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調節閥工作原理
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<a href=先進的現代工業是以生產自動化為標志的。從自動化系統的發展歷史和進步來看,技術工具的變革起著極為重要的作用。各種先進的控制手段雖然不斷出現,但基本的控制規律沒有改變,而技術工具的變化則是月新月異。人們已經不再滿足于傳統的生產方式,開始用模擬電路、數字化、微機化等先進技術進行革新。智能儀表的研制和使用更為工業自動化開創了美好的未來。

圖1-1是一個典型的熱交換器的自動調節系統圖。從圖中可以看出,調節閥的信號來自調節器,根據信號的變化直接改變蒸汽——被調介質的流量,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。這種典型的自動化控制系統主要有三個環節——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和微處理器技術的影響,發生的變化已是眾目共睹,而執行器這一環節,特別是作為主要產品的調節閥,也有長足的進步。傳統使用的調節閥雖然基本上滿足許多工業系統的需要,但隨著現代化工業的大規模發展,如何生產出更多、更好的先進產品,如何提高產品質量標準,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環境,都給社會、給人們提出新的課題,人們已經對調節閥提出更嚴格、更高的要求。這些要求可歸納如下。

(1)質量更穩定,工作更可靠,操作更安全

在過程控制中,調節閥直接和控制流體相接觸,一旦發生故障,后果不堪設想。在石油工業中,從油田到煉油廠,各種生產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行,介質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首位。在化學工業中,過程的多樣性及工藝 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,都有很多特殊問題要求調節閥能夠適用。在電力工業中,火力發電廠要對鍋爐進行控制,鍋爐調節系統中保持水位的正常至關重要,避免調節閥的誤開、誤關,避免事故的發生又是何等的重要。

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保證調節閥的質量 調節閥的選用要經過嚴格的計算;類型、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耐壓試驗,氣密性等試驗;生產廠家的制造技術和測試方法必須符合標準,要由主管部門鑒定認可。嚴禁不具備生產條件的小廠進行生產。

②確??煽康牟僮餍?這里不僅指調節閥本身的制造質量,而且包括對操作人員的培訓和素質的提高。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名、產品型號、額定流量系數、設計位號、產品編號及制造年月等項;閥體上則要鑄出或沖出表示介質流動方向的箭頭和“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,重要的閥門都要裝有足夠的附件,如閥門定位器、極限開關等。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 當高壓氣體設備發生事故時,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。在容易發生火災的場合,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,這些連桿受熱時啟動,在著火的危險時刻斷開,使閥門移動到一個保險的位置。

(2)保護環境

保護自然環境、生活環境的重要性和必要性是眾所周知的。調節閥對環境造成不良影響的因素主要是大氣污染和噪音等問題,公眾和社會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、煉油廠的常見公害,也是不易解決的問題。設備泄漏不僅浪費大量寶貴的物料和能源,而且污染環境,誘發中毒,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,例如氯氣或一氧化碳等介質,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 在使用調節閥的環境保護問題中,噪聲問題十分突出。由于調節閥的使用必然造成流體的減壓、速度變化和振動,噪聲的產生是難以避免的,問題是要控制它的噪聲級的大小。在過程裝置中,能產生噪聲的設備有電動機,泵、壓縮機、鍋爐、調節閥等,而調節閥的噪聲占有很大比例。調節閥噪聲的類型有機械噪聲、液體動力噪聲和空氣動力噪聲,對其產生的機理、預估和防止。將在第5章進行詳細的討論。

(3)節約能源

在使用調節閥的過程中要把節能問題和調節閥的結構、使用、安裝、維修聯系起來。

①采用低阻抗閥門 使流體流過閥門的阻抗最小,減少能耗。在使用球閥時,在全開狀態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,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,閥門就不能完全關閉,泄漏引起的壓力下降造成動力損失。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盡量使用電動執行機構 采用氣動執行機構要始終保持一定的氣壓才能動作,這樣一年所消耗的能源很多,如果用電動執行機構,只需在改變開度時供電,當閥門達到所需的開度就停止供電。雖然電動執行機構造價高,防爆性能差,但從節能的角度看,有明顯的優點。

(4)適用于新能源

長期以來,石油是一種主要能源,而近年已經出現了許多新能源,這些新能源從加工生產到運輸、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生污染大氣的公害問題。

由于生產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。關鍵在于解決材料的強度、脆裂性和變形問題,要求動作部分不能凍結。如果低溫閥用于超低溫的宇宙火箭的液態氫 (-253℃)及液態氦(-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,再經過一系列處理和脫硫,得到一種優質燃料——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緩和煤漿的沖刷作用。

③原子能 核電站的自動控制系統必然使用調節閥。在核聚合反應過程中控制超電導的低溫液態氦,這種閥門必須滿足下面的要求:

a.具有防止放射性物質外泄的結構;

b.優良的動作性能;

c.調整、維修簡便;

d.材料能經受放射性照射;

e.不能使用禁忌物質 (如含氯等鹵素材料)。

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

展望未來,要面臨的問題會更多:原材料供不應求,石油、煤、水資源的消耗和欠缺;社會對提高生產力和改善工作條件的要求;環境保護及人類生活質量提高的呼聲。要解決這些問題,就要對舊的過程控制系統進行改造,或者創造出更新的過程控制方法,而新的系統。


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