CV3000气动薄膜式调节阀选型

吴剑波

(中昊晨光化工研究院有限公司工程设计所，四川 自贡 643201)

智能调节阀是自控系统中的执行器，智能调节阀在化工行业的广泛应用，是提高生产过程自动化程度的重要环节。调节阀的应用效果直接表现在系统的调节品质上。作为过程控制的终端元件[1]，除调节阀自身品质、用户的正确安装、使用和维护外，正确地计算相关参数值和恰当的选型十分关键[2]。

调节阀按其所用能源可分为气动、电动和液动[3]。调节阀包括执行机构和阀两部分。气动执行机构有薄膜式和活塞式两种[4]。笔者主要介绍CV3000气动薄膜式调节阀的选型与相关参数的选择和计算。

1.1 固有流量特性

化工行业过程控制中，要求调节阀有大的调节范围，开度和阀的压差变化也要相对较大，因此大部分调节阀均采用等百分比流量特性[5]。

1.2 材料

阀体耐压等级、使用温度范围、耐腐蚀性能和材料都不应低于工艺连接管道材料的要求，一般选用铸钢和铸不锈钢材料阀体。如果介质为水蒸气、含水较多的湿气体或易燃流体，则不宜采用铸钢阀体。到目前为止，最耐腐蚀的材料为聚四氟乙烯，且衬聚四氟乙烯阀的成本相对特殊合金材料阀的价格优势明显。因此，在耐腐蚀方面，应首选衬聚四氟乙烯的产品；但温度大于180℃，PN大于1.6MPa时应选用特殊合金材料，且应包含接触介质的部分。

1.3 型式、泄漏量、流向和填料材料

在化工生产过程控制中，工艺介质的控制要求一般为泄漏量小、流量控制也小且并阀的前后压差也要小，因此大部分采用单座阀；但在一些特殊工况或公用工程的控制中要求阀前后的压差大且泄漏量要求不严时，则采用套筒阀；泄漏量高且温度不高的采用软阀座，反之采用金属阀座；其他也会有些特殊的阀门，如切断式O型球阀等，此处不再赘述。

重点讨论化工行业中主要采用的单座阀。单座阀的流向一般采用流开型。单座阀填料一般采用V型聚四氟乙烯，高温环境中采用柔性石墨。

1.4 上阀盖型式

结合工艺过程，介质温度低于-20℃的采用长颈型阀盖，介质温度高于200℃的采用散热型阀盖，有毒有害且耐压等级要求不高的采用波纹管密封型阀盖，其他则采用普通型阀盖。

CV3000调节阀分为常温型、伸长型(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)和波纹管密封型，阀盖型式的选择与介质温度、特性相关，根据具体选型确定。

1.5 口径的确定原则

根据标准HG/T 20507-2014，选择阀尺寸的原则有：一是阀全开时，应至少通过正常流量的1.25倍；二是阀的特性和经济性。一般情况下，希望在正常流量时阀的开度范围：线性阀位70%，等百分比阀位80%。然后计算出流量系数C计值(C计值是基于正常流量Q和正常流量时阀上的压差Δp计算所得)，适当放大后圆整为C选，最后以C选与阀门的选型资料比较来确定阀的口径。其中圆整放大系数m=C选/C计，线性阀的m值不小于1.63，等百分比阀的m值不小于1.97。

结合CV3000调节阀的选型材料，引入Cv值，Cv值是阀处于全开状态，两端压差为0.07kgf/cm2的条件下，60℉(15.6℃)的清水每分钟通过阀的美加仑数。现给出化工行业常用的3种相态介质的Cv值计算方法：

根据以上不同相态介质Cv值的计算式可以计算出Cv值，再根据Cv进行相应的对比选择，选出更适合的额定Cv值。虽然Cv值的计算结果是唯一的，但调节阀的类别选择却不是唯一的，因此在选择过程中需要有一定的现场经验，并结合实际情况进行相应的抉择。

1.6 执行机构和气开关

执行机构的选择重点要考虑阀全关的输出推力满足一定要求，控制阀关闭时应有足够的阀座密封压力。结合CV3000调节阀选型，主要可以考虑阀座的允许压差，即控制阀关闭时的密封压力，但由于阀进出口压力条件不准确，因此可以阀前最大压力的一定安全倍数下(一般1.5倍)的允许压差来选择执行机构。

气开和气关主要是从工艺安全的角度进行考虑的，在CV3000调节阀选型中，执行机构的选择已经考虑了气开和气关。执行机构的选择还涉及弹簧范围的选择，确定工作弹簧范围涉及计算输出力去克服不平衡力。若有困难，应将条件(主要是阀关时的压差)告诉制造厂，协助计算并调好弹簧和工作范围后再出厂。

1.7 附件

调节阀的附件有很多，常用的有保位阀、减压阀、电气阀门定位器及手轮等。减压阀主要用于稳定接入调节阀的气源压力，保证阀门的正常运行；电气阀门定位器能使调节阀的执行机构进行相应准确的调节，且重要场合需要定位器自带阀位反馈；保位阀的应用也主要是满足工艺要求，保证阀门事故状态处于原开度，维持工艺控制稳定；手轮的选择主要用于大口径、贵金属阀门及需要限制开度等的场合，但工艺安全联锁和危险区域不应设置。且气源接口规格也应进行核实，为气源管的选择提供有效帮助。

2 选型实例

在化工公用工程中，水蒸气的运用颇为广泛。现以水蒸气介质为例进行调节阀的选型说明。一个罐体设备夹套加热控制阀的条件：介质为饱和水蒸气，操作温度150℃，操作密度2.547kg/m3，动力粘度0.014mPa·s，泄漏等级10-3；信号中断时阀位有FC(初始为关闭)，最大、正常状态；最小流量为60、35、0kg/h，阀前全关/正常/全开压力(表压)为0.5/0.4/0.3MPa，阀后全关/正常/全开压力(表压)为0.4/0.3/0.2MPa，管道材料20#碳钢，管道规格φ32mm×3mm(DN25mm)。

结合以上选型原则和CV3000的选型资料，进行相应的Cv值计算和其他项的选择。

根据以上选型原则，需采用流量特性为等百分比、流向为流开型、阀体WCB(铸钢)，阀内件不锈钢，阀上盖型式常温型，填料材料V型聚四氟乙烯的调节阀，由于泄漏量要求不高且温度偏高则选择金属阀座(泄漏量可达10-4)，再根据阀工作压力选择阀的公称压力为PN16，然后通过Cv值确定调节阀阀型式、口径，执行机构和气开关的选择。

Cv值的计算。因p1=0.5×100+98.067=598.067kPa，p2=0.4×100+98.067=498.067kPa，Δp=p1-p2=100kPa，p1/2=598.067/2=299.0335kPa，则Δp

由于选用的是等百分比，则m应不小于1.97，则圆整后的选型Cv=1.411×1.97≈2.78。其中W为最大流量，kg/h，有65kg/h≥35×1.25=43.75kg/h，则选择最大流量65kg/h；R为可调比(一般可选择50∶1)；98.067kPa为标准大气压的绝对压力值。

与重庆川仪十一厂有限公司生产的气动调节阀的选型样本资料对比，确定额定Cv=4.0。再根据经济性考虑，应选择公称通径DN×阀座直径dn=25×14。

3 其他参数的选择

由于工艺要求信号中断时阀位为关，则应选择气开阀，再结合厂家的标准配置，选择为小口径单座阀HLS，执行机构HA2R，供气压力140kPa，弹簧压力20～100kPa，对应的允许压差2MPa，已满足阀前最大压力的一定倍数(此倍数可按现场经验进行确定，一般按大于1.5倍选择)。附件根据实际要求进行相应的选择，可选性价比高的电气阀门定位器及减压阀等。

综上所述，最后确定的调节阀：小口径单座阀HLS-16K，Cv值为4.0，公称通径×阀座直径=25×14，执行机构为HA2R，供气压力140kPa，等百分比流量特性，泄漏量10-4，V型聚四氟乙烯，常温型上阀盖型式，金属阀座，阀体/座/芯材料为WCB/不锈钢/不锈钢。附件根据工艺要求进行合理的选择，且气源接口也应进行核实确定。

调节阀的选型是一种很繁琐的工作，它不仅在其自身的计算和选择，更需要有多专业的协调和配合，还应考虑安装的规范等。

4 结束语

调节阀的选型不仅要有扎实的专业理论知识，还要有丰富的现场实践经验，因为它涉及Cv值的计算、材料的选择及工艺条件准确性的把握等，任何环节出错都可能造成选型的失误，最终导致调节阀的控制性能下降，从而影响生产工艺的正常运行。掌握了控制阀的选型原则，再加上相应的Cv值的计算，根据工厂生产的特点，合理选择，不但可以节省投资，而且能够保证生产工艺的安稳长优运行。

[1] 李自皋,何彬学.浅谈控制阀的选型与使用[J].石油化工自动化,2008,44(3):64～68.

[2] 孙光模,郑杨.调节阀的选型[J].山东冶金,2010,32(5):78～78.

[3] 王晓梅.浅谈调节阀的选型[J].中小企业管理与科技,2008,(26):178～178.

[4] 金以慧,方崇智.过程控制[M].北京:清华大学出版社,2004:67.

[5] HG/T 20507 2014,自动化仪表选型设计规定[S].北京:全国化工工程建设标准编辑中心,2014.