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(jìn)的控制理論、卓越的設(shè)計(jì)理念、獨(dú)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(jìn)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(jī)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(jì)性和可靠性有著十分重要的作用。選型與計(jì)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(diǎn)，故適用于密封要求嚴(yán)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(yán)。
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(diǎn)，故適用于泄漏要求不嚴(yán)，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(diǎn)，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(diǎn)和注意事項(xiàng)。各類變型和改進(jìn)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(jī)構(gòu)形式、輸出力矩、剛度、彈簧范圍、材質(zhì)及經(jīng)濟(jì)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(jì)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(yán)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(diǎn)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(yán)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(qiáng)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(jī)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(jī)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(diǎn)執(zhí)行機(jī)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(jī)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(jī)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(yàn)，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(yàn)、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(yán)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(jìn)出口取壓點(diǎn)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(jì)）上顯示的參數(shù)，還應(yīng)考慮卸下調(diào)節(jié)閥手輪機(jī)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(hù)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(xiàng)目進(jìn)行重點(diǎn)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(diǎn)所對應(yīng)的行程值，計(jì)算出信號 2 行程關(guān)系與理論值之間的各點(diǎn)誤差，其最大值即為基本誤差。試驗(yàn)點(diǎn)應(yīng)按信號范圍的 0%、25%、50%、75% 和 100% 5 個點(diǎn)進(jìn)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(diǎn)偏差 回差與始終點(diǎn)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(diǎn)）處的基本誤差即為始點(diǎn)偏差。信號下限（終點(diǎn)）處的基本誤差即為終點(diǎn)偏差。
③ 泄漏試驗(yàn) 通常試驗(yàn)介質(zhì)為常溫水，當(dāng)閥的壓差小于 350kPa 時，實(shí)驗(yàn)壓力按 350kPa 做，當(dāng)閥的工作壓差大于 350kPa 時按允許壓差做。實(shí)驗(yàn)介質(zhì)應(yīng)按規(guī)定流向進(jìn)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(rèn)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(qiáng)壓試驗(yàn)。
④ 附件 對配套定位器的閥，在運(yùn)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(yùn)前均應(yīng)現(xiàn)場調(diào)試。
9 現(xiàn)場維護(hù)
調(diào)節(jié)閥必須進(jìn)行經(jīng)常維護(hù)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(diǎn)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(diǎn)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(yán)重，檢修時要認(rèn)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(yán)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(yùn)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(yán)，打不開，回差大，泄漏大，振動和振蕩等。
① 閥瓣關(guān)不嚴(yán) 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(diǎn)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(yàn)?zāi)て?、滾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(qiáng)力執(zhí)行機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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?yàn)榱鏖]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(jī)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(hù)調(diào)節(jié)閥，不僅能使自控系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，減輕操作人員的勞動強(qiáng)度，而且能有效減少機(jī)組運(yùn)行參數(shù)的偏差，提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。