1 概述
在電廠自動控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)閥是常見的一種執(zhí)行器。自動控制系統(tǒng)中先進的控制理論、卓越的設(shè)計理念、獨特的控制算法和復(fù)雜的控制策略均由執(zhí)行器對被控對象進行作用的。因此，正確選取調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形式、流量特性和流通能力，以及執(zhí)行機構(gòu)的輸出力矩、推力與行程，對于自動控制系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性和可靠性有著十分重要的作用。選型與計算相比，選型的難度更大，出現(xiàn)的問題更多，對此應(yīng)該特別重視。
2 調(diào)節(jié)閥分類
調(diào)節(jié)閥按結(jié)構(gòu)特征可分為 9 大類。
① 直通單座調(diào)節(jié)閥 該閥應(yīng)用最廣，具有泄漏小，許用壓差小，流路復(fù)雜，結(jié)構(gòu)簡單的特點，故適用于密封要求嚴格，工作壓差小的場合，但小規(guī)格的閥（DN < 20mm）也可用于壓差較大的場合。應(yīng)用中應(yīng)注意校對許用壓差，防止閥門關(guān)不嚴。
② 直通雙座調(diào)節(jié)閥 該閥具有泄漏大，許用壓差大的特點，故適用于泄漏要求不嚴，工作壓差大的場合，選型時應(yīng)注意該閥泄漏量大是否能滿足過程控制要求。
③ 套筒閥 套筒閥分為單密封和雙密封 2 種結(jié)構(gòu)，前者類似于單座閥，適用于單座閥場合。后者類似于雙座閥，適用于雙座閥場合。套筒閥還具有穩(wěn)定性好，裝卸方便的特點，但價格比單和雙座閥高 50%~200%，還需要專用的纏繞密封墊。該閥是僅次于單和雙座閥而應(yīng)用較為廣泛的閥門。
④ 角型閥 節(jié)流形式相當(dāng)于單座閥，但閥體流路簡單，適用于泄漏要求小，壓差小的及要求直角配管的場合。
⑤ 三通閥 它具有 3 個通道，可代替 2 個直通單座閥用于分流和合流及兩相流溫度差 ≤ 150℃ 的場合。當(dāng) DN ≤ 80mm 時，合流閥可用于分流場合。
⑥ 隔膜閥 流路簡單，隔膜具有一定的耐蝕性能，適用于帶雜質(zhì)的介質(zhì)、弱腐蝕介質(zhì)的 2 位切斷場合。
⑦ 蝶閥 它相當(dāng)于取一直管段做閥體，且閥體又相當(dāng)于閥座，故“自潔”性能好，體積小，質(zhì)量輕，適用于帶雜質(zhì)的介質(zhì)和大口徑、大流量和高壓差的場合。當(dāng) DN>300mm 時，通常選用蝶閥。
⑧ 球閥 O 形球閥全開時為無阻調(diào)節(jié)閥，“自潔”性能最佳，適用于雜質(zhì)較多及含纖維介質(zhì)的兩位切斷場合。V 形球閥具有近似等百分比的調(diào)節(jié)特性，適用于帶雜質(zhì)和含纖維介質(zhì)可調(diào)比較大的調(diào)節(jié)場合，但該閥價格較高。
⑨ 偏心旋轉(zhuǎn)閥 該閥介于蝶閥和球閥之間，“自潔”性能好，調(diào)節(jié)性能好，亦可切斷，故適用于帶雜質(zhì)的介質(zhì)和泄漏要求小的調(diào)節(jié)場合，但該閥價格較高。
這 9 類產(chǎn)品中，前 6 種為直行程調(diào)節(jié)閥，后 3 種為角行程調(diào)節(jié)閥。用戶必須弄清楚它們的特點和注意事項。各類變型和改進型產(chǎn)品都是以這 9 類產(chǎn)品為基礎(chǔ)的，弄清這 9 大類產(chǎn)品就容易掌握其他產(chǎn)品的應(yīng)用了。
3 選型
調(diào)節(jié)閥選型最基本的條件是要滿足生產(chǎn)過程的溫度、壓力、液位、流量及密封性要求，閥門的工作壓差 ＜ 需用壓差。還需考慮閥門的使用壽命、可靠性、動作速度、流量特性、作用方式、流向、執(zhí)行機構(gòu)形式、輸出力矩、剛度、彈簧范圍、材質(zhì)及經(jīng)濟性等。在滿足過程控制要求的前提下，所選的閥門應(yīng)簡單、可靠、價廉、壽命長、維修方便和備件來源及時可靠。避免單純追求好的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)和附件，而忽略了對可靠性和經(jīng)濟性的考慮。
調(diào)節(jié)閥選型應(yīng)提供的工藝參數(shù)有溫度和壓力，正常流量時的壓差及切斷時的壓差，流體特性有腐蝕性、粘度、溫度變化對流體特性的影響，系統(tǒng)要求有泄漏量、可調(diào)比、動作速度、頻率、線性及噪聲等參數(shù)。
4 選材
① 閥體 閥體耐壓等級、使用溫度、耐腐蝕性能等方面應(yīng)不低于工藝連接管道要求，并優(yōu)先選用定型產(chǎn)品。水蒸汽、含水較多的濕氣體介質(zhì)和環(huán)境溫度低于 -20℃ 時，不宜選用鑄鐵閥門。
② 內(nèi)件 非腐蝕性介質(zhì)一般選用 1Cr18Ni9Ti 或其他不銹鋼。對汽蝕和沖蝕較為嚴重，其介質(zhì)在直角坐標(biāo)系中的溫度與壓差曲線上，溫度為 300℃，壓差為 115MPa 兩點連線以外的區(qū)域時，應(yīng)選用耐磨材料，如鈷基合金或表面堆焊史太萊合金等。對硬密封切斷閥，為提高密封面可靠性，應(yīng)選用耐磨合金。當(dāng)密封要求十分嚴格時，應(yīng)選用軟密封（四氟、橡膠）。
③ 溫度 當(dāng)介質(zhì)溫度 <-60℃ 時，選用銅或 1Cr18Ni9Ti。溫度在 450~600℃ 時，選用鈦或鉬不銹鋼。當(dāng)介質(zhì)溫度 >600℃ 時，應(yīng)選用耐高溫高強度合金。
5 閥蓋與閥桿密封
通常情況下，介質(zhì)溫度 <200℃ 時，閥桿密封選用 V 形四氟填料，普通型閥蓋。介質(zhì)溫度 <450℃ 時，閥桿密封選用 V 形四氟填料，但必須是散熱閥蓋。對直行程類閥，若帶有定位器附件時，對介質(zhì)溫度 ≤450℃ 高溫閥，仍可選用普通型閥蓋，但閥桿密封必須選用石墨填料。介質(zhì)溫度 >400℃ 時，需選用散熱型閥蓋，閥桿密封為石墨填料。為增加閥桿密封的可靠性，可選用雙層填料結(jié)構(gòu)。
6 定位器
在如下情況應(yīng)選用定位器：
- 電動儀表控制氣動閥，且為慢速響應(yīng)系統(tǒng)時。
- 需要提高薄膜執(zhí)行機構(gòu)輸出力的場合。
- 緩慢過程需要提高調(diào)節(jié)閥響應(yīng)速度的場合，如溫度、液位及分析等參數(shù)。
- 需要克服摩擦力，減小過大的回差造成調(diào)節(jié)品質(zhì)差的場合，如低溫或采用柔性石墨填料的調(diào)節(jié)閥。
- 調(diào)節(jié)器比例帶很寬，但又要求閥小信號有響應(yīng)時，采用無彈簧執(zhí)行機構(gòu)調(diào)節(jié)的系統(tǒng)。帶定位器適用的閥，通常選用 20~100kPa 的彈簧，但為了提高輸出力，可選用氣源壓力 PS=250kPa。對氣開閥可選用 60~180kPa 的彈簧，以增加起點執(zhí)行機構(gòu)的輸出力。對氣閉閥可選用 20~100kPa 的彈簧，以增加關(guān)閉時執(zhí)行機構(gòu)輸出力。
7 安裝
① 一般要求 調(diào)節(jié)閥應(yīng)垂直立式安裝在水平管道上，公稱通徑 DN≥50mm 的調(diào)節(jié)閥，其閥前后管道上應(yīng)有永久性支架。閥門的安裝位置應(yīng)方便操作維修，必要時應(yīng)設(shè)置平臺，上、下部分還應(yīng)留有足夠的空間，以便在維修時取下執(zhí)行機構(gòu)和閥內(nèi)件，以及閥的下法蘭和堵蓋。當(dāng)調(diào)節(jié)閥安裝在振動場合時，應(yīng)考慮防振措施。未安裝閥門定位器的調(diào)節(jié)閥，膜頭上最好安裝指示控制信號的小型壓力表。調(diào)節(jié)閥應(yīng)先檢查校驗，并在管道吹掃后安裝，其連接形式應(yīng)符合制造廠產(chǎn)品說明書的規(guī)定。
② 安全性 閥門在操作的各個環(huán)節(jié)中（即安裝、試驗、操作和維修），應(yīng)首先注意人員和設(shè)備的安全性。由于閥門切斷后，其壓力還可保持一段時間，因此應(yīng)有降壓的安全措施，如安裝放空閥或排放閥。對液體介質(zhì)，應(yīng)安裝一個能夠限制流量的放空閥，以防過快打開放空閥時水擊所造成的危害。對蒸汽管線，在接近調(diào)節(jié)閥的上下兩端應(yīng)當(dāng)保溫。壓力波動嚴重的地方，應(yīng)安裝管線緩沖器。
③ 配管 調(diào)節(jié)閥配管通徑盡量與閥通徑一致，其入口直管段長度 >10 倍管道通徑，出口直管段應(yīng)為 3~5 倍管道通徑。閥門進出口取壓點的位置為閥前 2 倍管道通徑與閥后 3 倍管道通徑處。調(diào)節(jié)閥在管道上必須按流動方向箭頭安裝，避免過大的安裝應(yīng)力。
④ 手動操作 閥門的安裝位置應(yīng)便于人工操作，并應(yīng)讓操作人員能夠看到指示器（如液位計）上顯示的參數(shù)，還應(yīng)考慮卸下調(diào)節(jié)閥手輪機構(gòu)和定位器等附件的側(cè)面空間。
對大口徑和高空安裝的調(diào)節(jié)閥，要考慮到維護時操作人員有卸下連接螺栓的位置和操作人員的工作位置。
⑤ 信號配件 調(diào)節(jié)閥信號的配管和配線方案應(yīng)滿足調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求。配管宜采用 <6×1 紫銅管，大膜頭調(diào)節(jié)閥和氣動閥宜采用 <8×1 紫銅管。
8 現(xiàn)場檢測
調(diào)節(jié)閥的性能指標(biāo)很多，除安裝前核對產(chǎn)品的檢定和測試證明書外，還應(yīng)在現(xiàn)場對如下項目進行重點檢測和調(diào)校。
① 基本誤差 將 20~100kPa 信號平穩(wěn)地增大或減小，輸入氣室（或定位器）內(nèi)，測量各點所對應(yīng)的行程值，計算出信號 2 行程關(guān)系與理論值之間的各點誤差，其最大值即為基本誤差。試驗點應(yīng)按信號范圍的 0%、25%、50%、75% 和 100% 5 個點進行，測量儀表基本誤差應(yīng)限于被測閥門基本誤差限的 1/4。
② 回差與始終點偏差 回差與始終點偏差的檢測方法與基本誤差檢測方法相同。在同一輸入信號上測得的正反行程的最大差值即回差。信號上限（始點）處的基本誤差即為始點偏差。信號下限（終點）處的基本誤差即為終點偏差。
③ 泄漏試驗 通常試驗介質(zhì)為常溫水，當(dāng)閥的壓差小于 350kPa 時，實驗壓力按 350kPa 做，當(dāng)閥的工作壓差大于 350kPa 時按允許壓差做。實驗介質(zhì)應(yīng)按規(guī)定流向進入閥內(nèi)，閥出口可直接連通大氣或連接出口通大氣的低壓頭損失的測量裝置，在確認閥和下游各連接管完全充滿介質(zhì)后，方可測取泄漏量。對主要閥門，還要做強壓試驗。
④ 附件 對配套定位器的閥，在運輸和安裝過程中，很容易碰動定位器的反饋板和氣源接頭。因此，在安裝和投運前均應(yīng)現(xiàn)場調(diào)試。
9 現(xiàn)場維護
調(diào)節(jié)閥必須進行經(jīng)常維護和定期檢修，尤其對使用條件惡劣和重要場合更應(yīng)重視維修工作。對于使用在高壓差和腐蝕性介質(zhì)場合的調(diào)節(jié)閥，閥體內(nèi)壁和隔膜經(jīng)常受到介質(zhì)的沖擊和腐蝕，應(yīng)重點檢查耐壓及耐腐蝕情況。固定閥座用的螺紋，其內(nèi)表面易受腐蝕而使閥座松動，應(yīng)重點檢查此部位。對高壓差下工作的閥還應(yīng)檢查閥座密封面是否被沖蝕和汽蝕。閥瓣受介質(zhì)的沖刷和腐蝕最嚴重，檢修時要認真檢查閥瓣是否被腐蝕和磨損。在高壓差的情況下，閥瓣因汽蝕磨損更嚴重。檢查膜片、O 形圈、聚四氟乙烯填料、密封潤滑油脂和其他密封墊是否裂化或老化，配合面是否損壞，必要時應(yīng)更換。檢查附件以保證調(diào)節(jié)閥正常運行。
10 常見故障處理
調(diào)節(jié)閥現(xiàn)場常見問題是關(guān)不嚴，打不開，回差大，泄漏大，振動和振蕩等。
① 閥瓣關(guān)不嚴 對氣閉閥解決辦法是增大氣源壓力或調(diào)松彈簧預(yù)緊力（即降低氣室外起點壓力）。對氣開閥的解決方法是增大彈簧預(yù)緊力，同時增大氣源壓力。
② 推桿動作遲鈍或不動作 檢驗?zāi)てL動膜片和墊片是否老化或破裂引起漏氣。
③ 回差大 推桿是否彎曲，填料壓蓋是否壓得太緊，尤其是石墨填料，閥瓣導(dǎo)向是否有傷。解決辦法是更換閥桿、填料和強力執(zhí)行機構(gòu)，并增大導(dǎo)向間隙。
④ 閥的全行程不夠 松開閥桿連接螺母，將閥桿向外旋或向內(nèi)伸。使全行程偏差值超過允許值，再將螺母并緊。
⑤ 閥小開度穩(wěn)定性差 現(xiàn)場首先檢查是否流向裝反了，或閥選得太大。解決辦法改流開安裝，縮小閥芯尺寸。
⑥ 閥的動作不穩(wěn)定 定位器故障、輸出管線漏氣、執(zhí)行機構(gòu)剛度小或流體壓力變化造成推力不足。解決辦法是維修定位器和管線，改用剛度大的執(zhí)行機構(gòu)。
⑦ 泄漏量大 檢查密封面是否劃傷，閥座與閥桿連接螺紋是否松動，閥關(guān)閉時壓差是否大于執(zhí)行機構(gòu)的輸出力。解決辦法是更換密封面，并緊閥座，更換高輸出力的執(zhí)行機構(gòu)。
⑧ 急劇振動 當(dāng)所選閥頻率與系統(tǒng)頻率相同時，便會發(fā)生急劇振動，發(fā)生這種現(xiàn)象的幾率約 1%。解決辦法是更換不同結(jié)構(gòu)的閥。
⑨ 振蕩 是由于閥處于小開度工作或流向為流閉型所致。解決辦法是避免小開度工作，改流開型工作。
11 結(jié)語
隨著機組容量的增大及自動化程度的提高，自動控制系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)閥越來越重要。正確選擇、使用及維護調(diào)節(jié)閥，不僅能使自控系統(tǒng)穩(wěn)定運行，減輕操作人員的勞動強度，而且能有效減少機組運行參數(shù)的偏差，提高機組的經(jīng)濟性。