自力式调节阀知识
自力式压力调节阀原理
时间:2018-01-19 16:11
自力式压力调节阀的使用原理:
        自力式压力调节阀是一种无需外来能源,依靠被测介质自身压力或温度或流量变化,按预先设定值,进行自动调节的控制装置,是一种节能型仪表。它集控制、执行诸多功能于一身。自成1个独立的仪表控制系统。集变送器、控制器及执行机构的功能于一体。不同于一般含义上的控制阀。
自力式调节阀有自力式压力(微压)调节阀、自力式(压差)流量调节阀、自力式温度调节阀等几类。自力式压力调节阀是其家族成员之一,由于它无需外来能源,产品结构简单,使用方便,维护工作量少等优点,特别适用于城市供热、供暧及没有供电、供气又需控制的场合。据德国报道,城市供热、供暖系统采用该产品,热效率比以前提高30%~40% 。节能效果显著。
本文仅就自力式压力调节阀的原理、结构特性及工程应用经验进行论述。
1 自力式压力调节阀分类及工作原理
1.1 自力式压力调节阀的分类
1)按阀后、阀前控制分为两类:自力式阀后(减压)控制阀;自力式阀前(泄压)控制阀。
2)按是否带指挥器分为两大类:直接作用型自力式调节阀,如图1所示;指挥器操作型自力式调节阀。
自力式压力调节阀工作原理:
1)自力式阀后压力调节的工作原理见图3所示。阀前压力P1经过阀芯、阀座的节流后,变为阀后压力P2。P2经过管线输入上膜室内作用在顶盘上,产生的作用力与弹簧的反作用力相平衡,决定了阀芯、阀座的相对位置,控制阀后压力。当P2增加时,P2作用在顶盘上的作用力也随之增加。此时,顶盘上的作用力大于弹簧的反作用力,使阀芯关向阀座的位置。这时,阀芯与阀座之间的流通面积减少,流阻变大,P2降低,直到顶盘上的作用力与弹簧反作用力相平衡为止,从而使P2降为设定值。同理,当P2降低时。作用方向与上述相反,这就是阀后压力调节的工作原理。
2)自力式阀前压力调节的工作原理同阀后压力调节的工作原理,应注意阀芯反装。
1.3 自力式压力调节阀与控制阀的区别
这两类产品的区别,主要在于控制阀既需要外界能源(如电源或气源)做驱动能,又需要接受外来控制仪表信号才能改变阀内截流件相对位置,从而实现改变流体流量。而自力式压力调节阀则既不需外来能源,又不需要接受外来控制仪表信号,仅靠被调介质的压力信号,便可实现压力调节。两者区别可见图5。
 自力式压力调节阀的特点:
由于自力式压力调节阀没有外来驱动能源。因此该产品的操作力较小,它具有如下特点。
1)平衡式阀芯结构,如平衡型单座。双阀芯平衡型,套筒平衡型等。
2)快开流量特性,其阀芯为平板型。
3)公称通径与阀体特征:DN20~100mm(或125)。阀上设有波纹管,阀芯为单座(有的厂家产品DN20mm的没波纹管,阀芯也为单座);公称通径大于100mm 时。阀上盖内不设波纹管,阀芯为双阀芯或套筒结构。
4)执行机构种类推荐:设定值≤0.6MPa时,选薄膜式执行机构;设定值>0.6 MPa时,选气缸式执行机构。
自力式压力调节阀安装方式:
3.1 直管段的设置
自力式压力调节阀前、后应尽量保持一定的直管段(一般为6D(管径)左右)。阀前取压点距阀的距离应大于2D;阀后取压应大于6D。阀前、后还应装有压力表,压力表应靠近取压点,以便使设定值与取压值真实一致。
3.2 旁路系统的设置
为保证检修及出故障时生产能继续运行,最好设置旁路系统。
3.3 过滤器的设置
该系统中的过滤器在工艺介质干净、没杂质的情况下,可以省略。
当介质中有杂质或用带指挥器的自力式压力调节阀时应装过滤器,以防阻塞引压管路或指挥器、卡死气缸执行机构及阀芯等。
若限于管路安装空间或经费,可将过滤网装在阀前的截止阀上游处。取代过滤器。
3.4 安装方式与介质、温度的关系
1)自力式压力调节阀安装方式原则上宜采用,气体介质正立安装(执行机构在上、阀体在下),液体与蒸汽介质倒装。
2)气体介质温度高于70℃低于140℃ 、液体介质温度高于140℃时,自力式压力调节阀除采用倒装外,还应在引压管路上加装隔离罐,并应在引压管路、隔离罐、膜头处注满冷媒,以防膜片受高温老化。
3)气体介质温度高于70℃低于140℃时.若仍采用正立安装,应在设计文件(设备表)中注明采用高温膜片(如乙丙橡胶膜片、硅橡胶膜片等),否则会造成普通膜片老化。
4 应用及注意事项
4.1 适用场所的应用及注意事项
自力式压力调节阀主要适用于没有腐蚀性且黏度低的液体、气体、蒸汽(最高温度可达300~350℃)等介质的压力控制。如轻质油品、水、水蒸汽、空气等。在设计条件提供与阀门选用时应注意以下情况。
1)所提阀前、阀后压力及设定值条件应接近实际工艺条件。
自力式压力调节阀对所提工艺条件的要求较一般控制阀要严谨。工艺参数确定后,不允许有较大范围的更改。由于该类产品所允许的设定值调整范围较小。一般直接作用型调节阀其设定值允许偏差为±8%、带指挥器操作型调节阀其设定值允许偏差±4%左右。若超出设定弹簧的允许调压值,为达到原设定值要求,则必须通过更换设定弹簧的办法才可实现,这需送回生产厂才能完成。
2)选用允许压差时,应注意到该产品的允许压差值小的特点。这是由于该产品输出力小及波纹管内外允许压差小,导致允许压差较普通控制阀小,且无法像普通控制阀可通过提高供气压力来增大压差。特别在小口径时两者压差相差更大。如表1所列。
这是因为为确保自力式压力调节阀正常工作,该产品要求工艺参数确定后,不允许有较大范围的变动。若用于往复泵时,由于往复泵输出流量是周期性脉动,造成该阀在设定值附近处于周期性脉动,因而达不到稳定压力的作用,使整个控制系统无法正常工作。
以上分析可知,自力式阀前控制阀用于往复泵出口做泄压控制是可行的方案。即该阀在设定值附近处于周期性脉动,使泵出口压力不超出设定压力值。该方案已在上海炼油厂罐装站应用多年。
4.2 特殊介质中的应用及注意事项
4.2.1 黏度较高的介质中的应用
从自力式压力调节阀的原理和结构特点可知。该产品能否应用在黏度较高的介质场合,就需从下述两方面综合考虑。
1)被调介质黏度对执行机构—引压管、指挥器、膜片的影响。为避免这方面的影响,可采取在引压管上加装隔离罐,注满隔离液,以使黏稠介质不堵塞引压管和进入到执行机构内,影响被调介质作用力的传送。
2)被调介质黏度对阀内件及平衡元件—波纹管的影响。
这是由于被调介质流过阀内件时,将被引入平衡压力元件—波纹管内与外,黏度过高将使其无法起到压力平衡作用。若介质在停工后易凝固也将使波纹管无法在开工后正常工作。
上述分析,归根结底是介质黏度值的界定问题。目前,国内制造厂的产品样本未见推荐值。国外已有厂家推荐,在油和液体情况下,允许使用的介质运动黏度为600mPa•S;Samson允许的介质黏度为100mPa•s(密度0.8)。
只有当上述两要求均满足时,才能使用。这已有很多实例证明。如上海中泰自动化仪表厂生产的该类产品,已在上海石化厂罐区乙焦油压控上(黏度为190mPa•S)、延安炼油厂燃料油—重油压控上(黏度为135mPa•s)使用多年。
4.2.2 高黏度的介质不宜使用
4.2.3 不允许泄漏的气体介质中的应用
不允许泄漏的气体介质使用时,出于安全原因及避免贵重气体浪费因素,应考虑下述两点。
1)填料函及其他连接处的密封性能达到标准。
该产品应符合国家标准GB/T4123-92气动调节阀要求无渗漏现象,这一点同一般控制阀要求一样。
2)气动执行机构的气室密封性要求要确保无渗漏。
该产品要求比GB/T4123-92规定高,不允许渗漏。因为GB/T4123-92标准对气室的密封性规定:“气动执行机构的气室应保证气密性。在额定气源压力下,5min内薄膜气室内的压力下降不得大于2.5kPa;”
国内该类产品鉴于没统一的产品标准,有不少产品对该项要求不严或没考虑此种气体介质使用要求,仅参照GB/T4123-92生产,这对安全生产或节约贵重原料造成不利。因此该产品不适宜用于液化气减压,若要采用,需要与制造厂详细讨论。
4.2.4 使用在腐蚀性介质场合应慎重对待
该产品使用在腐蚀性介质场合,与使用在黏度较高的场合一样,需要从介质对执行机构和调节机构两大部件耐腐蚀性进行双重考虑,只有两者均满足时才可使用。由此可见,它比控制阀要求更复杂,使用面更狭窄。
为便于设计人员在腐蚀性介质场合的选用,现将执行机构与调节机构抗腐材料现状列于表2,供参考。
以波纹管平衡型阀为例,由于目前国内波纹管的防腐蚀材料只能做到304和316。仅从调节机构上选,它将无法使用在氯气、次氯酸钠、液氯、铬酸、盐酸、硫酸、氯化锌等介质。增大了使用局限性。
在这种介质中使用时,快捷的办法是,设计和制造单位根据工艺条件和要求及制造水平共同确认能否使用。
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