工 业 过 程 调 节 阀 工 厂 安 全 与 经 济 效 益 的 主 要 组 成

Transcription

1 工 业 过 程 调 节 阀 工 业 过 程 调 节 阀 工 厂 安 全 与 经 济 效 益 的 主 要 组 成 ARCA

2 工 业 过 程 调 节 阀 工 厂 安 全 与 经 济 效 益 的 主 要 组 成

3 本 书 技 术 部 分 与 ARCA 调 节 阀 有 限 公 司 合 作 完 成 中 译 组 成 员 : 陆 德 民 陆 继 勤 编 辑 小 组 成 员 : Johannes Fliegen,Lothar Grutesen,Johannes Herzwurm, Joachim Lukoschek,Heinz M. Nägel,Andreas Pomsel 目 录 实 现 最 佳 性 能 的 设 计 4 装 置 的 功 能 和 过 程 的 集 成 6 过 程 调 节 阀 的 基 本 功 能 (6)- 调 节 阀 的 工 作 范 围 (8)- 调 节 阀 的 能 力 ( 流 量 系 数 )(9)- 传 递 函 数 和 阀 的 特 性 (10)- 阀 门 公 称 尺 寸 (12)- 管 路 系 统 组 成 部 分 (12)- 阀 门 执 行 机 构 (13)- 定 位 器 (14)- 仪 表 (18) 对 经 济 和 装 置 安 全 的 意 义 19 对 整 体 经 济 的 影 响 因 素 (19)- 装 置 安 全 和 S I L 分 级 ( 2 8 ) - 装 置 安 全 依 靠 防 爆 措 施 实 现 (30) 调 节 阀 的 规 格 和 选 择 标 准 33 调 节 阀 的 数 据 表 (33)- 流 量 系 数 的 计 算, 阀 内 件 和 公 称 尺 寸 的 选 择 (34)- 阀 门 设 计 的 选 择 (41)- 阀 外 壳 和 阀 内 件 的 材 料 选 择 (43)- 密 封 件 的 材 料 选 择 (46) 2010 年 中 文 版 第 一 版 由 sv 合 作 媒 体 公 司 授 权 发 行, 德 国 慕 尼 黑 D First published as Industrielle Prozessregelventile 2006 by sv corporate media GmbH, München, Germany. All rights reserved. 在 德 国 首 次 出 版 于 Die Bibliothek der Technik ( 技 术 图 书 ) 丛 书 原 标 题 为 : Industrielle Prozessregelventile ( 工 业 过 程 调 节 阀 ) 2006 由 sv 合 作 媒 体 有 限 公 司 出 版 泄 漏 48 外 气 密 性 (48)- 内 气 密 性 (52)- 声 音 扩 散 (54) 特 殊 应 用 领 域 的 最 新 解 决 方 法 58 调 节 阀 在 电 厂 中 的 应 用 ( 5 8 ) - 调 节 阀 在 变 压 吸 附 中 的 应 用 (59)- 透 平 压 缩 机 防 喘 振 调 节 阀 (60) 过 程 调 节 阀 术 语 64 编 后 记 69

4 4 实 现 最 佳 性 能 的 设 计 5 实 现 最 佳 性 能 的 设 计 图 1: 蒸 汽 减 温 减 压 阀 ( 角 型 ) ICE-3 型 时 速 高 达 330 公 里 的 德 国 高 速 火 车, 通 过 它 的 制 动 装 置 可 产 生 大 于 8200 千 瓦 的 制 动 能 量, 这 是 一 个 令 人 惊 讶 的 数 值, 但 与 调 节 阀 相 比, 它 仅 仅 是 一 个 分 数 在 任 何 工 业 生 产 过 程 中, 也 会 有 类 似 的 制 动 如 辅 汽 轮 机 的 典 型 旁 路 站 上 使 用 的 蒸 汽 阀, 它 的 公 称 直 径 是 I C E 制 动 系 统 功 率 的 2.5 倍 是 DN400, 从 进 口 压 力 的 38.5 巴 降 至 0.9 巴 的 绝 压, 每 小 时 共 节 流 71.6 吨 的 蒸 汽 可 计 算 出 阀 上 能 量 损 耗 是 千 瓦 DN400 对 于 调 节 阀 来 说 并 不 算 大, 它 可 以 产 生 大 于 ICE-3 型 高 速 火 车 制 是 干 预 生 产 过 程 的 关 键 动 能 量 2.5 倍 的 能 量 一 方 面, 调 节 阀 表 现 的 如 此 有 魅 力, 另 一 方 面, 对 于 阀 门 制 造 商 来 说, 面 临 更 大 的 挑 战 在 工 业 生 产 过 程 中, 有 许 多 能 量 需 要 被 控 制, 在 阀 的 设 计 和 操 作 上 有 任 何 失 误, 将 会 造 成 巨 大 的 损 失 除 了 在 电 厂 应 用 外, 在 化 工 石 化 食 品 工 业 或 燃 气 供 应 供 水 和 污 水 处 理 厂 调 节 阀 对 干 预 生 产 过 程 中 起 到 决 定 性 作 用 它 保 证 在 经 济 优 先 的 前 提 下, 使 产 品 质 量 最 优 本 书 旨 在 阐 释 调 节 阀 在 复 杂 的 工 业 生 产 过 程 中, 作 为 装 置 安 全 和 经 济 性 关 键 组 成 部 分 的 重 要 意 义 重 点 介 绍 了 被 最 广 泛 使 用 的 调 节 阀 球 形 调 节 阀 通 过 简 洁 的 概 括 帮 助 读 者 了 解 这 些 高 性 能 的 阀

5 6 过 程 调 节 阀 的 基 本 功 能 7 装 置 的 功 能 和 过 程 的 集 成 在 生 产 过 程 中, 调 节 阀 对 连 续 控 制 生 产 过 程 的 控 制 的 影 响, 是 最 常 见 的 它 们 是 处 于 电 子 控 者, 另 一 方 面 又 是 工 艺 流 体 的 执 行 工 具 ( 如 图 2) 无 论 在 模 型 辅 助 过 程 控 制 和 数 字 控 制 技 术 时 期, 在 控 制 技 术 领 域, 调 节 阀 自 身 是 不 能 被 充 分 表 述 的 本 质 上, 它 是 管 路 系 统 中 一 个 部 件, 是 管 路 系 统 的 组 成 部 分 起 中 间 协 调 功 能 制 技 术 与 工 艺 介 质 之 间 的 连 接 要 素 同 时, 还 可 起 到 各 独 立 过 程 间 的 连 接 作 用 和 连 续 过 程 中 对 不 同 压 力 级 别 流 向 的 失 衡 调 整 作 用 当 然 也 可 使 用 其 它 调 节 阀, 如 加 热 或 冷 却 过 程, 这 时 它 是 间 接 施 以 影 响 在 生 产 过 程 与 各 环 节 相 互 配 合 起 作 用 在 每 一 能 导 向 轴 套 } 用 于 固 定 执 行 机 构 的 带 槽 螺 母 填 料 箱 内 填 料 组 过 程 调 节 阀 的 基 本 功 能 生 产 过 程 调 节 阀 一 方 面 是 数 字 数 据 的 参 与 上 阀 盖 安 全 位 置 阀 门 推 杆 定 位 阀 笼 压 缩 空 气 终 端 信 号 抛 物 线 阀 芯 设 定 点 气 动 执 行 器 阀 座 夹 阀 座 密 封 阀 盖 密 封 件 定 位 器 行 程 图 2: 调 节 阀 与 相 关 组 件 连 接 示 意 图 过 程 流 体 阀 门 外 壳 图 3: 调 节 阀 的 基 本 组 成

6 8 装 置 的 功 能 和 过 程 的 集 成 阀 的 能 力 ( 流 量 系 数 ) 9 量 平 衡 过 程, 阀 前 后 的 压 力 差 是 控 制 功 能 所 必 须 阀 前 后 的 压 力 是 反 映 上 下 游 系 统 组 件 和 它 们 特 性 的 结 果 它 被 应 用 于 控 制 技 术, 同 样 也 应 用 于 此, 一 个 最 佳 控 制 回 路 也 是 最 有 效 和 最 经 济 的 控 制 器 除 了 操 作 过 程 中 的 常 规 限 定 要 求 外, 特 殊 和 极 端 情 况 也 应 被 考 虑 在 阀 的 设 计 中 例 如 在 过 程 中 控 制 停 车 时 的 阀 门 状 态 ( 密 封 功 能 是 否 有 效 ), 同 样, 在 信 号 中 断 或 辅 助 电 源 失 灵 等 情 况 下 的 阀 门 状 态 等 再 有 常 闭 阀 是 否 有 泄 漏? 这 里, 实 际 的 极 限 要 求 将 被 考 虑, 如 调 节 阀 的 控 制 和 密 封 功 能 是 否 有 效? 如 果 这 些 在 阀 门 设 计 中 与 要 求 相 悖 依 然 存 在, 则 应 考 虑 其 它 手 段 的, 看 起 来 似 是 能 量 损 失, 然 而 可 控 制 的 压 降 被 认 为 是 调 节 阀 的 首 要 任 务, 例 如, 在 压 力 容 器 减 压 过 程 图 3 所 示 为 由 各 基 本 组 件 构 成 的 现 代 调 节 阀 极 端 情 况 下 的 考 虑 的 设 计, 在 调 节 阀 设 计 中, 能 够 独 立 完 成 生 产 过 主 要 设 计 观 念 程 所 必 须 考 虑 的 四 个 基 本 方 面 : 包 括 有 工 艺 过 程 设 计 中, 必 须 的 工 作 点 及 其 操 作 条 件 安 全 设 计 和 误 动 作 响 应 与 生 产 过 程 相 关 的 通 信 通 道 和 执 行 机 构 特 点 调 节 阀 的 能 力 ( 流 量 系 数 ) 与 生 产 过 程 相 关 的 执 行 机 构 动 态 和 时 间 响 应 流 量 系 数 的 计 算 方 法, 被 定 义 为 K V 值, 在 许 多 出 版 物 中 都 被 阐 释 过 与 用 于 管 路 分 析 的 ζ 工 程 设 计 的 决 定 阶 段 调 节 阀 的 工 作 范 围 调 节 阀 设 计 中 最 基 本, 同 时 也 是 最 复 杂 的 工 作 是 决 定 它 的 工 作 范 围 这 里, 精 确 设 计 和 计 算 是 相 当 需 要 花 费 的, 因 为 在 这 一 基 础 阶 段, 所 有 工 艺 组 件 的 性 能, 管 道 尺 寸 和 阀 门 规 格 都 将 被 决 值, 它 描 述 的 是 各 管 道 组 成 的 流 体 阻 力, 在 调 节 阀 中 使 用 的 K V 值 被 定 义 为 在 标 准 状 况 下,( 水 在 20 和 压 差 是 1 巴 时 的 米 3 / 小 时 的 流 量 值 ) K VS 值 ( 公 称 流 量 系 数 ) 是 公 称 行 程 时 的 K V 值 美 国 标 准 称 其 为 C V 值, 定 义 为 压 力 差 为 1psi( 磅 / 吋 2 ) 时, 每 分 钟 流 过 的 加 仑 数, 这 二 者 的 转 换 关 系 标 准 条 件 下 的 流 速 定 同 时, 安 装 于 上 下 游 的 调 节 阀 也 必 须 考 虑 是 :C V =0.865K V 现 今, 几 乎 所 有 的 计 算 程 序 它 在 装 置 各 部 件 中 从 流 体 力 学 角 度 来 消 除 相 互 制 都 是 以 此 为 基 础 的, 其 实 验 式 可 参 见 过 程 调 节 作 为 流 体 控 制 的 基 本 功 能 约 的 作 用 调 节 阀 从 根 本 上 是 控 制 流 体 的 阀 门, 作 用 于 阀 术 语 一 章 ( 参 见 64 页 )

7 10 装 置 的 功 能 和 过 程 的 集 成 传 递 函 数 和 阀 的 特 性 11 传 递 函 数 和 阀 的 特 性 阀 门 的 传 递 函 数 在 自 控 设 计 中 起 到 重 要 a) 流 量 控 制 器 作 用 的, 它 描 述 了 输 入 / 输 出 间 的 关 系 事 实 上, 调 节 阀 的 输 出 信 号 是 什 么? 被 控 的 工 艺 参 数 如 压 力 液 位 温 度, 对 其 分 析 可 知 仅 是 由 于 调 节 阀 也 即 节 流 过 程 而 使 通 过 量 不 同 而 造 成 泵 调 节 阀 的 结 果 这 一 静 态 传 递 函 数 描 述 了 输 入 信 号 与 喷 嘴 节 流 面 积 间 的 关 系 阀 门 行 程 是 一 串 信 号 中 的 阀 门 行 程 是 控 制 的 重 要 参 数 基 本 中 间 参 数, 换 句 话 说, 就 是 阀 芯 的 位 置 状 况 因 阀 芯 的 不 同 轮 廓 产 生 了 或 大 或 小 的 节 流 面 积, 从 而 形 成 从 可 控 的 初 始 值 到 最 大 值 初 始 值 和 最 大 值 之 间 的 商 被 称 做 可 调 范 围 这 个 基 本 定 义 不 论 如 何, 都 可 被 各 个 过 程 所 接 受 阀 门 特 性 涉 及 这 些 值 之 间 的 关 系 有 关 阀 门 特 性 的 选 择 有 许 多 理 论 课 题, 在 实 际 情 况 下, 这 一 选 择 只 限 于 直 线 和 等 百 分 比 之 间 的 选 择 它 的 目 的 是 在 其 全 工 作 范 围 内 所 控 制 的 放 大 系 数 为 一 常 数 容 积 流 量 [m³/h] 容 积 流 量 容 积 流 量 容 积 流 量 [m³/h] 调 节 阀 两 端 压 差 压 差 / 压 头 ( 巴 ) 喷 嘴 泵 装 置 特 性 用 于 阀 门 直 线 特 性 装 置 特 性 用 于 阀 门 等 百 分 比 特 性 直 线 阀 门 特 性 图 4: a) 喷 淋 管 压 头 控 制 b) 喷 嘴 和 泵 的 性 能 曲 线 c) 阀 门 与 装 置 特 性 所 选 用 的 直 线 和 等 百 分 比 特 性 图 4 显 示 的 是 一 个 连 铸 厂 的 例 子, 喷 淋 管 用 于 冷 却 粗 钢 的 控 制 ( 图 4a), 三 种 性 能 曲 线 如 何 在 每 一 实 例 中 相 互 作 用, 喷 嘴 与 泵 的 性 能 曲 线 反 应 在 图 4b 中, 图 4c 表 示 阀 门 性 能 曲 线 受 装 置 性 能 曲 线 间 的 影 响 系 统 假 设 水 槽 中 液 位 和 喷 嘴 背 后 的 压 力 被 认 为 是 常 压 % 20.00% 40.00% 60.00% 80.00% % 行 程 如 果 没 有 选 择 等 百 分 比 特 性 的 技 术 优 先 权, 选 择 具 有 直 线 特 性 的 球 形 阀 将 是 经 济 的 考 虑 理 由 选 择 等 百 分 比 特 性 调 节 阀 的 倾 向 是 其 具 有 一 等 百 分 比 阀 门 特 性

8 12 装 置 的 功 能 和 过 程 的 集 成 阀 门 执 行 机 构 13 标 准 : 直 线 特 性 个 较 大 的 K VS 值 多 孔 阀 芯 在 多 数 情 况 下, 要 求 等 百 分 比 用 于 较 大 的 阀 座 直 径 或 较 大 的 阀 门 行 程 来 得 到 等 百 分 比 特 性, 因 此 这 需 要 更 大 的 执 行 机 构 方 式 焊 接 连 接 主 要 用 于 水 / 蒸 气 高 压 管 路 的 连 接 直 接 焊 接 连 接 的 优 点 是 具 有 密 闭 和 永 久 密 封 性 显 著 的 不 足 是, 在 维 修 时 将 受 到 限 制 由 于 法 兰 或 焊 接 连 接 阀 门 公 称 尺 寸 现 代 的 阀 门, 要 求 在 现 场 就 可 以 更 换 磨 损 部 件, 阀 的 焊 接 连 接 是 费 时 费 力 的, 所 以 对 钢 制 短 管 接 必 须 的 流 量 系 数 和 阀 内 件 设 计, 也 就 是 阀 芯 头 之 类 配 件 采 取 在 制 造 厂 已 焊 接 在 铸 件 壳 体 上, 公 称 尺 寸 被 认 为 是 K V S 值 的 函 数 的 形 状 ( 单 级 或 多 级 结 构 ) 和 特 性, 基 本 决 定 了 阀 门 的 空 间 要 求, 也 就 是 阀 门 的 公 称 尺 寸 除 了 上 述 部 件 外, 阀 体 还 应 留 有 未 被 控 制 的 固 定 节 流 使 材 料 可 配 对 无 误 地 与 管 路 界 面 的 完 全 吻 合 通 常 情 况 下, 调 节 阀 不 仅 是 一 个 阀 门, 也 被 认 为 是 管 路 中 的 一 个 要 素 基 于 这 一 因 素, 调 节 使 用 过 程 中 的 维 护 件 ( 多 孔 板, 多 孔 阀 笼, 多 级 迷 宫 ) 的 余 地 阀 在 故 障 时, 必 须 采 用 旁 通 和 截 止 阀 措 施, 然 后 机 械 方 面 除 了 内 部 空 间 方 面 的 要 求 外, 还 需 考 虑 机 将 其 卸 下 维 护 和 修 理, 使 设 备 不 停 止 运 行 械 方 面 的 因 素 作 为 一 个 惯 例, 公 称 阀 门 尺 寸 不 应 比 公 称 管 道 尺 寸 大, 受 管 路 及 系 统 弯 曲 扭 矩 影 阀 门 执 行 机 构 响, 它 的 实 际 尺 寸 不 应 小 于 管 道 尺 寸 一 半, 另 阀 门 执 行 机 构 是 按 照 控 制 系 统 的 要 求 来 调 整 外, 阀 进 出 口 的 流 速 影 响 也 需 考 虑 阀 芯 的 位 置, 在 工 艺 过 程 中, 有 三 种 执 行 机 构 设 介 质 中 存 在 固 体 杂 质 也 特 别 要 求 有 更 大 的 空 计 被 认 可 间, 这 种 介 质, 角 型 调 节 阀 将 被 采 用, 使 固 体 自 气 动 执 行 机 构 由 沉 积 流 向 阀 的 出 口 这 种 形 式 设 计 还 适 用 于 气 电 动 执 行 机 构 体 介 质 的 瞬 间 膨 胀 和 温 度 接 近 沸 点, 而 汽 化, 出 电 液 执 行 机 构 现 低 压 力 的 流 体 管 路 系 统 组 成 部 分 气 动 执 行 机 构 最 普 遍 使 用, 即 使 有 潜 在 的 爆 炸 领 域, 也 可 以 使 用 具 有 响 应 时 间 短, 持 续 密 封 力, 安 全 状 态 易 于 维 持 它 们 是 生 产 工 艺 上 气 动 电 动 电 液 执 行 机 构 法 兰 焊 接 螺 纹 连 接 是 阀 体 与 管 路 连 接 的 通 常 连 接 方 式 法 兰 连 接 无 疑 是 最 常 见 连 接 的 首 选 电 动 执 行 机 构 具 有 动 态 稳 定 和 精 确 的 特 点, 通 过 过 程 控 制 器 使 直 接 控 制 成 为 可 能 它 的

9 14 定 位 器 装 置 的 功 能 和 过 程 的 集 成 15 动 力 资 源, 在 危 险 场 合 下 的 使 用, 需 要 为 安 全 功 能 支 付 高 昂 的 费 用, 另 外, 电 动 执 行 机 构 动 作 起 来 相 对 慢 电 液 执 行 机 构 以 它 高 执 行 力 和 稳 定 性 著 称, 然 而 成 本 高 制 造 工 艺 的 复 杂 是 它 的 不 足 按 照 阀 门 形 式 的 选 择 和 工 艺 要 求, 下 列 标 准 在 选 择 执 行 机 构 时 必 须 考 虑 : 作 为 开 / 关 还 是 调 节 使 用 ( 对 调 节 精 度 有 何 要 求 ) 动 力 来 源 ( 压 缩 空 气 或 电 力 ) 安 全 位 置 执 行 机 构 力 的 要 求 行 程 有 否 要 求 ( 如 多 段 行 程 可 调 ) 对 执 行 机 构 稳 定 的 要 求 执 行 机 构 线 性 特 性 的 可 允 许 偏 差 值 环 境 条 件 ( 防 护 级 别 温 度 腐 蚀 ) 紧 急 状 况 下 的 手 动 功 能 ( 需 要 / 不 需 要?) 定 位 器 定 位 器 在 过 程 控 制 中, 用 于 将 巴 的 压 力 或 4-20 毫 安 的 电 流 转 化 为 作 用 于 阀 门 执 行 型 定 位 器 ), 提 供 了 能 对 现 场 或 通 过 通 讯 系 统 调 整 多 个 参 数 过 程 控 制 系 统 的 连 接, 是 在 正 常 控 制 和 反 馈 信 号 之 外 的 双 向 数 据 交 换 它 具 有 可 将 模 拟 信 号 调 制 为 数 字 信 号 ( 缩 写 为 HART, 高 速 可 寻 地 址 的 远 程 传 感 器 ), 和 具 有 真 正 意 义 的 现 场 总 线, Profibus (PA) 以 及 FF 现 场 总 线 的 三 个 接 口 它 们 都 将 执 行 信 号 和 状 态 信 息 进 行 数 字 化 传 送 定 位 器 的 安 装 (Namur 法 则 ), 直 接 或 集 成 安 装 安 装 并 固 定 在 执 行 机 构 上, 化 工 上 常 用 的 Namur 法 则, 现 在 已 被 提 升 为 国 际 标 准, 为 了 将 定 位 器 转 换 为 IEC 这 些 准 则 使 得 不 同 厂 商 生 产 的 定 位 器 得 以 互 换 使 用, 随 着 智 能 定 位 器 的 问 世, Namur 安 装 法 则 被 证 明 不 再 那 么 可 靠 由 此, 一 种 直 接 或 集 成 式 的 安 装 系 统 被 开 发 出 来 即 定 位 器 与 执 行 机 构 之 间 无 需 配 管 连 接 的 创 新 方 法, 使 一 些 著 名 生 产 厂 家 的 工 厂 标 准 可 用 于 所 有 场 合 双 向 数 据 交 换 转 换 为 可 被 使 用 的 操 作 压 力 机 构 的 操 作 压 力 ( 在 有 压 缩 空 气 供 应 的 前 提 下 和 这 里 提 到 的 是 气 动 执 行 机 构 ) 它 与 执 行 机 构 一 起 构 成 于 从 属 与 过 程 控 制 回 路 微 处 理 器 控 制 的 定 位 器 ( 智 能 定 位 器 或 精 小 一 个 由 制 造 厂 和 用 户 组 成 的 开 发 小 组, 开 发 出 一 种 具 有 可 选 择 的 定 位 器 安 装 准 则, 已 被 VDI/ VDE3847 准 则 所 接 受 开 放 系 统 概 念 允 许 定 位 器 被 安 装 在 单 作 用 或 双 作 用 执 行 机 构

10 16 定 位 器 装 置 的 功 能 和 过 程 的 集 成 17 上, 另 外, 电 磁 阀 也 可 在 正 面 进 行 直 接 安 装 智 能 定 位 器 可 与 控 制 与 / 或 维 护 系 统 相 集 成 在 提 高 管 理 功 能 性 水 平 和 增 多 对 现 场 设 备 参 数 了 解 同 时, 还 需 精 简 操 作 人 员, 只 有 采 用 昂 贵 的 代 价, 用 提 高 现 场 设 备 的 控 制 水 平 才 能 得 到 保 证, 也 就 是 说 既 可 在 中 央 集 中 控 制 过 程 系 统, 也 可 在 维 修 盘 上 操 作 采 用 现 场 总 线, 用 Profibus FF 现 场 总 线 或 HART 系 统, 都 能 对 现 场 各 设 备 进 行 寻 址 和 数 据 交 换 在 纯 数 据 交 换 之 上, 它 必 须 保 证 上 位 机 了 解 所 有 与 之 相 联 的 现 场 设 备 的 属 性 和 设 定 选 择, 并 能 够 向 操 作 者 显 示 这 些 情 况, 这 方 面, 电 子 设 备 描 述 (EDD) 和 现 场 设 备 工 具 / 设 备 类 型 管 理 (FDT/DTM), 两 种 相 对 立 的 观 念 被 开 发 出 来 在 使 用 EDD 集 成 的 情 况 下, 现 场 设 备 的 详 细 信 号 和 属 性 被 标 准 格 式 的 文 字 文 件 所 描 述 这 里 用 户 接 口 按 照 上 位 机 系 统 的 指 示, 与 设 备 所 提 的 问 题 并 不 明 确 的 一 致 未 来 的 EDD 版 本 会 弥 补 设 计 不 足 的 特 点 使 用 FDT/DTM 技 术 的 上 位 机 提 供 的 FDT 软 件 ( 如 PACTWARE FieldCare 软 件 ), 将 要 求 装 有 DTM 的 现 场 设 备 集 成 另 外, 关 于 现 场 设 备 的 信 息,DTM 被 要 求 独 立 代 表 各 现 场 设 备 DTM 作 为 现 场 设 备 的 驱 动 者, 即 被 视 为 集 成 于 计 算 机 操 作 系 统 又 包 括 特 别 代 表 各 现 场 设 备 今 日 的 数 字 定 位 器 所 提 供 FDT/ DTM 技 术 作 为 EDD 概 念 的 一 种 替 换 DTM 以 FDT 规 格 1.2 为 基 础 开 发 出 来, 特 别 使 扩 展 诊 断 现 场 设 备 的 集 中 协 助 管 理 可 视 化 可 能 性 EDD 概 念, FDT/DTM 技 术 图 5: 根 据 VDI/VDE3847 准 则 的 ARCAPRO 定 位 器 的 安 装 变 得 容 易

11 18 定 位 器 经 济 和 装 置 安 全 的 意 义 19 仪 表 除 定 位 器 之 外, 在 个 别 情 况 下, 还 包 括 其 它 一 些 仪 表 : 位 置 开 关 和 位 置 显 示 器 ( 它 是 独 立 的, 与 定 位 器 无 关 ) 与 阀 门 安 全 设 定 有 关 的 电 磁 阀 ( 主 要 用 于 开 / 关 式 ) 气 压 放 大 器 ( 又 称 增 压 器 ), 用 于 减 少 执 对 经 济 和 装 置 安 全 的 意 义 经 济 与 装 置 安 全 之 间 的 联 系, 是 非 常 紧 密 的 所 以 说, 调 节 阀 起 到 关 键 角 色 作 用 是 其 对 生 产 过 程 的 质 量 和 装 置 的 利 用 率 两 方 面 起 着 决 定 性 的 影 响 生 命 周 期 成 本, 人 员 的 安 全 和 装 置 的 防 爆, 都 是 评 估 调 节 阀 的 基 本 要 素 起 关 键 角 色 其 它 仪 表 行 机 构 需 要 大 容 量 空 气 时 而 形 成 的 迟 后 时 间 气 动 锁 紧 阀, 在 仪 表 风 故 障 时, 保 持 阀 门 的 现 有 位 置 对 整 体 经 济 的 影 响 因 素 包 括 在 调 节 阀 生 命 周 期 内 的 成 本, 不 仅 是 选 型 和 制 定 计 划 时 和 投 资 本 身 所 耗 费 用, 还 包 括 压 缩 空 气 减 压 过 滤 器 用 于 调 整 仪 表 风 气 动 快 速 释 放 阀 用 于 安 全 状 况 下 的 快 速 动 作 有 安 装 和 培 训 人 员 的 费 用 操 作 使 用 期 间, 所 产 生 费 用, 有 : 维 护, 磨 损 和 可 能 发 生 的 故 障 修 理 备 件 和 能 量 的 消 耗, 以 及 环 境 破 坏 等 费 用 同 时 也 需 考 虑 回 收 处 理 的 费 用 调 节 阀 的 本 身 设 计 和 活 动 部 件 的 结 构, 都 对 生 命 周 期 有 显 著 的 影 响, 目 前 最 好 的 解 决 方 法 是 : 多 级 弹 簧 薄 膜 执 行 机 构 快 速 阀 座 更 换 系 统 可 靠 的 推 杆 密 封 系 统 具 有 自 诊 断 功 能 的 智 能 定 位 器 采 用 压 电 晶 体 的 定 位 器, 可 忽 略 空 气 的 消 耗 量 实 质 性 成 本

12 20 整 体 经 济 的 影 响 因 素 经 济 和 装 置 安 全 的 意 义 21 上 述 方 法 保 证 了 生 产 过 程 控 制 的 质 量 和 产 品 的 高 质 量 成 为 可 能 同 时 使 操 作 和 维 护 的 成 本 降 到 最 低, 使 整 体 经 济 和 生 产 过 程 最 优 化 定 位 器 与 执 行 机 构 薄 膜 室 采 用 无 管 路 连 接, 空 气 流 是 从 内 部 通 道 经 过 执 行 机 构 支 架 以 十 分 可 靠 的 方 式 引 入 不 考 虑 外 部 螺 纹 方 法 连 接, 所 以 无 管 路 的 空 气 连 接 精 小 型 多 级 弹 簧 薄 膜 执 行 机 构 任 何 因 配 管 引 起 的 泄 漏 隐 患 都 可 排 除 传 统 薄 膜 执 行 机 构, 其 行 程 的 位 移 是 通 过 吸 现 代 装 有 弹 簧 的 薄 膜 执 行 机 构 ( 图 6), 不 仅 因 为 它 特 别 紧 凑 的 结 构, 而 且 它 还 增 加 安 全 和 耐 用 性 的 多 项 详 细 设 计, 因 而 具 有 经 济 性, 特 点 如 下 : 定 位 器 无 管 路 安 装 利 用 使 用 过 的 仪 表 风, 从 薄 膜 室 排 出, 保 护 弹 簧 室 不 受 周 围 大 气 环 境 影 响 薄 膜 上 下 起 伏 时, 在 薄 膜 夹 紧 处 产 生 一 力 分 流 入 口 吸 入 空 气 得 以 平 衡, 如 果 大 气 中 含 有 强 腐 蚀 成 分, 被 吸 入 执 行 机 构 的 空 气 在 短 时 间 内 冷 凝, 会 产 生 腐 蚀 这 在 现 代 执 行 器 中 是 可 以 避 免 的 执 行 机 构 不 仅 使 用 空 气 来 操 作 执 行 机 构, 而 且 将 使 用 过 的 仪 表 空 气, 从 弹 簧 室 比 室 外 大 气 略 高 的 避 免 腐 蚀 压 力 下 排 出, 故 可 以 保 证 内 部 干 燥 和 远 离 腐 蚀 图 6: 多 弹 簧 薄 膜 执 行 机 构 ( 图 7) 图 7: 带 空 气 吹 扫 的 弹 簧 室 的 定 位 器 安 装 排 气 塞 执 行 机 构 外 壳 薄 膜 弹 簧 空 气 供 给 执 行 机 构 推 杆 中 心 导 向 和 密 封 支 架 用 过 空 气 排 出 空 气 空 气 进 入

13 22 经 济 和 装 置 安 全 的 意 义 整 体 经 济 的 影 响 因 素 23 限 定 压 力 图 8: 薄 膜 夹 紧 处 的 力 分 流 薄 膜 是 每 个 执 行 机 构 的 核 心 部 件, 它 的 使 用 生 命 周 期 不 仅 取 决 于 所 用 材 料 的 质 量, 也 很 大 程 度 上 取 决 于 机 械 负 荷, 尤 其 是 薄 膜 夹 紧 部 位, 因 为 这 部 分 是 不 受 控 制 的, 故 容 易 形 成 折 痕, 以 致 薄 膜 在 运 动 时, 薄 膜 弯 曲 加 剧, 明 显 缩 短 使 用 生 命 周 期 如 在 夹 紧 处 限 定 压 力 形 成 一 力 分 流 ( 图 8), 可 使 薄 膜 运 动 受 限 制, 从 根 本 提 高 了 使 用 生 命 周 期 采 用 轴 导 向 这 一 结 构 的 优 点 可 概 括 为 : 用 于 无 螺 纹 阀 座 环, 容 易 用 特 殊 材 料 加 工 上 阀 盖 和 阀 座 环 间 以 及 推 杆 导 向 和 阀 座 环 间 采 用 整 体 装 配 后, 找 直 对 中 容 易, 这 样 可 更 好 保 证 阀 不 泄 漏, 不 超 出 规 定 对 阀 座 夹 紧 采 用 浮 动 轴 承 支 撑 法, 是 为 了 防 止 从 管 道 外 力 通 过 阀 传 给 阀 座 环, 这 种 结 构, 对 泄 漏 V 级, 比 用 螺 纹 连 接 的 阀 座, 显 得 更 有 利 阀 座 定 位 阀 笼 保 证 介 质 均 匀 流 出 带 有 阀 座 夹 的 阀 ( 图 9) 比 螺 纹 连 接 的 阀 座 环 ( 图 10) 更 容 易 维 护, 因 为 带 阀 座 夹 环 无 需 特 殊 工 具 就 可 被 快 速 可 靠 更 换 显 然, 它 比 螺 纹 快 速 更 换 连 接 形 式 更 具 优 点, 因 为 使 用 专 用 工 具 在 防 止 永 久 不 泄 漏 时, 需 施 加 更 大 的 力 矩, 通 常 大 于 阀 座 的 快 速 更 换 系 统 阀 芯 和 阀 座 环 是 调 节 阀 中 高 负 荷 的 部 件, 磨 定 位 阀 笼 损 程 度 和 密 封 功 能, 以 及 耐 用 性 和 使 用 都 是 由 优 带 定 位 阀 座 的 阀 门 化 设 计 和 正 确 的 材 料 选 择 来 决 定 的 从 简 便 通 用 经 济 效 益 以 及 可 方 便 更 换 来 看, 夹 环 式 阀 座 被 证 明 是 最 有 效 的, 在 这 一 设 计 中, 阀 芯 以 传 统 的 方 式, 采 用 推 杆 导 向, 而 对 高 压 降 和 大 口 径 阀 用 阀 座 夹 紧 实 现 密 封 图 9: 带 有 阀 座 夹 的 调 节 阀

14 24 经 济 和 装 置 安 全 的 意 义 整 体 经 济 的 影 响 因 素 25 图 10: 带 螺 纹 阀 座 的 调 节 阀 图 11: a) 有 自 调 整 作 用 的 V 型 填 料 b) 可 调 整 的 石 墨 或 PTFE 填 料 阀 座 密 封 力 的 限 定 1000Nm, 它 同 样 也 依 赖 于 相 配 的 材 料 和 螺 纹 状 况 相 对 比, 带 阀 座 夹 的 阀, 阀 座 密 封 的 外 力 被 明 确 限 定 在 外 壳 阀 座 定 位 阀 笼 和 阀 座 环 间, 取 决 于 阀 座 密 封 的 设 计 必 须 的 公 差 重 复 性, 可 通 过 性, 可 通 过 CNC( 数 控 机 床 ) 生 产 技 术 来 保 证 阀 座 环 的 更 换 只 需 放 入 阀 座 密 封 和 一 个 新 的 阀 座 环, 再 以 阀 盖 上 的 螺 栓 锁 紧 即 可 c) 采 用 安 全 填 料 盒 的 波 纹 管 密 封 阀 杆 密 封 任 何 阀 的 中 心 要 求 与 外 部 环 境 形 成 永 久 性 可 三 重 阀 杆 密 封 系 统 靠 的 密 封, 重 要 的 是 如 何 选 择 经 济 有 效 的 方 法, 特 别 是 在 可 操 作 和 便 于 更 换 方 面, 这 里 介 绍 的 三 重 密 封 系 统 ( 图 11a b c) 被 市 场 所 认 可 选 防 旋 转 设 施

15 26 经 济 和 装 置 安 全 的 意 义 整 体 经 济 的 影 响 因 素 27 择 合 适 的 填 料 盒, 关 键 的 参 数 是 压 力 温 度 工 分 程 操 作 艺 流 体 运 动 形 式 ( 旋 转 式 或 线 性 ) 执 行 机 构 工 作 范 围 限 定 填 料 盒 系 统 的 一 个 重 要 部 件 是 阀 门 推 杆 和 紧 固 密 封 功 能 它 的 表 面 为 防 止 磨 损, 表 面 需 要 尽 可 能 的 坚 硬 故 障 检 测 和 光 洁 度 尽 可 能 高 按 要 求, 推 杆 须 经 过 精 细 转 执 行 时 间 动 打 磨, 再 经 过 滚 压 抛 光 经 过 这 一 方 法, 可 得 死 区 到 光 洁 度 R Z <4~5μm, 再 光 洁 的 表 面, 就 没 什 以 上 功 能 在 试 车 操 作 时 都 要 调 整 好, 或 在 试 蠕 动 的 风 险 么 优 点 了, 特 别 是 石 墨 填 料, 在 粘 附 力 作 用 下, 而 产 生 的 蠕 变 效 应, 而 且 特 别 是 在 石 墨 填 料 情 况 下, 阀 门 推 杆 和 填 料 盒 室 的 材 料, 需 特 别 留 运 行 中 被 自 动 确 定 另 一 方 案 也 可 将 这 些 参 数 在 通 过 现 场 优 化 或 通 过 数 字 通 讯 来 与 控 制 系 统 联 动 测 试 时 来 调 整, 即 使 在 设 备 已 运 转 时, 更 换 定 位 参 数 的 优 化 意, 避 免 产 生 伽 伐 利 电 流 效 应 引 起 的 腐 蚀 器 也 是 很 方 便 的 这 是 可 能 的, 如 上 阀 盖 和 螺 纹 连 接 的 填 料 盒 都 用 带 数 字 输 出 的 微 处 理 器 控 制 的 定 位 器 ( 二 全 不 锈 钢 制 就 可 以 进 制 气 动 压 电 晶 体 控 制 ) 与 传 统 定 位 器 和 与 带 模 再 进 一 步 永 久 性 的 填 料 盒 设 计 应 是 加 一 有 效 刮 尘 圈, 并 使 该 圈 与 填 料 盒 间 的 距 离, 在 所 有 情 况 下, 都 要 大 于 阀 的 行 程, 因 为 这 是 保 护 填 料 盒 拟 气 动 输 出 的 微 处 理 器 定 位 器 相 比, 具 有 显 著 的 的 优 点 特 别 是 压 缩 空 气 消 耗 传 统 定 位 器 每 年 耗 费 为 平 均 6000Nm 3 ( 合 400 欧 元 ) 而 一 个 压 降 低 空 气 消 耗, 节 约 成 本 室 远 离 杂 质 尘 粒 和 阀 门 推 杆 的 易 损 区 域 电 晶 体 定 位 器 只 需 每 年 150Nm 3, 相 比 之 下, 成 本 要 低, 分 摊 到 每 个 单 元 也 就 是 最 多 两 年 收 回 成 采 用 智 能 定 位 器 使 成 本 节 省 本 现 代 微 处 理 器 控 制 的 定 位 器 提 供 了 如 下 的 操 作 模 式 : 自 动 操 作, 手 动 操 作, 初 始 化, 参 数 化 和 诊 断 参 数 化 是 : 特 性 设 定 方 向 由 于 高 温 或 异 常 震 动, 不 能 使 定 位 器 安 装 于 执 行 机 构 上, 可 使 用 外 接 位 置 编 码 器 的 这 一 结 实 的 位 置 定 位 编 码 器 ( 耐 120 的 环 境 温 度 ), 特 别 适 合 调 节 阀, 它 可 位 于 调 节 阀 处, 真 正 的 定 位 器 被 安 置 在, 最 远 距 调 节 阀 可 达 20 米 的 地 方 外 接 位 置 编 码 器 的 选 用

16 28 经 济 和 装 置 安 全 的 意 义 设 备 安 全 和 SIL 分 级 29 调 节 阀 的 诊 断 部 分 ) 电 气 电 子 及 可 编 程 控 制 器 的 基 本 安 条 件 的 确 切 描 述 数 字 定 位 器 可 利 用 正 常 操 作 时, 所 产 生 的 许 多 参 数, 如 : 控 制 剩 余 偏 差 值, 自 适 应 控 制 的 参 数 变 化 机 械 参 数 有 定 期 停 车 的 行 程 和 使 用 期 间 的 行 程 变 化 方 向 变 化 等 参 数 在 万 一 电 源 故 障 时, 这 些 的 参 数 都 被 记 录, 整 理 和 存 储 在 定 位 器 内 如 用 合 适 的 软 件 和 专 家 系 统 就 可 以 准 确 显 示 当 时 调 节 阀 的 状 况 连 续 监 视 还 可 帮 助 避 免 发 生 未 预 见 到 的 故 障 和 及 时 编 出 备 品 备 件 表 未 来 数 字 定 位 器 可 取 代 调 节 阀 的 常 规 维 修 周 期, 因 而 也 大 大 节 约 了 生 命 周 期 内 的 成 本 全 内 在 EN61511,EN62061,EN954-1 和 ISO 标 准, 还 提 到 有 关 应 用 方 面 标 准, 特 别 是 机 械 部 件 以 上 所 引 述 的 各 部 分 是 非 常 复 杂 的, 经 常 导 致 设 计 规 则 被 随 意 解 释, 使 得 工 厂 操 作 人 员 设 计 人 员 和 阀 门 制 造 厂 之 间 的 关 系 无 法 界 定 由 于 这 个 原 因,VDMA 德 国 机 械 和 设 备 制 造 商 联 合 会, 制 定 了 一 系 列 用 于 阀 门 和 阀 门 定 位 器 的 SIL 准 则 这 一 内 容 在 此 会 被 简 要 描 述 这 些 准 则 的 基 本 思 路 是,SIL 分 级 应 建 立 在 基 于 EN61508 SIL 准 则 S I L 装 置 安 全 和 SIL 分 级 根 据 当 前 欧 洲 标 准, 装 置 安 全 与 SIL 联 系 在 一 起, SIL 代 表 安 全 完 整 级 别, 它 规 定 了 电 气 电 子 和 可 编 程 控 制 器 在 4 级 安 全 功 能 方 面 的 可 靠 性 要 求 (SIL 按 危 险 性 程 度 分 为 4 个 级 别 ) 安 全 功 能 的 任 务 是 消 除 过 程 中, 对 人 员 环 境 以 及 对 象 造 成 危 害 的 风 险 因 素 SIL 要 求 安 全 系 统 应 考 虑 与 安 全 有 关 的 来 龙 去 脉, 包 括 各 种 因 素 间, 评 估 可 能 在 装 置 发 生 故 障 时 对 人 员 和 环 境 造 成 的 伤 害 以 及 在 危 险 区 人 员 停 留 的 完 整 的 安 全 系 统 上, 包 括 传 感 器, 控 制 系 统 和 执 行 机 构 对 于 单 个 部 件 ( 如 调 节 阀 ), 仅 谈 到 关 键 参 数 ( 如 MTBF, 平 均 无 故 障 时 间,SFF, 安 全 故 障 率 ;DC, 诊 断 覆 盖 率 ) 问 题 是 单 个 部 件 的 关 键 参 数 应 该 进 行 定 量 评 估 后, 才 能 得 出 全 系 统 的 SIL 分 级 这 里 应 该 提 醒 的 是 对 进 行 评 估 时, 调 节 阀 的 故 障 率 应 在 总 故 障 率 中 加 权 50% 基 于 这 样 的 评 估, 工 厂 设 计 者 不 论 是 选 择 高 质 量 设 备 或 考 虑 传 感 器 控 制 系 统 或 调 节 阀 的 冗 余 才 会 达 到 SIL 要 求 用 于 全 系 统 的 SIL 分 级 机 率 这 些 基 本 标 准 都 包 括 在 EU61508( 第 0-7

17 30 经 济 和 装 置 安 全 的 意 义 设 备 安 全 和 SIL 分 级 31 能 源 供 应 的 限 制 装 置 安 全 依 靠 防 爆 措 施 实 现 由 于 电 气 和 电 子 控 制 系 统 的 发 展, 增 加 了 化 工 厂 安 装 的 复 杂 性, 要 保 证 电 信 号 用 于 控 制 气 动 执 行 机 构, 开 发 出 电 - 气 转 换 器 将 电 气 信 号 转 换 为 气 动 信 号, 并 集 成 到 定 位 器 上, 因 而 设 计 要 考 虑 防 爆 多 年 来 一 直 采 用 从 采 矿 业 移 植 过 来 的 外 壳 耐 压 防 爆 近 年 来, 德 国 化 工 界 又 开 发 出 EEx i- 本 质 安 全 技 术 现 在 又 被 推 广 到 国 际 上 应 用 按 照 该 原 理 所 设 计 的 设 备, 在 危 险 区 复 杂 性 明 显 高 于 常 规 定 位 器 一 方 面 是 由 于 考 虑 了 电 容 值, 另 一 方 面 是 目 前 的 处 理 器 存 储 器 和 执 行 器 的 功 耗 仍 高 出 常 规 的 50%, 所 以 一 旦 发 生 故 障, 其 本 身 热 效 仍 显 得 较 大 EEx d- 耐 压 外 壳 型 引 燃 保 护 耐 压 外 壳 的 含 义 是 当 设 备 内 部, 因 任 何 原 因 而 发 生 引 燃 时, 不 会 扩 散 到 外 部 环 境 中 去 因 而 限 制 能 量 级 别 就 显 得 没 有 必 要 了 设 备 的 外 壳 内, 只 限 制 引 燃 所 需 的 电 能 它 是 典 型 的 小 型 设 备, 可 在 操 作 时 进 行 维 护, 总 的 来 说, 它 们 不 再 昂 贵 EEx i - 本 质 安 全 一 种 引 燃 保 护 形 式 传 统 定 位 器 的 I/P( 电 流 / 气 压 ) 转 换 是 采 用 固 定 或 可 动 铁 芯 线 圈, 根 据 力 平 衡 原 理, 以 机 械 式 达 到 气 动 控 制 因 而 使 本 质 安 全 型 存 在 一 些 缺 点 当 开 发 第 一 个 智 能 定 位 器 时, 功 耗 依 然 相 对 较 高 而 本 质 安 全 回 路 的 功 耗 不 能 高 于 150Mw( 毫 瓦 ), 第 一 台 开 发 出 的 定 位 器 不 能 满 足 本 安 引 燃 保 护 直 到 1992 年, 超 低 功 耗 可 控 压 电 晶 体 定 位 器 的 问 世, 功 耗 才 满 足 要 求, 根 据 本 安 型 引 燃 保 护 而 设 计 出 来 的 智 能 定 位 器, 其 和 操 作 控 制 的 设 计 应 该 做 到 引 燃 扩 散 保 护 的 合 适 间 隙, 使 密 封 面 的 公 差 和 外 壳 的 复 杂 加 工 精 度 成 为 主 题 只 有 在 特 殊 和 安 全 条 件 下, 才 能 开 启 耐 压 外 壳 一 台 现 代 化 定 位 器 允 许 现 场 工 作, 而 不 需 打 开 耐 压 外 壳 只 有 一 种 可 能 可 在 外 面 操 作 ; 例 如 设 计 已 考 虑 到 可 在 外 部 操 作 的 目 镜 和 控 制 按 钮 非 电 气 设 备 的 防 爆 引 入 94/9EC 指 令 中, 所 有 处 于 潜 在 爆 炸 环 境 的 部 件, 必 须 经 过 引 燃 安 全 的 风 险 分 析 对 一 些 简 单 部 件, 如 管 路 管 件 容 器 或 阀, 可 产 生 静 电 荷 的 除 外, 被 明 确 不 包 括 在 这 一 指 令 内 对 于 复 杂 部 件, 特 别 是 针 对 执 行 机 构 和 非 电 气 安 引 燃 扩 散 保 护 间 隙 风 险 分 析 的 执 行

18 32 经 济 和 装 置 安 全 的 意 义 调 节 阀 的 规 格 和 选 择 标 准 33 装 部 件, 制 造 商 必 须 进 行 风 险 评 估 并 有 按 照 ATEX 指 定 或 被 制 造 商 声 明 在 ATEX 规 定 之 外 的 证 调 节 阀 的 规 格 和 选 择 标 准 明 调 节 阀 的 选 择 正 是 操 作 者 设 计 者 和 供 应 商 之 间, 对 不 同 应 用 场 合 和 有 相 互 影 响 的 过 程 上 所 存 在 问 题 这 些 常 常 反 映 在 调 节 阀 数 据 表 上 调 节 阀 的 数 据 表 调 节 阀 数 据 表 中 的 数 据 选 择 是 按 照 IEC 或 ISA 标 准 进 行 的 是 设 计 者 和 操 作 者 必 须 遵 循 的 基 本 数 据 包 括 : 公 称 尺 寸 和 公 称 压 力 ( 按 照 管 路 系 统 ), 连 接 形 式 设 计 压 力 和 温 度 可 利 用 的 能 源 数 据 和 其 它 过 程 集 成 的 要 求 基 础 数 据 工 艺 流 体 至 少 一 个 最 好 填 写 三 个 与 操 作 点 有 关 的 数 据,( 质 量 或 体 积 流 量, 上 游 压 力 P1, 下 游 压 力 P2, 流 体 温 度 T1), 如 果 用 于 蒸 汽 降 温 降 压 阀, 还 需 要 T2 此 外, 工 艺 流 体 特 性, 对 调 节 阀 的 选 择 有 明 显 影 响 也 需 详 细 填 写 如 是 液 体, 数 据 应 包 括 密 度 蒸 气 压 力 对 于 气 体 和 蒸 气, 要 注 明 标 准 密 度 熵 值 和 有 效 气 体 系 数

19 34 调 节 阀 的 规 格 和 选 择 标 准 流 量 系 数 的 计 算, 阀 内 件 选 择 经 常 或 特 殊 情 况 下 的 使 用 计 算 程 序 从 经 济 角 度, 阀 门 合 理 选 择, 在 整 个 装 置 中 是 一 件 特 殊 任 务, 并 起 到 重 要 角 色 的 作 用, 调 节 阀 在 装 置 中 是 否 被 经 常 使 用 或 仅 用 在 特 殊 场 合 ( 如 开 车 / 停 车, 或 安 全 功 能 下 使 用 ) 通 常 不 被 包 括 在 调 节 阀 数 据 表 里, 明 智 的 话, 设 计 者 和 操 作 者 允 许 供 应 商 看 PID 图 *, 特 别 是 查 看 控 制 回 路 图 调 节 阀 优 化 选 择 通 常 包 括 三 个 阶 段 : 阀 在 工 作 状 态 下 的 流 量 系 数 的 计 算, 选 择 适 合 的 阀 内 件 形 式 和 公 称 尺 寸 阀 型 和 设 计 的 选 择 外 壳 阀 内 件 和 密 封 材 料 的 选 择 流 量 系 数 的 计 算, 阀 内 件 公 称 尺 寸 的 选 择 决 定 流 量 系 数, 可 选 用 阀 门 制 造 商 ( 如 ARCAVENA) 或 其 它 工 程 计 算 工 具 ( 如 Conval 及 其 它 ), 这 些 程 序 的 基 本 特 点 是 : 按 照 IEC 标 准 的 流 量 系 数 计 算 调 节 阀 制 造 商 的 计 算 程 序 通 常 采 用 可 给 出 优 化 的 阀 门 型 式 和 其 相 关 声 源 级 别 和 空 化 时 的 阀 内 件 (* 带 控 制 点 的 工 艺 流 程 图 即 PID 原 文 写 的 R&I 有 误, 译 者 注 ) 液 体 介 质 的 阀 内 件 选 择 作 为 惯 例, 在 首 先 计 算 时 先 假 设 使 用 抛 物 线 阀 芯, 可 预 估 出 流 体 状 态 是 否 处 于 亚 临 界 流 ( 层 流 或 湍 流 ) 空 化 闪 蒸 如 果 目 前 是 层 流 或 湍 流, 单 级 抛 物 线 阀 芯 是 正 确 的 选 择 在 首 先 计 算 中, 如 预 计 为 空 化 状 态, 但 必 须 再 次 澄 清 是 否 真 是 空 化 它 对 阀 门 是 否 预 示 出 可 被 容 忍 地 步 因 为 空 化 对 阀 门 的 损 坏 是 一 个 复 杂 过 程 的 结 果 从 本 质 上 看, 它 是 能 按 照 IEC 或 标 准 估 算, 声 源 级 别 ( 标 准 状 况 下 ) 可 预 测 的 阀 内 流 体 状 况 在 大 多 数 情 况 下 : 必 需 的 阀 门 公 称 尺 寸 按 上 述 阀 门 公 称 尺 寸 的 流 速 量 转 换 的 后 果, 对 下 游 压 力 P2 处 和 阀 座 阀 芯 的 材 料 应 保 护 和 不 受 磨 损 对 空 化 造 成 的 损 坏 可 这 样 认 为, 它 同 时 会 伴 随 >85dB(A) 难 以 忍 受 的 噪 音 唯 一 可 降 低 空 化 造 成 的 损 害 是 采 取 重 新 分 配 压 降 和 正 确 的 压 力 比 一 个 合 理 解 决 方 法 是, 采 用 多 达 5 级 相 互 配 合 的 阀 芯 ( 如 图 12) 在 多 级 阀 芯 中 压 降 的 分 布

20 36 调 节 阀 的 规 格 和 选 择 标 准 流 量 系 数 的 计 算, 阀 内 件 选 择 在 气 化 情 况 下, 也 被 称 作 闪 蒸, 它 是 停 留 在 节 流 点 后 余 存 的 蒸 气 和 液 体 的 混 合 物, 由 于 图 13: 单 级 多 孔 阀 芯 有 残 留 气 相 存 在, 使 闪 蒸 不 会 产 生 高 声 压 级 另 外 它 是 气 液 混 合 物, 流 速 又 很 高, 在 节 流 点 的 极 图 12: 三 级 抛 物 线 阀 芯 多 孔 阀 芯 控 制 段 在 使 用 抛 物 线 阀 芯 时, 特 别 是 液 体 在 高 压 差 比 时 ( 与 空 化 或 气 化 不 存 在 必 然 联 系 ), 阀 芯 的 震 动 有 时 会 导 致 阀 杆 断 裂 造 成 震 动 的 原 因, 就 是 抛 物 线 阀 芯 浸 在 流 体 中 总 不 能 达 到 平 衡 稳 定, 正 如 柏 努 里 效 应 一 样, 如 果 阀 芯 偏 向 一 边, 会 造 成 这 一 边 的 流 速 增 高, 压 力 下 降 使 用 抛 物 线 阀 芯 的 这 一 物 理 效 应 不 可 避 免, 但 可 以 通 过 更 坚 固 的 导 向 来 保 证 它 的 稳 定 性 ( 通 常 采 用 双 导 向 阀 芯 或 一 个 在 阀 芯 上 部, 一 个 在 阀 芯 下 部 ) 在 传 统 阀 门 里, 是 通 过 底 部 辅 助 法 兰 来 解 决 的 但 需 要 附 加 一 个 静 态 密 封, 因 其 容 易 受 污 染 ( 图 14) 双 导 向 快 速 更 换 系 统 ( 如 图 15), 这 些 限 多 孔 阀 芯 的 使 用 端 工 况 下, 由 于 受 液 滴 冲 击 作 用 会 使 阀 内 件 甚 至 外 壳 都 受 到 损 坏 因 此 在 上 述 情 况 下, 选 用 多 孔 抛 物 线 阀 芯 是 合 理 的, 在 K vs 值 很 小 时, 采 用 抛 物 线 阀 芯 可 使 阀 芯 被 流 体 介 质 包 围, 最 大 限 度 防 止 阀 的 功 能 部 件, 如 阀 门 推 杆 和 导 向 轴 套 不 会 受 到 液 滴 冲 击 而 损 坏 这 种 极 端 条 件 下, 采 用 角 柏 努 里 效 应 型 阀 可 使 外 壳 受 损 降 到 最 低, 因 为 工 艺 流 体 在 节 流 点 之 后, 不 再 有 破 坏 作 用 了

21 38 调 节 阀 的 规 格 和 选 择 标 准 流 量 系 数 的 计 算, 阀 内 件 选 择 图 14: 采 用 双 导 向 抛 物 线 阀 芯 ( 传 统 形 式 ) 用 于 气 体 和 蒸 气 的 阀 内 件 选 择 在 气 体 和 蒸 气 的 各 种 流 动 工 况, 通 过 阀 门 计 算 都 可 预 计 到 亚 临 界 和 超 临 界 膨 胀 可 鉴 别 出 来 后 者 ( 即 阻 塞 流 ) 从 实 际 情 况 来 看, 气 体 在 节 流 点 的 流 速 已 超 过 音 速, 在 湍 流 状 态 下 能 量 也 不 再 损 失 而 是 表 现 出 一 种 压 缩 震 动 形 式 ( 像 是 超 亚 临 界 和 超 临 界 膨 胀 音 速 飞 机 的 轰 鸣 声 ) 使 阀 内 部 件, 如 阀 门 推 杆 发 生 折 断 这 种 类 似 空 化 现 象 的 临 界 膨 胀, 只 能 采 用 多 级 膨 胀 段 间, 通 过 压 力 比 的 重 新 分 配 才 能 避 免 在 气 体 状 况 下, 超 临 界 膨 胀 伴 有 很 高 的 声 图 15: 采 用 双 导 向 抛 物 线 阀 芯 ( 快 速 更 换 系 统 ) 级 在 亚 临 界 膨 胀 状 况 下, 也 经 常 会 发 出 声 音, 按 照 惯 例 在 80~85dB(A) 间 尚 可 容 忍 在 气 体 和 蒸 气 状 况 下, 有 两 种 降 低 声 源 级 别 的 可 能 : 多 级 膨 胀 分 散 总 流 量, 使 用 多 通 道 ( 参 见 声 音 消 音 快 速 更 换 系 统 制 就 都 没 了, 这 里 没 有 额 外 的 密 封 点, 下 导 向 轴 套 在 底 部 是 敞 开 的, 对 污 染 物 不 敏 感, 另 一 好 处, 是 阀 内 件 结 构 简 易, 如 需 改 造 的 话 也 很 经 济 扩 散 部 分,P54) 气 体 消 音 阀 有 两 种 结 构 组 合 可 供 选 择 例 如 设 计 用 单 级 或 多 级 多 孔 阀 芯, 结 合 固 定 式 多 流 路 分 配 器 ( 多 孔 筛 网 板 或 迷 宫 圆 柱 体 ), 这 种 设 计 只 适 用 于 清 洁 流 体 对 有 些 气 体 中 ( 液 体 亦 然 ) 含 有 固 体 或 杂 质 时, 多 孔 板 或 迷 宫 式 柱 体 就 受 到 限 制 一 个 折 中 的 办 法, 就 是 阀 内 件 不 能 采 用 对 固 体 或 聚 合 物 会 有 影 响 的 材 料

22 40 调 节 阀 的 规 格 和 选 择 标 准 阀 门 形 式 的 选 择 41 确 定 恰 当 的 阀 门 公 称 尺 寸 阀 门 设 计 的 选 择 在 大 多 数 情 况 下, 当 K VS 值 和 阀 内 件 的 选 择 在 应 用 时 对 阀 门 设 计 的 选 择, 常 取 决 于 设 计 与 公 称 管 径 相 匹 配 一 经 确 定, 阀 门 的 最 小 公 称 直 径 也 被 确 定 这 时 仅 需 要 检 查 阀 门 的 公 称 尺 寸 与 所 规 定 的 管 道 尺 寸 是 否 相 匹 配 如 果 它 不 比 公 称 管 径 尺 寸 大, 或 者 温 度, 设 计 压 力 和 工 艺 流 体 的 性 质 单 座 球 型 阀 ( 进 出 口 位 于 相 向 各 一 侧 ) 最 具 广 泛 的 适 用 性, 它 的 阀 盖 和 阀 内 件 几 乎 可 适 用 于 任 何 情 况 广 泛 使 用 的 单 座 调 节 阀 由 于 机 械 原 因, 也 不 比 公 称 管 径 小 一 半 阀 盖 的 选 择, 是 考 虑 在 填 料 盒 区 所 允 许 最 理 如 果 调 节 阀 在 高 压 力 比 的 气 体 膨 胀 情 况 下 使 想 的 温 度, 和 绝 热 可 能 性 即 在 低 温 情 况 下, 还 用 时, 选 择 阀 门 尺 寸 最 需 要 注 意 的 是 阀 门 出 口 处 是 要 加 热 情 况 下 标 准 阀 盖 的 温 度 范 围 为 关 注 出 口 速 度 的 气 流 速 度, 在 任 何 情 况 下, 不 能 超 过 音 速 的 一 半, 最 好 不 超 过 三 分 之 一 如 果 出 口 速 度 超 过 音 速, 这 时 阀 有 受 冲 击 波 损 坏 的 风 险, 降 低 出 口 速 a) 图 16: a) 装 有 弹 簧 的 填 料 盒 的 标 准 阀 盖 度 的 折 中 方 法, 是 在 下 游 管 段 加 装 多 孔 板, 提 升 b) 带 冷 却 片 的 阀 盖, 用 于 高 温 度 操 作 下 游 压 力 假 使, 阀 门 公 称 尺 寸 小 于 管 路 公 称 尺 c) 绝 热 柱 寸, 须 在 管 路 扩 张 段 的 下 游 安 装 多 孔 板 从 流 体 c) 力 学 的 角 度 看, 在 所 有 操 作 情 况 下, 都 需 要 经 常 弹 簧 考 虑 到 多 孔 板 可 与 安 装 的 调 节 阀 相 连 接 调 节 阀 中 的 液 体 在 其 接 近 沸 点 时 会 出 现 显 著 气 化 现 象, 必 须 慎 重 考 虑 它 的 出 口 公 称 尺 寸 因 b) 为 蒸 气 容 积 量 大 约 是 其 相 应 液 体 容 积 的 800 倍 有 大 量 蒸 气 存 在 时 阀 下 游 的 蒸 气 在 阀 出 口 的 速 度 和 下 游 管 路 中 的 速 度, 可 通 过 热 力 学 的 方 法 计 算 这 里 用 多 孔 板 不 冷 却 翅 片 合 适, 因 为 有 液 滴 的 冲 击 现 象 经 验 表 明, 此 时 管 路 的 公 称 尺 寸, 总 是 被 装 置 设 计 者 降 低, 仅 通 过 调 节 阀 本 身 的 补 偿 是 不 够 的

23 42 调 节 阀 的 规 格 和 选 择 标 准 调 节 阀 的 规 格 和 选 择 标 准 高 达 +200 和 公 称 压 力 在 40 巴 时, 根 据 目 前 技 术 水 平, 采 用 自 调 式 弹 簧 负 荷 填 料 盒 ( 图 16a) 操 作 温 度 超 过 250, 通 常 采 用 冷 却 翅 片 图 17: 带 蒸 汽 夹 套 的 阀 体 和 盖 板 法 兰 的 调 节 阀 (ARCA ECOTROL ) 深 冷 温 区 的 绝 热 柱 ( 图 16b), 用 可 调 的 石 墨 填 料 盒, 使 用 温 度 高 达 450 对 于 250 以 上 采 用 冷 却 翅 片, 主 要 是 考 虑 其 对 阀 有 较 好 的 绝 热 性 在 深 冷 温 区, 使 用 绝 热 柱 ( 图 16c), 能 保 证 工 艺 介 质 与 环 境 间 的 能 量 交 换 可 降 到 最 低, 同 时 也 保 护 填 料 盒 不 结 霜 根 据 这 种 要 求, 设 计 所 考 虑 的 延 伸 管 范 围, 可 从 简 易 的 整 体 阀 杆 伸 长 管 型 到 绝 热 空 芯 阀 杆 内 充 填 矿 物 泡 沫 方 法 都 可 达 到 最 大 限 度 降 低 内 部 和 阀 杆 外 部 的 对 流 当 用 于 有 严 重 污 染 的 工 艺 介 质 时, 调 节 阀 需 要 适 当 的 选 择, 也 就 是 设 计 中 有 任 何 微 小 细 节 不 周 到 的 地 方 都 应 尽 可 能 避 免, 在 大 直 径 和 高 压 差 情 况 下 的 双 座 阀 另 一 可 供 选 择 是 采 用 压 力 平 衡 系 热 媒 连 接 热 媒 连 接 统 对 于 磨 损 介 质, 角 型 阀 由 于 在 出 口 可 以 畅 工 艺 流 体 连 接 口 对 于 工 艺 流 体 的 特 殊 措 施 通 流 动, 再 采 用 合 适 的 材 料, 即 使 在 极 端 的 条 件 下, 它 们 也 可 以 使 用 很 长 年 限 如 果 流 体 有 聚 合 倾 向, 阀 和 管 路 都 应 被 加 热 ( 图 17) 为 达 到 这 一 目 的, 可 用 夹 套 结 构, 在 夹 套 内 通 常 采 用 热 油 或 蒸 汽 加 热 必 要 的 话, 在 填 料 盒 区 域 和 波 纹 管 也 应 加 热 阀 外 壳 和 阀 内 件 材 料 的 选 择 选 择 阀 外 壳 材 料 的 关 键 要 素 是 : 操 作 压 力 温 度 范 围

24 44 阀 外 壳 和 内 件 的 材 料 选 择 阀 外 壳 和 内 件 的 材 料 选 择 45 选 择 标 准 耐 化 学 性 及 与 工 艺 流 体 间 的 作 用 机 械 强 度 耐 磨 程 度 ( 磨 损 腐 蚀 ) 采 用 规 定 (DIN 或 ANSI,TRB801) 如 果 管 路 系 统 材 料 有 所 规 定, 这 一 材 料 或 相 对 应 的 材 料 也 可 用 于 阀 的 外 壳 如 果 工 艺 流 体 不 需 要 特 别 措 施, 材 料 的 选 择 应 以 压 力 和 温 度 为 基 都 有 严 格 准 则, 是 由 用 户 组 织 来 制 定 的 例 如 : Eurochlor( 欧 洲 氯 化 物 ) 准 则 (GEST98/245, 或 欧 洲 气 体 协 会 的 氧 气 准 则 ( 具 有 严 重 腐 蚀 性 的 工 艺 介 质, 由 于 成 本 的 原 因, 采 用 全 部 耐 腐 材 料 加 工 外 壳 是 没 有 意 义 的 这 里 采 用 一 种 在 阀 的 外 壳 衬 上 耐 腐 金 属 陶 瓷 或 表 1: 阀 外 壳 的 材 料 选 择 特 殊 合 金 准, 材 料 的 选 择 将 减 少 到 几 种 材 料 ( 表 1) 欧 洲 标 准 适 用 温 度 ASTM 适 用 温 度 GP240GH -10 到 +400 A216WCB -28 到 GX5CrNiMo 到 +300 A351CF8M -196 到 GX5CrNiMoNb 到 G20Mn5-40 到 +400 A352LCB -50 到 GX3CrNi 到 G17CrMo 到 +530 A217WC6-28 到 +530 受 压 部 件 所 使 用 的 材 料 极 限, 通 常 在 压 力 温 度 表 里 是 以 公 称 压 力 为 代 表 如 果 有, 就 是 由 工 艺 介 质 所 产 生 的 腐 蚀 侵 蚀, 这 时 需 采 用 特 殊 合 金 特 殊 铸 件 厂 可 以 提 供 多 种 合 金 用 于 特 别 应 用 之 需, 同 它 相 对 应 的 是 耐 腐 蚀 表 在 Dechema ( 德 国 化 学 工 程 和 生 物 技 术 学 会 ) 材 料 手 册 里 可 以 找 到 非 常 详 细 的 内 容 ( 在 一 确 定 的 工 艺 流 体, 关 于 材 料 选 择 和 设 计 要 求 聚 合 材 料 的 方 法 在 这 种 情 况 下, 受 压 外 壳 不 与 工 艺 介 质 接 触 衬 里 时 特 别 要 注 意 的 是 在 承 压 件 内 部 部 件 和 所 有 密 封 点 对 于 节 流 件 和 阀 座, 通 常 可 用 铬 金 属 ( 例 如 /A473), 奥 氏 体 ( 铬 - 镍 ) 钢, 铬 - 钒 钢, 铬 - 钼 钢 将 被 使 用 调 节 阀 中 功 能 部 件 的 材 料 至 少 与 外 壳 的 材 料 一 致, 如 可 能, 应 该 更 高 一 级 阀 内 件 和 高 负 荷 区 域 所 使 用 的 材 料 见 表 2 材 料 适 用 温 度 典 型 应 用 X20Cr13-10 到 +400 标 准 应 用 水 蒸 气 和 非 腐 蚀 介 质 X6CrNiMoTi 到 +400 增 加 耐 腐 要 求 的 应 用 Stellite 硬 质 合 金, 表 面 硬 化 处 理 -196 到 +400 增 加 机 械 强 度 和 耐 腐 性 X90CrMoV18 硬 处 理 -10 到 +400 高 差 压 下 的 水 蒸 汽 X20CrMoV 到 +580 特 别 为 在 480 以 上 的 应 用 碳 化 钨 特 殊 陶 瓷 采 用 耐 腐 内 衬 的 防 腐 材 料 表 2: 阀 内 件 的 材 料 选 择 -10 到 +400 在 流 体 中 有 固 体 颗 粒 侵 蚀 的 情 况

25 46 阀 外 壳 和 内 件 的 材 料 选 择 密 封 件 材 料 的 选 择 47 表 面 处 理 后 的 不 同 硬 度 值 可 兼 容 陶 瓷 设 计 图 18: 采 用 碳 化 钨 阀 芯 和 双 面 碳 化 钨 阀 座 调 节 阀 对 多 孔 阀 芯 和 导 向 轴 套 采 用 氮 化 或 Tenifer 法 的 表 面 处 理, 由 于 各 自 磨 损 不 同, 使 硬 度 值 提 高 成 为 可 能, 例 如, 特 别 是 在 阀 的 高 负 载 区 和 超 高 流 速 区, 以 及 存 在 有 磨 蚀 作 用 工 艺 介 质 和 高 压 差 工 况 下, 都 可 使 用 硬 镀 层 和 陶 瓷 材 料, 如 司 太 来 合 金 碳 化 钨 氧 化 铝 氧 化 锆 和 氮 化 硅 等 阀 内 件 使 用 碳 化 物 或 陶 瓷 制 是 先 决 条 件, 特 别 是 考 虑 它 们 是 不 同 热 膨 胀 材 料, 调 节 阀 采 用 陶 瓷 相 兼 容 设 计 结 合 阀 门 供 应 商 的 经 验, 理 想 的 做 法 是, 供 应 商 应 使 用 模 块 化 系 统, 使 得 解 决 方 法 采 用 灵 活 可 更 换 和 经 济 性 方 式 完 成 图 18 显 示 的 是 模 块 化 调 节 阀, 采 用 碳 化 钨 阀 芯 和 双 面 碳 化 钨 阀 座 模 块 化 系 统 与 通 常 使 用 的 昂 贵 的 陶 瓷 内 件 相 比, 大 大 降 低 了 成 本 碳 化 钨 阀 座 碳 化 钨 阀 芯 密 封 件 材 料 的 选 择 静 态 密 封 是 由 高 质 量 缠 绕 式 石 墨 垫 片 组 成 缠 绕 式 垫 片 先 要 产 生 一 力 分 流 给 其 一 预 负 最 高 温 度 ( ) 最 高 压 力 (bar) 到 480 > 工 艺 法 兰 垫 片 形 式 简 单 平 垫 片 特 殊 处 理 PTFE 平 垫 片 纯 石 墨 单 层 垫 片 缠 绕 垫 片 带 石 墨 填 充 物 密 封 锯 齿 状 密 封 垫 片 金 属 透 镜 垫 片 金 属 环 接 垫 片 静 态 阀 垫 片 填 料 形 式 典 型 应 用 缠 绕 垫 片 带 密 封 填 充 物 ( 石 墨 / PTFE) 缠 绕 垫 片 带 密 封 填 充 物 ( 石 墨 / PTFE) 缠 绕 垫 片 带 密 封 填 充 物 ( 石 墨 / PTFE) 编 织 式 PTFE 填 料 盒 PTFE V 型 填 料 碳 纤 维 石 墨 编 织 式 填 料 纯 石 墨 箔 滚 压 制 碳 纤 维 石 墨 编 织 式 填 料 波 纹 管 密 封 金 属 透 镜 垫 片 波 纹 管 密 封 金 属 环 接 垫 片 碳 纤 维 石 墨 编 织 式 填 料 盒 荷 如 果 工 艺 不 允 许 使 用 石 墨, 也 可 用 聚 四 氟 乙 烯 (PTFE) 作 为 密 封 填 料 盒 内, 填 料 可 以 用 PTFE 也 可 用 石 墨 作 为 底 层 填 料 ( 见 表 3) PTFE 填 料 结 构 分 为 V 型 自 调 式 和 人 工 调 整 二 种 纯 石 墨 填 料 由 于 摩 擦 力 小, 适 合 用 于 高 温 场 合 调 节 阀 使 用 密 封 的 地 方 尚 有, 阀 座 的 密 封 ( 如 软 密 封 要 求 气 泡 级 紧 密 度 ), 压 力 平 衡 系 统 的 密 封 环 和 特 殊 要 求 的 O 型 环, 由 于 密 封 材 料 所 涉 及 的 知 识 面 广 度 限 制, 详 情 可 查 询 著 名 密 封 厂 家 的 有 关 信 息 通 常 为 非 临 界 介 质 石 化 化 工 能 源 工 业 和 机 械 工 程 石 化 化 工 能 源 工 业 和 机 械 工 程 高 温, 特 别 是 蒸 汽 高 应 力 阀 石 化 和 化 工 非 常 高 气 密 性 高 腐 蚀 介 质 高 压 / 高 温, 真 空 技 术 应 用 化 工 和 石 化, 大 多 数 用 在 英 美 国 家 表 格 3: 石 墨 或 PTFE 复 合 物

26 48 泄 漏 外 气 密 性 49 泄 漏 的, 即 随 着 推 杆 移 动, 密 封 件 产 生 相 适 应 变 形 其 最 原 始 阀 杆 移 动 的 密 封 件 设 计 是 用 薄 膜 密 封 三 个 本 质 性 要 求 全 球 日 益 关 注 环 境 问 题 和 由 生 产 操 作 技 术 带 来 的 与 排 放 相 关 的 立 法 要 求, 这 一 准 则 和 标 准 影 响 到 装 置 上 所 有 部 件, 特 别 是 调 节 阀 要 做 到 能 和 环 境 相 适 合 的 三 个 关 键 点 是, 外 气 密 性 内 气 密 性 和 声 音 扩 散 ( 如 图 19a) 和 波 纹 管 密 封 ( 如 图 19b) 薄 膜 密 封 用 于 压 力 最 高 到 10 巴, 在 它 众 多 的 优 点 之 中, 最 突 出 的 是 其 价 格 低 廉, 紧 凑 的 结 图 19: a) 薄 膜 密 封 薄 膜 密 封 / 波 纹 管 密 封 外 气 密 性 从 生 态 观 点 上, 外 气 密 性 是 一 基 本 准 则, 它 明 确 制 定 了 众 多 法 规 和 标 准 ( 如 ISO15848), 它 是 一 种 使 介 质 有 密 封 功 能 的 标 准, 基 本 上 都 是 受 压 力 部 件 如 外 壳 阀 盖 螺 栓, 以 及 外 壳 与 薄 膜 标 准 : 自 调 式 填 料 盒 阀 盖 间 的 密 封 在 这 里, 阀 门 推 杆 是 主 角, 传 统 的 阀 门 推 杆 密 封 分 为 自 调 式 或 人 工 可 调 填 料 盒, 高 质 量 自 调 式 填 料 盒, 它 的 泄 漏 值 可 达 到 ISO Class B 的 标 准 或 TA Luft( 德 国 立 法 机 构 关 于 危 害 健 康 安 全 型 填 料 盒 b) 波 纹 管 密 封, 带 防 旋 转 设 施 介 质 的 规 定 ) 这 些 十 分 严 格 规 定, 例 如 要 求 汽 车 轮 胎 内 充 氦 气, 在 200 年 里 压 降 仅 为 0.1 巴 如 果 阀 门 推 杆 要 求 更 高 的 密 封 时, 采 用 一 种 叫 作 气 密 式 密 封, 在 这 一 密 封 系 统 中, 仅 使 用 静 态 密 封 件, 阀 门 推 杆 动 作 时 的 密 封 是 专 门 设 计 波 纹 管 防 旋 转 设 施

27 50 泄 漏 外 气 密 性 51 构 及 潜 在 的 高 度 纯 净 波 纹 管 密 封 是 调 节 阀 通 常 采 用 的 密 封 形 式 但 它 需 要 更 多 空 间, 与 薄 膜 密 封 相 比 要 昂 贵 如 果 为 满 足 它 高 质 量 的 设 计 要 图 20: 液 压 辅 助 薄 膜 密 封 (ARCA OPTISEAL ) 求, 除 了 确 保 它 的 密 封 功 能 外, 还 具 有 更 长 的 使 测 试 接 口 用 生 命 周 期 ( 通 常 行 程 冲 击 超 过 百 万 次 ), 和 操 作 压 力 高 达 400 巴, 温 度 高 达 500 双 层 薄 膜 防 扭 力 影 响 液 压 辅 助 薄 膜 密 封 远 程 检 测 一 个 优 良 设 计 的 波 纹 管 密 封 应 具 有 的 基 本 功 能, 是 对 扭 力 有 充 分 保 护, 所 产 生 的 扭 力 会 严 重 影 响 波 纹 管 的 生 命 周 期 不 正 确 的 安 装 造 成 的 ( 例 如 : 阀 与 执 行 机 构 的 配 合 ), 另 一 原 因, 是 由 于 阀 门 和 工 艺 物 料 对 阀 内 件 和 波 纹 管 的 作 用, 所 产 生 的 扭 矩 这 一 扭 矩 可 被 波 纹 管 外 的 防 旋 转 设 施 消 除 未 来 发 展 方 向 是 既 有 波 纹 管 密 封 的 优 点 ( 压 力 范 围 广 和 操 作 的 可 靠 性 ), 又 有 结 合 薄 膜 密 封 ( 紧 凑 结 构 和 高 纯 性 ) 的 功 能, 被 称 作 是 液 压 辅 助 薄 膜 密 封 这 种 密 封, 薄 膜 是 在 工 艺 介 质 和 密 封 液 之 间 形 成 连 续 作 用 的 隔 离 部 件, 不 再 承 受 工 艺 流 体 所 产 生 的 静 压 ( 如 图 20 所 示 ) 阀 杆 动 作 使 密 封 液 体 积 变 化 转 换 为 相 应 的 薄 膜 变 形 它 的 结 构 是 双 薄 膜 这 一 设 计 满 足 了 生 产 装 置 的 安 全 性 和 可 用 性 的 严 格 要 求 在 薄 膜 之 间, 一 个 处 于 非 承 压 的 中 部 空 间, 通 过 测 试 连 接 点 进 行 监 视 采 用 这 一 方 法, 薄 膜 上 无 论 在 主 要 一 侧 ( 介 密 封 液 质 ), 还 是 次 要 一 侧 ( 密 封 液 ) 的 断 裂 都 可 被 检 测 到 在 任 何 情 形 下, 气 密 封 可 以 保 持 完 好 也 保 证 了 工 艺 介 质 不 被 密 封 液 所 污 染 采 用 这 一 方 法, 阀 门 可 保 证 功 能 的 充 分 发 挥 此 外, 由 于 液 压 辅 助 作 用 于 薄 膜, 这 一 密 封 设 计 使 执 行 机 构 使 用 力 为 最 小, 外 型 尺 寸 减 小 总 结 起 来 优 点 包 括 : 降 低 总 高 度 无 间 隙 设 计 外 泄 漏 做 到 绝 对 气 密 封 可 用 于 高 压 力 和 高 温 度 范 围 采 用 双 薄 膜 和 薄 膜 断 裂 监 视 法, 实 现 冗 余

28 52 内 气 密 性 内 气 密 性 53 功 能 因 而 它 具 有 经 济 性, 在 大 多 数 情 况 下, 技 术 性 能 优 越, 可 替 代 传 统 波 纹 管 密 封 DN100, 装 置 压 力 为 40 巴, 以 下 标 准 被 采 用 : DIN IEC IV 级, 相 当 于 大 致 流 量 为 27.5 Nm 3 /h 内 气 密 性 内 气 密 性 是 指, 在 关 闭 状 态 下, 流 体 入 口 和 阀 门 出 口 处 可 能 发 生 的 泄 漏 它 在 生 产 中 有 着 决 定 性 的 重 要 作 用, 它 由 以 下 因 素 所 决 定 : 阀 座 和 阀 芯 的 设 计 结 构 阀 座 和 阀 外 壳 间 连 接 件 的 形 式 执 行 机 构 尺 寸 根 据 IEC 标 准 所 规 定 的 调 节 阀 泄 漏 级 别, 与 截 止 阀 的 测 试 方 法 有 所 不 同 这 一 不 同 是 以 控 制 操 作 要 求 ( 节 流 件 的 稳 定 性 ) 和 绝 对 密 封 之 间 的 事 实 基 础 上, 这 二 者 要 求 多 少 有 点 矛 盾 今 天, 通 常 调 节 阀 的 密 封 等 级 采 用 IV 级 流 量 泄 漏 率 为 全 开 状 况 下 的 0.01%( 假 设 在 固 定 压 力 差 前 提 下 ) 仅 在 特 别 要 求 的 情 况 下, 更 高 的 密 封 级 别 V 级 ( 金 属 研 磨 ) 或 VI ( 气 泡 紧 密 级 ) DIN IEC V 级, 相 当 于 大 致 流 量 为 Nm 3 /h DIN IEC VI 级, 相 当 于 大 致 流 量 为 Nm 3 /h 内 气 密 测 试 是 独 立 的 测 试, 它 作 为 调 节 阀 最 后 测 试 的 一 部 分, 被 记 录 在 测 试 报 告 中 对 螺 纹 连 接 阀 座 在 负 荷 变 化 情 况 下 ( 即 使 是 很 短 一 段 时 间 后 ), 内 气 密 性 测 试 有 强 烈 变 化 实 际 上, 在 测 试 报 告 中 所 记 录 的 泄 漏 值 也 是 不 相 适 应 的 对 夹 钳 式 阀 座 气 密 性 也 不 表 示 出 偏 差 值 如 图 21 所 示 的 软 密 封, 阀 座 与 阀 芯 之 间 附 加 有 一 个 金 属 密 封, 保 证 PTFE 软 密 封 件 不 超 出 表 面 负 荷 的 允 许 值 甚 至 用 超 大 尺 寸 执 行 机 构 亦 然 所 以 所 谓 增 加 金 属 密 封 要 求 更 高 的 密 封 级 别 才 会 被 使 用, 例 如 : 阀 门 直 接 放 空 或 通 过 火 炬 ( 排 放 物 中 含 有 可 燃 介 质 ), 这 时 泄 漏 率 代 表 的 是 直 接 的 能 量 或 产 品 的 损 失 这 种 状 况 下 的 一 个 实 例 是 一 用 于 氢 气 的 火 炬 阀, 公 称 口 径 为 金 属 限 定 软 密 封 图 21: 附 加 金 属 密 封 的 软 密 封 (ARCA 专 利 )

29 54 声 音 扩 散 声 音 扩 散 55 的 PTFE 材 料 冷 流 不 会 出 现 规 定 中 对 密 封 件 进 行 预 负 荷 是 为 了 可 永 久 性 保 证 O 形 环 弹 簧 系 统 的 功 效 这 一 软 密 封 结 构 被 证 实 在 极 困 难 条 和 下 游 处 这 里 流 体 的 能 量 不 仅 被 转 化 为 热 能, 同 时 也 转 化 为 声 能 如 果 经 过 阀 门 的 压 力 比 超 过 临 界 压 力 比, 会 发 出 空 化 噪 音 由 于 湍 流 产 生 的 湍 流 是 原 因 / 空 化 时 声 音 件 下 可 实 现 百 万 次 操 作 ( 见 变 压 吸 附 装 置 的 调 节 声 源 级 别 通 常 在 可 以 忍 受 的 限 度 内, 空 化 噪 音 很 阀,59 页 ) 容 易 超 过 这 一 极 限, 即 使 小 型 阀 门 也 是 一 样 另 外, 空 化 必 须 被 认 为 是 引 起 阀 内 部 件 损 坏 的 原 静 音 阀 的 解 决 方 案 声 音 扩 散 阀 内 压 力 下 降 过 程 中, 工 艺 介 质 中 的 部 分 能 量 将 被 转 化 为 声 音, 既 从 阀 自 身 又 从 管 路 系 统 向 外 扩 散 由 于 劳 动 法 关 于 健 康 与 安 全 准 则 的 原 因, 使 静 音 阀 门 得 以 出 现, 声 源 级 别 在 70 到 75dB(A) 间, 也 不 再 是 不 正 常 的 了 对 装 置 低 声 音 需 求 的 增 长, 不 仅 向 经 济 和 技 术 极 限 提 出 了 挑 战 低 声 音 阀 门 不 仅 要 求 复 杂 的 阀 内 件, 也 要 因 对 于 气 体 或 蒸 气, 声 音 扩 散 的 主 要 原 因, 是 其 在 亚 临 界 膨 胀 时, 部 分 能 量 被 转 化 为 声 能, 由 于 与 液 体 相 比 流 速 明 显 提 高, 在 压 差 增 大 时, 声 压 级 别 也 急 剧 增 加 即 使 是 相 对 较 小 的 阀 门, 它 也 已 经 高 于 允 许 的 限 度, 会 危 害 人 身 健 康 如 果 通 过 调 节 阀 的 压 力 比 超 出 X T 值, 震 动 波 将 是 膨 胀 区 内 主 要 声 音 扩 散 的 原 因 声 压 级 别 的 升 高 求 有 更 大 的 外 壳, 这 些 都 明 显 增 加 了 成 本 声 音 扩 散 经 常 过 高 被 认 为 是 机 械 应 力 的 结 降 低 声 音 的 一 级 措 施 声 音 扩 散 到 管 路 系 统 果, 在 考 虑 声 音 扩 散 时, 必 须 铭 记 的 是, 声 音 确 实 由 阀 内 所 产 生, 而 实 际 声 音 是 由 下 游 管 路 系 统 扩 散 过 来 的 参 考 声 音 的 产 生 可 以 在 不 可 压 缩 和 可 压 缩 介 质 之 间 来 进 行 鉴 别 在 气 体 流 动 时, 降 低 声 源 级 别 的 方 法 是 把 节 流 区 分 配 到 多 个 独 立 的 小 流 路 中 ( 多 孔 阀 笼, 多 孔 阀 芯, 多 槽 阀 芯 ) 使 一 个 声 源 分 为 多 个 单 独 的 声 源 考 虑 到 这 时 湍 流 区 是 较 低 声 能 和 较 高 频 率 范 围, 对 人 们 听 觉 能 接 受 的 加 权 A 级 也 是 较 分 散 到 许 多 独 立 的 流 体 通 道 声 音 的 产 生 低 声 谱 第 二 种 方 法 是 把 节 流 分 配 到 各 个 多 级 阀 对 于 液 体, 在 湍 流 情 况 下, 声 源 位 于 节 流 点 芯 中 使 流 速 降 低 下 来, 这 是 由 此 引 起 的 因 果 关 系 同 时 各 个 单 独 的 声 级 之 和 也 明 显 比 单 级 节 流

30 56 泄 漏 声 音 扩 散 57 过 程 低 这 是 包 括 多 级 节 流 设 计 概 念 在 内, 和 采 降 低 声 音 的 二 级 措 施 封 装 效 应 用 非 控 节 流 段 ( 静 态 ), 如 多 孔 阀 笼 和 多 孔 板 所 取 得 的 成 功 范 例 不 管 是 否 是 敞 开 式 流 动 区 域, 多 孔 板, 多 孔 阀 笼, 多 孔 阀 芯 都 能 对 上 流 段 所 产 生 的 声 音 起 到 封 装 效 应 图 22 所 示 为 三 级 调 节 阀, 它 是 由 上 降 低 声 音 的 二 级 措 施 所 关 注 的 不 是 声 音 的 产 生 而 是 声 音 的 扩 散 所 采 用 的 主 要 设 施 是 隔 音 器, 声 音 阻 尼 器 和 声 音 围 避 器 由 于 由 调 节 阀 产 生 的 的 声 音 能 量 可 以 沿 管 路 扩 散 到 很 长 的 距 离, 有 时 可 大 于 100 米 要 推 广 二 级 降 音 主 要 是 可 用 降 低 声 音 的 扩 散 图 22: 三 级 调 节 阀 带 可 控 多 孔 阀 芯 / 阀 笼 组 合 压 力 平 衡 系 统 和 下 游 多 孔 板 多 孔 阀 笼 集 中 声 源 手 段, 故 常 被 认 为 是 附 加 的 措 施 声 音 被 放 大 常 发 生 在 阀 门 的 下 游, 接 近 管 路 转 弯, 和 管 路 系 统 安 装 了 其 它 一 些 部 件 产 生 的 相 互 作 用 这 些 原 因, 应 该 在 管 路 系 统 早 期 规 划 时 找 优 化 的 安 装 位 置 就 应 考 虑 到 预 估 的 声 能 值 可 以 由 阀 门 制 造 商 提 供 但 这 些 都 是 理 想 化 的 上 下 游 条 件 不 管 用 何 种 方 法, 在 流 速 超 出 0.25 马 赫 时, 它 是 一 个 潜 多 孔 阀 芯 在 的 声 音 源 多 孔 板 部 可 控 的 多 孔 阀 笼, 多 孔 阀 芯 组 合 体, 和 下 游 增 大 的 外 壳 内 的 多 孔 板 相 集 成 的 综 合 阀 这 种 阀 比 单 级 抛 物 线 阀 芯 可 降 低 到 10 到 30dB(A) 即 使 是 简 单 的 多 孔 阀 芯 也 能 降 低 15dB(A), 这 取 决 于 压 力 比

31 58 特 殊 应 用 领 域 的 最 新 解 决 方 法 调 节 阀 在 电 厂 中 的 运 用 59 特 殊 应 用 领 域 的 最 新 解 决 方 法 汽 温 度 要 通 过 冷 却 器 或 用 三 通 阀 控 制 使 全 系 列 的 调 节 阀 ( 即 密 封 调 节 阀 和 排 污 调 节 阀 ) 处 于 透 平 环 境 下 的 操 作, 然 后 经 旁 路 减 温 减 压 阀 抽 走 每 一 个 过 程 都 可 用 压 力 调 节 阀 和 冷 却 水 注 入 相 集 温 度 控 制 调 节 阀 涉 及 范 围 十 分 宽 广, 而 其 应 用 数 量 是 成 以 维 持 温 度 由 于 这 些 阀 门 的 协 同 控 制 才 使 锅 不 胜 枚 举, 下 列 只 是 特 别 的 应 用 范 例 : 炉 能 正 常 工 作 如 果 透 平 本 身 不 工 作, 各 个 级 别 的 低 压 和 中 压 蒸 汽 也 需 供 应, 即 将 生 产 出 的 蒸 汽 调 节 阀 在 电 厂 中 的 应 用 全 部 冷 凝 作 为 水 / 汽 循 环 系 统 使 用 用 于 开 工 时 的 步 骤 : 在 电 厂, 调 节 阀 可 用 于 许 多 地 方, 从 对 燃 料 的 调 节 到 烟 气 控 制, 使 装 置 得 到 净 化 其 中 最 使 人 注 意 的 应 用 是 调 节 阀 控 制 给 水 / 蒸 气 的 回 路 在 正 常 工 作 情 况 下, 给 水 调 节 阀 无 论 如 何 不 会 成 为 发 生 故 障 的 原 因 但 是 一 个 复 杂 的 问 题 被 提 出 来 了, 如 果 调 节 阀 不 仅 仅 是 用 于 因 蒸 发 作 为 给 水 补 充 的 控 制 而 还 承 受 了 给 开 工 锅 炉 供 水 的 调 节 阀, 而 对 开 工 锅 炉 首 先 得 将 压 力 降 低 到 大 气 压, 从 而 使 阀 门 要 经 历 全 部 从 闪 蒸 空 化 阶 段 这 是 一 个 异 常 的 高 应 力 影 响, 必 须 采 蒸 汽 也 是 用 于 各 热 交 换 器 和 供 水 系 统 水 槽 加 热 热 源 调 节 阀 就 是 对 这 些 不 同 过 程 和 外 围 设 备 实 施 压 力 和 温 度 的 精 密 控 制 采 用 一 种 易 操 作 夹 紧 阀 座 式 的 调 节 阀 ( 快 速 更 换 系 统 ) 特 别 优 越, 尤 其 是 在 试 车 期 间, 因 为 这 时 无 论 怎 样 小 心, 也 不 可 能 对 管 路 系 统 进 行 冲 洗 而 达 到 洁 净 要 求 任 何 污 染 物 留 在 管 道 内 都 不 可 避 免 地 会 损 坏 阀 座 表 面 使 用 这 种 阀 就 可 不 用 特 殊 工 具, 只 要 翻 转 过 来 就 可 打 开, 从 而 保 证 试 车 期 间 不 会 耽 误 连 续 运 行 具 有 快 速 更 换 系 统 调 节 阀 用 特 殊 的 设 计 措 施 才 能 使 正 常 给 水 调 节 阀 满 足 没 有 附 加 需 求 开 车 调 节 阀 的 操 作 条 件 调 节 阀 在 变 压 吸 附 中 的 应 用 锅 炉 开 工 时, 饱 和 水 蒸 汽 首 先 要 进 入 一 个 PSA( 变 压 吸 附 ) 是 用 于 对 混 合 气 体 ( 如 : 蒸 汽 系 统, 然 后 抽 空 从 开 车 用 调 节 阀 处 排 出 因 H 2 He N 2 ) 进 行 分 离 和 提 纯 以 H 2 为 例, 采 此, 这 个 阀 的 可 调 范 围 必 须 很 宽 才 能 满 足 要 求 用 此 法 平 均 纯 度 可 达 % 这 种 高 性 能 方 此 后, 蒸 汽 要 进 入 过 热 段, 这 时 进 入 透 平 前 的 蒸 法 可 在 常 温 下 进 行 其 核 心 技 术 是 采 用 4-12 个

32 60 特 殊 应 用 领 域 的 最 新 解 决 方 法 透 平 压 缩 机 防 喘 振 调 节 阀 61 多 于 万 次 的 操 作 循 环 充 填 有 吸 附 剂 的 压 力 容 器, 这 种 吸 附 剂 在 特 定 压 力 下 具 有 对 某 种 气 体 的 吸 附 性, 吸 附 后 在 低 压 下 将 其 解 吸 出 来 采 用 这 种 有 系 统 的 转 移 可 分 别 使 各 个 吸 附 剂 按 不 同 层 次 使 气 体 得 到 提 纯 每 个 图 23: 双 作 用 活 塞 执 行 机 构 PSA 典 型 循 环 期 为 20 秒 至 数 分 钟 操 作 周 期 要 大 于 100 万 次 循 环, 这 种 装 置 对 各 个 方 面 都 提 出 很 低 磨 损 导 向 和 密 封 双 作 用 活 塞 式 执 行 机 构 高 的 要 求, 特 别 是 调 节 阀 必 须 十 分 可 靠, 要 求 在 关 闭 时 能 达 到 气 泡 级 密 封 调 节 阀 对 不 同 压 力 装 置 优 化 要 求 是 : 材 料 应 选 用 高 级 铸 钢, 低 碳 含 量, 对 氢 脆 风 险 为 最 小 具 有 可 靠 的 软 垫 片 功 能 公 称 尺 寸 为 80 毫 米 (3 英 寸 ) 具 有 可 靠 的 压 力 平 衡 系 统, 由 于 行 程 时 间 要 求, 尽 可 能 用 相 对 小 的 气 动 执 行 机 构, 即 采 用 双 作 用 式 活 塞 执 行 机 构 这 是 近 年 来 的 一 种 倾 向 意 见, 总 是 想 在 较 短 的 切 换 时 间 内 有 较 大 的 执 行 力, 因 而 考 虑 用 活 塞 式 执 行 机 构 ( 如 图 23 所 示 ) 透 平 压 缩 机 防 喘 振 调 节 阀 在 透 平 压 缩 机 上, 调 节 阀 通 常 安 在 旁 路 上, 它 是 把 已 被 压 缩 的 气 体 返 回 到 压 缩 机 的 吸 入 口 ( 当 被 压 缩 的 气 体 为 空 气 时, 则 可 装 在 通 大 气 的 放 空 管 上 ) 在 最 初 它 是 用 于 压 缩 机 在 开 停 车 时 当 在 极 端 运 行 工 况 下 或 固 定 转 速 被 破 坏 造 成 不 稳 定 工 况 时 也 必 须 将 多 余 气 量 排 走 把 限 制 喘 振 控 制 功 能 作 为 最 重 要 的 任 务 来 对 待 防 喘 振 控 制 设 备 任 务 有 时 称 为 防 止 透 平 压 缩 机 失 速 失 速 的 含 义 是 当 压 缩 机 的 桨 叶 处 于 最 低 流 量 也 不 能 保 持 住 的 情 况 下 所 发 生 的 现 象 这 时 压 缩 机 会 产 生 震 动, 从 而 导 致 转 子 本 身 影 响 到 桨 叶 的 轴 承 破 坏 从 压 缩 机 特 性 来 看, 排 放 管 是 设 在 喘 振 极 限 已 确 定 的 安 全 距 离 以 下 从 经 济 观 点 上 来 看, 这 个 距 离 愈 短 愈 好, 减 少 安 全 作 为 安 全 措 施 防 止 失 速 现 象

33 62 特 殊 应 用 领 域 的 最 新 解 决 方 法 透 平 压 缩 机 防 喘 振 调 节 阀 63 距 离 不 可 避 免 会 提 高 对 防 喘 振 阀 的 要 求, 从 调 节 阀 方 面 来 看 应 该 安 在 较 灵 敏 的 地 方 ; 从 另 一 方 面 来 看, 调 节 阀 打 开 时 间, 应 在 不 发 生 超 调 时, 尽 可 能 最 短, 换 句 话 说, 在 排 放 时, 调 节 阀 不 要 全 开 采 用 单 座 调 节 阀 直 线 特 性 或 改 进 型 特 性 的 防 喘 振 调 节 阀, 来 替 代 抛 物 线 阀 芯 目 前 比 较 流 行 的 是 采 用 多 孔 节 流 元 件 式 阀 芯, 因 为 它 打 开 排 向 大 气 时 具 有 降 声 音 作 用 用 单 座 调 节 阀 由 于 透 平 压 缩 机 现 已 成 为 大 功 率 的 设 备, 旁 通 阀 的 公 称 直 径, 近 几 年 已 增 大 到 DN1200, 需 配 相 当 的 执 行 机 构 以 满 足 下 列 行 程 时 间 文 丘 里 管 通 过 电 磁 阀 打 开 <1 2 秒 通 过 定 位 器 打 开 <3 5 秒 通 过 定 位 器 关 闭 6 20 秒 为 可 靠 控 制 要 求, 调 节 阀 应 附 带 定 位 器, 增 压 器 和 电 磁 阀 并 慎 重 选 用 和 满 足 气 动 组 件 和 配 管 要 求 压 差 FC 透 平 压 缩 机 Ts 喘 振 限 制 图 24: 测 量 容 积 式 流 速 的 防 喘 振 调 节 阀 的 气 路 示 意 图

34 64 过 程 调 节 阀 术 语 过 程 调 节 阀 术 语 65 过 程 调 节 阀 术 语 接 收 检 验 : 检 验 步 骤 规 定 了 有 关 调 节 阀 的 质 量 功 能 安 全 保 证 的 调 整 方 法 和 标 准 声 的 转 换 因 子 : 它 是 一 个 系 数, 表 示 因 调 节 阀 而 使 功 率 损 失 的 比 值, 即 已 转 换 为 声 音 大 小, 亚 临 界 流 声 的 转 换 因 子 为 10-6 ~10-4, 它 决 定 于 阀 门 的 不 同 形 式 ATEX: 是 欧 洲 对 有 潜 在 爆 炸 危 险 环 境 下 的 设 备 正 确 使 用 指 令 波 纹 管 密 封 : 是 阀 门 推 杆 的 密 封, 可 防 止 危 险 介 质 进 入 波 纹 管 有 金 属 制, 也 有 高 分 子 聚 合 物 制 空 化 现 象 : 发 生 在 液 体 的 瞬 间 压 降 低 于 其 蒸 气 压 时, 由 于 液 体 通 过 节 流 点 时, 受 到 震 动 波 的 影 响 而 使 已 生 成 的 蒸 气 泡 破 裂, 而 导 致 气 蚀 形 成 而 损 坏 阀 体 和 阀 内 部 件 减 轻 空 化 破 坏, 可 使 用 多 级 节 流 件, 采 用 硬 质 材 料 以 增 加 其 使 用 生 命 周 期 ( 见 图 25) 气 化 ( 闪 蒸 ) 空 化 p 1 >p v >p 2 p 1 >p 2 >p v >p vc 图 25: 闪 蒸 与 空 化 状 态 时 的 压 力 分 布 特 性 : 它 是 描 述 阀 门 的 位 置 与 不 同 形 式 节 流 件 而 形 成 的 不 同 截 面 积 ( 也 即 开 启 度 ) 间 的 比 值 通 常 有 直 线 和 等 百 分 比 两 种 阻 塞 流 : 见 流 量 极 限 临 界 压 力 比 : 见 流 量 极 限 深 冷 温 区 调 节 阀 : 用 于 液 体 气 化 的 特 殊 阀 门, 温 度 可 达 -196 至 绝 对 零 度 -273 薄 膜 执 行 机 构 : 气 动 控 制 执 行 机 构, 压 力 室 内 膜 片 是 非 密 封 的 故 膜 片 ( 特 别 与 活 塞 执 行 机 构 相 比 ) 是 一 无 摩 擦 的 行 程 移 动, 也 就 是 匀 称 的 移 动 下 游 压 力 上 升 : 采 用 固 定 不 变 的 多 孔 板 或 多 孔 阀 笼 结 构 的 节 流 件, 能 提 高 阀 门 的 下 游 压 力, 从 而 使 声 音 降 低 流 向 : 要 求 阀 芯 具 有 流 闭 式 动 作 时, 用 球 形 阀 有 显 著 的 优 点 因 为 流 向 关 闭 时, 可 得 到 密 封 件 的 帮 助 其 缺 点 是 对 气 动 执 行 机 构 会 有 不 稳 定 的 风 险, 尤 其 是 用 于 压 力 波 动 的 的 液 体 场 合 流 量 极 限 : 当 超 出 一 定 压 差 比 x=(p1-p2)/p1, 由 于 进 一 步 降 低 了 下 游 压 力 p2, 通 过 阀 门 的 质 量 流 量 不 会 再 增 加, 因 为 这 时 节 流 面 积 已 达 到 最 狭 位 置, 流 率 已 达 到 音 速 冲 洗 焊 疤 : 当 管 道 进 行 清 洗 或 酸 洗 时, 要 先 将 支 撑 器 安 装 好, 以 替 代 阀 内 部 件, 使 阀 得 到 保 护 ( 这 主 要 是 针 对 焊 接 型 阀 门 ) 伴 热 夹 套 : 在 阀 门 外 壳 上, 再 包 一 层 耐 压 的 壳 体, 其 间 可 通 过 蒸 气 或 热 媒 体, 使 阀 内 流 体 得 到 保 温 目 的 伴 热 夹 套 阀 常 用 于 熔 融 体 和 聚 合 物 料 卫 生 型 阀 : 这 类 阀 门 常 用 于 食 品 和 医 药 工 业, 是 具 有 特 殊 形 式 的 壳 体, 使 一 些 沉 积 物 不 会 聚 集 起 来, 很 容 易 清 除 回 差 : 指 调 节 阀 阀 门 推 杆 行 程 位 置, 在 正 反 两 方 向 分 别 移 动 时, ( 即 从 全 开 到 全 闭, 再 从 全 闭 到 全 开 ), 在 相 同 的 行 程 位 置 时 的 信 号 差 值 安 装 位 置 : 安 装 位 置 是 指 推 杆 的 垂 直 度 校 正, 因 为 执 行 机 构 不 能 施 加 横 向 力 和 有 弯 矩, 必 须 使 阀 内 件 与 其 密 封 件 成 轴 线 对 称 仪 表 空 气 : 采 用 干 燥 和 无 油 空 气 是 避 免 定 位 器 和 其 它 气 动 元 件 无 故 障 运 行 时 间 所 不 可 缺 少 的 (IEC770) 绝 热 柱 : 伸 长 型 阀 杆 适 用 于 深 冷 温 区 的 介 质, 可 避 免 由 于 受 冷 媒 影 响 而 使 填 料 执 行 机 构 和 定 位 器 结 冰 的 有 效 隔 热

35 66 过 程 调 节 阀 术 语 过 程 调 节 阀 术 语 67 压 力 冲 击 ( 乔 可 斯 基 冲 击 ): 在 管 路 系 统 中, 使 流 动 状 流 体 很 快 减 速 会 形 成 压 力 升 高 最 终 导 致 阀 门 关 闭 这 时 流 动 状 流 体 的 质 量 所 产 生 的 脉 冲 有 强 大 潜 在 的 破 坏 力 可 调 比 : 通 常 指 最 大 和 最 小 的 可 调 流 量 之 比, 固 有 可 调 比 与 最 大 和 最 小 流 量 系 数 相 适 应 Q : 体 积 流 量 m 3 /h G : 质 量 流 量 kg/h P 1 : 上 游 压 力 bar( 绝 压 ) ρ 1 : 工 作 状 态 下 密 度 kg/m 3 Q N : 标 况 下 气 体 体 积 流 量 Nm 3 /h P 2 : 下 游 压 力 bar( 绝 压 ) ρ N : 标 况 下 密 度 kg/nm 3 T 1 : 阀 门 进 口 绝 温 K v : 蒸 汽 在 T 1 及 P 2 时 的 比 容 m 3 /kg v 2 : 蒸 汽 在 T 1 及 1/2P 1 时 的 比 容 m 3 /kg 图 26: 流 量 系 数 近 似 计 算 式 K v 值 : 是 调 节 阀 流 通 能 力 系 数, 其 含 义 是 : 在 水 温 (20 ) 和 阀 门 压 差 为 1 巴, 流 量 为 1m 3 /h 时 称 为 1K v 活 塞 式 执 行 机 构 : 适 用 于 长 行 程 工 作 它 是 一 气 动 执 行 机 构, 它 有 一 动 态 活 塞 以 代 替 膜 片, 经 常 是 往 复 式 动 作 装 置 特 性 : 该 特 性 是 为 了 保 证 调 节 阀 门 特 性 它 是 要 将 泵 的 特 性 和 管 路 系 统 各 组 成 部 件 都 考 虑 进 去, 这 也 是 阀 门 选 用 计 算 时 需 要 考 虑 的 压 力 平 衡 : 除 了 阀 芯 上 下 侧 的 压 力 平 衡 会 受 流 体 静 压 影 响 可 不 计 外, 一 个 复 杂 的 调 节 阀 芯 的 设 计, 还 应 考 虑 到 活 塞 汽 缸 系 统 的 径 向 密 封 要 求 可 逆 性 : 指 气 动 执 行 机 构, 在 气 源 突 然 切 断 事 故 情 况 下, 其 安 全 位 置 ( 弹 簧 力 ) 是 可 变 的 安 全 位 置 : 是 指 执 行 机 构 在 能 源 出 现 故 障 时, 要 求 阀 门 处 于 关 闭 开 启 还 是 原 地 不 动 SIL: 是 安 全 完 整 性 级 别 的 简 写 它 提 供 了 对 人 的 福 祉 工 作 环 境 和 优 适 度 的 分 类 调 节 阀 在 本 质 上 就 是 过 程 技 术 评 估 时 的 一 个 组 成 部 分 而 受 到 重 视 消 音 器 : 为 了 降 低 下 游 的 声 音 而 设 置 的 静 态 节 流 设 施 ( 见 下 游 压 力 上 升 ) 开 车 阀 : 是 一 附 加 安 装 阀, 它 只 是 在 开 车 时 起 作 用, 对 其 进 行 极 端 操 作 条 件 的 特 性 化, 它 在 正 常 负 载 下 不 能 承 受 蒸 汽 减 压 减 温 器 : 它 是 一 个 阀, 同 时 采 用 节 流 技 术 和 注 入 冷 水 方 法, 使 过 热 蒸 汽 实 现 降 温 和 降 压 蠕 变 效 应 : 在 径 向 密 封, 当 发 生 滑 行 和 松 动 时, 由 于 不 同 摩 擦 力, 它 会 连 同 不 良 设 计 的 气 动 执 行 机 构 发 生 不 希 望 的 蠕 动 现 象 ( 纯 静 力 作 用 ), 从 而 妨 碍 阀 门 推 杆 和 阀 芯 的 正 确 定 位 层 流 : 其 特 征 是 流 动 粒 子 沿 相 邻 途 径 成 匀 速 流 动 而 无 湍 流 现 象, 层 流 在 调 节 阀 仅 用 于 极 度 低 流 速 或 高 黏 度 场 合 泄 漏 级 别 : 一 个 已 关 闭 阀 门, 经 常 会 在 阀 芯 和 密 封 面 之 间 出 现 泄 漏, 因 此 国 际 标 准 (EN ) 制 订 出 对 阀 座 紧 密 性 的 测 试 方 法 和 要 求 衬 里 : 在 阀 门 耐 压 金 属 外 壳 内, 有 一 层 可 耐 化 学 物 质 侵 蚀 的 物 质

36 68 过 程 调 节 阀 术 语 填 料 : 阀 杆 对 外 部 环 境 的 动 态 密 封 抛 物 线 阀 芯 : 是 最 简 单 的 一 种 控 制 阀 芯 形 状, 阀 座 是 一 圆 环 通 道, 阀 芯 以 圆 弧 状 节 流 点 方 式 与 其 结 合 多 孔 阀 芯 : 是 一 种 控 制 阀 芯, 呈 圆 柱 形, 多 孔 结 构, 它 在 阀 座 环 滑 行 是 根 据 其 向 上 开 启 度 的 不 同 位 置, 从 而 改 变 各 个 孔 的 节 流 面 积 填 料 盒 : 它 是 用 于 阀 门 推 杆 密 封, 与 盘 根 都 是 不 可 缺 少 的 亚 临 界 压 力 比 : 节 流 体 两 端 压 力 差 相 对 较 小, 所 以 没 有 流 量 限 制 和 空 化 现 象 发 生 超 临 界 压 力 比 : 节 流 体 两 端 压 力 差 相 对 较 大, 所 以 是 流 量 限 制 和 空 化 现 象 的 根 源 TA Luft: 全 名 是 保 持 清 净 空 气 的 技 术 指 令, 在 德 国 规 范 中 特 别 提 出 对 推 杆 密 封 功 能 应 增 加 的 要 求 透 平 旁 路 设 施 : 蒸 汽 降 温 降 压 器 系 统, 在 接 收 检 验 时, 必 须 要 对 其 故 障 时 的 节 流 和 冷 却 功 能 进 行 检 验 湍 流 : 是 流 体 不 规 则 和 非 平 行 流 动 的 一 个 状 态 经 流 量 调 整 后 所 产 生 的 压 差 是 由 流 体 内 部 形 成 的 因 而 也 形 成 了 湍 流 现 象 双 相 流 : 是 气 相 和 液 相 混 合 体 ( 如 湿 蒸 气 / 冷 凝 水 ) 或 者 是 流 体 中 混 有 固 体 物 ( 如 纤 维 素 ) 阀 门 的 威 信 : 阀 门 是 一 个 要 害 部 件, 它 能 对 被 控 的 过 程 参 数 产 生 影 响 阀 门 的 特 性 : 描 述 阀 门 的 行 程 与 开 启 度 之 比, 开 启 度 值 不 同, 随 阀 芯 形 式 而 变, 有 线 性 和 等 百 分 数 之 分 气 化 : 当 流 体 经 节 流 件 时, 其 压 力 低 于 该 液 体 的 气 化 压 力 时, 部 分 液 体 会 转 化 成 气 体 状 态 ( 见 图 25) 译 后 记 ARCA 调 节 阀 有 限 公 司 德 国 D Tönisvorst, Kempener 大 街 18 号 电 话 : 传 真 : 电 邮 :sale@arca-valve.com 网 站 : 遍 及 全 球 的 阀 门 泵 深 冷 装 置 ARCA 公 司 在 流 体 控 制 技 术 领 域, 占 有 主 导 地 位, 它 积 累 了 90 余 年 的 开 发 制 造 和 市 场 营 销 经 验, 它 不 只 是 仅 生 产 气 动 调 节 阀 位 于 德 国 的 是 ARCA 国 际 流 体 集 团 的 母 公 司, 在 印 度 韩 国 中 国 墨 西 哥 瑞 士 和 荷 兰 设 有 分 支 机 构, 市 场 网 络 遍 布 全 世 界 除 调 节 阀 以 外, 还 生 产 泥 浆 泵 和 其 它 特 殊 泵, 及 液 位 测 量 设 备, 冷 剂 注 入 器 和 球 阀, 一 并 收 入 到 集 团 产 品 目 录 内 ARCA 公 司 为 各 工 业 部 门, 从 电 站 技 术, 炼 油 厂, 化 工 厂, 钢 铁 厂 到 制 药 和 食 品 生 产, 提 供 了 高 质 量 和 可 靠 性 的 创 新 技 术, 无 论 工 厂 建 设 者 还 是 最 终 用 户, 它 都 是 颇 有 造 诣 的 合 作 伙 伴 ARCA 公 司 不 断 开 发 的 各 项 新 产 品 已 荣 获 多 项 专 利, 并 被 授 予 100 家 最 具 创 新 的 公 司 之 一, 和 德 国 中 等 规 模 单 位 最 佳 供 应 商 称 号 ARCA 还 被 摘 入 德 国 标 准 - 世 界 市 场 领 导 者, 德 国 工 业 公 司 大 全 一 书, 被 百 科 全 书 誉 为 德 国 工 业 界 的 领 先 者