隨著在石油化工企業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化程度日益提高，用來控制流體流量的調(diào)節(jié)閥已遍及各個(gè)行業(yè)。對(duì)于熱力、化工過程控制系統(tǒng)，作為最終控制過程介質(zhì)各項(xiàng)質(zhì)量及安全生產(chǎn)指標(biāo)的調(diào)節(jié)閥，它在穩(wěn)定生產(chǎn)、優(yōu)化控制、維護(hù)及檢修成本控制等方面都起著舉足輕重的作用。由于調(diào)節(jié)閥是通過改變節(jié)流方式來控制流量的，所以它既是一種有效的調(diào)節(jié)手段，同時(shí)又是一個(gè)會(huì)產(chǎn)生節(jié)流能耗的部件。以天然氣處理廠為例，隨著裝置高負(fù)荷運(yùn)行，調(diào)節(jié)閥的腐蝕、沖刷、磨損、振動(dòng)、內(nèi)漏等問題不斷發(fā)生，從而導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥的使用壽命縮短、工作可靠性下降、進(jìn)而引起工藝系統(tǒng)和裝置的生產(chǎn)效率大幅度下降，嚴(yán)重時(shí)可以導(dǎo)致全線停車。選擇調(diào)節(jié)閥時(shí)，首先要收集完整的工藝流體的物理特性參數(shù)與調(diào)節(jié)閥的工作條件，主要有流體的成份、溫度、密度、粘度、正常流量、最大流量、最小流量、最大流量與最小流量下的進(jìn)出口壓力、最大切斷壓差等。在對(duì)調(diào)節(jié)閥具體選型確定前，還必須充分掌握和確定調(diào)節(jié)閥本身的結(jié)構(gòu)、形式、材料等方面的特點(diǎn)，而技術(shù)方面主要考慮流通能力、壓降、噪音等問題。

　　1 調(diào)節(jié)閥工作原理簡(jiǎn)介

　　1.1 伯努利方程

　　由水力學(xué)觀點(diǎn)來看，調(diào)節(jié)閥是一個(gè)具有局部阻力的節(jié)流元件。當(dāng)流體流經(jīng)調(diào)節(jié)閥時(shí)，由于閥芯、閥座處的流通面積縮小，形成局部阻力，并產(chǎn)生能量損失，通常用閥前后的壓差來表示能量損失的大小。根據(jù)伯努利方程式，對(duì)不可壓縮的流體：

　　H=K×V2÷2g

　　也可表示為：H=(P1 - P2)÷r

　　式中：

　　H——為單位重量的流體流經(jīng)調(diào)節(jié)閥時(shí)的能量損失；

　　K——為阻力系數(shù)；

　　V——流體平均流速，（V=Q÷S）；

　　Q——流體體積流量，m3/h；

　　S——調(diào)節(jié)閥流通面積，m2；

　　g——重力加速度，981cm/s2；

　　r——流體重度，g/cm3；

　　P1、P2——調(diào)節(jié)閥前、后絕對(duì)壓力，kgf/cm2。

　　C 稱為調(diào)節(jié)閥流通系數(shù)或流通能力。

　　C 值表示調(diào)節(jié)閥全開時(shí)，其兩端壓力降△P＝1kgf/cm2，流體重度為1g/cm2時(shí)，每小時(shí)通過閥門的立方米數(shù)。

　　1.2 氣體調(diào)節(jié)閥的Cv值計(jì)算（要考慮壓縮系數(shù)）

　　當(dāng)P2<0.5P1時(shí)：

　　式中：Q——Nm3/h；rH——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體重度，kg/Nm3；ε——?dú)怏w膨脹系數(shù)；t——介質(zhì)溫度，℃。

　　如(P1-P2)÷P1≤0.08，ε=1

　　如(P1-P2)÷P1>0.08，ε=1-0.46×(P1 - P2)÷P1

　　當(dāng)P2≤0.5P1時(shí)

　　1.3 調(diào)節(jié)閥的Cv值范圍

　?。?）等百分比閥門

　　閥門的額定Cv值通常是正常流量Cv值的2倍，或者最大流量Cv值的1.3倍，或者說，正常流量Cv值是閥門額定Cv值的30%~70%。

　　（2）線性閥門

　　閥門的額定Cv值是正常流量Cv值的1.5倍，或者最大流量Cv值的1.1倍，或者說，正常流量Cv值是閥門額定腸值的60%~80%。

　　2 調(diào)節(jié)閥壓降的系統(tǒng)考慮

　　調(diào)節(jié)閥作為過程控制系統(tǒng)中的終端部件，是最常用的一種執(zhí)行器。按過程控制系統(tǒng)的要求，調(diào)節(jié)閥應(yīng)具有在低能量消耗的狀態(tài)下工作，且能充分與系統(tǒng)匹配的工作特性。但是在調(diào)節(jié)閥的使用中這兩個(gè)要求是不能同時(shí)滿足的，甚至是互相矛盾的。在要得到同樣的流量Qmax的情況下，選擇一只較小口徑的調(diào)節(jié)閥，雖然其他阻力不變而總的阻力必然比較大，形成大的系統(tǒng)總壓降。

　　當(dāng)管道系統(tǒng)中介質(zhì)的流速增加時(shí)，流體通過管道上的各種安裝部件時(shí)產(chǎn)生的流體壓降也會(huì)發(fā)生一系列的動(dòng)態(tài)變化，作為管道流體控制主要部件的調(diào)節(jié)閥所引起的流體壓降是一個(gè)很重要而又容易被忽略的因素，在分析與調(diào)節(jié)閥有關(guān)的系統(tǒng)問題時(shí)，不僅要考慮到調(diào)節(jié)閥本身的問題，而且也要考慮到調(diào)節(jié)閥的壓降對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)平衡的影響。

　　圖 1 流體系統(tǒng)流量—壓力曲線圖

　　圖 1 是該流體系統(tǒng)的流量—壓力曲線圖，它表明了在不同流量下的管線壓力分布平衡狀態(tài)。在該系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)泵的壓力特性方程為：

　　△Pp=△Pf0-(1/ρ)×(F/Cp)2

　　這里可以將管道流體的壓力變化分解成幾個(gè)部分，即：△Pp（調(diào)節(jié)閥人口增壓），△Pv（調(diào)節(jié)閥上的壓降），△Pa（熱交換器上的壓降），△Pt（管道上的壓降），△Pg（流體動(dòng)勢(shì)能轉(zhuǎn)換壓降）。其中：△Pf0為在零流量下的調(diào)節(jié)閥人口壓力增壓；ρ為液體介質(zhì)的質(zhì)量密度；F為液體介質(zhì)的質(zhì)量流量。

　　Cp為常數(shù)。流體在管道上的壓降特性方程為：

　　△Pt =(1/ρ)×(F/Ct)2

　　流體在熱交換器上的壓降特性方程為：

　　△Pa =(1/ρ)×(F/Ca)2

　　流體在調(diào)節(jié)閥上的壓降特性方程可以類似表達(dá)為：

　　△Pv=(1/ρ)×(F/Cv)2

　　這里的Cv是一個(gè)動(dòng)態(tài)的流量常數(shù)，它要根據(jù)調(diào)節(jié)閥的閥桿位置的變化而變化的。

　　3 調(diào)節(jié)閥的噪音分析

　　氣蝕和噪音是調(diào)節(jié)閥在控制高壓差流體中的兩大公害。調(diào)節(jié)閥上的噪音更是石油化工生產(chǎn)中的主要污染源。在使用中除需選用低噪音結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)閥外，改變閥的操作條件更是消除或降低氣蝕和噪音的根本方法。調(diào)節(jié)閥在工作時(shí)，應(yīng)注意它的噪音情況，分析好噪音的產(chǎn)生機(jī)理可以更好地監(jiān)視調(diào)節(jié)閥的工作狀態(tài)和有效處理所發(fā)生的問題。

　　（1）機(jī)械類振動(dòng)——如當(dāng)閥芯在套筒內(nèi)水平運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以使閥芯與套筒的間隙盡量小或者使用硬質(zhì)表面的套筒。

　?。?）固有頻率振動(dòng)——如閥芯或者其它的組件，它們都有一個(gè)固有振動(dòng)頻率，對(duì)此，可以通過專門的鑄造或鍛造處理來改變閥芯的特性，如有必要也可以更換其他類型的閥芯。

　?。?）閥芯不穩(wěn)定性——如由于閥芯振蕩性位移引起流體的壓力波動(dòng)而產(chǎn)生的噪音，這種情況一般是由于調(diào)節(jié)回路執(zhí)行器等的阻尼因素引起的，對(duì)此可以重新調(diào)節(jié)阻尼系數(shù)或者在閥芯位移方向上加上減振設(shè)施。

　　（4）介質(zhì)的力學(xué)流動(dòng)性——介質(zhì)在管道或者調(diào)節(jié)閥中流動(dòng)時(shí)，也會(huì)發(fā)出噪音，對(duì)于這種情況，這里不作具體闡述（氣蝕也會(huì)產(chǎn)生噪音）。

　　4 結(jié)論

　　調(diào)節(jié)閥的選型和應(yīng)用是一個(gè)專業(yè)性強(qiáng)、涉及的技術(shù)領(lǐng)域廣的系統(tǒng)工作，要做好這個(gè)工作，不僅要在理論上充分了解它的各種特性，而且要結(jié)合實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)來綜合分析判斷，這樣才能充分發(fā)揮調(diào)節(jié)閥的作用。筆者將石油化工調(diào)節(jié)閥應(yīng)用的一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來，希望能給同行提供借鑒。