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1、控制阀技术基础,1 目 录 2 控制阀概述 3 控制阀设计、选型及主要检测标准 4 控制阀设计开发与选型计算 5 闪蒸、空化及应对措施 6 控制阀的主要结构、选型与常见故障 7 常用阀门材料及处理措施 8 无锡智能严酷工况阀门业绩介绍 9 控制阀技术发展趋势,纲 要,2. 控制阀概述,2.1 控制阀在控制系统中的功能：,2 控制阀概述, 是过程控制工业里的终端控制元件, 保证压力、流量、液位、温度等参数不超出设定的工作范围, ESD紧急切断确保系统安全, 补偿负载扰动，稳定过程变量,2.2 控制阀是系统中的薄弱环节：,精度: 0.1%,精度 : 0.04%,控制阀,精度: 0.04%,控制阀是
2、控制回路中最薄弱的环节,智能型数字定位器 0.25 - 1%,0.25 1%,2 5%,2 控制阀概述, 控制系统的精度取决于仪表链中的所有环节, 阀内件承常受到冲刷、气蚀、噪音影响或破坏，是链中最薄弱环节, 所有零部件及其整体性能的风险评估及验证至关重要, 结构、材料、选型、安装方式、环境会影响控制阀的使用性能, 其整体性能由阀本体、执行机构、电气附件等因素综合决定,2.3 增益是衡量控制阀性能的关键指标,2 控制阀概述,阀门流量的增量变化对于引起该流量变化的相应阀门行程增量的比例被定义为阀门增益。,回路过程增益的理想值为1，实际应用的范围应控制在0.5-2。,回路过程增益并不仅指控制阀，也
3、包含回路中的热交换器、压力容器、变送器、泵、控制系统等的增益指标总和。,把大部分增益范围空间留给控制阀是保证系统稳定的一种途径，阀门增益过大或过小都也可能导致阀门振荡或不稳定，甚至引起阀门损坏。,过程优化要求所选择的阀门类型和口径在最大可能的工作条件范围内能把过程增益控制在选定的增益限制范围内。,采用非线性凸轮反馈的定位器可以影响并修改阀门特性，尤其针对蝶阀、球阀等旋转阀有一定作用。,2.4 控制阀分类及组成,2 控制阀概述,控制阀,调节阀,开关阀,单座阀,套筒阀,V型球阀,偏心旋转阀,双、三偏心蝶阀,侧装式球阀,顶装式球阀,锲式闸阀,双平行闸阀,2 控制阀概述,2.4 控制阀分类及组成,2
4、控制阀概述,2.4 控制阀分类及组成,阀门本体 过程控制系统中用动力操作去改变阀内截流件的位置，来改变流体流量的装置。,执行机构 将控制信号转换成相应的动作，以控制阀内截流件的位置或其他调节机构的装置。 信号或驱动力可为气动、电动、液动的或此三者的任意组合。,控制阀附件 为了使控制阀提高性能、增加功能、扩大应用而与其配合使用的附加装置，例如定位器、手轮机构、增强器等。,2 控制阀概述,2.4 控制阀分类及组成,连接端 阀体上用来与工艺管道进密封连接的结构,如法兰式、螺纹式、焊接式、支耳式、对夹式等。,法兰式,对夹式,焊接式,螺纹式,2 控制阀概述,2.5 控制阀与手动阀的区别,工艺阀门与控制阀
5、门在结构设计、材质选择、热处理或表面硬化处理方式、加工精度、装配精度等方面都存在较大的区别,执行机构与阀门连接中头连接盘 填料系统的设计与选型 阀杆的强度及刚度校核 衬套材质的选择 密封面的硬化处理 零部件的加工精度及技术要,工艺阀门的设计及质量控制侧重于阀门静态性能的实现,控制阀（调节阀）还应满足阀门在动态条件下的密封性能、疲劳寿命、运动精度、功能可靠性等方面的要求。,3. 控制阀设计、选型及主要检测标准,3 控制阀设计、选型及主要检测标准,3.1 与控制阀常用标准相关的组织,美国国家标准组织 (ANSI),美国机械工程师学会 (ASME),美国测试与材料学会 (ASTM),美国石油组织 (
6、API),制造商标准化学会 (MSS),国际测量与控制学会 (ISA),国际标准化组织 (ISO),国际电工委员会 (IEC),国际腐蚀工程师协会 (NACE),流体控制组织 (FCI),3.2 ASMEB16.34结构设计计算规范及材料温度-压力曲线,ASME B16.34对材料的温压额定值规定,3 控制阀设计、选型及主要检测标准,ASMEB16.34 法兰端、对接焊端和螺纹端阀门, 适用于碳钢、不锈钢、镍基合金和其它合金的铸造、锻造和 组焊的各种连接形式的阀门（对夹、法兰、螺纹、焊接）, 温度-压力额定值：查表法（图表法）, 阀体承压壁厚的计算及验证方法：计算法及查表法,ASME B16.
7、34 材料温压等级示例,3.2 ASMEB16.34结构设计计算规范及材料温度-压力曲线,B 16.34对材料规范清单,B 16.34闸阀阀体的射线检测部位规定,3 控制阀设计、选型及主要检测标准, 适合ASTM标准的材料规范表：铸件、锻件、管材、板材牌号 对应标准, 射线、磁粉、液体渗透、超声波检验及验收标准, 针对标记、尺寸、材料、压力试验作了规定,3.3 API607及6FA防火测试标准,3 控制阀设计、选型及主要检测标准,API607防火测试允许泄漏量,API6FA1999Specification for Fire Test for Valves 适用范围：管线用阀门或井口用阀门。
8、例如：符合APl6D标准的球阀、旋塞阀、闸阀 符合APl6A标 准的平板闸阀,ANSIAPI 6072005Fire Test for Softseated Quarterturn Valves 适用范围：软阀座四分之一转的阀门。 例如：符合APl608标准的球阀 符合APl609标准的蝶阀,3.4 IEC 60534 工业过程控制阀,3 控制阀设计、选型及主要检测标准,该部分标准对流经控制阀流量、流通能力、特性曲线、可调比的计算及试验程序进行了规定,3.5 NACE MRO175-2003 油田设备用抗硫化物应力腐蚀断裂和应力腐蚀裂纹的金属材料,3 控制阀设计、选型及主要检测标准,奥氏体不锈
9、钢的化学成分满足表规定，没有用冷作的方法来增强其机械性能，并且在固溶处理后最大硬度22HRC下使用，则无论是铸件还是锻件都是允许的。,高合金奥氏体不锈钢（Ni%+2Mo%30%且Mo%2%），在固溶状态下可以接受。,马氏体不锈钢 UNS S41000，硬度22HRC，并且符合下列三步热处理条件，则允许使用： a) 奥氏体化并油冷或空冷 b) 在649691第一次回火，然后冷却到环境温度。 c) 在593621第二次回火，然后冷却到环境温度。,双相不锈钢在固溶退火和液体淬火，冷作条件下可接受，铁素体成份3565%，禁止时效硬化热处理。, 规定了有NACE要求的产品对金属材料的一般性要求及适用于要
10、求抗硫化物应力腐蚀断裂（SSC）或应力腐蚀裂纹（SCC）的金属材料。, 适用于暴露于含硫酸性环境中的设备的所有零件，含硫环境还应是可能由SSC或者SCC引起的破坏导致设备在承压下不能正常作业，或者不能保证承压系统的完整性，或者导致设备的基本功能无法维持。,3.6 GB/T 4213-2008 气动调节阀,3 控制阀设计、选型及主要检测标准,标准规定了工业过程控制系统用气动调节阀(亦称控制阀)的产品分类，技术要求、试验方法、检验规则等。,适用于气动执行机构与阀组成的各类气动调节阀。,标准中有关内容也适用于独立的气动执行机构和阀组件。,标准不适用于承受放射性工作条件及其他危险工作条件的调节阀。,3
11、. 7 API与FCI阀座泄漏量对比,控制阀阀座泄漏量是指在规定的试验条件下，试验介质流过关闭状态控制阀的流量。,3 控制阀设计、选型及主要检测标准,试验介质为常温下的液体（水）或气体（清洁的空气或氮气）,控制阀阀座泄漏量与泄漏等级、试验介质、试验程序、阀额定流量系数和阀额定容量有关。,流量系数 (Cv） 是指温度为 40-60 的水在 1 psi（磅/平方英寸）的压降下，阀门某开度下每分钟流过阀门的（美）加仑数。 Cv=1.167Kv 流量系数是表征阀门流通能力的参数。 流量系数与阀门流道几何形状，阀门尺寸，阀门开度等参数有关。 调节阀流量基本计算公式：Q = CvP / G,注: 1. 所
12、有阀门按照API 598、API 6D和ISO 5208所有要求程序进行空气和水双向密封测试。 2. 根据API 598规定，1ml=16“滴”水。 3. 根据FCI 70.2和IEC 60534.4规定，1ml=6.67个“气泡”。 4. FCI 70.2和IEC534.4规定的泄漏量取决于测试压差。 5. 泄漏量取决于“阀门额定能力”，因此其大小为阀门内件等级的函数。 6. 泄漏量根据阀座直径与IEC 534.4表注2建议的泄漏系数之间的关系推断得出。 7. 级泄漏量取决于公称直径，因而与压力无关。,3. 7 API与FCI阀座泄漏量对比,3 控制阀设计、选型及主要检测标准,4. 控制阀设
13、计开发与选型计算,项目立项,预案设计,工程设计,设计验证,FEMA分析,产品鉴定,4 控制阀设计开发与选型计算,型式试验,1 设计任务书 2 经济分析报告 3 输入文件汇总 4 成员职责分配表 5 项目进度计划表 6 项目培训计划书,1 所涉标准培训 2 同类产品对比分析 3 产品预案设计 4 预案评审与定稿 5 预案经济分析对比 6 技术验证计划 7 设计输入清单 8 设计评审表（预案）,1 产品总装图 2 产品标准 3 设计标准 4 设计计算模型 5 设计规格书 6 产品零件图 7 三维总装及零件图 8 设计评审表 9 工艺评审表 10 产品毛坯图 11 模具开发申请表 12 编码规则 1
14、3 会议记要 14 操作手册 15 选型样本,1 加工工艺规范 2 装配工艺规范 3 热处理工艺规范 4 工装及测装图纸,1 机构运动学分析 2 零部件应力分析 3 流体流场分析 4 Cv及特性分析 5 流速及噪音分析 6 技术试验验证 7 计算变换验证 8 设计评审验证 9 工艺评审验证 10 类比法验证 11 第三方评审验证 12设计验证报告,1 安全风险审查报告 2 产品失效分析报告 3 可靠性验证报告 4 故障失效概率计算,1 过程检验记录 2 终检调试记录 3 产品试制报告 4 型式试验报告 5 型式试验记录,1 产品鉴定报告 2 第三方认证证书,4.1控制阀设计流程,采用计算流体动
15、力学(CFD)软件对各种类型、各种规格的阀内件进行模拟工况下的温度、流速、压力、声功率、噪音、静力矩、动力矩等参数的验证，修正设计参数，提高设计精度及效率。,M系列降压型套筒阀流速云图,W系列三偏心蝶阀流速云图,M系列迷宫阀单流道流速云图,M系列多级降压型阀流速云图,4 控制阀设计开发与选型计算,4.2 CFD流体分析、FEA有限元分析,DN15单座阀内件流速云图,采用有限元分析（FEA）与计算，对其受力状况进行分析。,P系列阀芯应力分布图,J系列角阀阀体应力分布图,S系列手轮机构变形分析图,R2系列V-BALL阀球变形分析图,Z系列闸阀支架变形分析图,4 控制阀设计开发与选型计算,4.2 C
16、FD流体分析、FEA有限元分析,通过分析计算，可以得出阀门上任一点的应力，显示出整个阀门上的等值应力图，也可显示出阀门受力后的变形状况，从而得出最大应力值和最大变形，同时还可实现零部件的寿命分析、抗高温蠕变能力分析、结构运动仿真等功能，指导结构合理化设计。,核实工况条件,选择阀门形式,检查噪音及气蚀,确认计算CV,选择本体材料,阀门开度验算,确认选择CV,推力或力矩计算,控制阀口径计算过程（ANSI/ISA-75.02 ）：,1 、根据介质物性、流量、压力、温度、密度、管道几何因子等参数确定计算CV值。 2、 选择适合工况条件的阀门结构型式及阀内件结构。 3 、结合阀门厂商产品的额定CV、FL、XT等参数值，进行开度验算。 4 、针对阀门结构及密封等级确定不平衡、开关推力或力矩。 5 、根据用户的系统控制功能确定执行机构的类型及附件选配。,1、根据工艺条件，选择合适
