1 概述

　　控制閥是組成工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它被稱之為生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的“手足”，正確選擇控制閥是確保系統(tǒng)穩(wěn)定、正常運(yùn)行的關(guān)鍵。控制閥選型內(nèi)容通常包括以下幾個(gè)方面：

　　① 控制閥結(jié)構(gòu)形式選擇

　　控制閥有單座閥、雙座閥、套筒閥、角形閥、三通閥、隔膜閥、蝶閥、球閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥等類產(chǎn)品，用戶應(yīng)根據(jù)被調(diào)介質(zhì)的特性和工藝條件選擇控制閥的結(jié)構(gòu)形式。

　　② 控制閥流量特性選擇

　　控制閥流量特性是指相對(duì)行程與相對(duì)流量的關(guān)系，通常有直線特性、等百分比特性、快開(kāi)特性，需根據(jù)工藝對(duì)象的特點(diǎn)選擇。

　　③ 控制閥口徑計(jì)算

　　根據(jù)工藝過(guò)程條件計(jì)算出控制閥的流量系數(shù)C，然后根據(jù)對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)形式控制閥的流量系數(shù)C值表選擇口徑。

　　④ 控制閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)有氣動(dòng)、液動(dòng)、電動(dòng)三種

　　氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可用于防火防爆場(chǎng)合，故障率低，但需建獨(dú)立的儀表氣源；液動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可用于推力或力矩特別大的地方，運(yùn)行平穩(wěn)，但體積大，價(jià)格昂貴，用量很少；電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)源隨地可取，隔爆型產(chǎn)品可用于防火防爆場(chǎng)合，其可靠性近年來(lái)大幅度提高，目前已成為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主流產(chǎn)品。

　　⑤ 控制閥材質(zhì)選擇

　　主要根據(jù)閥門受控介質(zhì)的溫度、壓力、腐蝕性以及是否產(chǎn)生氣蝕、沖蝕等因素選擇材質(zhì)，這包括閥體、閥蓋、閥芯、閥桿、閥座、墊片、密封填料等材質(zhì)的選擇。

　　⑥ 控制閥不平衡力校核

　　不平衡力校核是保證控制閥正常工作不可缺少的一步。其實(shí)質(zhì)是校核執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出力是否大于介質(zhì)的不平衡力、閥門動(dòng)作時(shí)的摩擦力、閥芯的重力等力的總和（校核時(shí)輸出力還要有一定的余量）。

　　為了簡(jiǎn)化計(jì)算。閥門生產(chǎn)廠根據(jù)工作條件對(duì)常用閥門計(jì)算出允許壓差，列成表格附在選型樣本上，這樣不平衡力校核就轉(zhuǎn)換成允許壓差校核。

　　校核有兩種方式，一是根據(jù)所選執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出力看允許壓差值是否合乎要求，二是根據(jù)允許壓差值選定合適輸出力的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

　　當(dāng)校核未能通過(guò)時(shí)，可能要從閥門結(jié)構(gòu)形式選擇開(kāi)始重新選型。

　　在一些控制閥的選型計(jì)算資料中往往著重介紹口徑計(jì)算等內(nèi)容，對(duì)不平衡力校核則只字不提，因此有些設(shè)計(jì)人員常常只進(jìn)行前五項(xiàng)工作而忽略了后一項(xiàng)工作，在大多數(shù)流體壓力不高的情況下，不作該項(xiàng)校核也不影響控制閥的正常工作。但對(duì)中高壓生產(chǎn)過(guò)程來(lái)說(shuō)，不作校核就可能造成閥門關(guān)不死，從而影響閥門的運(yùn)行。更為嚴(yán)重的是，由于頭腦中沒(méi)有允許壓差這個(gè)概念，當(dāng)這個(gè)問(wèn)題出現(xiàn)時(shí)人們往往弄不清楚原因，就把責(zé)任推到控制閥制造廠，認(rèn)為是產(chǎn)品的質(zhì)量問(wèn)題，導(dǎo)致故障長(zhǎng)期得不到解決。

　　專家對(duì)控制閥使用中存在問(wèn)題的問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果表明：反映泄漏量大的占第二位，為42.5%；反映推力不夠、閥關(guān)不嚴(yán)的占9.6%。雖然明確指出推力不夠、閥關(guān)不嚴(yán)的只占9.6%，但實(shí)際上反映泄漏量大的42.5%。用戶中應(yīng)該有相當(dāng)一部分也是推力不夠造成的，只是用戶還未找到泄漏原因而已，所以推力不夠、閥關(guān)不嚴(yán)的問(wèn)題的確是一個(gè)較為常見(jiàn)的問(wèn)題。

　　本文將首先介紹了控制閥允許壓差的概念，然后就控制閥允許壓差選取應(yīng)注意的問(wèn)題進(jìn)行討論。

　　2 控制閥允許壓差值

以深圳萬(wàn)迅自控公司“電子式電動(dòng)調(diào)節(jié)閥”選型樣本中的數(shù)據(jù)為例，在表1中列出部分口徑MTS單座控制閥的允許壓差。

表1 部分口徑MTS單座控制閥（柱塞型閥芯、金屬閥座）的允許壓差

執(zhí)行機(jī)構(gòu)
 允許壓差/MPa
 
閥座直徑/mm
 
型號(hào)
 推力/KN
 40
 50
 65
 80
 
PSL201
 1
 0.67
 0.43
 
 
 
PSL201
 2
 1.47
 0.94
 0.48
 0.31
 
PSL204
 4.5
 3.46
 2.21
 1.23
 0.81
 
PSL208
 8
 
 
 2.29
 1.51
 
PSL312
 12
 
 
 3.49
 2.30
 
PSL314
 14
 
 
 4.10
 2.70
 
分析表1，可得到以下結(jié)論：

閥門的允許壓差除了與閥門的結(jié)構(gòu)形式有關(guān)以外，還與口徑、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推力等因素有關(guān)。口徑越大，允許壓差越小。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推力越大，允許壓差越大（兩者幾乎成正比），當(dāng)超出一定范圍后，可能無(wú)法配用更大推力的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，這時(shí)應(yīng)選用允許壓差更大的閥門結(jié)構(gòu)形式。

單座控制閥的允許壓差低，不進(jìn)行控制閥不平衡力校核，通常不一定能滿足中高壓生產(chǎn)過(guò)程的要求。特別是當(dāng)用戶未提允許壓差要求時(shí)，閥門生產(chǎn)廠可能按最小推力的執(zhí)行機(jī)構(gòu)供貨，這樣的事例在現(xiàn)場(chǎng)多次出現(xiàn)過(guò)。但是單座閥的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、泄漏量小、價(jià)格低，如果稍加大推力即可滿足要求，就不一定非要選擇結(jié)構(gòu)復(fù)雜的閥門。國(guó)內(nèi)一般工廠的樣本不提供所配執(zhí)行機(jī)構(gòu)推力的選擇或選擇余地很小，造成用戶一種錯(cuò)覺(jué)，以為閥門的結(jié)構(gòu)形式、口徑確定以后，允許壓差也就確定了而無(wú)法改變。深圳萬(wàn)迅自控公司對(duì)同一口徑的閥門通常可提供3~5種推力的選擇的做法就糾正了這一錯(cuò)覺(jué)，希望國(guó)內(nèi)其他廠也能做到這一點(diǎn)，也希望用戶能注意到這一點(diǎn)。

3 允許壓差如何選取

用戶在訂購(gòu)控制閥的訂貨數(shù)據(jù)表或計(jì)算書上，均應(yīng)將最大工作壓差作為最重要的基本數(shù)據(jù)之一列出，不列出此項(xiàng)相當(dāng)于訂貨數(shù)據(jù)不全，這可能導(dǎo)致閥門達(dá)不到允許壓差要求而關(guān)閉不嚴(yán)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)推力選擇過(guò)大或閥門結(jié)構(gòu)形式選擇不當(dāng)?shù)乳y門選型錯(cuò)誤。

按作者在設(shè)計(jì)選型計(jì)算和實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中的體會(huì)，允許壓差選取時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題：

對(duì)簡(jiǎn)單的降壓控制系統(tǒng)，允許壓差等于要求的減壓值。
閥門正常工作時(shí)閥前的壓力通常不能作為允許壓差的計(jì)算根據(jù)。正常工作時(shí)閥的的壓力并不大，但隨閥門逐漸關(guān)小，閥前壓力逐漸加大，閥前后壓差也逐漸加大。

閥門正常工作時(shí)閥后的壓力通常也不能作為允許壓差的計(jì)算根據(jù)。如果閥后只有連通大的管道而無(wú)阻力件，計(jì)算允許壓差時(shí)可視閥后壓力為零。但如果閥后連接有壓力容器及各種阻力件，閥門正常工作時(shí)閥后的壓力大體等于這些壓力容器在正常工作時(shí)的壓力值或在這些阻力件前要求的壓力（如燃燒噴嘴前要求壓力0.1MPa）。

以閥門正常工作時(shí)閥前后的壓力計(jì)算出來(lái)的壓差作為允許壓差往往偏小，原因可能有以下幾點(diǎn)：

在不正常工作時(shí)閥門的開(kāi)度可能很小，使閥前壓力大大升高，而最大工作壓差的含義是指閥門即將關(guān)閉時(shí)可能出現(xiàn)的差壓值，而在這種情況下，流體輸送設(shè)備（如水泵、風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)）的出口將達(dá)到設(shè)備運(yùn)行的最高壓力，其數(shù)值等于流體輸送設(shè)備的額定出口壓力。

在不正常工作時(shí)閥門后的壓力容器的壓力可能低于壓力容器在正常工作時(shí)的壓力值。

正是這兩個(gè)因素使得不正常工作時(shí)閥前后的壓差遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正常工作時(shí)閥前后的壓差，使得在正常工作時(shí)不泄漏的閥門在不正常工作時(shí)產(chǎn)生泄漏。以工業(yè)鍋爐給水系統(tǒng)為例，35t/h的鍋爐給水泵額定壓力通常為6.0MPa，汽泡壓力為3.8MPa，閥前壓力正常時(shí)為4.0MPa，閥門正常工作時(shí)閥前后的壓差約為0.2MPa，如果拿這個(gè)值作為允許壓差，幾乎任何一臺(tái)閥門能滿足要求。但當(dāng)用汽量突然減少時(shí)，閥門開(kāi)度也將減少，閥前壓力逐漸增大，直至達(dá)到給水泵額定壓力為止。此時(shí)閥前后的壓差為2.2MPa，一般單座閥在這種壓差下很難保證不泄漏。而且鍋爐汽包壓力很可能根據(jù)需要定為3.0MPa、2.5MPa，此時(shí)閥前后的壓差分別為3.0MPa、3.5MPa，比前述閥前后的壓差要大得多。而作者在現(xiàn)場(chǎng)時(shí)還有過(guò)一次奇特的經(jīng)歷，允許壓差值按3.0MPa考慮的閥門在鍋爐冷試開(kāi)度還較大時(shí)就關(guān)不上了，后分析原因才知道了冷試時(shí)汽包壓力為零，而且冷試時(shí)用水量很少，要求閥門開(kāi)度很小，此時(shí)閥前壓力可能達(dá)到6MPa，閥后壓力為零，閥前后壓差遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)允許壓差，所以閥門開(kāi)度還較大時(shí)就關(guān)不上了。在現(xiàn)場(chǎng)只好開(kāi)通旁路，待設(shè)備轉(zhuǎn)入正常工作時(shí)再啟動(dòng)控制閥工作。所以，在確定允許壓差時(shí)，這樣一些因素也需要考慮。

有些閥門只是作為遙控閥門，其中有一部分還是工藝專業(yè)所選閥門，只不過(guò)為了實(shí)現(xiàn)遙控配上了儀表專業(yè)所選的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所以有些人習(xí)慣不作閥門的選型計(jì)算，但現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行結(jié)果表明在某些情況下不作選型計(jì)算是錯(cuò)誤的。盡管選型計(jì)算的某些步驟可以簡(jiǎn)化，如涉及控制性能的流量系數(shù)計(jì)算、流量特性選擇可以省略，但不平衡力校核等步驟還是必不可少的。