调节阀的选用作者.docx
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调节阀的选用作者
调节阀的选用作者:
詹姆斯W·哈奇森
调节阀的选用
概 述
下面具体地论述了所有的阀门类型，如球形阀、球阀、蝶阀、偏心旋转阀、隔膜阀及用于控制的其他类型的阀门。
这份资料使用户知道每种类型阀门的操作条件范围和口径大小，以及随着环境和使用场合的不同，一种类型阀门的性能与另一种阀门性能的差别。
一种类型阀门的性能实际上是与价格和质量有关系的。
控制质量与不同稳定度下的粗略的、适度的或精确的流量控制、可调范围（调节比）和阀内件寿命有关。
正确的阀门必须和合适的仪表一起使用，使其在控制系统的动态特性中起适当的作用。
考虑到选择调节阀包括许许多多的变量，这里只能给出一般性的指导原则。
下面给出的表格指了调节阀口径的典型颁布情况。
调节阀口径在加工工厂中的典型颁布情况
口径
累积的百分数
等于或小于1?
英寸
调节阀总数的65%
等于或小于2英寸
调节阀总数的83%
等于或小于3英寸
调节阀总数的91%
等于或小于4英寸
调节阀总数的96%
阀门的选用
一般考虑采用下述的操作变量来选择阀门的类型，它能够用来处理已规定的操作条件：
1）管线压力（阀门压力等级）。
2）流量（在流动状态下的Cv值，与阀门的口径有关）。
3）压差（在节流稳定、低噪音、防气蚀及较小磨损下的许用△P）。
4）操作温度范围（与结构及使用的材料有关）。
5）腐蚀率（与具体的阀门类型中经济地使用材料有关）。
评价的因素 对于具体的应用场合，用哪种阀门最好、这取决于下述因素的相对重要性：
1）噪音级——小于90分贝（A）和（或）达到声带的阻塞流量。
（随着下游压力的降低，限制了流量的增加）。
2）气蚀——大于起始值（较小的）在气蚀状态下的阻塞流量。
3）闪蒸——阀门的口径是按阻塞流量计算的，阀体材料能够耐较大的磨蚀。
4）磨蚀——用结构和硬化的阀内件来减小或补偿。
5）节流稳定性——满足工艺流量和压力变化的需要。
6）价格总的价格包括：
采购、安装、操作动力及维修。
7）口径大小——适合于可以使用的空间。
考虑配管强度、地震力、管道的大小头与管线尺寸的关系及阀体与缩小流通面积阀内件的关系。
主要阀门制造厂和大的工业使用部门正在开发电子计算机程序以进行这种评价，而把最终的选择留给调节阀应用工程师去做出技术判断。
有些程序还包括泵、配管和阀门组。
许多工艺条件天生我材必有用是十分正常的，用户的工程师能够做出合适的阀门选择。
对于严格的或不正常的条件，明智的做法是和阀门制造厂协商。
现在的电子计算机程序往往可以使用于计算、规定或引起对下述项目的注意：
1）阀体材料；
2）压力等级；
3）温度限制；
4）阀门的流通能力（Cv值）和口径大小；
5）气恂条件；
6）闪蒸条件；
7）过大的速度；
8）阀门的噪音和声压级的指示（分贝A）；
9）由于管道大小头引起的Cv值降小；
10）对阻塞流按照阀门开度校正的Cv值；
11）执行机构的尺寸；
12）阀门满足或不满足所有的计算机输入的约束条件，包括具体的阀门类型对节流某些流体的压差限制、与辅助设备（阀门定位器、阀位开关、电磁阀、传感器、连接端、执行机构等）的兼容性；
13）阀门的连接端，按照配管规范和管线尺寸；
14）最经济的选择（现在正在研究中）；
15）经济的压头损失。
这对于计算最在效的配管尺寸和阀门前后的压降是有用的，当压降与系统的压力有关系以及泵的系统能量有要求时；
16）调节阀阀组配管的影响因素。
在调节阀的选用中考虑的关键因素
下面13套表格是按照应用顺序设计的，并作为导则，使用户能够来确定在一般的操作条件下最适合于具体使用情况的阀门类型或阀门型式。
这些表格并不能代替详细阅读和了解在本手册中所编写的资料，但是对读者了解各式各样的阀门类型的性能和一般应用是有帮助的。
阀门选用表
1）操作压力和温度与可用的阀门口径和流通能力的关系。
2）许用压差；
3）操作温度范围；
4）固有的流量特性和可调范围；
5）泄漏量；
6）阀门的端部连接；
7）执行机构；
8）阀门型式与紧密度、重量、相对价格和执行机构功率的关系；
9）维修的方便和维修地点；
10）防气蚀阀门；
11）低空气动力噪音的阀门；
12）阀体型式（口径大小、压力等级、温度范围、剖面图）；
13）阀体材料和衬里是容易买得到的。
1、压力——温度的额定值与阀门类型和口径范围的关系
为了具体的应用，首先必须把工艺数据转换为阀门流通能力（Cv值）。
第6章包含了如何转换计算的资料。
制造厂的流通能力额定值（Cv值）定义为：
阀门在全开位置，压差为1磅/英寸2，60℉的水每分钟渡过阀门的加仑数。
在相同的使用条件运行，一种阀门的容量Cv值可以相等的，但是在实际操作条件下，由于每种类型的阀门受管道大小头、气蚀或临界气体流量的影响不同，Cv值可能是完全不相同的。
本章第8节有更多的有关这方面的资料。
在第6章中给出了关于液体和气体的两种计算Cv的方法。
全开的Cv值（制造厂的额定值）是工通常所选用的，其结构是使正常的工艺流量约为额定的65～75%或更多些，这将使一些工艺流量的变化能够得到充分的控制。
参考图4和图5。
每种类型阀门最大口径的是示于棒图的右端第二步是参考第九章中的压力——温度图表，从而确定具体应用的校正值。
配管设计可以提高阀门额定值的等级。
而且，假如配管设计已经接近于完成了，在配管中端面至端面的安装距离可以决定压力等级。
第三，已经确定压力和温度等级之后（即美国国家标准协会的标准150磅、600磅等），就能够把输进的数据制成一系列的棒图。
利用“压力等级与阀门类型的口径范围”图表来决定在这种额定值下的阀门口径是采用已给定的型式还是采用其他型式的阀门。
2、切断压差与阀门类型和口径的关系
从本节中给出的资料，适当的阀门类型及合适的切断压差可以按要求的口径来选择，而口径是由前面第一节中说明的Cv值决定的。
阀门的类型必须按照“带标准执行机构的最大切断压差”图所示的许用压降来选用，不应超过正常的工艺操作条件或在切断期间所聚积的压力。
参考图6。
这三张图是以最大的切断能力为基础的，从每种带标准执行机构的阀门类型的变量最佳组合而得到的。
本节的后面用表列出了这些变量。
它们表示了制造厂在确定每种给定阀门的切断压差等级时所必须考虑的因素。
差压范围的例子是针对具体阀门给定的，表明有很大的变化范围。
Cv额定值是表示不同类型阀门的某一尺寸的数值。
务必认识到，在所有的流量和配管条件下并不是都能达到Cv的额定值的。
阀门上可以安装一个有足够功率的执行机构，以增加阀门的压差切断值，以达到上阀盖和内部零部件的机械强度的极限。
其限度是：
（1）在较高的压差下的许用阀座接合面荷载；
（2）弹性膜片的断裂；（3）当内部零件的强度增加时，球阀和蝶阀的流通能力却降低了。
压力平衡式结构的球形阀提供了一个解决较高压差的办法，使用适中尺寸的执行机构。
双座球形阀通常把需要考虑的动态平衡问题消除了或减至最小。
对于带标准执行机构的6英寸阀门，
用变更变量来获得不同的压降能力的例子
阀门的类型
压差范围
Cv①
整体球的球阀
1440磅/英寸2
1500
非衬里蝶阀
21～200磅/英寸2
1750
特性球阀
175～320磅/英寸2
1200
隔膜阀
125～125磅/英寸2
600
双座球形阀
400～400磅/英寸2
540
单座球形阀（非压力平衡式）
90～210磅/英寸2
400
①当节流压降引起在液体中产生气蚀或在气体中产生阻塞流时，这些流通能力的大小和数量级可能有很大的变化。
而且，对于蝶阀和球含辛茹苦，管线布置的因素Cv值有很大的影响。
为了长的使用寿命和节流稳定性，最大容许的节流压差 节流的磨蚀缩短了阀内件的寿命，而且在在严重的情况下还要影响阀体的寿命。
液体中的磨蚀颗粒或者气体中的液滴，与通过阀门缩流部分高的流速结合起来，使阀座的流通面积阻塞而引起的磨损。
气蚀磨蚀和（或）腐蚀磨损引起擦掉金属氧化物的保护层，在本章中没有考虑。
图7（A～D）列出阀门类型和许用最大压差取决地腐蚀的状况。
所列出的是以清净的无磨蚀性液体和气体、液体和气体中含有磨蚀性细粒、智谋的和严重的磨蚀性浆液为基础的。
计算你的阀门口径，条件是不超过这些压降，以便于工作获得要求的流通能力。
表达在图7中的这个题目资料有限。
当不能够避免过高的液体压降时，选用一个流体流路拐弯最少的阀门，用厚实的阀体流通部分输送流体到阀座接合面部分。
采用比流体中磨蚀性物料硬的阀内件。
更详细的资料参阅第四章的阀内件磨损部分。
仅用于上面所列出的阀门类型。
见图6C下面的限制条件。
仅适用于球形阀。
见图6C下面的限制条件。
仅适用于隔膜阀。
*
（1）不适用于连续节流的△P额定值，仅为图示的切断能力。
（2）压差额定值是按照冷阀门与标准执行机构组装而给出的。
在某些情况下可以使用更大巧若拙的执行机构和更高的压力等级。
与阀门供应都协商。
（3）压差额定值是基于阀口通道约为公称管道尺寸的0.8，并考虑所包含的管道壁厚。
蝶阀的流通口与管道尺寸一样。
（4）球形阀的双V形口阀芯的额定值，用于液体的比用于气体的低，由于较高密谋的流体在阀门打开时把更大旋转力传递给阀芯。
管线中的流体
清净无磨蚀性
流体中含磨蚀细粒
磨蚀性浆液
液体
气体
液体
气体
适度磨蚀
严重磨蚀
球阀，整体球式①，标准阀内件，球面镀硬铬，聚四氟乙烯阀座
300磅/英寸2不考虑气蚀
200磅/英寸2
请制造厂推荐
15磅/英寸2
5磅/英寸2
特殊阀内件，球面镀硬铬，钨铬钴硬质合金阀座
这些流体不需要特殊的阀内件
请制造厂推荐
请制造厂推荐
极端的阀内件，球面镀硬铬，非接触式钨铬钴阀座环
请制造厂推荐
请制造厂推荐
图7A球阀
连续节流的最大许用压差
（在适当的阀内件寿命和节流稳定性下）
①带V形或等高边接触的扇形球是制造厂推荐的。
管线中的流体
清净无磨蚀性
流体中含磨蚀性细粒
磨蚀性浆液
液体
气体
液体
气体
适度磨蚀
严重磨蚀
标准阀内件
在额定的压差下没有问题——全开或全关。
不允许阀门产生气蚀
额定值未经确定
请制造厂考虑压差与上游压力（在关闭时磨蚀）、节流时打开的角度、管线中流体的腐蚀性质（对于腐蚀——磨蚀介质）的关系。
然后可以推荐特殊的或极端的阀内件。
特殊阀内件，衬里阀体和硬的阀盘边缘
这些液体不需要特殊的阀内件
极端的阀内件，表面硬化处理的阀盘和阀体，轴表面镀硬铬
这些流体不需要特殊的阀内件
图7B蝶阀
连续节流的最大许用压差
（在适当的阀内件寿命和节流稳定性下）
管线中的流体
清净无磨蚀性
流体中含磨蚀细粒
磨蚀性浆液
液体
气体
液体
气体
适度磨蚀
严重磨蚀
标准阀内件
采用制造厂的图表，以阀门口径、膜片材料、流体和温度为基础来达到压差的极限
极限流速达6英尺/秒
极限流速达6英尺/秒
极限浆液速度达6英尺/秒
极限浆液速度达6英尺/秒
特殊的阀内件，弹性材料衬里的阀体
这些流体不需要特殊的阀内件
请教制造厂
在考虑管线中颗粒的硬度和速度以及与隔膜寿命和阀体衬里材料的关系之后，制造厂可以在他的表格中提高许用的压差。
极端的阀内件，玻璃衬里阀体，特氟泽尔①衬里阀体①特氟泽尔为杜邦公司的商标
这些液体不需要特殊的阀内件
连续节流的最大许用压差
（在适当的阀内件寿命和节流稳定性下）
管线中的流体
清净无磨蚀性
流体中含磨蚀细粒
磨蚀性浆液
液体
气体
液体
气体
适度磨蚀
严重磨蚀
标准阀内件，316不锈钢阀芯和阀座，做到12英寸
200磅/英寸2
300磅/英寸2
不适用
不适用
不适用
不适用
特殊的阀内件，6号犯错误铬钴硬质合金表面硬化处理的阀芯和阀座接合面，做到24英寸250磅/英寸2
500磅/英寸2
1000磅/英寸2
100磅/英寸2
200磅/英寸2
不适用
不适用
不锈钢，416阀芯和阀座，带17—4PH硬化的套筒
1000磅/英寸2
1000磅/英寸2
250磅/英寸2
500磅/英寸2
25磅/英寸2
不适用
全部犯错误铬钴硬质合金的阀芯、阀座和接合面、阀座孔，做到4英寸
2000磅/英寸2
5000磅/英寸2
500磅/英寸2
1000磅/英寸2
不适用
（阀体磨损）
极端的阀内件，440—C不锈钢阀芯和阀座（还有套筒）做到4英寸硬化58～62RC
1000磅/英寸2若无气蚀，可用几年
1000磅/英寸2几年
5000磅/英寸2（3个月寿命）
10，000磅/英寸2（6个月寿命）
不适用
（阀体磨损）
碳化钨阀芯和阀座做到2英寸
1000磅/英寸2若无气蚀，可用几年
1000磅/英寸2几年
5000磅/英寸2（6～12个月寿命）
10，000磅/英寸2（6～12个月寿命）
不适用
（阀体磨损）
连续节流的最大许用压差
（在适当的阀内件寿命和节流稳定性下）
①带V形或等高边接触的扇形球是制造厂推荐的。
3、阀门的操作温度范围
图8说明了阀门类型可以正常使用的某些温度范围，列出了这些具体阀门的一般的结构和材料。
更详细的资料参考第10章。
使用图8，在图上查出最大和最小工艺温度，而且用来验明所制造的阀门类型是在其温度范围内。
注意材料和结构，必须由采购人员或制造厂来指定。
当温度范围涉及两种或更多的材料类别时，和制造厂协商。
4、固有的流量特性和可调范围
图9中列举了每种阀门类型的流量特性。
与这些阀门的每种类型相对应的，列出了一栏可以使用的可调范围，并且列出一栏低流量下的控制特性，予以指导。
当压降随着阀门的打开发生严重地变化时，等百分比特性接近于线性特性，而线性特性接近于快开特性，快开特性接近于急剧的快开。
怎样使用这个表：
（1）根据工艺要求的流量特性选择阀门的类型。
（2）按照工艺要求计算“或调范围”，这部分可参考第5章。
所计算出来的数值必须小于在“可调范围”这一栏中所列出的数值。
（3）核对在“低流量控制”栏中的资料，确保做到没有问题或不存在缺点。
其他的一些特性没有列出，这是能够用附加一个阀门定位器，带上适当的赋予特性的凸轮而获得。
但是它对时间常数的影响通常使增益的改善受到了损失。
当阀门执行机构的时间常数是是占首位或第二位时，使用凸轮是有效的。
特性到那时候变成不重要了。
这不推荐用于高压降的气体或蒸汽的阀门。
更详细地资料参考第11节。
根据“固有的”流量特性来选用，在工艺具有压降随着阀门的打开而大量下降的特性时，固有的流量特性变成了“安装的”流量特性。
参考本书的第5章。
挑选总的可调范围*和低流量控制要求。
许多工艺流量按4:
1变化，而压力可能波动±25%。
最大的综合影响为5:
1的调节比。
其他的流量特性可以采用附加阀门定位器和赋予特性的凸轮，但这往往不是有效的。
阀门类型
固有的流量特性
可调范围
低流量控制（Cv额定值降到5%）
备注
线性运动式
球形阀（带赋予特性的阀芯或赋予特性的套筒）
线性
30:
1至300:
1
好（见第4章）
—
等百分比
30:
1至60:
1
好
—
抛物线
好
—
快开
100:
1
—
—
滑动闸阀
线性
100:
1
—
—
（多孔式）
等百分比
-—
—
—
V形口闸阀
线性
—
初始的15%开度为等百分比特性
—
旋转运动式
蝶阀
等百分比
100:
1到12英寸
对称的阀盘是等百分比的；偏置阀盘是快开的，初始10～15o等百分比
凸轮旋塞
—
33:
1至100:
1，12英寸以上
—
在特殊情况下可用减小的流通口
凸轮阀盘
线性
100:
1
—
—
旋塞阀
—
—
—
—
赋予特性旋塞（或在外部加套筒）
改良性和半抛物线
—
—
—
整球式球阀
等百分比，9o～80o开度
50:
1
好
—
赋予特性和V形
改良等百分比
350:
1（带阀座）
球阀
1001（无阀座，用于磨蚀场合）
好
—
隔膜式
夹紧式阀
—
—
好
—
堰式隔膜阀
—
标准5:
1
不用
使用双范围阀芯增加堰工的可调范围
双范围阀芯15:
1
尚可用
套筒式阀
—
—
—
—
5、规定最大的泄漏量
对于在最大的压差下形成关闭的阀门，要决定具体的工艺过程安全和经济所有允许的泄漏量是多大。
要记住，在足够高的压差下连续地泄漏可能使阀芯与阀座的接合面“拉丝”，引起大量的泄漏。
其次，按照阀门最大Cv值的百分数来计算最大许用的泄漏量。
另一种方法是规定在每磅压差每英寸阀座孔直径下的泄漏量，与水或空气的泄漏测试标准进行比较。
这些标准在美国仪表学会的推荐实行标准RP—39.6中给出。
参见第4章。
现在，请参阅图10，它列出了各类阀门类型的泄漏量。
选择一种阀门类型，其泄漏量比工艺所允许的最大泄漏量低。
所给出的泄漏量是以新阀门在制造厂的测试值为依据的，因此应当允许泄漏量在使用时有所增加。
泄漏等级ISARP39.6
允许泄漏量空气或水
阀门类型
备注
Ⅰ级
与Ⅱ、Ⅲ或Ⅳ相同，经用户和供方同意，可不要求测试
阀门类型列于Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ中
这些阀门的制造质量含有不超过Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ级泄漏量的意思，但无保证的规定。
Ⅱ级
额定阀门流通能力（最大Cv值）的0.5%
双座球形阀。
单座球形阀、平衡式带分段金属，活塞密封环，蝶阀，金属衬里
Ⅲ级
额定阀门流通能力的0.1%
高质量双座球形阀。
单座阀、平衡式带连续的金属活塞密封环
Ⅳ级
额定阀门流通能力的0.01%
单座球形阀。
单座平衡式带弹性活塞密封环。
偏心旋转阀，球阀，带金属阀座
Ⅴ级
每磅/英寸2压差每寸阀孔直径下5х10—4毫升/分的水
在Ⅳ级中的球形阀带重型的执行机构，以增加阀座密封力。
阀门在使用中很少能够保持这种密封性，除非阀座塑性变形，以保持与阀芯接触
Ⅵ级
最大允许的泄漏量与阀门弹性的阀座密封有关。
用每分钟的气泡数来表示，按RP39.6标准
球形阀带弹性阀座。
蝶阀，弹性材料衬里。
偏心旋转阀带弹性材料，阀座。
球阀带弹性材料阀座、整球式。
隔膜阀，堰式，旋塞阀，弹性材料阀座或密封剂注入密封系统
弹性材料密封的阀门使用几千次仍保持这个严密性，直到密封磨损或磨破
图10 阀门的泄漏量
①例子：
球形阀、蝶阀或球阀，压差50磅/英寸2空气，对于2英寸流通口直径的泄漏量为0.45毫升/分。
相当于用一根外径1/4英寸、壁厚0.032英寸的管子插入水面下1/4英寸处，每分钟3个气泡。
注：
气泡严密和滴漏严密的术语是没有意义的，除非另外规定一些泄漏量。
使用肥皂溶液试漏，很少看到气泡表明泄漏量小于1X10—3～1X10—4毫升/秒.
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