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        1. 上海申弘閥門有限公司

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          電動(dòng)鍋爐給水調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)改進(jìn)

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          電動(dòng)鍋爐給水調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)改進(jìn)給水調(diào)節(jié)閥的設(shè)計(jì),加深了對(duì)調(diào)節(jié)閥的認(rèn)識(shí),體會(huì)到了調(diào)節(jié)閥的重要性,在現(xiàn)代流程工業(yè)的自動(dòng)控制系統(tǒng)中,調(diào)節(jié)閥起著十分重要的作用,工廠的生產(chǎn)取決于流動(dòng)著的液體和氣體的正確分配和控制。這些控制無論是能量的交換、壓力的降低或者是簡(jiǎn)單的容器加料,都需要靠某些終控制元件去完成。終控制元件可以認(rèn)為是自動(dòng)控制的“手腳”。在調(diào)節(jié)器(DCS)的低能量級(jí)和執(zhí)行流動(dòng)控制所需的高能級(jí)功能之間,終控制元件完成了必要的功率放大作用。主給水調(diào)節(jié)閥應(yīng)用于鍋爐給水系統(tǒng),此閥采用了套筒式結(jié)構(gòu),其特點(diǎn):閥芯有閥籠導(dǎo)向,穩(wěn)定性好,噪音低。閥座采用無螺紋結(jié)構(gòu),拆裝、檢修方便,額定流量系數(shù)值較其他的直行程調(diào)節(jié)閥高。
          在運(yùn)行開始時(shí),給水調(diào)節(jié)閥的流量幾乎配合給水泵再循環(huán)閥的流量。該調(diào)節(jié)閥將開始輸送給水,同時(shí)再循環(huán)閥關(guān)閉。在初始階段給水填充汽包過程中,該閥門必須足以抵抗氣蝕,然后逐漸過渡到流量控制模式。
          閥內(nèi)組件選用材料,硬化處理,使用壽命長(zhǎng)。平衡結(jié)構(gòu)的閥芯不平衡力小,可采用較小的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。調(diào)節(jié)閥是終控制元件的廣泛使用的型式。在中也不例外,所有的調(diào)節(jié)控制回路中都是使用調(diào)節(jié)閥進(jìn)行流量、液位、壓力、溫度控制。控制效果的好壞,調(diào)節(jié)閥工作壽命的長(zhǎng)短,主要取決于調(diào)節(jié)閥的選型是否合理。合理的選型不但可實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制、提高生產(chǎn)效率;還可延長(zhǎng)閥門的使用周期,降低維護(hù)費(fèi)用及生產(chǎn)成本。
              1 電動(dòng)鍋爐給水調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)改進(jìn)調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)及功能
              要正確使用調(diào)節(jié)閥,尤其是選擇調(diào)節(jié)閥,必須首先弄清楚調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)及使用功能,做到有的方矢,方能選好所需的調(diào)節(jié)閥。


              1.1 調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)
              什么是調(diào)節(jié)閥?電工委員會(huì)IEC對(duì)調(diào)節(jié)閥做了定義:“工業(yè)過程控制系統(tǒng)中由動(dòng)力操作的裝置形成的終端元件,它包括一個(gè)閥體部件,內(nèi)部有一個(gè)改變過程流體流率的組件,閥體部件又與一個(gè)或多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連接。執(zhí)行機(jī)構(gòu)用來響應(yīng)控制元件送來的信號(hào)。”可見,調(diào)節(jié)閥是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥體部件兩部分組成,即:調(diào)節(jié)閥=執(zhí)行機(jī)構(gòu)+閥體部件。
              1.2 調(diào)節(jié)閥的功能
              調(diào)節(jié)閥的主要功能有:調(diào)節(jié)功能、克服壓差功能、耐溫功能、耐壓功能、切斷功能、耐蝕功能等。
              1.2.1 調(diào)節(jié)功能
              顧名思義,調(diào)節(jié)閥的首要功能就是調(diào)節(jié),其主要表現(xiàn)在5個(gè)方面:
              1.2.1.1 流量特性
              流量特性是反映調(diào)節(jié)閥的開度于流量的變化關(guān)系,以適應(yīng)系統(tǒng)的特性要求,如對(duì)流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)反應(yīng)速度快需對(duì)數(shù)特性;對(duì)溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)反應(yīng)速度慢,需線性流量特性。流量特性反映了調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)品質(zhì)。
              1.2.1.2 可調(diào)范圍R
              可調(diào)范圍反映調(diào)節(jié)閥可控制的流量范圍,用R=Qmax:Qmin之比表示,R越大,調(diào)節(jié)流量的范圍越寬,性能指標(biāo)就越好,通常閥的R=30。
              1.2.1.3 小開度工作性能
              有些閥受到結(jié)構(gòu)的限制,小開度工作性能差,產(chǎn)生啟跳、振蕩,R變得很?。碤min很大),如雙座閥、襯膠蝶閥。好的閥小開度應(yīng)有微調(diào)功能,既可滿足很小流量的調(diào)節(jié),且工作又要求十分平衡,這類閥如V型球閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥、全功能超輕型調(diào)節(jié)閥。
              1.2.1.4 流量系數(shù)Kv
              流量系數(shù)表示通過流量的能力,同口徑Kv值越大越好。
              1.2.1.5 調(diào)節(jié)速度
              滿足系統(tǒng)對(duì)閥動(dòng)作的速度要求。
              1.2.2 克服壓差功能
              它通常用閥關(guān)閉時(shí)的壓差來表示,允許壓差越大,此功能也就越好。如果考慮不周到,閥芯就會(huì)被壓差頂開,造成閥關(guān)不到位,泄露量超標(biāo)。因此,保證閥切斷就必須克服閥關(guān)閉時(shí)的工作壓差。
              1.2.3 耐溫功能
              滿足不同溫度條件下閥的強(qiáng)度和性能,溫度的較大變化會(huì)使閥體材質(zhì)的強(qiáng)度降低,因此閥必須滿足介質(zhì)的溫度變化范圍的要求,使閥在工作溫度下有較好的強(qiáng)度和安全保證。
              1.2.4 耐壓功能
              它反映閥的強(qiáng)度和安全指標(biāo),即介質(zhì)不能通過密封處和閥體缺陷處向外滲漏。出廠時(shí)通常用1.5倍公稱壓力作試驗(yàn)來檢驗(yàn)。對(duì)高壓介質(zhì)是采用鍛件結(jié)構(gòu),鑄鋼閥的耐壓強(qiáng)度是低的,通常選用的鑄鋼閥。
              1.2.5 切斷功能
              切斷由閥的泄漏量小于0.001%,它反映閥的內(nèi)在質(zhì)量。
              1.2.6 耐蝕功能
              抵抗介質(zhì)的腐蝕和沖蝕,以提高閥的使用壽命。閥的腐蝕是由介質(zhì)的化學(xué)性能引起的材質(zhì)腐蝕問題,通常選用耐腐蝕的材料來解決,沖蝕是有高速流動(dòng)的介質(zhì)、含顆粒的介質(zhì)和產(chǎn)生閃蒸被空化的介質(zhì)所致。解決的途徑是選用耐磨的材料,結(jié)構(gòu)上采用反汽蝕、反沖蝕的措施,對(duì)高壓閥、大壓差工作的調(diào)節(jié)閥、含顆粒介質(zhì)使用的調(diào)節(jié)閥需重點(diǎn)考慮此問題。


              2 電動(dòng)鍋爐給水調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)改進(jìn)選型設(shè)計(jì)要點(diǎn)
              首先,根據(jù)工藝流程的調(diào)節(jié)需要,選擇調(diào)節(jié)閥類型。其次,根據(jù)工藝參數(shù)計(jì)算閥門的Kv值,然后,根據(jù)計(jì)算出的Kv值和閥門系列具有的額定Kv值比較,從而決定閥門的額定Kv值與口徑,然后還應(yīng)進(jìn)行相關(guān)驗(yàn)算,進(jìn)一步驗(yàn)證所選閥門是否能滿足工作要求。再次,是根據(jù)工藝條件選擇閥體、閥蓋、閥內(nèi)件及填充材料。其四,是根據(jù)工藝參數(shù)選擇機(jī)構(gòu)及附件。
          技術(shù)特點(diǎn)
             多級(jí)節(jié)流,籠式節(jié)流套與針形閥芯相匹配,可承受較大壓差
             閥座獨(dú)自壓緊密封,錐形密封面,密封可靠,與非平衡式閥芯配合,可達(dá)零泄漏
             閥內(nèi)零件均采用不銹鋼表面噴涂技術(shù),耐沖蝕,壽命長(zhǎng)
             單級(jí)壓差相對(duì)減少,使調(diào)節(jié)范圍擴(kuò)大,特別在小流量時(shí),仍具有良好的調(diào)節(jié)性能。單級(jí)壓差控制在臨界壓差以內(nèi),無汽蝕和閃蒸現(xiàn)象發(fā)生。
             套筒與閥芯配合間隙合理,配有導(dǎo)向套,導(dǎo)向好,運(yùn)行平穩(wěn)
             閥門操作靈活,調(diào)節(jié),無振動(dòng),無噪音優(yōu)點(diǎn)和用途

          電動(dòng)鍋爐給水調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)改進(jìn)優(yōu)點(diǎn)和用途
             鍋爐過熱器、再熱器,噴水減溫系統(tǒng)
             低壓旁路噴水減溫系統(tǒng)
             減溫減壓器、減溫器等的噴水減溫的供水流量、壓力調(diào)節(jié)
             其他大壓差及旁路系統(tǒng)的供水流量的調(diào)節(jié)
             該閥可實(shí)現(xiàn)小流量的調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)范圍大,運(yùn)行平穩(wěn),維修方便,
              2.1 調(diào)節(jié)閥類型選擇
              閥的類型有:GLOBE調(diào)節(jié)閥、蝶形調(diào)節(jié)閥、旋轉(zhuǎn)偏心調(diào)節(jié)閥、球形調(diào)節(jié)閥等,按執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類型有:氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和液動(dòng)調(diào)節(jié)閥。在“神木化工項(xiàng)目”中選擇的是電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。
              2.2 調(diào)節(jié)閥的Kv值計(jì)算
              2.2.1 口徑計(jì)算原理
              在流程工業(yè)中,每個(gè)工位的調(diào)節(jié)閥流量、介質(zhì)、壓差、溫度等參數(shù)千差萬別,而調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)又是在100KPa壓差下,介質(zhì)為常溫水時(shí)測(cè)試的,怎樣結(jié)合實(shí)際工作情況決定閥的口徑呢?顯然,不能以實(shí)際流量與閥流量系數(shù)比較(因?yàn)閴翰睢⒔橘|(zhì)等條件不同),而必須進(jìn)行Kv值計(jì)算。把各種實(shí)際參數(shù)代入相應(yīng)的Kv值計(jì)算公式中,算出Kv值,即把在不同的工作條件下所需的流量轉(zhuǎn)化為該條件下所需要的Kv值,于是根據(jù)計(jì)算出的Kv值與閥門上的具有的額定Kv值比較,從而決定閥門的額定Kv值與口徑,后還應(yīng)進(jìn)行有關(guān)驗(yàn)算,進(jìn)一步驗(yàn)證所選閥是否能滿足工作要求。
              2.2.1.1 口徑計(jì)算及驗(yàn)算步驟
              工藝提供的工藝數(shù)據(jù)表已經(jīng)確認(rèn)了計(jì)算口徑所需的大工作流量、正常工作流量和小工作流量,入口壓力、壓差、入口溫度等參數(shù),按以下步驟進(jìn)行計(jì)算:
              ①Kv值計(jì)算。由專門的計(jì)算軟件進(jìn)行計(jì)算,把工藝數(shù)據(jù)表確認(rèn)的流量、入口壓力,壓差、入口溫度及其他有關(guān)參數(shù)輸入公式,就可計(jì)算出大工作流量時(shí)的Kvmax。
              ②初步?jīng)Q定調(diào)節(jié)閥口徑,根據(jù)已計(jì)算的Kvmax,在所選用的產(chǎn)品型式系列中,選取大于Kvmax并與其接近的一檔Kv值,得出口徑。
              ③開度驗(yàn)算。
              ④實(shí)際可調(diào)比驗(yàn)算,一般要求實(shí)際可調(diào)比應(yīng)大于10。
              ⑤壓差校驗(yàn)(僅從開度、可調(diào)比上驗(yàn)算還不行,這樣可能造成閥關(guān)不死,啟不動(dòng),故增加此項(xiàng))。
              ⑥上述驗(yàn)算合格,所選閥口徑合格。若不合格,需重新確定口徑(及Kv值),或另選其他閥,再驗(yàn)算至合格。

              2.3 閥體、閥蓋、閥內(nèi)件及填料的選擇
              2.3.1 閥體材料選擇
              閥體材料選擇要考慮3個(gè)因素:介質(zhì)的腐蝕成分、溫度、壓力。介質(zhì)的腐蝕性是選擇閥體材料的關(guān)鍵,在《石油化工自動(dòng)控制設(shè)計(jì)手冊(cè)》和《石油化工自動(dòng)儀表選型設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)于各種介質(zhì)工況下,適合用什么樣的材料已列出了表格,在設(shè)計(jì)時(shí)可對(duì)照查閱,如果有管道等級(jí)和管道材料等級(jí)表,也可從管道材料等級(jí)表中查找。溫度是影響材料性能的有一關(guān)鍵因素;設(shè)計(jì)溫度在-10~400℃的范圍內(nèi),介質(zhì)無腐蝕性工況下選用碳鋼就可以,設(shè)計(jì)溫度在-200~530℃的范圍內(nèi),材料選用304(0Cr18Ni9)或316(0Cr17Ni12Mo2)不銹鋼,并且能耐腐蝕性介質(zhì)。壓力的高低主要影響法蘭的材料選擇主要是綜合考慮介質(zhì)的腐蝕性、溫度與壓力條件而定。
              2.3.2 閥內(nèi)件材料選擇
              閥內(nèi)件材料的選擇除了要考慮介質(zhì)的腐蝕成分、溫度、壓力外,還要考慮在液體條件下的閃蒸和汽蝕。選材方式跟閥體材料選擇是一樣的,但低要求是不銹鋼,在有閃蒸、汽蝕的條件下,要做特別考慮,表面需要堆焊耐閃蒸和汽蝕的材料(stellite6)或硬化處理。
              2.3.3 上閥蓋選擇
              上閥蓋的材料與閥體材料一致。主要是上閥蓋的形式選擇與設(shè)計(jì)溫度有關(guān),設(shè)計(jì)溫度在-46~200℃選用標(biāo)準(zhǔn)型上閥蓋,設(shè)計(jì)溫度范圍在-196~-46℃選用長(zhǎng)頸上閥蓋,設(shè)計(jì)溫度范圍在200~530℃選用散熱片型上閥蓋。
              2.4 填料選擇
              填料選擇主要考慮溫度條件,設(shè)計(jì)溫度范圍-25~200℃選用PTFE(聚四氟乙烯)V型填料,設(shè)計(jì)溫度在-25~400℃選用柔性石墨+inconel填料,設(shè)計(jì)溫度范圍在-196~530℃選用純石墨填料,設(shè)計(jì)溫度范圍在-196~200℃選用石墨+PTFE填料。如果有真空,填料要選用雙向填充形式或石墨。


              3 電動(dòng)鍋爐給水調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)改進(jìn)結(jié)束語(yǔ)
              通過調(diào)節(jié)閥的全程選型設(shè)計(jì),從實(shí)踐中體會(huì)到了調(diào)節(jié)閥在現(xiàn)代化工流程中的重要性。知道如何根據(jù)工藝條件及工藝數(shù)據(jù)選擇閥的類型和閥體、閥芯、填料,如何計(jì)算Kv值及口徑,計(jì)算執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推力或轉(zhuǎn)矩,以及選配其他附件,例如定位器、手輪、限位開關(guān)、電磁閥、保位閥、繼動(dòng)器、空氣過濾減壓器等。電動(dòng)鍋爐給水調(diào)節(jié)閥由電機(jī)驅(qū)動(dòng),與固定轉(zhuǎn)速的泵相連,給水調(diào)節(jié)閥在裝置正常操作狀態(tài)下控制水向帶壓鍋爐中流動(dòng),這種工況下壓降很小,氣蝕并不需要考慮,此時(shí)主要關(guān)心的是穩(wěn)定、可靠的節(jié)流操作。
             電動(dòng)鍋爐給水調(diào)節(jié)閥是以保證蒸汽品質(zhì),維持安全燃燒為目的,主要可分為汽水控制和燃燒控制兩大塊。汽水控制的主要任務(wù)是控制汽包水位在正常范圍內(nèi),蒸汽溫度穩(wěn)定在設(shè)定值上,由汽包水位控制系統(tǒng)和蒸汽溫度控制系統(tǒng)等來完成。

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