阀的使用必然造成流体的减压、速度变化和振动,噪声的产生是难以避免的,问题是要控制它的噪声级的大小。在过程装置中,能产生噪声的设备有电动机,泵、压缩机、锅炉、调节阀等,而调节阀的噪声占有很大比例。调节阀噪声的类型有机械噪声、液体动力噪声和空气动力噪声,对其产生的机理、预估和防止。将在第5章进行详细的讨论。

(3)节约能源

在使用调节阀的过程中要把节能问题和调节阀的结构、使用、安装、维修联系起来。

①采用低阻抗阀门 使流体流过阀门的阻抗最小,减少能耗。在使用球阀时,在全开状态下球芯孔与管道的口径如果相同,就可以节约压缩机、泵等设备的电力消耗。与某些传统阀门相比,凸轮挠曲阀具有更大的容量,可以在较小压差的情况下进行相同流量的调节,达到减少能耗的目的。利用一些阀内件结构改变的阀门,例如,使用低S值调节阀,能够达到节能的目的。

②提高阀芯、阀座的密封性能 阀芯、阀座密封性能不好,阀门就不能完全关闭,泄漏引起的压力下降造成动力损失。为了提高密封性,可以采用掺有玻璃纤维的聚四氟乙烯或石墨等材料来代替纯四氟乙烯制造阀座,采用高硬度的密封垫片,采用迷宫式密封面等办法。还要保护密封面不能损伤。

③尽量使用电动执行机构 采用气动执行机构要始终保持一定的气压才能动作,这样一年所消耗的能源很多,如果用电动执行机构,只需在改变开度时供电,当阀门达到所需的开度就停止供电。虽然电动执行机构造价高,防爆性能差,但从节能的角度看,有明显的优点。

(4)适用于新能源

长期以来,石油是一种主要能源,而近年已经出现了许多新能源,这些新能源从加工生产到运输、储存,都对调节阀提出特殊的要求。

①液化天然气 液化天然气是一种洁净的能源,它可以解决燃烧石油后产生污染大气的公害问题。

由于生产液化天然气装置的流体温度低达-162℃,在这种低温情况下,对低温调节阀及其所用的材料和结构都有新的要求。关键在于解决材料的强度、脆裂性和变形问题,要求动作部分不能冻结。如果低温阀用于超低温的宇宙火箭的液态氢 (-253℃)及液态氦(-269℃)的控制系统,则从结构到材料处理都要求特殊的方法。

②液化煤浆 将煤粉粉碎后与溶剂混合,再经过一系列处理和脱硫,得到一种优质燃料——液化煤浆。用于这种系统的调节阀受煤浆的高速冲刷,会很快磨蚀而损坏,材料的硬度,耐磨性、耐热性及韧性都很重要,除选用适用的材料外,还可以用分段式或迷宫式结构来缓和煤浆的冲刷作用。

③原子能 核电站的自动控制系统必然使用调节阀。在核聚合反应过程中控制超电导的低温液态氦,这种阀门必须满足下面的要求:

a.具有防止放射性物质外泄的结构;

b.优良的动作性能;

c.调整、维修简便;

d.材料能经受放射性照射;

e.不能使用禁忌物质 (如含氯等卤素材料)。

可见,与常规阀门相比,这种调节阀的设计、制造、试验、检查和使用环节更特殊,更严格,为了确保安全,必须从各方面给予保证。

展望未来,要面临的问题会更多:原材料供不应求,石油、煤、水资源的消耗和欠缺;社会对提高生产力和改善工作条件的要求;环境保护及人类生活质量提高的呼声。要解决这些问题,就要对旧的过程控制系统进行改造,或者创造出更新的过程控制方法,而新的系统。


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