潘 艳

（中石化南京工程有限公司，江苏南京 211100）

控制阀选型过程中应注意的问题

潘 艳

（中石化南京工程有限公司，江苏南京 211100）

控制阀作为过程控制的终端元件，是自动化系统的重要环节。对日常设计工作中经常使用到的控制阀的各项知识做了介绍，便于今后设计工作更加完善。

控制阀；选型；安装

工业自动化系统中控制阀的应用是必不可少的，控制阀直接安装在工艺管道上，使用条件恶劣，如高温高压、极度低温、易燃易爆、强腐蚀等，它的好坏直接影响到系统的质量。因此，应重视控制阀的作用，选择合适的控制阀。

1 口径的计算

CV是英制单位的流量系数，是指温度5～40℃的水，在1lb/in2（7kPa）压降下，每分钟流过控制阀的美加仑数。那么从工艺提供相关参数到最后的口径确定，一般需要以下几个步骤：

1）确定最大工作流量Qmax和最小工作流量Qmin，一般在工艺条件表中会给出这些参数。2）确定计算差压。3）确定计算流量、计算压差及其它有关参数，根据调节阀CV值计算软件求出最大工作流量时的CVmax。4）初步决定控制阀口径根据已经计算的CVmax，在所选用的产品形式系列中，选取大于CVmax并与其接近的一档CV值，得出所需阀门的口径。5）开度验算。控制阀的工作开度范围以30％～80％为宜。一般控制阀的选择CV值应能使阀门满足表1的开度要求：

表1 控制阀应满足的开度

在许多情况下，选择的控制阀会比装有控制阀的工艺管线口径要小一级或两级，那么存在两种情况：

1）选用与管径一样大小的控制阀用小口径的阀内件。例如：DN50的阀门选用dg25的阀内件；2）选用计算后得出的小口径的控制阀，用异径头变径后与管道相连。

2 控制阀型式的选择

计算好CV值后，从控制阀的使用功能上选择阀要注意以下问题：

2.1 调节性能

（1）要求小开度调节性能好；（2）要求阀动作平稳；（3）满足可调比；（4）选择正确的流量特性；（5）阻力小、流量比大（阀的额定流量参数与公称通径之比）。

2.2 泄漏量和切断压差

阀泄漏量是指在规定的温度、压力条件下，试验流体通过处于关闭状态的控制阀流量。一般泄漏量等级可以分为以下级别：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ，一般在我们的设计中，控制阀泄漏等级选用Ⅳ级，切断阀的泄漏等级不低于Ⅴ级。一般Ⅵ级就可以称为零泄漏。就目前的生产技术来说，软密封的控制阀可以做到Ⅵ级，硬密封Ⅵ级要看各个制造厂能否做到。

切断压差在这里必须强调一下，因为在以往我们的设计中，有时在规格书中漏了这一项，因为往往工艺专业提条件时也忽略了这一参数。当然这一参数很重要，因为有了此参数，才能让所选的阀有足够的输出力来克服它。

2.3 防堵

阀门其实也是一段工艺管道，而且等于是含有节流件的管道，也容易存在堵塞的情况，通常角行程类的控制阀相比直行程类的控制阀的防堵性能好很多。

直行程阀门的阀芯是垂直节流的，但是介质是从水平方向流进流出的，阀座里面的流道一定会转弯倒拐，使得阀门的流通道路变得十分繁琐。如此一来，不可避免会出现很多的死区，为介质的沉淀提供了一定的空间，长时间下来就会导致堵塞。而角行程阀门的节流方向是水平的，介质也是水平流进流出，容易将不洁净的介质一起带走。

2.4 耐压和耐温

耐压方面，高压不是问题，关键是压差大，压差大会产生气蚀现象。

怎样减小和防止气蚀？一般来说，有如下几种方法：

1）材料上选择。一般常用的方法是在不锈钢基体上进行堆焊或喷焊司太莱合金，在流体气蚀冲刷处形成硬化表面。当硬化表面出现损伤后，可以进行二次堆焊或喷焊，这样既能增加设备的使用寿命，又减少了装置的维修费用。

2）结构上选择。采用将一次大的压力突变分解为若干次的多级阀芯结构。这种结构的阀芯可以使高速流体在通过阀芯和阀座时，每一点的压力都高于在该温度下的饱和蒸汽压或使液体本身相互冲撞。

3）类型上选择。从分析可以看出，产生气蚀是因为发生了空化，产生空化的临界压差即阻塞流形成的压差△pT为：

△pT＝FL2（p1-pv）

式中：FL——压力恢复系数。

在工艺条件允许的情况下，尽量选用△p＜△pT的阀门，即选用压力恢复系数小的阀门。如果工艺条件必须使△p＞△pT，可以将两个控制阀串联起来使用，这样每个控制阀的压差△p都小于△pT，空化便不会产生。如果阀的压差比较小，一般不会产生气蚀，即使有气蚀的产生也不会对阀门造成严重的损坏。

耐温方面，选择控制阀的材料要注意耐高温性能，同时由于高温，阀的密封型式只能选硬密封。

2.5 防腐

对于用于强腐蚀性介质的阀门，阀门的材料选择尤为重要，但往往耐腐蚀的合金材料价格太贵，所以可以采用全四氟的阀，但是要注意四氟的阀门只能用于150℃以下，2.5MPa以下不耐磨的工况，其它工况下还是要考虑合金材料的阀门。

3 正作用-反作用、气开-气闭

正作用、反作用是对气动薄膜执行机构而言，即为气动薄膜执行机构的作用方式。上面进气，推杆向下运动的，称正作用执行机构；下面进气，推杆向上运动的，称反作用执行机构（见图1～4）。

图1 正作用薄膜执行机构的信号压力

图2 正作用薄膜执行机构 的动作原理图

图3 反作用薄膜执行机构的信号压力

图4 反作用薄膜执行机构 的动作原理图

正、反作用执行机构与气开、气闭阀的匹配关系是：对于双导向的阀芯，只需正作用执行机构就可实现作用方式的改变。当阀芯正装时，为气闭阀；当阀芯反装时，为气开阀（见图5～8）。

图5 双导向气开式

图6 双导向气闭式

图7 单导向气开式

图8 单导向气闭式

4 上阀盖、密封填料的选择

4.1 上阀盖

控制阀的上阀盖位于执行机构与阀体之间，它的结构形式对于控制阀的选用也是重要的部分，选择不当，将会导致流体沿着阀杆泄漏出来。它的结构形式有4种：普通型、散热片型、长颈型和波纹管密封型。（1）普通型，适用温度范围：铸铁-20～+200℃；铸钢-40～+250℃。（2）散热型，适用温度范围：碳钢-40～+450℃；不锈钢-60～+450℃。（3）长颈型，适用温度范围：碳钢-60～+250℃。（4）对有毒、易挥发或贵重流体的场合，为避免泄漏，设计为波纹管密封型。

4.2 密封填料

在阀的使用中，密封填料的选择也是很重要的。填料选择不当，会造成密封差、寿命短、经常更换。密封填料有2种：一种是柔性石墨；一种就是四氟填料。柔性石墨具有耐高温（+600℃）、耐低温（-250℃）、耐腐、耐磨等特点。将它压制成片状，剖面为矩形，一般放置4～6片，从而形成一个密封套，故使用寿命长。四氟填料，只能在-20～200℃范围内，其剖面为“V”形，不象石墨填料为一个整体密封套，容易磨损、拉伤、老化，故使用寿命短。

5 阀门的密封结构

阀门的密封结构分为软密封和硬密封。

前面提到的密封填料是主要是起到防止阀门外漏的作用，而软、硬密封主要则是起到防止内漏的作用。

5.1 软密封

“软密封”是指阀芯和阀座之间的密封材料一侧是金属材料，另一侧是有弹性的非金属材料，这种密封的密封性能较好。

5.2 硬密封

“硬密封”是指阀芯和阀座之间的密封材料均是金属材料或较硬的其它材料。这种密封的密封性能较差，但耐高温，抗磨损，机械性能好。

阀门选用哪种密封形式，根据工况来选择。一般用于比较干净、粘度小的液态和气体。缺点是：不耐高温，不耐磨。硬密封阀门一般泄漏等级可以做到Ⅴ级，一些厂家也可以做到Ⅵ级。硬密封阀门表面喷涂工艺的应用让阀门在耐磨耐高温耐腐蚀工况都有很好的应用，使用寿命长。缺点：制造成本高，阀芯阀座维护更换通常需要整体研磨，现场维护不方便。阀门扭矩也比较大。

6 安装的注意事项

1）直管段要求。因控制阀CV值是在直管段上测定的，所以要求阀前、阀后应留有一定的直管段，尽量保证阀门进出口差压的稳定，使调节性能达到理想的状态。若管道口径大于阀口径，需安装异径头。2）安装位置要便于检修。管道对地面、楼板的高度要考虑反装的阀芯便于从阀体下面取出，否则必须要拆下阀门并卧倒才可以取出。管道标高2m以上，应设置检修平台；要有拆卸法兰螺栓的空间。

总的来说，一台控制阀用得好不好，不仅在于计算，只要工艺参数给的准确，公式计算就不会有问题。但是涉及到选型来说内容就很多了，作为一名设计人员，不能只提出参数给供货商计算，自己也应对控制阀有一定的认识，对供货商的计算书有一定的判断能力，使得控制阀的选型工作能够更加完善。

[1]陆德民，张振基，黄步余.石油化工自动控制设计手册3版[M].北京：化学工业出版社，2000.

[2]明赐东.调节阀计算选型使用[M].成都：成都科技大学出版社，1999.

[3]王森.仪表常用数据手册[M].北京：化学工业出版社，1998.

[4]孙炳鹏.调节阀的选型[J].冶金动力，2010，（1）.

[5]董萍，王力.化工装置中控制阀的选用[J].吉林化工学院学报，2009，（2）.

[6]李自皋，何彬学.浅谈控制阀的选型与使用[J].石油化工自动化，2008，（3）.

[7]李颖.控制阀的选型方法[J].油气田地面工程，2008，（11）.

[8]何衍庆，杨洁，王为国.控制阀设计的新方法[J].医药工程设计，2007，（6）.

[9]董继先，张曼.压力控制阀出口压力自动调节设备的研究与设计[J].液压与气动，2004，（12）.

Several Points of Attention in Selection of Control Valve

Pan Yan

Control valve as the process control terminal components，is an important part of automation systems.This article on the daily design work often used in the control valve of the knowledge to do one by one introduced to facilitate future design work more perfect.

control valve；type selection；installation

TH134

A

1003-6490（2016）08-0037-02

2016-08-05

潘艳（1981—），女，江苏南京人，高级工程师、副主任师，主要研究方向为自动化设计。