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石油化工用调节阀简介（提纲）中国石化工程建设公司（SEI）王为华2008年5月石油化工用调节阀简介提纲目录1. 调节阀工作原理11.1 伯努利方程11.2 介质流经调节阀时压力分布11.3 调节阀的重要地位22. 调节阀的阀芯特性22.1 阀芯特性22.2 调节范围R32.3 调节阀的S值33. 调节阀流通能力33.1 C值与Cv值的定义33.2 液体（粘度（20厘沱）Cv值计算33.4 水蒸汽或其他蒸汽Cv值计算33.5 调节阀Cv值与阀体口径关系表43.6 调节阀的Cv值范围53.7 调节阀的行程53.8 调节阀的全行程时间53.9 调节阀的阀体尺寸54. 调节阀的执行机构选型55. 调节阀的关断差压（shutoff P）66. 调节阀的结构形式66.1 按阀体分66.2 按执行机构分66.3 角阀的流向67. 调节阀的主要辅助装置67.1 阀门定位器，选用原则67.2 手轮机构67.3 行程开关67.4 电磁阀（正常励磁式）67.5 电磁阀的联接77.6 气缸式切断阀与四通电磁阀的联接77.7 调节切断阀与电气阀门定位器及电磁阀的联接77.8 对重要工况采用冗余电磁阀的联接方案78. 调节阀的密封填料函（参见API608规范）79. 调节阀的噪音（应符合IEC605348标准）79.1 噪音来源79.2 应85dB（在距阀1米处）79.3 降噪措施710. 调节阀阀体材质的选择710.1 阀体、阀盖材质的选择710.2 阀芯材质的选择810.3 软阀座材质的选择911. 调节阀的泄漏等级划分911.1 相关标准911.2 调节阀的泄漏量表1011.4 调节阀的额定容量计算1212. 关于闪蒸、空化及气蚀1312.1 闪蒸（Flashing）1312.2 空化（Cavitation）1312.3 气蚀（Cavitation）1313. 调节阀供气管路的尺寸1414. 对调节阀电气部件的要求1415. 调节阀，检验与测试（Inspection Testing）1416. 加氢装置用高压调节阀简介1516.1 原料泵最小流量旁路调节阀1516.2 调节反应器床层温度的冷氢调节阀1516.3 高分液位（界位）调节阀与切断阀1516.4 紧急泄压调节切断阀1516.5 离心式压缩机的防喘振调节阀1531. 调节阀工作原理1.1 伯努利方程由水力学观点来看，调节阀是一个具有局部阻力的节流元件。当流体流经调节阀时，由于阀芯、阀座处的流通面积缩小，形成局部阻力，并产生能量损失，通常用阀前后的压差来表示能量损失的大小。根据伯努利方程式，对不可压缩的流体：HK 也可表示为H，式中：H：为单位重量的流体流经调节阀时的能量损失K：为阻力系数V：流体平均流速，（V）Q：流体体积流量：M3/小时S：调节阀流通面积：厘米2g：重力加速度，981厘米秒2r：流体重度：克厘米3P1、P2：调节阀前、后绝对压力，kgf/cm2代入上述公式得出：Q 代入具体数值后得出：Q5.04 米3时令5.04=C,则Q=C米3时,C称为调节阀流通系数或流通能力C值表示调节阀全开时，其两端压力降P1kgf/cm2，流体重度为1克/cm2时，每小时通过阀门的立方米数。1.2 介质流经调节阀时的压力分布 如图。1.3 调节阀的重要地位（见调节阀系统方框图）。图1 调节系统方框图2. 调节阀的阀芯特性2.1 阀芯特性线性特性等百分比特性快开特性阀芯特性通常是等百分比或线性。图2.1 调节阀阀芯特性2.2 调节范围R2.3 调节阀的S值3. 调节阀的流通能力（参见ISA75.01或IEC605342标准）3.1 C值与Cv值的定义 （Cv1.167C）3.2 液体（粘度（0.5P1时 C 式中：Q：NM3/hrH：标准状态下气体重度kg/NM3：气体膨胀系数t：介质温度如， 1如， 1-0.46 当P20.5P1时，C3.4 水蒸汽或其他蒸汽Cv值计算当P20.5P1时 C当P20.5P1时 C式中：W：重量流量 公斤时r1：介质在操作状态下的重度 公斤米3：介质膨胀系数，算法同上。3.5 调节阀Cv值与阀体口径关系表一机部生产ZMNZMP型气动调节阀流通能力C值流量特性公称通径Dg(mm)阀座直径d(mm)行程(mm)流通能力C值直通双座(ZMN)直通单座(ZMP)直线G3/4”345678100.080.120.200.320.500.801.2023.25直线等百分比2010121520253226321610168124050405025254020326580100668010040631001605080120125150200125150200602504006302002804502503002523031001000160071011003.6 调节阀的Cv值范围等百分比阀门阀门的额定Cv值通常是正常流量Cv值的2倍，或者最大流量Cv值的1.3倍，或者说，正常流量Cv值是阀门额定Cv值的3070。线性阀门阀门的额定Cv值是正常流量Cv值的1.5倍，或者最大流量Cv值的1.1倍，或者说，正常流量Cv值是阀门额定Cv值的6080。3.7 调节阀的行程 在最大流量Cv值下，线性调节阀的行程应90%，等百分比阀的行程应92%，在最小流量Cv值下，调节阀的行程应10%。蝶阀的最大开度应60。3.8 调节阀的全行程时间任何调节阀的全行程时间均应30秒。两位式切断阀的全行程时间应5秒。加氢裂化装置高分器至低分器的切断阀全行程时间应23秒。离心式压缩机防喘振阀的全行程时间应2秒。3.9 调节阀的阀体尺寸根据计算出的Cv值，查表，以确定调节阀的阀体尺寸。调节阀的阀体尺寸可比工艺管道直径小1级，最多可以小2级。但是阀体尺寸不应小于其上游管道直径尺寸的一半。4. 调节阀的执行机构选型调节阀的执行机构，通常首选气动薄膜式执行机构（其弹簧为反作用），对于活塞式执行机构（即气缸式），首选多弹簧双作用型执行机构。对于带电磁阀的调节阀，要求选用带弹簧的执行机构。执行机构的弹簧材质至少应为碳钢，并在出厂时进行了防腐涂层处理。当供气压力为4.15kgf/cm2(60Psig)时，对于薄膜执行机构的膜片盒应采用钢材质，并且其压力等级至少为1.0MPag。5. 调节阀的关断差压（shutoff P）调节阀的关断压差值至少应等于P1，有时要求1.25P1（如加氢装置原料泵的最小流量旁路调节阀）。6. 调节阀的结构形式6.1 按阀体分 直通单座、双座、偏心旋转阀、三通阀、角型阀、球阀、闸阀、蝶阀等。其中闸阀不能用作调节，一般用作两位式切断。蝶阀通常用较大口径，最小为4”，最大使用压力Cl600。6.2 按执行机构分气动薄膜式、气缸式（有弹簧、无弹簧式）、电动执行机构等。正作用、反作用，气开、气关式。6.3 角阀的流向7. 调节阀的主要辅助装置7.1 阀门定位器，选用原则P10kgf/cm2，HP、HT（t250）HIC回路大口径Dg1007.2 手轮机构侧装式顶装式手轮应为不锈钢材质。7.3 行程开关 行程开关，应采用无触点接近开关。7.4 电磁阀（正常励磁式）一般用3通电磁阀，当采用双作用执行机构时，采用4通电磁阀。通常采用24VDC低功率型（3W），隔爆型，ExdCT4，防护等级IP65，阀体材质一般为316SS，带接线盒。当要求带手动复位时，应避免使用就地手动复位。7.5 调节阀与电气阀门定位器及三通电磁阀的联接7.6 气缸式切断阀与四通电磁阀的联接7.7 调节切断阀与电气阀门定位器及电磁阀的联接 气缸执行机构调节阀，如需正常时调节，紧急工况时关闭或开启，此运行模式下调节阀与电磁阀及电气定位器的联接。7.8 对重要工况采用冗余电磁阀的联接方案串联：安全性好，实用性稍差，并联：实用性好，安全性稍差。8. 调节阀的密封填料函（参见API608规范）40以下，采用聚四氟乙烯合成体或石墨纤维。40230之间，采用聚四氟乙烯和石墨。230以上采用石墨填料。对于高压气体介质，可以采用双填料。一般不用石棉或封装石棉作填料。石墨填料，不应含有氯离子。要求石墨填料中的可滤出氯离子100ppm。9. 调节阀的噪音（应符合IEC605348标准）9.1 噪音来源9.2 应85dB（在距阀1米处） 有些场合要求75db，任何场合都不允许105db。9.3 降噪措施10. 调节阀阀体材质的选择对工艺介质含有硫化氢酸性气体、油品或混相的场合，如果硫化氢含量在NACE-MR0175的适用范围内，调节阀所有与介质接触部分的材料选择应遵照NACEMR0175标准执行。10.1 阀体、阀盖材质的选择阀体、阀盖材质的选择是以流动介质的温度、压力、腐蚀性和冲刷性为依据的，宜选择与连接管道上的阀门材质相同，至少为碳钢，一般口径小于等于DN40的阀门采用锻钢。采用ASTM标准的调节阀其材料选择应在ASME B16.34所列范围之内，阀常用的阀体材质及温度限制如下，（根据ASME B16.34温度压力等级规定）。常用的阀体材质及温度限制锻钢铸钢下限,上限,碳钢ASTM A105碳钢ASTM A216 Grade WCB-30425碳钢ASTM 352 Grade LCB-45340不锈钢Type 304ASTM A182 Grade F304ASTM A351 Grade CF8-200810Type 316ASTM A182 Grade F316ASTM A351 Grade CF8M-200810Type 347ASTM A182 Grade F347ASTM A351 Grade CF8-200810Type 321ASTM A182 Grade F321（321 铸钢）-200810合金钢1Cr-MoASTM A182 Grade F1ASTM A217 Grade WC1-304501Cr-MoASTM A182 Grade F11ASTM A217 Grade WC6-305902Cr-1MoASTM A182 Grade F22ASTM A217 Grade WC9-305905Cr-MoASTM A182 Grade F5ASTM A217 Grade C5-306489Cr-1MoASTM A182 Grade F9ASTM A217 Grade C12-306483NiASTM A350 Grade LF3ASTM A352 Grade LC3-100310由上表可知，常用材料的温度范围为：ASTM A216/WCB（碳钢）：-30425ASTM A217WC9（CrMo合金钢），-30590ASTM A351 CF3（304不锈钢），-200810ASTM A351 CF8M（316不锈钢），-200810ASTM A182 F321（锻钢不锈钢），-200810。10.2 阀芯材质的选择对于有腐蚀性的介质，或者有阀蒸、气蚀的场合、或者对于高差压调节阀 (P35kgf/cm2或500Psig)时，均应采用经过硬化处理的阀芯（如316+Stellite，或316+钨铬钴合金）。阀芯材质选型表Trim MaterialHardness Rockwell CCorrosion Resistance316S.S.8Excellent Stellite No.644Good to Excellent416S.S.40Fair 440C S.S.56Fair17-4 PH40ExcellentColmonoy（铬化硼）45-50Fair to GoodTungsten Carbide（碳化钨）72Good on Bases Poor on Acids10.3 软阀座材质的选择丁腈橡胶：2993氟橡胶：18204聚四氟乙烯：268232高密度聚乙烯：5485氯丁橡胶：408211. 调节阀的泄漏等级划分11.1 相关标准ANSI/FCI70-2-1-1991调节阀阀座泄漏等级划分ANSI B16.104-1976 调节阀泄漏量表国标GBT421392调节阀的泄漏等级通常为ANSI-级。用作调节的阀门泄漏等级一般为ANSI级，用作两位式切断的阀门泄漏等级为ANSI级（金属密封）或ANSI级（软密封）。11.2 调节阀的泄漏量表表111 控制阀的泄漏量表（美国ANSI B16.104-1976）级别最小泄漏量试验介质压力和温度级0.5%额定Cv空气或水工作压差p或50Ib/in2(3.5bar)压差，取其中较小的一个值，温度1052级0.1%额定Cv空气或水工作压差p或50Ib/in2(3.5bar)压差，取其中较小的一个值，温度1052级0.01%额定Cv空气或水工作压差p或50Ib/in2(3.5bar)压差，取其中较小的一个值，温度1052级510-12m3/sp=1bar 孔径1mm水工作压差p，温度1052级阀座直径气泡/minml/min空气或氮气工作压差p或50Ib/in2(3.5bar)压差，取其中较小的一个值，温度1052/in/mm12510.151.53820.3025130.452.56440.6037660.904102271.706152274.008203456.75注：1bar=105Pa。按照GBT421392规定，控制阀的泄漏等级除1级外，由制造厂自行选定，但单座阀结构的控制阀的泄漏等级不得低于级，双座阀结构的控制阀的泄漏等级不得低于级。泄漏量大于510-3阀额定容量时，应由结构设计保证，产品可免测试。在计算确定泄漏量的允许值时，阀的额定容量应按表114所列公式计算。表112 调节阀的泄漏等级，通常分为6级级别最大阀座泄漏量（在调节阀全关状态下）级最大阀座泄漏量级最大阀座泄漏量510-3阀的额定容量（见表115）级最大阀座泄漏量10-3阀的额定容量（见表115）级最大阀座泄漏量10-4阀的额定容量（见表115）级最大阀座泄漏量1.810-7阀的额定容量PD级最大阀座泄漏量310-8P表111规定的泄漏量上表中的P为调节阀两端差压，此KPa为单位，D为调节阀阀座直径，以mm为单位。，表113 控制阀级的允许泄漏量阀座直径(mm)泄漏量阀座直径/mmml/min泄漏量ml/min每分钟气泡数ml/min每分钟气泡数250.1511504.0027400.3022006.7545500.45325011.1-650.60430016.0-800.90635021.6-1001.701140028.4-注：1、每分钟气泡数是用外径6mm，壁厚1mm的管子垂直浸入水下510mm深度的条件下测得的，管端表面应光滑，无倒角和毛刺。 2、如果阀座直径与每个表列值相差2mm以上，则泄漏系数可假设泄漏量与阀座直径的平方成正比的情况下通过内推法取得。表114 控制阀泄漏量允许值计算公式表 条件介质PP1PP1液体Q1=0.1KvQ1=0.1Kv气体Q1=4.73KvQ2=2.9p1Kv注：Q1流体流量，m3/h；Q2标准状态下的气体流量，m3/h；Kv额定流量系数；pm，kPa；p1阀前绝对压力，kPa；p2阀后绝对压力，kPa；p阀前后压差，kPa；t试验介质温度，取20；G气体相对密度，空气1；p/p0相对密度（规定温度范围内的水p/p01）。11.4 调节阀的额定容量计算表115 阀的额定容量计算（GBT421392） 条件介质PP1PP1液体Q1=0.1Kv气体Qg=4.73KvQg=2.9p1Kv表中：Q1流体流量，m3/h；Qg标准状态下的气体流量，Nm3/h；Kv额定流量系数；pm，kPap1阀前绝对压力，kPa；p2阀后绝对压力，kPa；p阀前后压差，kPa；t试验介质温度，取20；G气体重度，空气1；p/p0相对密度（规定温度范围内的水p/p01）。12. 关于闪蒸、空化及气蚀 在调节阀内流动的液体，常常出现闪蒸和空化两种现象。它们的发生不但影响口径的选择和计算，而且将导致严重的噪声、振动、材质的破坏等，直接影响调节阀的使用寿命。因此在阀门的计算和选择过程中是不可忽视的问题。12.1 闪蒸（Flashing） 当液体流经调节阀节流孔时，流速突然增加，而静压力骤然下降，当节流孔后压力降到等于或小于该液体在入口温度下的饱和蒸汽压（Pv）时，部分液体就汽化成为气体，（即产生许多小气泡，）形成汽液两相混合流共存的现象，这种现象称为闪蒸。12.2 空化（Cavitation） 如上所述，产生闪蒸时，对阀芯、阀座材质已开始有侵蚀破坏作用。如果产生闪蒸之后，阀后压力（P2）不是保持在饱和蒸汽压Pv以下，而是在离开节流孔之后又急剧上升，致使气泡产生破裂并转化为液态，这个过程即为空化作用。可见，空化作用是一种两个阶段现象，第一阶段是液体内部形成气泡，即闪蒸现象；第二阶段是这些气泡的破裂，即空化阶段。12.3 气蚀（Cavitation）闪蒸和空化只产生在液体介质。空化作用的第一阶段是闪蒸，阀门的出口压力保持在液体的饱和蒸气压之下，但对阀门内件已经产生了侵蚀作用，由于在阀芯和阀座环的接触线附近流体的速度最高，因此破坏也发生在这里。闪蒸破坏后的阀芯外表面有一道道磨痕。在空化的第二阶段，阀后压力升高到饱和蒸气压以上，由于气泡的突然破裂，所有的能量集中在破裂点，产生极大的冲击力，可高达几千牛顿，因