自力式压力调节阀的特点选择及应用
来源:哲成阀门 作者:www.zczkvalve.com 发布时间:2015-9-15 阅读:
  自力式压力调节阀的特点及应用

   自力式调节阀是一种无需外来能源,依靠被测介质自身压力或温度或流量变化.按预先设定值, 进行自动调节的控制装置,是一种节能型仪表。它 集控制、执行诸多功能于一身.自成1个独立的仪表控制系统。集变送器、控制器及执行机构的功能于一体。不同于一般含义上的控制阀

    自力式调节阀有自力式压力(微压)调节阀、自力式(压差)流量调节阀、自力式温度调节阀等几类。自力式压力调节阀是其家族成员之一,由于它无需外来能源,产品结构简单,使用方便,维护工作 量少等优点,特别适用于城市供热、供暧及没有供 电、供气又需控制的场合。据德国报道,城市供热、供暖系统采用该产品,热效率比以前提高30%〜 40%节能效果显著。

本文仅就自力式压力调节阀的原理、结构特性 及工程应用经验进行论述。

1、自力式压力调节阀分类及工作原理

1.1自力式压力调节阀的分类

a、按阀后、阀前控制分为两类:自力式阀后(减压)控制阀;自力式阀前(泄压)控制阀

b、按是否带指挥器分为两大类:直接作用型自力式调节阀,如图1所示;指挥器操作型自力式调节阀,如图2所示。
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图1 直接作用型 图2 带指挥器操作型  

1.2 工作原理

a、自力式阀后压力调节的工作原理见图3所示。阀前压力P1经过阀芯、阀座的节流后,变为阀后压力P2经过管线输人上膜室内作用在顶盘上,产生的作用力与弹簧的反作用力相平衡,决定了阀芯、阀座的相对位置,控制阀后压力。当P2增加时,P2作用在顶盘上的作用力也随之增加。此时,顶盘上的作用力大于弹簧的反作用力,使阀芯关向阀座的位置。这时,阀芯与阀座之间的流通面积减少,流阻变大,P2降低,直到顶盘上的作用力与弹簧反作用力相平衡为止,从而使p2降为设定值。同理,当P2降低时,作用方向与上述相反,这就是阀后压力调节的工作原理。

b、自力式阀前压力调节的工作原理同阀后压力调节的工作原理(见图4),应注意阀芯反装。
   
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图3自力式阀后压力调节阀原理图 图4自力式阀前压力调节阀原理图

1.3自力式压力调节阀控制阀的区别

这两类产品的区别,主要在于控制阀既需要外界能源(如电源或气源)做驱动能,又需要接受外来 控制仪表信号才能改变阀内截流件相对位置,从而实现改变流体流量。而自力式压力调节阀则既不需外来能源,又不需要接受外来控制仪表信号,仅靠被调介质的压力信号.便可实现压力调节。两者区别可见图5。

2自力式压力调节阀的特点

由于自力式压力调节阀没有外来驱动能源,因此该产品的操作力较小,它具有如下特点。

a、平衡式阀芯结构,如平衡型单座,双阀芯平衡型,套筒平衡型等。

b、快开流量特性,其阀芯为平板型。
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a、控制阀  b、自力式压力调节阀
图5自力压力调节阀与控制阀的区别

c、公称通径与阀体特征:DN20〜100 mm(或125),阀上设有波纹管,阀芯为单座(有的厂家产品DN20 mm的没波纹管,阀芯也为单座);    公称通径大于100 mm时•阀上盖内不设波纹管,阀芯为双阀芯或套筒结构。

d、执行机构种类推荐:设定值<0.6 MPa时,选薄膜式执行机构;设定值>0. 6 MPa时,选气缸式执行机构。  

3安装方式

3.1直管段的设置

自力式压力调节阀前、后应尽量保持一定的直 管段(一般为6D(管径)左右)。阀前取压点距阀的距离应大于2D;阀后取压应大于6D。阀前、后还应装有压力表,压力表应靠近取压点,以便使设定值与取压值真实一致。

3.2 旁路系统的设置

为保证检修及出故障时生产能继续运行,最好设置旁路系统,如图6所示。

3.3 过滤器的设置

该系统中的过滤器在工艺介质干净、没杂质的情况下,可以省略。

当介质中有杂质或用带指挥器的自力式压力调节阀时应装过滤器,以防阻塞引压管路或指挥器、卡死气缸执行机构及阀芯等。
截止阀
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图6 安装图
           
注:图中虚线所示的取压法不提倡   

若限于管路安装空间或经费,可将过滤网装在阀前的截止阀上游处,取代过滤器。

3.4安装方式与介质、温度的关系

3.4.1自力式压力调节阀安装方式原则上宜采用• 气体介质正立安装(执行机构在上、阀体在下),液 体与蒸汽介质倒装。

3.4.2气体介质温度高于70℃低于140 ℃、液体介质温度高于140℃时,自力式压力调节阀除采用倒装外,还应在引压管路上加装隔离罐,并应在引压管路、隔离罐、膜头处注满冷媒,以防膜片受高温老化。

3.4.3气体介质温度髙于70 ℃低于140 ℃时,若仍采用正立安装,应在设计文件(设备表)中注明采用高温膜片(如乙丙橡胶膜片、硅橡胶膜片等),否则会造成普通膜片老化。


4应用及注意事项


4.1 适用场所的应用及注意事项

自力式压力调节阀主要适用于没有腐蚀性且黏度低的液体、气体、蒸汽(最高温度可达300〜 350℃)等介质的压力控制。如轻质油品、水、水蒸 汽、空气等。

在设计条件提供与阀门选用时应注意以下情况。 

4.1.1所提阀前、阀后压力及设定值条件应接近实际工艺条件。    

自力式压力调节阀对所提工艺条件的要求较一般控制阀要严谨。工艺参数确定后,不允许有较大范围的更改。由于该类产品所允许的设定值调整范围较小。一般直接作用型调节阀其设定值允许偏差为±8%、带指挥器操作型调节阀其设定值允许偏差±4%左右。

若超出设定弹簧的允许调压值,为达到原设定值要求,则必须通过更换设定弹簧的办法才可实现,这需送回生产厂才能完成

4.1.2选用允许压差时,应注意到该产品的允许压差值小的特点。这是由于该产品输出力小及波纹管内外允许压差小,导致允许压差较普通控制阀小,且无法像普通控制阀可通过提高供气压力来增大压差。特别在小口径时两者压差相差更大。如表1所列。
         表1允许压差比较表
DN/mm 15 20 25 40 50
△P(直接作用型压力调节阀)/Mpa 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6
△P(ZJHP 精小型单座调节阀)/MPa   6.4 6.4 6.4 3.39
注:△p为允许差压。

4.1.3因该产品调节精度为士5%及流量特性为快开特性所致,因此只适用无外来能源和调节品质要求不高的场合。

4.1.4该产品不宜在往复泵出口压力-流量调节方案中使用。该方案是旁路调节法(见图7)常见方法之一。在该方案选型时,应注意其压力控制回路 不宜“采用直接作用式(自力式)压力调节阀”。
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图7往复泵出口压力-流量调节方案
              
这是因为为确保自力式压力调节阀正常工作,该产品要求工艺参数确定后,不允许有较大范围的变动。若用于往复泵时,由于往复泵输出流量是周期性脉动,造成该阀在设定值附近处于周期性脉动,因而达不到稳定压力的作用,使整个控制系统无法正常工作。

    以上分析可知,自力式阀前控制阀用于往复泵出口做泄压控制是可行的方案。即该阀在设定值 附近处于周期性脉动,使泵出口压力不超出设定压力值。该方案已在上海炼油厂罐装站应用多年。  

4.2 特殊介质中的应用及注意事项

4. 2. 1黏度较高的介质中的应用

从自力式压力调节阀的原理和结构特点可知,该产品能否应用在黏度较高的介质场合,就需从下述两方面综合考虑。

4.2.2被调介质黏度对执行机构——引压管、指挥器、膜片的影响。为避免这方面的影响,可采取在引压管上加装隔离罐,注满隔离液,以使黏稠介质不堵塞引压管和进入到执行机构内,影响被调介质作用力的传送。

4.2.3被调介质黏度对阀内件及平衡元件——波纹管的影响。

    这是由于被调介质流过阀内件时,将被引入平衡压力元件——波纹管内与外,黏度过高将使其无法起到压力平衡作用。若介质在停工后易凝固也 将使波纹管无法在开工后正常工作。

    上述分析,归根结底是介质黏度值的界定问题。目前,国内制造厂的产品样本未见推荐值。国外已有厂家推荐,在油和液体情况下,允许使用的介质运动黏度为600 mPa • s;Samson允许的介质黏度为100 mPa • s(密度0.8)。

    只有当上述两要求均满足时,才能使用。这已有很多实例证明。已在上海石化厂罐区乙焦油压控上 (黏度为190 mPa • s)、延安炼油厂燃料油-重油压 控上(黏度为135 mPa • s)使用多年。

4. 2.4高黏度的介质不宜使用

4. 2.5不允许泄漏的气体介质中的应用

  不允许泄漏的气体介质使用时,出于安全原因及避免贵重气体浪费因素,应考虑下述两点。

4.2.5.1填料函及其他连接处的密封性能达到标准。该产品应符合国家标准GB/T4123-92气动调节阀要求无渗漏现象,这一点同一般控制阀要求一样。

4.2.5.2气动执行机构的气室密封性要求要确保无渗漏。

     该产品要求比GB/T4123-92规定高,不允许渗漏•因为GB/T4123-92标准对气室的密封性规定:“气动执行机构的气室应保证气密性。在额定气源压力下,5 min内薄膜气室内的压力下降不得大于 2. 5 kPa;”     

国内该类产品鉴于没统一的产品标准,有不少产品对该项要求不严或没考虑此种气体介质使用要求,仅参照GB/T4123-92生产,这对安全生产或节约贵重原料造成不利。因此该产品不适宜用于液化气减压,若要采用,需要与制造厂详细讨论。

4.2.5使用在腐蚀性介质场合应慎重对待

该产品使用在腐蚀性介质场合,与使用在黏度较高的场合一样,需要从介质对执行机构和调节机构两大部件耐腐蚀性进行双重考虑,只有两者均满足时才可使用。由此可见,它比控制阀要求更复杂,使用面更狭窄。


5特性选择时应注意的问题

5.1由于可供选择的控制阀的理想流量特性的形式有限,因此,对象特性的变化很难达到完全补偿,这时可以考虑通过阀门定位器的反馈凸轮进行改善。

5.2对于操作参数不能准确确定的新设计工艺装置,或控制阀的计算数据过于保守时,最好选用对数理想特性的控制阀。因为对数特性的阀门具有很强的适应性。

5.3当控制阀经常工作在小开度时,应选用对数特性的阀;当控制阀的使用寿命是主要考虑的因素时,应选用理想特性为直线的控制阀。

5.4有时,由于流体输送机械的能力有限,控制阀必须工作在低S值下运行。

5.5由于结构上的原因,阀门两端的压降不能超过一定的极限值,因为高压差下的减压阀很容易破损。这时往往允许加限流孔板,适当进行分压,此时S值也必须降低。

5.6近年来,节能问题越来越受到重视,减小S值有利于节约能耗。如对于高压系统,考虑到节约动力,允许S = 0.15。
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