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自力式調節閥應用領域范圍及特點
閱讀：5766 發布時間：2011-6-27
本文僅就自力式壓力調節閥的原理、結構特性及工程應用經驗進行論述。
1自力式壓力調節閥分類及工作原理
1.1自力式壓力調節閥的分類
1）按閥后、閥前控制分為兩類：自力式閥后（減壓）控制閥；自力式閥前（泄壓）控制閥。
2）按是否帶指揮器分為兩大類：直接作用型自力式調節閥；指揮器操作型自力式調節閥。
1.2工作原理
1）自力式閥后壓力調節的工作原理。閥前壓力P1經過閥芯、閥座的節流后，變為閥后壓力P2。P2經過管線輸入上膜室內作用在頂盤上，產生的作用力與彈簧的反作用力相平衡，決定了閥芯、閥座的相對位置，控制閥后壓力。當P2增加時，P2作用在頂盤上的作用力也隨之增加。此時，頂盤上的作用力大于彈簧的反作用力，使閥芯關向閥座的位置。這時，閥芯與閥座之間的流通面積減少，流阻變大，P2降低，直到頂盤上的作用力與彈簧反作用力相平衡為止，從而使P2降為設定值。同理，當P2降低時。作用方向與上述相反，這就是閥后壓力調節的工作原理。
2）自力式閥前壓力調節的工作原理同閥后壓力調節的工作原理，應注意閥芯反裝。
1.3自力式壓力調節閥與控制閥的區別
這兩類產品的區別，主要在于控制閥既需要外界能源（如電源或氣源）做驅動能，又需要接受外來控制儀表信號才能改變閥內截流件相對位置，從而實現改變流體流量。而自力式壓力調節閥則既不需外來能源，又不需要接受外來控制儀表信號，僅靠被調介質的壓力信號，便可實現壓力調節。
2自力式壓力調節閥的特點
由于自力式壓力調節閥沒有外來驅動能源。因此該產品的操作力較小，它具有如下特點。
1）平衡式閥芯結構，如平衡型單座。雙閥芯平衡型，套筒平衡型等。
2）快開流量特性，其閥芯為平板型。
3）公稱通徑與閥體特征：DN20~100mm（或125）。閥上設有波紋管，閥芯為單座（有的廠家產品DN20mm的沒波紋管，閥芯也為單座）；公稱通徑大于100mm時。閥上蓋內不設波紋管，閥芯為雙閥芯或套筒結構。
4）執行機構種類推薦：設定值≤0.6MPa時，選薄膜式執行機構；設定值>0.6MPa時，選氣缸式執行機構。
3安裝方式
3.1直管段的設置
自力式壓力調節閥前、后應盡量保持一定的直管段（一般為6D（管徑）左右）。閥前取壓點距閥的距離應大于2D；閥后取壓應大于6D。閥前、后還應裝有壓力表，壓力表應靠近取壓點，以便使設定值與取壓值真實一致。
3.2旁路系統的設置
為保證檢修及出故障時生產能繼續運行，設置旁路系統。
3.3過濾器的設置
該系統中的過濾器在工藝介質干凈、沒雜質的情況下，可以省略。
當介質中有雜質或用帶指揮器的自力式壓力調節閥時應裝過濾器，以防阻塞引壓管路或指揮器、卡死氣缸執行機構及閥芯等。
若限于管路安裝空間或經費，可將過濾網裝在閥前的截止閥上游處。取代過濾器。
3.4安裝方式與介質、溫度的關系
1）自力式壓力調節閥安裝方式原則上宜采用，氣體介質正立安裝（執行機構在上、閥體在下），液體與蒸汽介質倒裝。
2）氣體介質溫度高于70℃低于140℃、液體介質溫度高于140℃時，自力式壓力調節閥除采用倒裝外，還應在引壓管路上加裝隔離罐，并應在引壓管路、隔離罐、膜頭處注滿冷媒，以防膜片受高溫老化。
3）氣體介質溫度高于70℃低于140℃時.若仍采用正立安裝，應在設計文件（設備表）中注明采用高溫膜片（如乙丙橡膠膜片、硅橡膠膜片等），否則會造成普通膜片老化。
4應用及注意事項
4.1適用場所的應用及注意事項
自力式壓力調節閥主要適用于沒有腐蝕性且黏度低的液體、氣體、蒸汽（zui高溫度可達300~350℃）等介質的壓力控制。如輕質油品、水、水蒸汽、空氣等。在設計條件提供與閥門選用時應注意以下情況。
1）所提閥前、閥后壓力及設定值條件應接近實際工藝條件。
自力式壓力調節閥對所提工藝條件的要求較一般控制閥要嚴謹。工藝參數確定后，不允許有較大范圍的更改。由于該類產品所允許的設定值調整范圍較小。一般直接作用型調節閥其設定值允許偏差為±8%、帶指揮器操作型調節閥其設定值允許偏差±4%左右。若超出設定彈簧的允許調壓值，為達到原設定值要求，則必須通過更換設定彈簧的辦法才可實現，這需送回生產廠才能完成。
2）選用允許壓差時，應注意到該產品的允許壓差值小的特點。這是由于該產品輸出力小及波紋管內外允許壓差小，導致允許壓差較普通控制閥小，且無法像普通控制閥可通過提高供氣壓力來增大壓差。特別在小口徑時兩者壓差相差更大。
表1允許壓差比較表
DN/mm1520254050
Δp（直接作用型壓力調節閥）/MPa
1.61.61.61.61.6
Δp（ZJHP精小型單座調節閥）/MPa6.46.46.43.39
注：Δp為允許差壓。
3）因自力式調節閥調節精度為±5%及流量特性為快開特性所致，因此只適用無外來能源和調節品質要求不高的場合。
4）該產品不宜在往復泵出口壓力—流量調節方案中使用。該方案是旁路調節法常見方法之一。在該方案選型時，應注意其壓力控制回路不宜“采用直接作用式（自力式）壓力調節閥”。這是因為為確保自力式壓力調節閥正常工作，該產品要求工藝參數確定后，不允許有較大范圍的變動。若用于往復泵時，由于往復泵輸出流量是周期性脈動，造成該閥在設定值附近處于周期性脈動，因而達不到穩定壓力的作用，使整個控制系統無法正常工作。以上分析可知，自力式閥前控制閥用于往復泵出口做泄壓控制是可行的方案。即該閥在設定值附近處于周期性脈動，使泵出口壓力不超出設定壓力值。該方案已在上海煉油廠罐裝站應用多年。
4.2特殊介質中的應用及注意事項
4.2.1黏度較高的介質中的應用
從自力式壓力調節閥的原理和結構特點可知。該產品能否應用在黏度較高的介質場合，就需從下述兩方面綜合考慮。
1）被調介質黏度對執行機構—引壓管、指揮器、膜片的影響。為避免這方面的影響，可采取在引壓管上加裝隔離罐，注滿隔離液，以使黏稠介質不堵塞引壓管和進入到執行機構內，影響被調介質作用力的傳送。
2）被調介質黏度對閥內件及平衡元件—波紋管的影響。
這是由于被調介質流過閥內件時，將被引入平衡壓力元件—波紋管內與外，黏度過高將使其無法起到壓力平衡作用。若介質在停工后易凝固也將使波紋管無法在開工后正常工作。
上述分析，歸根結底是介質黏度值的界定問題。目前，國內制造廠的產品樣本未見推薦值。國外已有廠家推薦，在油和液體情況下，允許使用的介質運動黏度為600mPa•S；Samson允許的介質黏度為100mPa•s（密度0.8）。只有當上述兩要求均滿足時，才能使用。這已有很多實例證明。如上海沃中閥門制造有限公司生產的該類產品，已在上海石化廠罐區乙焦油壓控上（黏度為190mPa•S）、延安煉油廠燃料油—重油壓控上（黏度為135mPa•s）使用多年。
4.2.2高黏度的介質不宜使用
4.2.3不允許泄漏的氣體介質中的應用
不允許泄漏的氣體介質使用時，出于安全原因及避免貴重氣體浪費因素，應考慮下述兩點。
1）填料函及其他連接處的密封性能達到標準。
該產品應符合國家標準GB/T4123-92氣動調節閥要求無滲漏現象，這一點同一般控制閥要求一樣。
2）氣動執行機構的氣室密封性要求要確保無滲漏。
該產品要求比GB/T4123-92規定高，不允許滲漏。因為GB/T4123-92標準對氣室的密封性規定：“氣動執行機構的氣室應保證氣密性。在額定氣源壓力下，5min內薄膜氣室內的壓力下降不得大于2.5kPa；”國內該類產品鑒于沒統一的產品標準，有不少產品對該項要求不嚴或沒考慮此種氣體介質使用要求，僅參照GB/T4123-92生產，這對安全生產或節約貴重原料造成不利。因此該產品不適宜用于液化氣減壓，若要采用，需要與制造廠詳細討論。
4.2.4使用在腐蝕性介質場合應慎重對待
自力式調節閥使用在腐蝕性介質場合，與使用在黏度較高的場合一樣，需要從介質對執行機構和調節機構兩大部件耐腐蝕性進行雙重考慮，只有兩者均滿足時才可使用。由此可見，它比控制閥要求更復雜，使用面更狹窄。
為便于設計人員在腐蝕性介質場合的選用，現將執行機構與調節機構抗腐材料現狀列于表2，供參考。
以波紋管平衡型閥為例，由于目前國內波紋管的防腐蝕材料只能做到304和316。僅從調節機構上選，它將無法使用在氯氣、次氯酸鈉、液氯、鉻酸、鹽酸、硫酸、氯化鋅等介質。增大了使用局限性。
在這種介質中使用時，快捷的辦法是，設計和制造單位根據工藝條件和要求及制造水平共同確認能否使用。
1自力式壓力調節閥分類及工作原理
1.1自力式壓力調節閥的分類
1）按閥后、閥前控制分為兩類：自力式閥后（減壓）控制閥；自力式閥前（泄壓）控制閥。
2）按是否帶指揮器分為兩大類：直接作用型自力式調節閥；指揮器操作型自力式調節閥。
1.2工作原理
1）自力式閥后壓力調節的工作原理。閥前壓力P1經過閥芯、閥座的節流后，變為閥后壓力P2。P2經過管線輸入上膜室內作用在頂盤上，產生的作用力與彈簧的反作用力相平衡，決定了閥芯、閥座的相對位置，控制閥后壓力。當P2增加時，P2作用在頂盤上的作用力也隨之增加。此時，頂盤上的作用力大于彈簧的反作用力，使閥芯關向閥座的位置。這時，閥芯與閥座之間的流通面積減少，流阻變大，P2降低，直到頂盤上的作用力與彈簧反作用力相平衡為止，從而使P2降為設定值。同理，當P2降低時。作用方向與上述相反，這就是閥后壓力調節的工作原理。
2）自力式閥前壓力調節的工作原理同閥后壓力調節的工作原理，應注意閥芯反裝。
1.3自力式壓力調節閥與控制閥的區別
這兩類產品的區別，主要在于控制閥既需要外界能源（如電源或氣源）做驅動能，又需要接受外來控制儀表信號才能改變閥內截流件相對位置，從而實現改變流體流量。而自力式壓力調節閥則既不需外來能源，又不需要接受外來控制儀表信號，僅靠被調介質的壓力信號，便可實現壓力調節。
2自力式壓力調節閥的特點
由于自力式壓力調節閥沒有外來驅動能源。因此該產品的操作力較小，它具有如下特點。
1）平衡式閥芯結構，如平衡型單座。雙閥芯平衡型，套筒平衡型等。
2）快開流量特性，其閥芯為平板型。
3）公稱通徑與閥體特征：DN20~100mm（或125）。閥上設有波紋管，閥芯為單座（有的廠家產品DN20mm的沒波紋管，閥芯也為單座）；公稱通徑大于100mm時。閥上蓋內不設波紋管，閥芯為雙閥芯或套筒結構。
4）執行機構種類推薦：設定值≤0.6MPa時，選薄膜式執行機構；設定值>0.6MPa時，選氣缸式執行機構。
3安裝方式
3.1直管段的設置
自力式壓力調節閥前、后應盡量保持一定的直管段（一般為6D（管徑）左右）。閥前取壓點距閥的距離應大于2D；閥后取壓應大于6D。閥前、后還應裝有壓力表，壓力表應靠近取壓點，以便使設定值與取壓值真實一致。
3.2旁路系統的設置
為保證檢修及出故障時生產能繼續運行，設置旁路系統。
3.3過濾器的設置
該系統中的過濾器在工藝介質干凈、沒雜質的情況下，可以省略。
當介質中有雜質或用帶指揮器的自力式壓力調節閥時應裝過濾器，以防阻塞引壓管路或指揮器、卡死氣缸執行機構及閥芯等。
若限于管路安裝空間或經費，可將過濾網裝在閥前的截止閥上游處。取代過濾器。
3.4安裝方式與介質、溫度的關系
1）自力式壓力調節閥安裝方式原則上宜采用，氣體介質正立安裝（執行機構在上、閥體在下），液體與蒸汽介質倒裝。
2）氣體介質溫度高于70℃低于140℃、液體介質溫度高于140℃時，自力式壓力調節閥除采用倒裝外，還應在引壓管路上加裝隔離罐，并應在引壓管路、隔離罐、膜頭處注滿冷媒，以防膜片受高溫老化。
3）氣體介質溫度高于70℃低于140℃時.若仍采用正立安裝，應在設計文件（設備表）中注明采用高溫膜片（如乙丙橡膠膜片、硅橡膠膜片等），否則會造成普通膜片老化。
4應用及注意事項
4.1適用場所的應用及注意事項
自力式壓力調節閥主要適用于沒有腐蝕性且黏度低的液體、氣體、蒸汽（zui高溫度可達300~350℃）等介質的壓力控制。如輕質油品、水、水蒸汽、空氣等。在設計條件提供與閥門選用時應注意以下情況。
1）所提閥前、閥后壓力及設定值條件應接近實際工藝條件。
自力式壓力調節閥對所提工藝條件的要求較一般控制閥要嚴謹。工藝參數確定后，不允許有較大范圍的更改。由于該類產品所允許的設定值調整范圍較小。一般直接作用型調節閥其設定值允許偏差為±8%、帶指揮器操作型調節閥其設定值允許偏差±4%左右。若超出設定彈簧的允許調壓值，為達到原設定值要求，則必須通過更換設定彈簧的辦法才可實現，這需送回生產廠才能完成。
2）選用允許壓差時，應注意到該產品的允許壓差值小的特點。這是由于該產品輸出力小及波紋管內外允許壓差小，導致允許壓差較普通控制閥小，且無法像普通控制閥可通過提高供氣壓力來增大壓差。特別在小口徑時兩者壓差相差更大。
表1允許壓差比較表
DN/mm1520254050
Δp（直接作用型壓力調節閥）/MPa
1.61.61.61.61.6
Δp（ZJHP精小型單座調節閥）/MPa6.46.46.43.39
注：Δp為允許差壓。
3）因自力式調節閥調節精度為±5%及流量特性為快開特性所致，因此只適用無外來能源和調節品質要求不高的場合。
4）該產品不宜在往復泵出口壓力—流量調節方案中使用。該方案是旁路調節法常見方法之一。在該方案選型時，應注意其壓力控制回路不宜“采用直接作用式（自力式）壓力調節閥”。這是因為為確保自力式壓力調節閥正常工作，該產品要求工藝參數確定后，不允許有較大范圍的變動。若用于往復泵時，由于往復泵輸出流量是周期性脈動，造成該閥在設定值附近處于周期性脈動，因而達不到穩定壓力的作用，使整個控制系統無法正常工作。以上分析可知，自力式閥前控制閥用于往復泵出口做泄壓控制是可行的方案。即該閥在設定值附近處于周期性脈動，使泵出口壓力不超出設定壓力值。該方案已在上海煉油廠罐裝站應用多年。
4.2特殊介質中的應用及注意事項
4.2.1黏度較高的介質中的應用
從自力式壓力調節閥的原理和結構特點可知。該產品能否應用在黏度較高的介質場合，就需從下述兩方面綜合考慮。
1）被調介質黏度對執行機構—引壓管、指揮器、膜片的影響。為避免這方面的影響，可采取在引壓管上加裝隔離罐，注滿隔離液，以使黏稠介質不堵塞引壓管和進入到執行機構內，影響被調介質作用力的傳送。
2）被調介質黏度對閥內件及平衡元件—波紋管的影響。
這是由于被調介質流過閥內件時，將被引入平衡壓力元件—波紋管內與外，黏度過高將使其無法起到壓力平衡作用。若介質在停工后易凝固也將使波紋管無法在開工后正常工作。
上述分析，歸根結底是介質黏度值的界定問題。目前，國內制造廠的產品樣本未見推薦值。國外已有廠家推薦，在油和液體情況下，允許使用的介質運動黏度為600mPa•S；Samson允許的介質黏度為100mPa•s（密度0.8）。只有當上述兩要求均滿足時，才能使用。這已有很多實例證明。如上海沃中閥門制造有限公司生產的該類產品，已在上海石化廠罐區乙焦油壓控上（黏度為190mPa•S）、延安煉油廠燃料油—重油壓控上（黏度為135mPa•s）使用多年。
4.2.2高黏度的介質不宜使用
4.2.3不允許泄漏的氣體介質中的應用
不允許泄漏的氣體介質使用時，出于安全原因及避免貴重氣體浪費因素，應考慮下述兩點。
1）填料函及其他連接處的密封性能達到標準。
該產品應符合國家標準GB/T4123-92氣動調節閥要求無滲漏現象，這一點同一般控制閥要求一樣。
2）氣動執行機構的氣室密封性要求要確保無滲漏。
該產品要求比GB/T4123-92規定高，不允許滲漏。因為GB/T4123-92標準對氣室的密封性規定：“氣動執行機構的氣室應保證氣密性。在額定氣源壓力下，5min內薄膜氣室內的壓力下降不得大于2.5kPa；”國內該類產品鑒于沒統一的產品標準，有不少產品對該項要求不嚴或沒考慮此種氣體介質使用要求，僅參照GB/T4123-92生產，這對安全生產或節約貴重原料造成不利。因此該產品不適宜用于液化氣減壓，若要采用，需要與制造廠詳細討論。
4.2.4使用在腐蝕性介質場合應慎重對待
自力式調節閥使用在腐蝕性介質場合，與使用在黏度較高的場合一樣，需要從介質對執行機構和調節機構兩大部件耐腐蝕性進行雙重考慮，只有兩者均滿足時才可使用。由此可見，它比控制閥要求更復雜，使用面更狹窄。
為便于設計人員在腐蝕性介質場合的選用，現將執行機構與調節機構抗腐材料現狀列于表2，供參考。
以波紋管平衡型閥為例，由于目前國內波紋管的防腐蝕材料只能做到304和316。僅從調節機構上選，它將無法使用在氯氣、次氯酸鈉、液氯、鉻酸、鹽酸、硫酸、氯化鋅等介質。增大了使用局限性。
在這種介質中使用時，快捷的辦法是，設計和制造單位根據工藝條件和要求及制造水平共同確認能否使用。