調節閥工作原理

現代工業(yè)是以生產(chǎn)自動(dòng)化為標志的。從自動(dòng)化系統的發(fā)展歷史和進(jìn)步來(lái)看，技術(shù)工具的變革起著(zhù)極為重要的作用。各種控制手段雖然不斷出現，但基本的控制規律沒(méi)有改變，而技術(shù)工具的變化則是月新月異。人們已經(jīng)不再滿(mǎn)足于傳統的生產(chǎn)方式，開(kāi)始用模擬電路、數字化、微機化等技術(shù)進(jìn)行革新。智能儀表的研制和使用更為工業(yè)自動(dòng)化開(kāi)創(chuàng )了美好的未來(lái)。

圖1-1是一個(gè)典型的熱交換器的自動(dòng)調節系統圖。從圖中可以看出，調節閥的信號來(lái)自調節器，根據信號的變化直接改變蒸汽——被調介質(zhì)的流量，即改變輸人到對象 (熱交換器)的熱量，使出口熱水的溫度保持在給定的溫度值。這種典型的自動(dòng)化控制系統主要有三個(gè)環(huán)節——檢測、控制、執行三大部分。近年，檢測儀表和控制儀表受到數字技術(shù)和微處理器技術(shù)的影響，發(fā)生的變化已是眾目共睹，而執行器這一環(huán)節，特別是作為主要產(chǎn)品的調節閥，也有長(cháng)足的進(jìn)步。傳統使用的調節閥雖然基本上滿(mǎn)足許多工業(yè)系統的需要，但隨著(zhù)現代化工業(yè)的大規模發(fā)展，如何生產(chǎn)出更多、更好的產(chǎn)品，如何提高產(chǎn)品質(zhì)量標準，如何更有效，更安全地操作，如何更充分地利用資源，節約能源和保護生態(tài)環(huán)境，都給社會(huì )、給人們提出新的課題，人們已經(jīng)對調節閥提出更嚴格、更高的要求。這些要求可歸納如下。

(1)質(zhì)量更穩定，工作更可靠，操作更安全

在過(guò)程控制中，調節閥直接和控制流體相接觸，一旦發(fā)生故障，后果不堪設想。在石油工業(yè)中，從油田到煉油廠(chǎng)，各種生產(chǎn)裝置都大規模地集中監測和控制，大部分操作條件都是在高溫低壓或高溫高壓中進(jìn)行，介質(zhì)都是易燃易爆的各種油品，因此，調節閥的可靠性和防火防爆性被提到。在化學(xué)工業(yè)中，過(guò)程的多樣性及工藝 條件的變化，對溫度、壓力、流量和液位四大熱工變量的控制和執行中，都有很多特殊問(wèn)題要求調節閥能夠適用。在電力工業(yè)中，火力發(fā)電廠(chǎng)要對鍋爐進(jìn)行控制，鍋爐調節系統中保持水位的正常至關(guān)重要，避免調節閥的誤開(kāi)、誤關(guān)，避免事故的發(fā)生又是何等的重要。

為了確保調節閥的工作性能和可靠性，必須做到如下的要求。

①保證調節閥的質(zhì)量 調節閥的選用要經(jīng)過(guò)嚴格的計算；類(lèi)型、口徑、各項性能都要符合要求；調節閥各種重要零件的材料要嚴格地挑選；要有足夠的強度和剛度；要按照國家標準通過(guò)耐壓試驗，氣密性等試驗；生產(chǎn)廠(chǎng)家的制造技術(shù)和測試方法必須符合標準，要由主管部門(mén)鑒定認可。嚴禁不具備生產(chǎn)條件的小廠(chǎng)進(jìn)行生產(chǎn)。

②確保可靠的操作性 這里不僅指調節閥本身的制造質(zhì)量，而且包括對操作人員的培訓和素質(zhì)的提高。為了防止誤操作，工藝人員一定要注意銘牌所標的注意事項；根據我國新氣動(dòng)調節閥新標準(GB/T 4213-92)，執行機構的銘牌至少要標出制造廠(chǎng)名、產(chǎn)品型號、額定流量系數、設計位號、產(chǎn)品編號及制造年月等項；閥體上則要鑄出或沖出表示介質(zhì)流動(dòng)方向的箭頭和“DN”數值以及“PN”的字樣及數值，也可以標志在與閥體牢牢固定的銘牌上，重要的閥門(mén)都要裝有足夠的附件，如閥門(mén)定位器、極限開(kāi)關(guān)等。要有足夠的安裝空間和操作空間，有足夠的照明，有嚴格的操作規程。

③有應急裝置 當高壓氣體設備發(fā)生事故時(shí)，為防止直接損害其他設備，必須在連接設備的管路上安裝切斷裝置，必要時(shí)安裝快速切斷閥。對快速切斷閥的泄漏量要有嚴格規定。在容易發(fā)生火災的場(chǎng)合，要從結構上考慮到調節閥的耐火性，或者用防火涂層等辦法。應急的裝置有防火袋，它在幾分鐘之內就可以套上，袋的材料含有多層的陶瓷纖維或玻璃纖維，還可以采用連桿保護的方法，夾持元件可以用一些易熔連桿，電熱連桿，這些連桿受熱時(shí)啟動(dòng)，在著(zhù)火的危險時(shí)刻斷開(kāi)，使閥門(mén)移動(dòng)到一個(gè)保險的位置。

(2)保護環(huán)境

保護自然環(huán)境、生活環(huán)境的重要性和必要性是眾所周知的。調節閥對環(huán)境造成不良影響的因素主要是大氣污染和噪音等問(wèn)題，公眾和社會(huì )對此都有強烈的要求。應該有相應對策。

①防止大氣污染“跑、冒、滴、漏”是許多化工廠(chǎng)、煉油廠(chǎng)的常見(jiàn)公害，也是不易解決的問(wèn)題。設備泄漏不僅浪費大量寶貴的物料和能源，而且污染環(huán)境，誘發(fā)中毒，引起火災和爆炸。

為了防止大氣污染，閥的密封部位不能泄漏。要注意密封方法和密封材料的選用，當流體有毒性時(shí)，例如氯氣或一氧化碳等介質(zhì)，就要考慮用波紋管密封或更可靠的密封方法。為了防止更為可怕的輻射性流體的泄漏，更要遵照核電站的使用要求和規定，采用特殊的方法。

②防止噪聲 在使用調節閥的環(huán)境保護問(wèn)題中，噪聲問(wèn)題十分突出。由于調節閥的使用必然造成流體的減壓、速度變化和振動(dòng)，噪聲的產(chǎn)生是難以避免的，問(wèn)題是要控制它的噪聲級的大小。在過(guò)程裝置中，能產(chǎn)生噪聲的設備有電動(dòng)機，泵、壓縮機、鍋爐、調節閥等，而調節閥的噪聲占有很大比例。調節閥噪聲的類(lèi)型有機械噪聲、液體動(dòng)力噪聲和空氣動(dòng)力噪聲，對其產(chǎn)生的機理、預估和防止。

(3)節約能源

在使用調節閥的過(guò)程中要把節能問(wèn)題和調節閥的結構、使用、安裝、維修聯(lián)系起來(lái)。

①采用低阻抗閥門(mén) 使流體流過(guò)閥門(mén)的阻抗小，減少能耗。在使用球閥時(shí)，在全開(kāi)狀態(tài)下球芯孔與管道的口徑如果相同，就可以節約壓縮機、泵等設備的電力消耗。與某些傳統閥門(mén)相比，凸輪撓曲閥具有更大的容量，可以在較小壓差的情況下進(jìn)行相同流量的調節，達到減少能耗的目的。利用一些閥內件結構改變的閥門(mén)，例如，使用低S值調節閥，能夠達到節能的目的。

②提高閥芯、閥座的密封性能 閥芯、閥座密封性能不好，閥門(mén)就不能完全關(guān)閉，泄漏引起的壓力下降造成動(dòng)力損失。為了提高密封性，可以采用摻有玻璃纖維的聚四氟乙烯或石墨等材料來(lái)代替純四氟乙烯制造閥座，采用高硬度的密封墊片，采用迷宮式密封面等辦法。還要保護密封面不能損傷。

③盡量使用電動(dòng)執行機構 采用氣動(dòng)執行機構要始終保持一定的氣壓才能動(dòng)作，這樣一年所消耗的能源很多，如果用電動(dòng)執行機構，只需在改變開(kāi)度時(shí)供電，當閥門(mén)達到所需的開(kāi)度就停止供電。雖然電動(dòng)執行機構造價(jià)高，防爆性能差，但從節能的角度看，有明顯的優(yōu)點(diǎn)。

(4)適用于新能源

長(cháng)期以來(lái)，石油是一種主要能源，而近年已經(jīng)出現了許多新能源，這些新能源從加工生產(chǎn)到運輸、儲存，都對調節閥提出特殊的要求。

①液化天然氣 液化天然氣是一種潔凈的能源，它可以解決燃燒石油后產(chǎn)生污染大氣的公害問(wèn)題。

由于生產(chǎn)液化天然氣裝置的流體溫度低達-162℃，在這種低溫情況下，對低溫調節閥及其所用的材料和結構都有新的要求。關(guān)鍵在于解決材料的強度、脆裂性和變形問(wèn)題，要求動(dòng)作部分不能凍結。如果低溫閥用于超低溫的宇宙火箭的液態(tài)氫 (-253℃)及液態(tài)氦(-269℃)的控制系統，則從結構到材料處理都要求特殊的方法。

②液化煤漿 將煤粉粉碎后與溶劑混合，再經(jīng)過(guò)一系列處理和脫硫，得到一種優(yōu)質(zhì)燃料——液化煤漿。用于這種系統的調節閥受煤漿的高速沖刷，會(huì )很快磨蝕而損壞，材料的硬度，耐磨性、耐熱性及韌性都很重要，除選用適用的材料外，還可以用分段式或迷宮式結構來(lái)緩和煤漿的沖刷作用。

③原子能 核電站的自動(dòng)控制系統必然使用調節閥。在核聚合反應過(guò)程中控制超電導的低溫液態(tài)氦，這種閥門(mén)必須滿(mǎn)足下面的要求:

a.具有防止放射性物質(zhì)外泄的結構；

b.優(yōu)良的動(dòng)作性能；

c.調整、維修簡(jiǎn)便；

d.材料能經(jīng)受放射性照射；

e.不能使用禁忌物質(zhì) (如含氯等鹵素材料)。

可見(jiàn)，與常規閥門(mén)相比，這種調節閥的設計、制造、試驗、檢查和使用環(huán)節更特殊，更嚴格，為了確保安全，必須從各方面給予保證。

展望未來(lái)，要面臨的問(wèn)題會(huì )更多:原材料供不應求，石油、煤、水資源的消耗和欠缺；社會(huì )對提高生產(chǎn)力和改善工作條件的要求；環(huán)境保護及人類(lèi)生活質(zhì)量提高的呼聲。要解決這些問(wèn)題，就要對舊的過(guò)程控制系統進(jìn)行改造，或者創(chuàng )造出更新的過(guò)程控制方法，而新的系統。