自力式背壓調(diào)節(jié)閥工作原理

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之前介紹耐化工腐蝕鈦合金放料球閥，現(xiàn)在介紹自力式背壓調(diào)節(jié)閥工作原理介紹了自力式背壓調(diào)節(jié)閥的特性,分析了國(guó)內(nèi)某核電站用輔助給水儲(chǔ)罐直接作用式背壓調(diào)節(jié)閥排量不足的原因,提出了將閥門更換為指揮器操作型背壓調(diào)節(jié)閥的解決措施,并通過開啟行程和流量系數(shù)試驗(yàn),證明指揮器操作型背壓調(diào)節(jié)閥滿足工況要求。對(duì)自力式調(diào)節(jié)閥進(jìn)行了介紹,并著重闡述了流量系數(shù)的計(jì)算方法,自力式調(diào)節(jié)閥的選擇方法及選擇時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)。

自力式背壓調(diào)節(jié)閥工作原理調(diào)節(jié)閥又名控制閥，在工業(yè)自動(dòng)化過程控制領(lǐng)域中，通過接受調(diào)節(jié)控制單元輸出的控制信號(hào)，借助動(dòng)力操作去改變介質(zhì)流量、壓力、溫度、液位等工藝參數(shù)的zui終控制元件。一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥門組成。如果按行程特點(diǎn)，調(diào)節(jié)閥可分為直行程和角行程；按其所配執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用的動(dòng)力，按其功能和特性分為線性特性，等百分比特性及拋物線特性三種。調(diào)節(jié)閥適用于空氣、水、蒸汽、各種腐蝕性介質(zhì)、泥漿、油品等介質(zhì)。英文名：control valve，位號(hào)通常FV開頭。調(diào)節(jié)閥常用分類：氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，液動(dòng)調(diào)節(jié)閥，自力式調(diào)節(jié)閥。自力式壓力調(diào)節(jié)閥是一種無需外來能源,依靠被測(cè)介質(zhì)自身壓力,按預(yù)先設(shè)定值,進(jìn)行自動(dòng)壓力調(diào)節(jié)的控制裝置,自力式壓力調(diào)節(jié)閥在石化和電力輔助給水儲(chǔ)罐氮封系統(tǒng)使用較為普遍。本文針對(duì)國(guó)內(nèi)某核電輔助給水儲(chǔ)罐氮封系統(tǒng)的自力式背壓調(diào)節(jié)閥排量不足問題進(jìn)行了分析,并提出了閥門自力式調(diào)節(jié)閥是一種無需外來能源,依靠被調(diào)介質(zhì)自身的壓力、溫度、流量變化進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)的節(jié)能儀表。具有測(cè)量、執(zhí)行、控制的綜合功能。尤其適合于在無電源無氣源的場(chǎng)合工作。廣泛應(yīng)用于城市供熱、供暖系統(tǒng)及石油、化工、冶金、電力、輕工等工業(yè)部門的自控系統(tǒng)。，自力式壓力調(diào)節(jié)閥在石化和電力輔助給水儲(chǔ)罐氮封系統(tǒng)使用較為普遍。本文針對(duì)國(guó)內(nèi)某核電輔助給水儲(chǔ)罐氮封系統(tǒng)的自力式背壓調(diào)節(jié)閥排量不足問題進(jìn)行了分析，并提出了閥門換型的解決措施。

核電輔助給水系統(tǒng)的給水儲(chǔ)罐儲(chǔ)存除鹽除氧水，水上部采用氮?dú)夥忾]以保護(hù)水不受空氣的污染。儲(chǔ)罐的氮封系統(tǒng)(圖1) 包括進(jìn)氣和排氣兩部分。進(jìn)氣部分主要裝置包括1個(gè)自力式減壓閥和1個(gè)手動(dòng)隔離閥，排氣部分主要裝置包括1 個(gè)自力式背壓調(diào)節(jié)閥和1個(gè)手動(dòng)隔離閥。正常運(yùn)行時(shí)，進(jìn)氣和排氣管道的手動(dòng)隔離閥保持開啟，氮?dú)鈴墓┙o系統(tǒng)引入，經(jīng)減壓閥減壓后供給儲(chǔ)罐。儲(chǔ)罐氮?dú)鈮毫σ蠓€(wěn)定在10kPa(g) 左右。
自力式背壓調(diào)節(jié)閥的選用

圖1 給水儲(chǔ)罐氮封系統(tǒng)流程自力式背壓閥自力式壓力調(diào)節(jié)閥無需外加能源，能在無電無氣的場(chǎng)所工作，既方便又節(jié)約了能源。壓力分段范圍細(xì)且互相交叉，調(diào)節(jié)精度高。壓力設(shè)定值在運(yùn)行期間可連續(xù)設(shè)定。
自力式壓力調(diào)節(jié)閥分為自力式壓力、壓差和流量調(diào)節(jié)閥三個(gè)系列。自力式壓力調(diào)節(jié)閥根據(jù)取壓點(diǎn)位置分閥前和閥后兩類，取壓點(diǎn)在閥前時(shí)，用于調(diào)節(jié)閥前壓力恒定；取壓點(diǎn)在閥后時(shí)，用于調(diào)節(jié)閥后壓力恒定。當(dāng)將閥前和閥后壓力同時(shí)引入執(zhí)行機(jī)構(gòu)的氣室兩側(cè)時(shí)，自力式壓差調(diào)節(jié)閥可以調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥兩端的壓力恒定，也可將安裝在管道上孔板兩端的壓差引入薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)的氣室兩側(cè)，組成自力式流量調(diào)節(jié)閥，或用其他方式將流量檢測(cè)后用自力式壓差調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)。
被控介質(zhì)輸入閥后，閥前壓力P1通過控制管線輸入下膜室，經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流后的壓力Ps輸入上膜室，P1與Ps的差即△Ps=P1-Ps 稱為有效壓力。P1作用在膜片上產(chǎn)生的推力與Ps作用在膜片上產(chǎn)生的推力差與彈簧反力相平衡確定了閥芯與閥座的相對(duì)位置，從而確定了流經(jīng)閥的流量。當(dāng)流經(jīng)閥的流量增加時(shí)，即△Ps增加，結(jié)果P1、Ps分別作用在下、上膜室，使閥芯向閥座方向移動(dòng)，從而改變了閥芯與閥座之間的流通面積，使Ps增加，增加后的Ps作用在膜片上的推力加上彈簧反力與P1作用在膜片上的推力在新的位置產(chǎn)生平衡達(dá)到控制流量的目的。反之，同理。
  自力式調(diào)節(jié)閥用于調(diào)節(jié)工業(yè)自動(dòng)化過程控制領(lǐng)域中的介質(zhì)流量、壓力、溫度、液位等工藝參數(shù)。根據(jù)自動(dòng)化系統(tǒng)中的控制信號(hào)，自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門的開度，從而實(shí)現(xiàn)介質(zhì)流量、壓力、溫度和液位的調(diào)節(jié)。
當(dāng)儲(chǔ)罐充水或氮封系統(tǒng)減壓閥失效時(shí)，儲(chǔ)罐的壓力會(huì)異常升高。為了防止儲(chǔ)罐因超壓而損壞，背壓調(diào)節(jié)閥開啟排放多余的氮?dú)狻１硥赫{(diào)節(jié)閥的開啟設(shè)定壓力為12kPa(g) ，要求的zui大排量為316Nm3/h。在核電廠試驗(yàn)過程中，當(dāng)儲(chǔ)罐的充水速度為40t/h 時(shí)，儲(chǔ)罐的高壓報(bào)警裝置( 報(bào)警設(shè)定值為13kPa(g) ) 被觸發(fā)，這表明背壓調(diào)節(jié)閥的排量達(dá)不到系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。

3、原因分析
3.1、功能和結(jié)構(gòu)
背壓調(diào)節(jié)閥為介質(zhì)直接作用型，氣室膜片的取壓孔設(shè)置在閥門內(nèi)部(圖2) 。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，閥門的氣室彈簧預(yù)緊力大于作用在膜片上的介質(zhì)壓力，使得閥瓣壓緊閥座，閥門保持關(guān)閉。當(dāng)介質(zhì)壓力達(dá)到或超過設(shè)定壓力時(shí)，膜片下方的介質(zhì)壓力能夠克服彈簧的預(yù)緊力，使閥門開啟。閥門的開度與閥門的超壓成正比。
上海申弘閥門有限公司主營(yíng)閥門有：截止閥,電動(dòng)截止閥,氣動(dòng)截止閥,電動(dòng)蝶閥,氣動(dòng)蝶閥自力式背壓調(diào)節(jié)閥的選用
圖2 直接作用型背壓調(diào)節(jié)閥

直接作用型背壓調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外形尺寸小，不需要設(shè)置外部取壓口，安裝方便。但是，閥門設(shè)定壓力精度不高，且在超壓工況有頻跳的現(xiàn)象。由于閥門膜片的取壓孔位于閥腔內(nèi)，當(dāng)閥門開啟并排放流量時(shí)，儲(chǔ)罐至閥門入口，以及閥門入口至閥門中腔都有流動(dòng)引起的壓力損失，此處所取的壓力低于儲(chǔ)罐的壓力，不利于閥門達(dá)到要求的開度。另外閥門采用流關(guān)型結(jié)構(gòu)，閥門開啟后介質(zhì)的流動(dòng)不利于維持閥門的開啟。當(dāng)閥門開啟排放流量時(shí)，閥腔內(nèi)部流動(dòng)紊亂，壓力脈動(dòng)較大，膜片經(jīng)受壓力脈動(dòng)會(huì)引起閥門顫振，容易引起膜片、閥桿及導(dǎo)向面損傷。閥門的閥瓣/閥座采用金屬密封(堆焊司太立合金) ，密封性能差。
3.2、水力計(jì)算
氮封系統(tǒng)中，背壓調(diào)節(jié)閥與給水儲(chǔ)罐中間安裝有1個(gè)手動(dòng)隔離閥、4 個(gè)彎頭(3 個(gè)90°，1 個(gè)30°) 和4.1m 長(zhǎng)的管道。經(jīng)管路水力計(jì)算，在zui大工作溫度(60℃) 下排放設(shè)計(jì)要求的zui大流量(316 Nm3/h)時(shí)，閥門上游管道的氣體平均速度達(dá)到17.9m/s( 氣體動(dòng)壓0.18kPa) ，從儲(chǔ)罐到背壓調(diào)節(jié)閥入口有0.73kPa 的壓損，假定儲(chǔ)罐內(nèi)氮?dú)鈮毫_(dá)到報(bào)警壓力13.0kPa(g) ，減去閥門上游的壓損和氣體動(dòng)壓(該動(dòng)壓不能利用) ，閥門入口靜壓僅為12.09kPa(g) ，閥門出口靜壓為0.72kPa(g) ( 該出口靜壓是用于克服下游排放管道的壓損) 。

由于閥門入口至閥門中腔有一定壓損，閥門中腔取壓孔處的壓力會(huì)低于閥門入口靜壓，即氣室膜片接收到的壓力會(huì)低于閥門入口靜壓12. 09kPa(g) 。按閥門設(shè)定壓力12.0kPa(g) ，此時(shí)膜片接收到的超壓小于0.09kPa (g ) ，不到設(shè)定壓力的0.75%。經(jīng)分析，閥門在如此小的超壓下無法達(dá)到要求的排量。
4、結(jié)語
相對(duì)于直接作用型背壓調(diào)節(jié)閥，指揮器操作型背壓調(diào)節(jié)閥具有控制精度高、密封性好、可防止頻跳等優(yōu)點(diǎn)，其性能滿足核電廠的設(shè)計(jì)要求。與本文相關(guān)的產(chǎn)品有：加長(zhǎng)桿蝶閥安裝注意事項(xiàng)