控制阀的选择要诀

在为工艺装置选择控制阀时，有许多事项需要考虑，包括阀门的流量特性、尺寸、阀体和阀内件材料、噪声、气蚀或闪蒸可能造成的损坏、执行器类型和尺寸、对控制信号变化的动态响应等，这些都是在选择控制阀时需要注意的典型事项。

如果控制阀选择尺寸不当，可能会对安全、操作和生产率产生严重后果。下表列出了选择控制阀时需要考虑的一些事项：考虑会与工艺流体接触的阀门部件，如阀体、阀座或任何其它阀门部件，以选择正确的建造材料。

1.         控制阀的工作温度和压力、当地环境温度条件以及可能会对阀门外部造成影响的任何腐蚀性物质。

2.         所需的控制程度，并确保所选阀门能够达到要求的运行工况。

3.         所选控制阀的固有流量特性。不同的阀门类型具有不同的流量特性。流量特性通常可以被认为是与阀门位置变化相关的流量变化。稍后将对这一条目进行详细的讨论。

4.         以最佳阀门行程为目标。当阀门尺寸正确时，操作范围能与阀门的控制范围很好地对应。一些行业文献建议，正常流量下的行程应在50%到70%的开启角度范围内。最大流量下的行程应低于90%，而最小流量下的行程应高于20%，以避免阀内件发生腐蚀。在FluidFlow中进行控制阀建模时，如果阀门位置超出最佳工作范围，软件将发出警告信息。用户还可以调整所需的最小和最大阀门位置设置。这有助于促使设计师考虑给定设计运行条件下的阀门位置。最终，它也有助于设计师为手头的应用做出更好、更合适的阀门选择。

5.         避免使控制阀尺寸过大。如果控制阀对于所需的应用来说太大，则只需要很小的行程百分比。这是因为阀门位置的微小变化就会对流量产生很大影响，从而使阀门摆动。这会导致过度磨损。一些已出版的文献来源建议在大约70%到90%的行程下确定控制阀的尺寸。

本列表仅代表选择控制阀时要考虑的部分标准。在进行最终选择之前，一般建议与有经验的合适供应商或制造商进行讨论。

控制阀流量特性

阀门的流量特性反映了阀门开度与流量之间的内在关系。当阀门逐渐打开时，流量特性允许一定流量在特定开度百分比下流过阀门。这能实现通过阀门进行可预测的流量调节。最常见的流量特性包括线性、快速开启和等百分比。

线性流量特性

这种流量特性是指阀门位置与流量之间呈线性关系，通过阀门的流量直接随阀杆位置而变化。

线性流量特性–FluidFlow

快速开启流量特性

快开阀的流量特性是，相对较小的阀杆行程的初始变化，即会引起流量出现较大的增加。这种阀门的显著特点是，可在相对较低的阀杆范围内实现最大流量。

快速开启流量特性–FluidFlow

等百分比流量特性

等百分比阀的流量特性是，相等的阀行程增加会使当前流量发生等百分比变化。流量的变化与位置变化前的流量成正比。

等百分比流量特性–FluidFlow

以上总结了最常见的阀门流量特性。

控制阀实际上具有两种特性，即固有特性与安装特性。固有特性是阀门制造商根据其在系统上进行的试验所发布的特性，该系统注重确保在所有阀门开启位置和流量下，通过阀门的压降保持恒定。因此，当不涉及系统影响时，固有特性代表了阀门流量和阀门开启位置。

安装特性是阀门位置与系统流量之间的关系，其中考虑到了因流量与管道压力损失之间的流量平方关系和（或）离心泵扬程曲线特性引起的控制阀可用压差的任何变化。

工艺系统中控制阀的性能会对工厂效率、资产生命周期成本以及整体盈利能力产生显著影响。因此，不言而喻，任何工厂、行业等，要想实现高成本效益运行，都需要经过深思熟虑的设计和仔细确定与选择控制阀尺寸。尺寸恰当的控制阀可以带来显著的节省，并增加工艺的可用性，减少工艺的可变性并降低维护成本。尺寸恰当的控制阀也比尺寸不匹配或不正确的阀门更为耐用。

尺寸过大的阀门具有较高的投资成本，容易导致系统运行不稳定，而尺寸过小的阀门根本无法通过管道中所需的流体流量。

因此，作为设计人员，有必要仔细考虑如何确定与选择控制阀的尺寸，以促进工艺设备的有效运行，同时优化运行成本。

选择正确的设备

优化控制阀性能以及防止腐蚀问题所需的基本步骤，包括选择正确的阀门尺寸、阀体和阀内件材料。它们可能意味着持续运行与计划外停机的差异。当然，在选择正确的阀门解决方案时还涉及其它一些决定。许多公司选择截止阀是因为其性能和寿命周期优势已得到验证。与其它可用阀门设计相比，这种阀门可提供：

Ÿ   更高的控制性能

Ÿ   更佳的低负载或部分负载性能

Ÿ   通过阀门的压差高

Ÿ   比同类球阀更小的物理外形

Ÿ   用于蒸汽、水或水/乙二醇液体

通常，截止阀通过阀塞相对于阀体内端口的移动来调节流量。阀塞与阀杆相连，而阀杆转而又与执行器相连。

阀内件材料的重要性

正确选择控制阀可以带来出色的性能水平，但如何才能保持这一点呢？与其它管道部件一样，控制阀可能随时间推移而磨损，从而导致控制阀初始性能的持续恶化。如果不加以控制，这种逐步恶化最终会导致故障、停机以及相关的维修成本，并因设备停机而影响经营。

阀内件是指控制阀的内部元件，这些元件是阀门选择过程中的重要考虑因素。阀内件通常包括阀座、阀瓣和阀杆以及阀内用于引导阀杆的套筒。阀瓣和阀座之间的接口以及阀瓣位置与阀座之间的关系通常决定着控制阀的性能。

可以选择控制阀的阀内件来创建以特定方式控制流量的各种通道形状。通过将阀塞、阀瓣或阀门从阀座上移开，使阀门内的间隙打开。阀门行程的长度决定了阀门的开度以及通过阀座的体量。改变内部间隙的大小可以增加、减少或保持流经阀门的流量。当被控制的工艺参数或变量与设计要求有差异时，运行控制阀并改变其开度以达到设定值条件。

制造厂可能会遇到恶劣工艺条件下阀体或阀内件腐蚀或弱化的严重问题，一般包括密封环和垫圈的损耗，阀杆、阀体和阀内件固定器在阀座凸耳上的磨损，阀塞、阀座环和阀笼的磨损以及填料泄漏。

控制阀内件过早磨损有多种常见原因。其中之一是闪蒸发生的地方，即流动流体的压力降到其蒸汽压力以下，并将流体从液体变为蒸汽。在这些条件下会形成小的蒸汽腔，导致阀门及其阀内件的出口磨损。

汽蚀与闪蒸相似，除了流体压力会在流动条件下恢复到高于其蒸汽压力的水平。这会导致蒸汽空腔内爆，产生冲击射流，并可能造成严重的冲蚀损伤。当流体压力降到溶解气体的饱和压力以下时，就会发生放气。当达到该点时，气体从流体或溶液中分离，并产生高速腐蚀性的汽滴。

想要领略这种现象最简单的方法，就是想象一罐未打开的苏打水/软饮料/汽水。罐内原先当然是处在一定压力之下，一旦我们打开罐子，突然的压力下降就会导致一些二氧化碳以气体形式从溶液中逸出。当流体系统中出现排气时，汽滴除了会产生磨损之外，还可能导致振动，最终阀内件无法关闭流动或保持所需的流动稳定性。

对工厂运营者的好处

苛刻的商业或制造环境要求对生产过程进行最精确、最可靠的控制。未能满足和达到特定的操作标准可能会使工厂在本质上低效，导致严重的质量和安全后果，并可能严重影响最终产品的利润。因此，最佳的控制阀性能对于防止此类情况至关重要。

工业组织可以从与其制造商代表或仪器供应商的密切合作中获益匪浅，以便在最初就指定出适当的测量与控制装置。这种协作可以实现重要的性能标准，包括：

Ÿ   精确的流量和压力控制，这会带来稳定而一致的生产结果。

Ÿ   高效的能源利用

Ÿ   降低运营成本

Ÿ   减少非计划和不希望的工厂停工

Ÿ   提高工厂可用性

Ÿ   降低维护与维修成本，延长阀内件寿命。

控制阀不仅要承受流动流体的侵蚀作用，同时还要保持精确的位置以控制过程。为了成功地执行这些任务，控制阀的尺寸必须准确、适当，以适应应用，并设计、制造和选择适合工艺操作条件的阀门。

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作者：James McLoone