上海阀特控制阀培训教案2005

1、上海阀特流体控制阀门有限公司控制阀培训一、控制阀设计与技术1、控制阀的发展历史和现状2、现代工业对控制阀的要求3、控制阀基础知识4、控制阀结构与设计标准5、阀门材料6、阀门部件的设计与计算7、执行机构8、控制阀的检测与测试9、国内外控制阀相关标准二、控制阀选型1、控制回路2、控制特性3、流量系数计算4、特性参数5、闪蒸、气蚀6、噪声7、控制阀的选择8、控制阀的安全与标准三、控制阀的使用与维护1、控制阀的使用2、控制阀安装与拆卸3、控制阀的维护4、控制阀故障处理四、控制阀附件选型与应用1、阀门定位器2、电磁阀3、气动继电器4、转换器5、空气过滤减压阀6、自锁阀7、阀位传送器8、行程开关五、控制阀

2、石油化工行业应用1、典型工艺流程通用过程控制阀的选择流量控制阀压力控制阀温度控制阀液位控制阀并联控制阀串联控制阀特殊控制阀2、天然气处理厂控制阀应用3、炼油厂控制阀应用4、乙烯厂控制阀应用5、合成氨控制阀应用六、控制阀电力行业应用1、典型电站工艺流程2、通用过程控制阀的选择3、锅炉给水泵控制阀的选择4、高低压加热器疏水阀5、旁路控制阀6、减温水控制阀选择7、除氧器系统控制阀选择8、循环水系统控制阀选择9、蒸汽控制阀10、锅炉除灰系统控制阀七、主要控制阀生产厂家的产品特点与应用1、国内生产厂家产品介绍2、国外生产厂家产品介绍 八、上海阀特产品加工工艺控制阀的发展自20世纪初始已有八、九十年的历史

3、，先后产生了十个大类的调节阀产品、自立式阀和定位器等，其发展历程如下：20年代：原始的稳定压力用的控制阀问世，其结构是一种带重锤的球形阀，利用重锤平衡阀芯所受到的流体作用来进行调节。这种控制阀后来演变成利用阀后压力进行调节的自立式调节阀。30年代：产品的种类已经很多，以双座和单座，阀体形状为球型的球型阀为代表产品。40年代：出现定位器，调节阀的新品种进一步产生，相继出现隔膜阀、角形阀、蝶阀、球阀等，并在市场上占据主导地位，各种产品已经比较齐全。50年代：球阀得到较大的推广使用，三通阀代替两台单座阀投入系统。60年代：在国内对上述产品进行了系列化的改型设计和标准化、规范化设计后，国内才有了自己完

4、整的系列产品。现在还在大量使用的单座阀、双座阀、角型阀、三通阀、隔膜阀、蝶阀、球阀七种产品仍然是六十年代水平的产品；这时国外推出了第八种结构控制阀新产品套筒阀，很快受到重视并成为球形阀的主流产品。70年代：有一种新结构的产品-偏心旋转阀问世，它容量大，流路简单，不平衡力小，这些优点使它成为角行程阀门的佼佼着，成为第九大类结构的控制阀品种，这一时期套筒阀在国外被广泛应用。70年代末，国内联合设计了套筒阀，使中国有了自己的套筒阀产品系列。80年代：80年代初由于改革开放，中国成功引进了石化装置和调节阀技术，使套筒阀、偏心旋转阀得到了推广使用，尤其是套筒阀、大有取代单、双座阀之势，其使用越来越广。8

5、0年代末，控制阀的又一重大进展是日本的CV3000精小型调节阀，它在结构方面，只是将单弹簧的气动薄膜执行机构改为多弹簧是薄膜执行机构，阀的结构只是改进，不是改变。它的突出特点是使调节阀的重量和高度下降30%，流量系数提高30%。90年代：智能化、模块化阀门的出现，为控制阀的出现翻开了新的一页。1.1 控制阀的发展历史和现状第一章控制阀设计与技术第一章控制阀设计与技术第一章1.2.1质量更稳定、工作更可靠、操作更安全。1.2.2调节精度更高。1.2.3保护环境 防止大气污染 防止噪音1.2.4节约能源 采用低阻抗阀门 提高阀芯、阀座的密封性能 尽量使用气/电动执行机构1.2 现代工业对控制阀的要

6、求控制阀设计与技术1.3.1自动化过程工厂是由无数个控制回路组成的。每一个控制回路都经过设计以保证重要的过程变量如压力、流量、温度等不超过要求的工作范围，每一个回路都会接受并从内部产生扰动。这些干扰对过程变量产生决定性影响。为了减少这些负载扰动的影响，传感器和变送器会收集关于过程变量及其与要求的设定点之间的关系的信息。控制器然后处理这些信息并决定必须怎样做才能使得过程变量在负载扰动发生后恢复到它的正常范围。终端控制元件必须执行有控制器选择的控制策略。过程控制工业里最常用的终端元件就是控制阀。控制阀调节流动的液体、气体、蒸汽、水或化学混合物，以补偿负载扰动并使得被控制的过程变量尽可能地靠近需要的

7、设定点。1.3.2国际电工委员会IEC对控制阀（control valve）的定义为：“工业过程控制系统中由动力操作的装置形成的终端元件，它包括一个阀体部件，内部有一个改变过程流体流率的组件，阀体部件又与一个或多个执行机构相连接。执行机构用来响应控制元件送来的信号”,控制阀或阀门，其实指的是控制阀组件。控制阀组件典型地由阀体、阀内件零件、提供阀门操作驱动力的执行机构，以及各种各样的阀门附件所组成。阀门附件包括定位器、转换器、供气压力调节器、手动操纵器、阻尼器或限位开关。1.3 控制阀基础知识第一章控制阀设计与技术1.3.3 控制阀基本参数第一章控制阀设计与技术公称通径 公称通径是管路系统中所有

8、管路附件用数字表示的尺寸，公称通径是供参考用的一个方便的圆整数，与加工尺寸仅呈不严格的关系。公称通径用字母“DN”后面紧跟一个数字标志。公称压力 公称压力PN是一个用数字表示的与压力有关的标示代号，是仅供参考用的一个方便的圆整数，同一公称压力（PN）值所标示的同一公称通径（DN）的所有管路附件具有与端部连接形式相适应的同一连接尺寸。中、美、日公称压力等级对照表ANSI 150 300 600 900 1500 2500PN 20 50 110 150 260 420 JIS 10 20 40 63 流量系数CV当调节阀全开，阀两端压差P为1磅/平方英寸，介质为60F清水时每分钟流经调节阀的流量

9、数，以加仑/分计。国内流量系数通常有KV表示，它们之间的换算关系为； Cv=1.167 Kv流量特性当百分比额定行程从0变化到100时，流经阀门的流量与百分比额定行程之间的关系。等百分比流量特性一种固有的流量特性：额定行程的等量增加会理想地产生流量系数的等百分比的改变。直线流量特性一种固有的流量特性：可以用一条直线在流量系数相对于额定行程的长方形图上表示出来。行程的等量增加提供流量系数的等量增加。快开流量特性一种固有的流量特性：在截流元件很小的行程下可以获得很大的流量系数。通用分类法这种分类方法既按原理、作用又按结构划分，是目前国际、国内最常用的分类方法。一般分闸阀、截止阀、节流阀、仪表阀、柱

10、塞阀、隔膜阀、旋塞阀、球阀、蝶阀、止回阀、减压阀安全阀、疏水阀、调节阀、底阀、过滤器、排污阀等按用途和作用分类调节阀类主要用于调节介质的流量、压力等。包括调节阀、节流阀、减压阀等。止回阀类用于阻止介质倒流。包括各种结构的止回阀。分流阀类用于分离、分配或混合介质。包括各种结构的分配阀和疏水阀等。安全阀类用于介质超压时的安全保护。包括各种类型的安全阀。截断阀类主要用于截断或接通介质流。包括闸阀、截止阀、隔膜阀、球阀、旋塞阀、碟阀、柱塞阀、球塞阀、针型仪表阀等。按压力分类真空阀工作压力低于标准大气压的阀门。低压阀公称压力PN 小于1.6MPa的阀门。中压阀公称压力PN 2.56.4MPa的阀门。高压

11、阀公称压力PN10.080.0MPa的阀门。超高压阀公称压力PN大于100MPa的阀门。按介质温度分类高温阀t 大于450的阀门。中温阀120小于 t 小于450的阀门。常温阀40小于 t 小于120的阀门。低温阀100小于 t 小于-40的阀门。 超低温阀t 小于-100的阀门。按阀体材料分类金属阀体衬里阀门：衬铅阀门、衬塑料阀门、衬搪瓷阀门。非金属材料阀门如：陶瓷阀门、玻璃钢阀门、塑料阀门金属材料阀门如：铜合金阀门、铝合金阀门、铅合金阀门、钛合金阀门、蒙乃尔合金阀门、铸铁阀门、碳钢阀门、铸钢阀门、低合金钢阀门、高合金钢阀门。1.3.4 控制阀基本分类第一章控制阀设计与技术1.4 控制阀结构

12、与设计标准1.4.1 直行程控制阀第一章控制阀设计与技术一种阀门，带线性运动的截流无件，有单座或多座阀，它的阀体因为阀座区域有一个球形的内腔而与众不同，也叫球形阀。直通阀可进一步分为：单座阀、双座阀、角形阀、三通阀、不平衡笼式阀、平衡笼式阀。单座阀单座阀阀体是最常见的阀体类型，而且结构简单。单座阀阀门有各种各样的形式，如直通式、角形、棒形、铸造和分体式结构。通常单座阀阀门被指定用于要求严密关闭的场合。它们使用金属对金属阀座表面、或者由PTFE或其它复合材料组成的密封的软阀座。单阀座阀门能够处理大部分的工况要求。由于高压流体通常把负载加在阀座的整个区域，为单座控制阀选择执行机构时必须考虑产生的不

13、平衡力。尽管较小口径的单阀座最常用，但是它们也经常有4英寸至8英寸的口径，配备大推力的执行机构。很多现代的单座阀体采用阀笼或保持架式的结构以固定阀座环，提供阀芯就可以改变流量特性的特点。通过更换阀内件零部件，阀笼或保持架式的单座阀体也可以很容易地被修改，以实现减小流通能力、降低噪声、或减少或消除气蚀的目的。平衡阀芯笼式阀 有两组阀芯密封面，芯上开有平衡孔，不平衡力小，但泄漏量大，可用于对泄漏量没有特殊要求的场合。双座阀流体压力作用于两个阀芯上，不平衡力相互抵消许多，因此许用压差大，在关闭时，因存在着加工误差，阀芯和阀座的两个密封面不能同时密封，因此泄漏量比单座阀大很多，同时温度变化泄漏量也会增

14、大，这是它的突出缺点，所以不能用在工艺要求泄漏小的场合。阀体流路较复杂，加之上下导向处易被固体颗粒卡住，不使用于高粘度、悬浮液，含固体颗粒等易沉淀、易堵塞的场合。第一章控制阀设计与技术1.4 控制阀结构与设计标准1.4.1 直行程控制阀第一章控制阀设计与技术套筒阀阀的稳定性好，由于套筒阀的阀塞设有平衡孔，可以减少介质作用在阀塞上的不平衡力，加上足够的阀塞导向，因此不易引起阀芯的振荡。套筒提供的节流窗口可以改进为降低噪音的低噪音阀。阀的泄漏量大，许用压差大，因为是双密封结构。维修方便，套筒通过上阀盖压紧在阀体上，因此拆装简便。阀塞自身导向，加上流路复杂，更容易堵卡。角型阀一种阀门结构，它的一个口

15、与阀杆或执行机构在同一直线上，另一个口则与阀杆成一垂直角度。流路简单，具有“自洁”性能，可使用于不干净介质场合；流阻小，流量系数大。需要角形连接的场合阀体利于锻造毛坯，所以高压阀通常采用角形阀。三通阀三个管道连接口具有通常的合流（流体混合）或分流（流体分散）作用。可用于混温调节，减温减压器减温水配比调节，换热器调节及两种介质的混合及切换等，利用一个三通阀可代替两个两通阀并是调节系统简化。第一章控制阀设计与技术蝶阀阀体需要最小的安装空间。它们具有大的流通能力、小的阀门压力损失。蝶阀阀体具有每投资1美元流通能力的经济性，尤其是较大尺寸的蝶阀。传统轮廓的阀板提供阀板旋转角最大至60度的调节式控制。拥

16、有专利的动态流线型阀板适合用于需要90度阀板旋转角的应用场合。阀体配合标准的凸面管道法兰。如果阀门很大或压力降很高，蝶阀阀体可能需要高输出或大型的执行机构，因为操作力矩可能会很大。有极其严格的泄漏要求的用于核电厂应用工况的阀体也可提供。蝶阀展示出近似等百分比的流量特性。它们可以用调节或开关控制。在阀体或阀板表面上使用内衬或可调软阀座环可以获得软阀座结构。 1.4 控制阀结构与设计标准1.4.2 旋转式控制阀球阀球阀有“O”形球阀和“V”形球阀之分，它利用球芯转动与阀座相割开的面积来调节流量，其使用特点如下：最大的特点是流路简单，损失最小，“自洁”性能最好。“O”形球阀无阻调节，流量系数最大，通

17、常用于介质的两位切断。这个结构类似于一个传统的球阀，但是在球上带有拥有专利轮廓设计的V形切口。V形切口球提供等百分比的流量特性。这种控制阀有良好的可调比、控制和关闭能力。“V”形球阀与阀座相对转动时产生剪切作用，尤其适用于高粘度、悬浮液、纸浆等不干净，含纤维介质的调节、切断。偏心旋转阀 它有偏心的阀芯旋转来调节和切断介质，综合了球阀与蝶阀的优点。具有泄漏量小，可兼做切断阀、可调比大、体积小、重量轻、流量系数大、动态稳定性高，阀效应不明显（一般阀门在临界点流量特性曲线将发生畸变，这种现象称阀效应）；阀芯不平衡力较小，适用温度广，通用性好。该阀综合性能优越，可以代替普通调节阀，它特别适用于要求调节

18、范围宽，泄漏量小，流通能力大，阻力小的场合。如火力发电厂中的除氧器加热蒸汽调节阀、主凝水调节阀等。另外，流路简单还适用于高粘度介质（重油），主要缺点是公称压力较小，不能在高压系统中使用。第一章控制阀设计与技术1.4.3 控制阀连接端第一章控制阀设计与技术把控制阀安装在管道里的三种常用方法是旋入式管螺纹、螺栓紧固带垫片法兰和焊接连接端。旋入式管螺纹旋入式管螺纹,常用于小型控制阀，具有比法兰连接端更好的经济性。通常指的螺纹是阀体上的锥管阴螺纹NPT（美国国家管道螺纹）。螺栓紧固带垫片法兰法兰端阀门很容易从管道上拆下，适合用于大多数控制阀为之而制造的工作压力范围。法兰连接端可以用于从绝对0至约815

19、的温度范围。它们可用于所有口径的控制阀。最常见的法兰连接端包括平面，凸面和环型合面法兰连接端。焊接连接端控制阀的焊接连接端在所有压力和温度下都是严密防泄漏的，而且初始成本低廉。采用焊接端的阀门从管线上拆卸比较困难，并且明显地局限于可焊接的材质。焊接端有两种形式：套焊和对焊。控制阀安装在管道里的三种常用方法是旋入式管螺纹、螺栓紧固带垫片法兰和焊接连接端。旋入式管螺纹旋入式管螺纹,常用于小型控制阀，具有比法兰连接端更好的经济性。通常指的螺纹是阀体上的锥管阴螺纹NPT（美国国家管道螺纹）。螺栓紧固带垫片法兰法兰端阀门很容易从管道上拆下，适合用于大多数控制阀为之而制造的工作压力范围。法兰连接端可以用于

20、从绝对0至约815的温度范围。它们可用于所有口径的控制阀。最常见的法兰连接端包括平面，凸面和环型合面法兰连接端。焊接连接端控制阀的焊接连接端在所有压力和温度下都是严密防泄漏的，而且初始成本低廉。采用焊接端的阀门从管线上拆卸比较困难，并且明显地局限于可焊接的材质。焊接端有两种形式：套焊和对焊。阀体 阀门的主要的压力承受腔，它也提供管道连接端和流体流通通道，并阀座表面和阀门截流元件。阀体通常用来指的是带有阀盖组件和包含阀内件零部件的阀体，也称为阀体组件。上阀盖和填料： 上阀盖位于执行机构与阀体之间，其作用为使填料函中填料在一定的温度范围内正常工作而保证密封性能，它有以下四种常见结构：A）标准型：使

21、用工作温度范围为：-20250；B）加长型阀盖：使用的工作温度范围：碳钢-30-427，不锈钢-100-650C）伸冷加长型阀盖：使用的工作温度范围：不锈钢-196-100D）金属波纹管密封阀盖：使用工作温度-60-150 填料装于上阀盖填料室内，起作用是防止介质因阀杆移动而向外泄漏。最常用的填料是聚四氟乙烯和石墨。聚四氟乙烯填料，具有摩擦系数小、密封性能好和耐腐蚀性能好等优点，但耐温差，寿命较短。柔性石墨具有密封性和自润滑性好，耐腐、耐高低温、温度变化影响小的特点。但石墨填料需要较大的压紧力，因此对阀杆的摩擦力较大。1.4.4 控制阀部件第一章控制阀设计与技术阀芯一个经常用来指的是截流元件的

22、术语，阀门的可移动部件，它置于流体通道中用来调节通过阀门的流量。阀杆直行程阀门里，连接执行机构推杆和截流元件（阀芯）的零件。阀座截流元件与它的配合表面相接触的区域，它实现阀门的关闭。阀笼阀内件的一个零件，它包容截流元件并能规定流量特性或提供座合表面。它也提供了稳定性、导向、平衡和对中性，而且有助于其它阀内件零件的组装。阀笼壁包含通常决定控制阀流量特性的开孔。1.4.4 控制阀部件第一章控制阀设计与技术GB国家标准GB/T国家推荐标准ZB行业标准（专业标准）JB机械行业标准（原）机械工业部标准CVA中国阀门行业标准1.4.5 国内常用阀门标准1.4.6国外常用阀门标准ISO国际标准ANSI美国国

23、家标准BS英国国家标准DIN德国国家标准NF法国国家标准JIS日本工业标准ASME美国机械工程师学会标准ASTM美国材料试验协会标准AISI美国钢铁学会标准 API美国石油学会标准 MSS美国阀门和管件制造厂标准化协会标准 AWS美国焊接协会标准 ASI美国规格学会标准MIL美国军用标准 JPI日本石油学会标准第一章控制阀设计与技术1.5 阀门材料1.5.1阀体材料第一章控制阀设计与技术 阀体材质通常是以流动介质的压力、温度、腐蚀性和冲刷性为依据的。大多数的控制阀应用场合需要处理在合理的压力和温度下的相对而言腐蚀性不太强的流体。铸造碳钢是最常用的阀体材料，如WCB、WCC等。耐高温材料：金属在

24、高温下长期承受载荷，会发生蠕变现象，同时氧化及晶间腐蚀作用都将加剧，所以选用高温材料时必须考虑材料的热强性及高温耐腐蚀性，适于高温条件下工作的材料有1Cr18Ni9Ti及0Cr18Ni12Mo2Ti.耐低温材料：低温材料要考虑材料的低温冲击值，奥氏体不锈钢低温性能较好。常用材料有1Cr18Ni9及0Cr18Ni12Mo2Ti.耐气蚀材料：当阀门的压差很大时，即缩流处压力降到介质入口温度下的饱和蒸汽压以下时，将产生汽蚀现象，汽蚀现象会对阀体及阀内组件产生破坏作用，用于耐汽蚀的材料主要是耐磨、耐冲刷的高硬度材料，如经过热处理的9Cr18及17-4PH和具有紧固氧化层、韧性和疲劳强度大的材料烙钼钢、

25、不锈钢。耐腐蚀材料：金属材料的耐腐蚀问题，不仅与材料本身有关，还与介质的种类、温度、浓度有关，应结合具体情况选择。主要耐腐蚀的材料有：1Cr18Ni9Ti及0Cr18Ni12Mo2Ti.20#合金、哈氏合金、钛材等（具体见附表） 1.5.2阀内组件材料 阀内组件、主要是阀芯、阀座。在一般情况下，选用1Cr18Ni9Ti及0Cr18Ni12Mo2Ti.在大压差及含颗粒状介质时，应进行硬化处理。处理方法有热处理和表面堆焊硬质合金。 1.6阀门部件的设计与计算第一章控制阀设计与技术1.6.1直行程阀操作直行程阀所需的力包括：克服阀芯的静态不平衡需要的力提供阀座负载的力克服填料摩擦需要的力某些特定应用

26、或结构所需的附加力 需要的全部力=A+B+C+D 不平衡力 不平衡力是阀门关闭是有流体压力引起的力，在大部通常情况下可表示为： 不平衡力=净压差*净态不平衡面积 通常的做法是把最大上游表压作为净压差，除非工艺流程设计永远确保在最大进口压力是有一个背压。净态不平衡面积是流向向上的单座阀的阀口面积。 提供阀座负载的力 阀座负载，通常表示为每线形英寸阀口周长的磅力，由关闭等级要求确定。1.6阀门部件的设计与计算第一章控制阀设计与技术填料摩擦力 填料摩擦力的大小是由阀杆尺寸，填料形式及由介质或螺栓作用在填料上的压缩载荷决定的。较新的活动加载填料型式有很大的摩擦力，尤其是石墨填料。附加力在驱动阀门时也许

27、需要附加的力，如波纹管刚度、密封导致的异常摩擦力、或软金属密封需要的特殊密封力。 1.6.2 角行程阀填料摩擦力由滚动摩擦产生的 1.7 执行机构 提供动力或运动去打开或关闭阀门的气动、液动或电动装置。气动操作的控制阀执行机构是使用最普遍的一种执行机构，但是电动、液动和手动执行机构也被广泛应用。弹簧薄膜气动执行机构由于其结构的可靠性和简单性而被最普遍地指定使用。气动操作的活塞执行机构为要求的工况条件提供很高的阀杆输出力，它比弹簧薄膜气动执行机构具有更高的可靠性和方便性。电动和电液动执行机构比气动执行机构更加复杂、更加昂贵。 气动薄膜执行机构 A）老式气动薄膜执行机构 该执行机构是一种过去应用最

28、广的执行机构。它通常接受20-100KPa的标信号压力，具有结构简单，动作可靠、维修方便、价格低廉等优点。 该执行机构分为正、反作用两种形式，当信号压力增加时，推杆向下动作的叫正作用式执行机构，反之，信号压力增加时，推杆向上动作的叫反作用式执行机构。在结构上，正反作用执行机构基本相同，均有膜盖，膜片，推杆部件，弹簧，支架等组成， 作用原理：当调节器或定位器的输出信号P输入薄膜气室后，信号压力在薄膜上产生推力，使推杆部件移动，并压缩弹簧，直至弹簧的反作用力与信号压力在薄膜上产生的推力相平衡为止。这时推杆的移动，就是气动薄膜执行机构的位移，也称行程。 第一章控制阀设计与技术1.7 执行机构B）精小

29、型气动薄膜执行机构 它主要是针对老式执行机构笨重和反作用可靠性差的问题而设计的，在减少重量和高度方面，它将老式结构的弹簧改为多弹簧，并将弹簧直接置于上下膜盖内内，使支架大大地减小减轻，在可靠性方面，将反作用的老式执行机构的深波纹滚动膜片改成“O”型圈密封，老式结构中的推杆没有导向，动作的平稳差，而精小型执行机构增加了导向。精小型执行机构具有可靠性高，外形小，重量轻的特点 C）薄膜执行机构的优缺点：优点：结构简单、可靠缺点：（A）膜片承受的压力较低，最大膜室压力不超过300KPa，加上弹簧要抵消绝大部分的压力，余下的输出力就很小了（B）为了提高输出力，通常作法是增大尺寸，使得执行机构的尺寸和重量

30、变得很大，另一方面，工厂的气源通常是500-700KPa，气压没充分用足，这是不可取的，活塞执行机构就解决了此问题。第一章控制阀设计与技术1.7 执行机构气缸活塞执行机构活塞执行机构是气动操作的，使用高达10Kg的高压气源，通常不需要气源压力调节器。活塞执行机构提供最大的输出力和很快的驱动速度。活塞执行机构可以是双作用的，以在2个方向上提供最大的力；或者是弹簧复位的，以提供失气打开或失气关闭的工作方式。可以安装各种各样的附件以便在供气压力切断时定位双作用的活塞。这些附件包括气动保位阀和锁定系统。电动执行机构传统的电动执行机构的设计使用了一个电动马达和某些形式的准确减速齿轮以移动阀门。这些机构经

31、过改进被用于连续控制，并取得了不同程度的成功。到目前为止，电动执行机构对相同的性能水平仍然比气动执行机构要昂贵得多。这是一个技术快速发展的领域，将来的设计可能会引起一个向更多地使用电动执行机构的转变 第一章控制阀设计与技术1.7 执行机构电液执行机构电液执行机构对于无法提供气源压力但又需要精确地控制阀芯位置的偏远地区是非常理想的。手动执行机构手动执行机构在不需要自动控制的场合是有用的，然而，简便的操作和良好的控制仍然是必需的。在自动控制系统的维护或停车期间，它们常常用来驱动控制阀周围的三通阀旁路回路的旁路阀以进行手动过程控制。手动执行机构有各种各样的尺寸、既可用于直通式阀，也可用于旋转阀。齿轮

32、齿条执行机构齿轮齿条型执行机构为旋转阀提供了一种小型且经济的解决方案。由于空程，它们典型地用在开关场合或过程偏差度不是一个考虑因素的地方。 第一章控制阀设计与技术1.8控制阀的检测与测试 1.8.1气动调节阀的主要性能及测试 气动调节阀的性能指标有：基本误差、回差、死区、始终点偏差、额定行程偏差、泄漏量、密封性、耐压强度、外观、额定流量系数、固有流量特性、耐振动性能、寿命。由于调节阀的运输、工作弹簧范围的调整因素，安装前通常需要对如下性能进行调整、检验：1）基本误差 将规定的输入信号平稳地按增大和减小方向输入执行机构气室（或定位器），测量各点所对应的行程值，计算出“信号行程”关系与理论关系之间

33、的各点误差，其最大值即为基本误差。2）回差 在同一输入信号上所测得正反行程的最大差值即为回差。3）始终点偏差 信号的上限（始点）处的基本误差即为始点偏差，信号的下限（终点）处的基本误差即为终点偏差。4）泄漏量5）额定行程偏差第一章控制阀设计与技术1.9国内外控制阀相关标准 第一章控制阀设计与技术中国标准标准名称对应国际标准GB1222089 通用阀门 标志 GB1222189 法兰连接金属阀门 结构长度ISO5209GB1222289多回转阀门 驱动装置的连接ISO5210/13GB1222389部分回转阀门驱动装置的连接ISO5211/13GB1222489钢制阀门 一般要求ANSI B16

34、.34GB1222589通用阀门 铜合金铸件技术条件ASTMB584GB1222689通用阀门灰铸铁件技术条件ISO 185,BS 1452GB1222889通用阀门 碳素钢锻件技术条件ASTM A 105、A181GB1222989通用阀门碳素钢铸件技术条件ASTM A703GB1223089通用阀门奥氏体钢铸件技术条件 ASTM A3511.9国内外控制阀相关标准 第一章控制阀设计与技术中国标准标准名称对应国际标准GB1223289 通用阀门 法兰连接铁制闸阀ISO 5996-1982,API595GB1223389 通用阀门铁制截止阀与升降式止回阀BS 5152、5153GB122348

35、9通用阀门 法兰和对焊焊连接铜制闸阀API600GB1223789通用阀门 法兰和对焊连接钢制球阀ISO 7121,API607GB1223889通用阀门 法兰和对夹连接蝶阀BS 5155GB1223989通用阀门 隔膜阀BS 5156,NFE 29GB1224089通用阀门 铁制旋塞阀API 593GB1224189安全阀 一般要求ISO4126GB1224289安全阀 性能试验方法ANSI/ASME PTC 25.3GB1224389弹簧直接载荷式安全阀 JIS B82101.9国内外控制阀相关标准 第一章控制阀设计与技术中国标准标准名称对应国际标准GB1224489 减压阀一般要求 JI

36、SB8372、B8410GB1224589 减压阀 性能试验方法JIS B8372、B8410GB1224689先导式减压阀JIS B8372,DSS405GB/T13927-92通用阀门 压力试验 ISO 5208 JB/T5296-91通用阀门 流量系数和流阻系数的试验方法 JIS B2005 JB/T6899-93阀门的耐火试验 ISO 10497 JB/T7927-95阀门铸钢件 外观质量要求 MSS SP55 ZBJ16006-90阀门的试验与检验 API 598 第二章 调节阀属于执行器类部件。它与调节器、检测仪表等设备共同构成调节系统。流体调节系统工作原理，见图 由检测仪表获得的

37、实测值，在调节器中与给定值，当两者之差达到一定数值后，调节器向调节阀发出调节信号，而调节阀的执行机构按此信号，产生相应的操作力（力矩）是阀杆产生位移，以改变阀门开度，即改变阀芯阀芯所处的位置。在工艺系统中调节阀属于节流部件，起一个变阻力元件的作用，起核心是一个（一组）可移动的阀芯与不动的阀座之间形成的节流窗口，改变阀芯位置，就可改变调节阀的阻力特性，进而改变整个工艺系统的阻力特性，从而达到调节流量和压力的目的 2.1控制回路 控制阀选型调节器检测仪表第二章2.3.1液体工况流量系数计算2.3.2气体工况流量系数计算2.3.3蒸汽工况流量系数计算2.3.4执行机构力计算（推力、扭矩）执行机构尺寸

38、计算执行机构的选型是通过保证驱动阀门所需的力与能够提供这样一个力的执行机构相匹配来进行的。对于旋转阀，一个类似的过程就是保证驱动阀门所需的力矩与提供这样一个力矩的执行机构相匹配。相同的基本过程可用于气动，电动或电液执行机构的选型 2.3流量系数计算控制阀选型第二章 调节阀在节流中，因节流口流速急剧上升，由能量守恒定律可知，速度上升，压力必须下降，若此时压力的下降低于介质温度的饱和蒸汽压，便气化，分解出气体，形成气液双相流动，这就是所谓的闪蒸。节流后，速度下降，压力的恢复超过饱和蒸汽压值后，不能继续产生气化，同时液体中的气泡将还原为液体，在流体力学中可以证明，此时气泡内的压力趋近于无穷大，既有较

39、大的压力产生，它迫使气泡破裂，并形成强大的压力冲击波，这种现象称为空化。此压力冲击波作用在阀芯、阀座金属表面上，使材料很快被破坏，同时引起振动和噪音，这种由空化引起的材料破坏、振动和噪音，称为气蚀。 2.5闪蒸、气蚀 控制阀选型第二章噪声和大气污染、水污染一样，是一种环境污染，它的危害已经越来越为人们所重视，噪声不仅会降低人们的工作效率，而且还会引起多种疾病，调节阀的噪声来源主要有三种：机械动力噪声阀体内流体的冲击和不规则的压力波动引起可动零件的机械振动，如阀芯相对于导向面的横向运动这种振动产生的噪声频率一般小于1500HZ。当引起阀内组件（阀芯、阀杆等）在其固有频率下谐振时不仅产生很大的机械

40、噪声，其频率约为3000-7000HZ，而且由于振动产生很大的应力，导致振动件的疲劳。流动液体噪声当液体介质流经调节阀并产生空化现象时，由于气泡的爆炸会产生噪声，还会伴随着对阀芯、阀座、阀体等零件的严重气蚀现象。气体流动噪声可压缩气体流经调节阀时，其流速在节流最小的截面处可达到音速，从而形成冲击波，喷射流、游涡流等乱流。乱流的能量在节流孔下游会重新转换成热能，同时产生气体动力噪声。 2.6 噪声 控制阀选型第二章2.7.1参数信息需要控制的流体种类流体温度流体粘度流体比重要求的流通能力（最大流量、正常流量、最小流量）阀门的入口压力（最大、正常、最小）出口压力（最大、正常、最小）正常流动状态下的

41、压力降关闭时的压力降最大允许噪声水平如果知道，过热程度或闪蒸的存在入口和出口管道口径和壁厚要求的特殊的位号信息阀体材质连接端形式和阀门压力等级失气时要求的作用方式可提供的仪表气源仪表信号驱动方式要求的附件 2.7 控制阀选择 控制阀选型第二章确定工况条件（P1、P、Q、T、流量特性、允许噪音等）选择阀体和阀内件要求的适合的压力等级。2.7.2阀门选型过程参数信息控制阀选型计算要求的初始Cv值 检查噪音和气蚀水平 选择阀内件类型如果没有噪音或气蚀的提示，就选择标准的阀内件。如果气相噪音很高，就选择降噪阀内件。如果气相噪音很高或提示有气蚀，就选择降噪抗气蚀阀内件 选择阀内件材质 根据应用场合选择阀

42、内件材质。确保满足要求。 选择阀体阀内件尺寸 根据要求的Cv值进行选择。 可选项 附件、阀盖形式、填料等 。 第三章3.1控制阀的使用控制阀的使用与维护1）气动调节阀的气源应当是无油和干燥的，特别是带定位器的阀。2）调节阀的入口配管要装配一个适当的过滤器，以便过滤掉配管系统带来的杂质，避免损坏阀门。3）阀门安装在系统中时阀体要避免受过大压力，这对阀体分离式阀门特别重要。4）在初次开工之前和停工检修之后，调节阀前要装上滤网，以便滤去管线内的垢物、铁锈和其他杂物。只要可能，配管系统要装上一个短管接头，并在安装调节阀之前冲洗配管系统。5）多尘埃的环境中操作的调节阀，围绕着阀杆装一个橡皮或塑料罩，以保

43、护阀杆的抛光表面免受损坏。6）要遵守制造厂提出的所有调整和辅助设备的开关位置的说明。7）如果在调节阀安装以后还需从系统中拆卸下来，要关闭切断阀并加标记。如果调节阀里有危险流体或污染物，应加上相应标记，以便在拆卸阀门之前进行适当的清洗。8）务必按照流动方向的箭头安装调节阀。9）在安装之前要看各家阀门制造厂的具体说明书。第三章3.2控制阀安装与拆卸 控制阀的使用与维护1）调节阀在安装前，应对管路进行认真的清洗，排除管道内的污物和焊渣，以免杂务进入阀体内，影响调节阀的使用。新安装的大多数调节阀产生的故障都因杂务进入调节阀体内所致。2）调节阀应垂直安装于水平管道上，在特殊情况下，需要水平或倾斜安装时，

44、除小口径调节阀外，一般均应加以支撑。3）调节阀应安装在靠近平台的地方，便于安装、调试、维护和检修。4）调节阀安装时，应注意阀体上的箭头方向应与介质的流向一致。5）如果调节阀的公称通径与管道的公称通径不同时，二者之间应加渐缩管。6）调节阀应安装在环境温度不高于+60和不低于-30的环境中。7）调节阀一般均应设置旁通管路，以便在自控系统发生故障或检修调节阀时可以手动操作，不至于停止生产。8）装有手轮机构的调节阀可以不设旁通管路，当手轮机构停止使用时，必须恢复到原空挡位置，并将手轮限位，以防转动而影响调节阀全行程工作，以利于自控系统的正常运行。第三章1)阀体内壁 对于使用在高压差和腐蚀性介质场合的调

45、节阀，阀体内壁经常受到介质的冲击和腐蚀，必须重点检查耐压、耐腐情况。2）阀座 调节阀在工作时，因介质渗入，固定阀座用的螺纹内表面易受腐蚀而使阀座松动。对高压差下工作的阀，还应检查阀座密封面是否被冲坏。3）阀芯 阀芯是调节阀工作时的可动部件，受介质的冲刷、腐蚀最为严重，特别是在高压差的情况下阀芯的磨损更为严重（因气蚀现象），阀芯损坏严重时应进行更换，另外还应注意阀杆是否也有类似的现象，或与阀芯连接松动等。4）膜片“O”形圈和其它密封垫 应检查调节阀中膜片、O形密封圈和其它密封垫是否老化，裂损。5）密封填料 应注意聚四氟乙烯填料、密封润滑油脂是否老化，配合面是否被损坏，应在必要时更换。 3.3控制

46、阀的维护 控制阀的使用与维护由于调节阀为现场仪表，直接与各种工艺介质接触，所以对调节阀必须进行经常的维护和定期的检查，尤其对工艺介质特殊，操作条件恶略的场合更应该重视维护工作，在维护中有如下重点维护和日常检查。第三章卡堵 由于管道中焊渣、铁锈、渣子等在节流口、导向部位、下阀盖平衡孔内造成堵塞，使被测介质流通不畅，或填料装填过实，致使摩擦力增大，造成信号小时动作不了，信号大时动作又过了头的现象。泄露1）阀杆长短不合适，阀杆向上（向下）移动距离不够，造成阀芯和阀座之间有间隙，而不能充分接触，导致调节阀关不严而内漏。2）填料泄漏，填料装入填料函以后，经压盖对其施加轴向压力。由于填料的塑性，使其产生径

47、向力，并与阀杆紧密接触，但这种接触并不是非常均匀的。有些部位接触松，还有些部位没有接触上。调节阀在使用过程中，阀杆同填料之间存在着相对运动，这个运动叫轴向运动。在使用过程中，由于高温、高压和渗透性强的流体介质的影响，调节阀填料函也是发生泄露现象较多的部位。造成填料泄露的主要原因是界面泄漏，阀杆与填料之间的界面泄漏是由于填料接触压力的逐渐减弱，填料自身老化，这时压力介质就会沿着填料与阀杆之间的接触间隙向外泄漏。3）阀芯、阀座变形泄漏 阀芯、阀座泄漏的主要原因是由于调节阀生产过程中的铸造和锻造缺陷所造成的。如细小的砂眼、局部擦伤等这些缺陷可导致介质中化学成分腐蚀的加强。而腐蚀介质的通过，流体介质的

48、冲刷也可造成调节阀的泄漏。腐蚀主要以侵蚀或气蚀的形式存在。侵蚀或气蚀是由于流体介质在阀体内的流动引起的，当强酸、强碱等腐蚀性介质通过调节阀时，便会产生对阀芯、阀座材料的侵蚀和冲击，使阀芯、阀座成椭圆或其他形状，导致阀芯、阀座产生间隙关不严而发生内漏。 3.4控制阀常见故障原因及处理方法 控制阀的使用与维护第三章震荡 如果调节阀的弹簧刚度不足，调节阀输出信号不稳定而急剧在变动，易引起调节阀振荡。管道和阀座剧烈振动，使装在上面的调节阀跟着振动。阀门定位器灵敏度过高，调节器输出信号微小的变化或漂移，立即被放大并输给调节阀，这就会引起调节器输出信号不稳定。流通能力CV值选的过大，造成调节阀在小开度下工

49、作，导致截流间隙小，流速大，阀前后压力变化大，当越过阀的刚度时，阀稳定性差，就会产生严重振荡，另外调节阀的预紧力不够，也会引起这种现象。膜片漏气 调节阀长期不停地工作，膜片一直处于伸缩状态，易产生老化变质。使其弹力减弱，工作不稳定。导致被控制的参数波动，调节阀在外加0.1MPa不能全开或全关，在外面泄气孔有气漏出，此时膜片已坏。 3.4控制阀常见故障原因及处理方法 控制阀的使用与维护第三章故障处理方法：卡堵处理：可迅速打开旁路阀或调节阀，让赃物从旁路阀或调节阀处被介质冲跑，解决的另一方法是用管钳或克丝钳夹紧阀杆，在外加信号压力的情况下，正反用力旋转阀杆，让阀芯或阀杆闪过卡处，若不能，则把输入信

50、号增大到0.1MPa-0.14MPa,利用膜片上的压力信号来克服阀杆或阀座卡的部分，推动阀杆或阀芯的移动，这样来回运动几次，即可解决卡堵问题。但是这个外加压力信号不宜过大，如大于气源压力0.14MPa,当膜片压力信号一旦克服了卡滞力或摩擦力，这个强大的力量会使阀杆弯曲。泄漏处理：阀杆不合适导致泄漏时应缩短（或伸长）调节阀杆，使调节阀阀杆长度合适，是其不再泄漏。填料泄漏 ，为使填料装入方便，将填料函顶端倒角，在填料函底部放置耐冲蚀的间隙较小的金属保护环，（与填料的接触面不能为斜面）以防止填料被介质压力推出。填料函各部与填料接触部分的金属表面要精加工，以提高其表面光洁度，减少填料损失，填料选用柔性

51、石墨，应其具有气密性好，摩擦力小，维修容易，阀盖螺栓重新拧紧后摩擦力不发生变化，耐压性和耐热性良好，不受内部介质的侵蚀，与阀杆和填料涵内部相接触的金属不易发生腐蚀。这样有效的保护了阀杆填料函的密封，保证了填料密封的可靠性和长期性。阀芯、阀座变形导致泄漏：首先严把质量关，对有麻点、砂眼等缺陷的产品坚决剔除。若阀芯和阀座变形不太严重，可经过细纱纸研磨，消除痕迹，提高密封面光洁度，以提高密封性能，若损失严重，则应更换新阀。振荡处理：对振动和轻微振动，可增大刚度来消除，如选用大刚度的弹簧或改用活塞执行机构，还可更换节流件消除共振或增加对振动的摩擦。这样对轻微的振动还是有一定的作用。 3.4控制阀常见故

52、障原因及处理方法 控制阀的使用与维护第四章阀门定位器 是气动执行器的主要附件，它与气动执行器配套使用，用来提高阀门的位置精度，克服阀杆摩擦力和介质不平衡力的影响，从而保证阀门按照调节器来的信号实现正确定位。分为： 1、气动式；2、模拟式I/P；3、数字式下列情况下，要配定位器：1、介质压力高，压差大的时候；当调节阀用于高压介质时，为了防止流体从阀杆调料处泄露，经常把填料压盖压的比较紧，因此在阀杆产生很大的静摩擦力，使阀杆行程产生误差。配用定位器之后，能够克服这些摩擦力的作用，也能克服流体不平衡力的作用，改善和提高了调节的精度。 2、控制阀的口径大时(DN100)；当阀门口径较大时，由于阀芯重，

53、阀芯截面大（蝶阀）及执行机构气室容积增大，响应特性变差，改善的方法就是配用阀门定位器。3、高温或低温控制阀；当温度过高或过低时，由于阀杆与填料之间的摩擦力增大，使调节信号与阀门的行程之间产生较大的误差，配用定位器之后，可以克服摩擦力的影响。4.1阀门定位器控制阀附件选型与应用第四章阀门定位器4、需要提高控制阀的动作速度时；当调节阀与调节器相距较远时，气动信号管比较长，为了克服信号的传递滞后，可使用电气阀门定位器，让调节器输出的电流信号直接转换成气压信号去操作调节阀。5、用标准信号、操作非标准弹簧的执行机构时（20100KPa以外的弹簧范围）；当以调节器的标准信号20100KPa去操作非标准信号

54、40200KPa的气动薄膜执行机构时，其中一种方法就是阀门定位器，只需把气源的压力从140KPa提高到250KPa就可以操作非标准信号的执行机构。6、用于分程控制时；7、使阀门实现反向动作时（气关式和气开式互相转换）；当一台气关式调节阀需要改成气开式调节阀时，必须把阀芯反装，或采用反作用式执行机构。在现场这样改装比较麻烦，劳动强度较大，而且用户必须有一定的备品才能进行。如果利用阀门定位器，把气关改成气开，或者做相反的改变就比较容易。4.1阀门定位器控制阀附件选型与应用第四章阀门定位器8、需要改变阀的流量特性时（可以改变定位器凸轮）；调节阀的流量特性可以通过改变反馈凸轮的几何形状来改变。因为反馈

55、凸轮的几何形状不一样，能改变调节阀对定位器的反馈量，使定位器的输出特性变化，从而改变调节器的输出信号与调节阀位移之间的关系，既修正了流量特性。9、无弹簧执行机构或活塞执行机构，要实现比例动作时；没有弹簧平衡的活塞式执行机构，是两位式动作，非开则关。要使这种执行机构具有比例动作，就要配用阀门定位器。可以采用单向定位器，也可以用双向定位器。 10、用电信号去操作气动执行机构时，必须配电-气阀门定位器。 4.1阀门定位器控制阀附件选型与应用第四章 当系统需要实现程序控制或两位控制时，需要配用电磁阀。选用电磁阀时，除要考虑交、直流电源及电压、频率外，必须注意电磁阀与控制阀作用型式的关系，可配用“常开型

56、”或“常闭型”。如果要求加大电磁阀的容量，来缩短动作时间，可以并列使用两台电磁阀或把电磁阀作为先导阀与大容量气动继动器组合使用。4.2电磁阀控制阀附件选型与应用4.3气动继电器 转换器分为气-电转换器和电-气转换器，其功能是实现气、电信号之间一定关系相互转换，主要用于在用电讯号操纵气动执行机构时将010mA或420mA电讯号转换或0100KPa气讯号，反之在用气讯号操纵电动执行机构时（比较少见）或者为了集中监控，与计算机联网则将0100KPa气讯号转换成010mA或420mA电讯号。 4.4转换器 气动继电器是一种功率放大器，它能将气压信号送到较远的地方，消除由于信号管线加长所带来的滞后，主要

57、用于现场变送器与中央控制室的调节仪表之间，或在调节器与现场控制阀之间，还有一种作用就是放大或缩小信号。第四章 空气过滤减压器是工业自动仪表中的一种附件，其主要功能是将来自空压机的压缩空气进行过滤净化并将压力稳定在所需要的数值上，可用于各类气动仪表、电磁阀、气缸、喷涂设备及小型气动工具的供气源和稳压装置。 4. 5空气过滤减压器控制阀附件选型与应用4. 6自锁阀(保位阀) 当控制阀远离控制室时为了不到现场就能准确了解阀的开关位置，就要配备阀位传送器，即将阀开度的机构位移量，按一定规律转换成电讯号送到控制室，此讯号可以是反映阀门任何开度的连续信号，也可以认为是阀门定位器的逆动作。 4.7阀位传送器

58、 自锁阀是保持阀位的一种装置。气动控制阀当气源发生故障时该装置能将气源讯号切断，使膜室或气缸的压力讯号保持在故障前一瞬间的状态，这样就使阀位也维持在故障前的位置上，起到保位作用。 4.8行程开关(回讯器) 行程开关反映阀门开关两个极端位置，并同时送出指示讯号的装置，控制室可以根据此讯号，判断阀门的开关状态以便采取相应措施。 第六章6.1典型电站工艺流程控制阀电力行业应用控制阀选用流程图 水系统蒸汽系统 安全系统 温度控制-压力控制水位控制-流量控制 温度控制-压力控制 超压控制-止回控制-快速隔离控制给水系统-高低加热器疏水系统-减温喷水系统除氧器系统-冷凝器系统 汽机旁路-减压-放空-减温减

59、压 超压防护-抽气逆止 气蚀-闪蒸-冲刷 噪音-冲刷-热冲击 振荡泄漏 给水阀-最小流量循环阀减温水阀-疏水阀 蒸汽放空阀-蒸汽减压阀蒸汽减压阀-旁路阀 安全阀-止回阀快速切断阀 抗气蚀-耐冲刷 抗热冲击-降噪 安全可靠-关闭严密 第六章6.2通用过程控制阀的选择 控制阀电力行业应用电力是最重要的能源行业之一，目前有蒸汽、风力、水力、地热、潮汐发电、太阳能发电，本章节重点讨论燃油、燃煤、燃气及核电站中部分典型控制阀的选用。这类电站共同点就是将水汽化为蒸汽，利用蒸汽驱动汽轮机带动发电机产生电力，不同点是将水转化成蒸汽的能源各不相同，分别有天然气、燃油、煤炭、原子堆。各种电站的结构大致相同，从电力

60、流程图来看，实际上是水、蒸汽的循环流程，在此流程中选用控制阀即简单又复杂。简单的是过程介质只有水和蒸汽两种，复杂的是水和蒸汽的温度与压力波动范围大，带来系列问题如：闪蒸、气蚀、冲刷、噪音、腐蚀。但首要要考虑的问题是控制阀的安全性与可靠性。 第六章控制阀电力行业应用6.3锅炉给水泵控制阀的选择 控制要求：使锅炉给水泵安全启动及运行，消除因流量过小、温升增加、水强烈气蚀使泵损坏。 工作情况：压降达160-350公斤，是电站系统中承受压差最大的阀门，流量一般为正常流量的30%。阀门要求：抗气蚀，防堵结构，V级密封等级，泵启动与停止时阀门连续工作，泵正常启动后阀门关闭，阀门通常为故障开。6.4高低压加