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煤气化工艺气动调节阀的选用方法

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煤气化是一个利用煤加压气化工艺生产煤气,整个工艺自动化水平较高,在过程控制中,执行器的控制品质与生产工况的稳定有着密切的联系,所以对执行器的选择显得格外重要,对于安全防爆要求比较高的化工企业,绝大多数执行器采用的是气动调节阀。

气动调节阀的选择一般要从以下几个方面进行考虑:

1、根据工艺条件,选择合适的调节阀结构和类型。

2、根据工艺对象,选择合适的流量特性。

3、根据工艺参数,计算流量系数,选择阀的口径。

4、根据工艺要求,选择材料和辅助装置。

气动调节阀的结构和类型

气动调节阀是由气动执行机构和阀两部分组成的,气动执行机构是接收输入的气源信号,产生相应的推力,使推杆发生位移,推动阀门动作;而阀是指与管路联接的阀体组件部分,它接受执行机构的推杆推力,改变阀杆位移,从而改变阀门开度,最终控制流体流量的变化。

气动调节阀按其行程可分为直行程和角行程两种,按其结构类型分直通单座阀、直通双座阀、高压阀、角形阀、套筒阀、隔膜阀、蝶阀、偏心旋转阀等。其中直通阀比较常见,单座阀泄漏量较小,但阀前后压差不能太大,而双座阀正好与之相反。高压阀适合于高静压和高压差的介质测量,但在高压差情况下,流体对材料冲刷和气蚀严重,一般要考虑阀芯和阀座的材质,以提高其使用寿命。在高压差、高黏度、含悬浮物和颗粒状物质流体的控制中可选用角形阀。隔膜阀更适用于强酸、强碱等强腐蚀性介质的控制。蝶阀适用于大流量、低压差的气体介质。套筒阀采用平衡型阀芯结构,具有低噪声的特点,是应用较为广泛的阀之一。

气动调节阀有气开与气关两种类型。确定调节阀开关方式的原则是:当信号压力中断时,应保证工艺设备和生产的安全。如果阀门在信号中断后处于打开位置,流体不中断最安全,则选用气关阀;如果阀门在信号压力中断后处于关闭位置,流体不通过最安全,则选用气开阀。如加热炉的燃料气或燃料油管路上的调节阀,应选用气开阀,当信号中断后,阀自动关闭,燃料被切断,以免炉温过高而发生事故;锅炉进水管路上的调节阀,应选用气关阀,当信号中断后,阀自动打开,仍然向锅炉内送水,可以避免锅炉烧干。

煤气化工艺气动调节阀流量特性

煤气化工艺气动调节阀的流量特性是指介质流过阀的相对流量Q与阀芯相对行程己(阀门的相对开度)之间的函数关系:Q=f(L)。

当调节阀两端压差△P保持不变时,阀的流量特性称为固有流量特性。固有流量特性主要有直线、等百分比(对数)、抛物线和快开等4种类型。

在生产中阀的固有流量特性有直线、等百分比和快开3种。抛物线特性介于直线和等百之间,一般用等百特性来代替。快开特性主要用于二位式控制。

在一般情况下,阀两端压差不可能永远保持不变,这时阀的固有流量特性就会发生畸变,阀在实际工作条件下的特性称之为工作流量特性。这时在确定流量特性时要引入一个称为阀阻比的系数S。

S=△P/∑△P

∑△P为系统总压差,是阀、全部工艺设备和管路系统上的各压差之和。

从以下3个方面内容对阀的工作流量特性进行分析:

1、从控制系统的控制质量方面分析

对于一个简单的控制系统,它是由控制对象、变送器、调节器和调节阀几个基本环节组成的,系统的总放大系数K=K1K2K3K4K5

K1~K5分别表示变送器、调节器、执行机构、阀、控制对象的放大系数。在负荷变动的情况下,要使控制系统能保持预定的控制指标,希望总放大系数在控制系统的整个操作范围内保持不变。一般来说,在一个确定的系统里,K1~K3的系数是固定不变的,只有对象的放大系数X5随负荷的变化而变化,为此选择适当的流量特性来丰I、偿对象特性的变化,保证K4K5的乘积是个常数就保证了系统的总放大系数K是个稳定值。

2、从工艺配管情况分析

调节阀总是与管道、设备连在一起使用的,管道阻力的存在必然会使阀的工作特性与固有特性不同。所以,应根据对象的特性,选择合适的工作特性,再根据配管情况选择相应阀的固有流量特性。

3、从负荷变化情况分析

直线特性调节阀在小开度时流量相对变化量大,过于灵敏,容易引起振荡,阀芯阀座易损坏,故在S值小、负荷变化幅度大的场合不宜采用。等百分比阀的放大系数随阀门行程增大而增大,流量相对变化量恒定不变。

气动调节阀的口径计算

气动调节阀口径的确定是在计算阀流量系数CV的基础上进行的。流量系数的定义是指在阀门全开条件下,阀两端压差△P为100 kPa,流体密度ρ为1g/cm3时,通过阀的流体体积流量为Q(m3/h),其节流公式为:CV=mC。

C是一个比例系数,它与流量系数的关系是m倍,当流量特性为直线型时m=1.63,当流量特性为等百分比型时m=1.97。

CV=mC是当测量介质为液体时的计算方法,当测量介质为气体时应考虑温度和压力对介质体积的影响,其C值的计算分两种情况:

当阀前后压差△P小于0.5倍的阀前压力P1,即△P<0.5P1时,另外,当介质为过热蒸汽时,计算C值要考虑蒸汽的过热度。

确定完CV值以后,要对气动调节阀的开度进行验算,要求最大流量时阀开度不大于90%,最小流量时开度不小于10%。在正常工况下,阀门开度应在15%~85%之间。最后根据CV值确定调节阀口径。


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