工艺专业如何提出控制阀自控条件.pdf

过程控制实施技术 石 油 化 工 自 动 化，2 0 0 8 ，2 9 1 AUToM ATI oN I N PETR0一 CHEM I CAL I NDUS TRY 工艺专业如何提出控制阀 自控条件 石 川 中国石化集 团宁波工程公 司， 浙江 宁波3 1 5 0 4 0 摘 要 控制阀在化工行业中具有举足轻重 的作用 ， 工艺专业如何确定控 制阀的工艺参数条件 ， 详 细地 向 自控专业提 出控 制 阀条件 ， 对于 自控专业准确地进行控制阀选型 ， 满足化工生产中回路 的控制具有很重要的意义 ， 从工艺角度出发， 对工艺专业 如何提出的控制阀条件 中的一些具体要 求进行 了阐述 。 关 键 词 控制 阀； 条件 ； 工艺参数 中图分类号 T P 2 1 4 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 7 7 3 2 4 2 0 0 8 0 2 0 0 9 1 ～ 0 2 1 引 言 在化工 装置 中， 随着科技进 步 ， 自动化水平 要求 越来越高， 控制阀对装置的稳定生产 、 优化控制、 维 护及检修成本控 制 等方 面都 起着举 足 轻 重 的作用 。 因此 ， 在 化工装置 的设计 中 ， 正 确地进行 控制 阀计算 和选型是一件非 常 重要 和繁琐 的工 作 ， 自控 专业 是 进行控制阀计算 和选 型的主导专业 ， 但 是 ， 工艺 专业 向 自控专业提供 比较 详细 和 准确 的控 制 阀条 件 ， 对 于 自控专业不仅可以精确地进行控制 阀计算 和选 型 ， 而且 可 以提高 自控专业 的工作效率 ， 减小 自控专 业 的工 作量 。只 有工 艺专业 和 自控 专业 紧密 配合 ， 才能使 控制阀 的选用 正确 且高 效 ， 因此工 艺 专业 准 确提出控制阀 自控条件具 有非常重要 的意义 。 2 工艺 专业控 制 阀条件 的主要 参数 在化 工装 置 中 ， 控制 阀主要 的作 用就是 控制 工 艺流体 的流量 ， 从 而 控制 温 度 、 压力 、 液 位 、 流 量 等 参 数 ， 工 艺专业 控制 阀条件 主要 的参数 如下 。 a 物料本身的物性 包括流体的名称、 状态 、 密 度 、 黏 度 、 液体 物料 的饱 和蒸汽 压 ， 气 态物 料 的压 缩 系数等 参数 。 b 工 艺参数 包 括安 装 位 置 ， 控制 阀用途 ， 所 在 的管段 号 或设 备 号 ， 管 道 的外 径 、 壁厚 、 材质 ， 插 入 管道或设 备 的深度 ， 阀前 压力 ， 阀前后 的差 压 ， 流 体 的流量 、 温度 、 压力 。 c 其 他参数 阀 门 的故 障位 置 以及 其 他需 要 说 明的 问题 。 这些 参 数 准确 的提 出对 于控 制 阀 的准 确 选 型 有着不同的意义 ， 下面就对每一个参数的具体提出 加 以详细 解释 。 3主要 参数 的详细 提 出 3 ． 1 提 自控条 件所 需的 工艺条件 l 1 要准 确地 提出 自控条 件 ， 必须 具 备一定 的工 艺 条 件 ， 主要 的工艺条 件有 P I D 带控 制系统 的工艺 仪 表流程 图 ， P F D 带数 据点 的工艺 物料 平衡 图 ， 材 料 等 级 表 ， 相 关 的设 备 装 配 图 ， 相 关 管 道 的配 管 图 。 3 ． 2工艺条件 与 自控条 件的关 系 有 了上述 的工艺 条件 ， 就可 以 比较 详尽 地提 出 控 制 阀条件 。 通过 P I D， 可 以提 出下 述 的一 些 自控条 件 控 制 阀 的安 装位 置 所处 的管段 号或设 备号 ； 控制 阀的用途 压 力 、 温度 、 流量或 液位 控制 。 通过 P F D， 可 以提 出下 述 的一 些 自控 条件 物 料本 身 的物性 包 括流 体 的名 称 、 状 态 、 密度 、 黏 度 、 液体 物料 的饱 和蒸 汽 压 、 气 态 物料 的 的压缩 系 数等 参数 ； 控制 阀前 的压力 和差 压 重 要 参 数 ； 流 体 的流量 重要 参数 ； 流体 的温度 。 通过 P I D和管道材料 等级表 ， 可 以提 出管道 的外 径 、 壁 厚 、 材 质等条 件 。 通 过相 关 的设 备 装配 图 可 以算 出控 制 阀所 在 管道 的管 道阻力 损失 ， 为另外 一个 重要参 数控 制阀 差压 提供 准备 。 有 了上 述 的一些条 件 ， 大部分 的控制 阀 自控 条 件可 以提 出 ， 但 是 有 几 个 重 要 的参 数 需 要 慎 重 提 出 ， 它 们对 于控 制 阀 的选 取 有着 很 重要 的作 用 ， 下 面就对 这几 个参 数加 以重点 阐述 。 3 ． 3控制 阀条件 的几个 重 要参数 _ 2 3 ． 3 ． 1 流体 的流量 控 制阀 的主要功 能就是调节流体 的流量 来满足 收稿 日期 2 0 0 8 0 1 0 3。 作者 简介石川 1 9 7 5 ， 1 9 9 7年 毕业于四川大 学化工系无 机化工专业 ， 现工作 于中国石化集 团宁波工程有 限公 司， 从事化工 工艺配管设计工作 ， 任工程师。 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石 油 化 工 自动化 工艺要求 ， 因此， 准确地提出流体的流量对于控制阀 的计算 和选 型有 很重要 的 意义 。流量 过大 ， 势必 使 阀径选择过大 ， 这将使得控制阀经常处于小开度工 作状态 。可调节范 围显 著减小 ， 动作频 繁 ， 阀的调节 特性变环 ， 严重 时则影 响调 节系统 的稳 定性 和 阀的 寿命 ； 过小 时一方 面 形成 瓶 径 ， 不 能满 足 生 产 上对 流量 的需要 ， 另一 方 面则 会 增 加管 道 的 阻 力 ， 加 重 管道 动力 的负荷 ， 对 管道 和其他 阀门造 成损坏 。 一 般来 说 ， 工 艺 提 出 的流 量 都 是 根 据 工 程 经 验， 设备的生产能力 、 物料平衡、 控制对象的极限负 荷变化 ， 以及 预测 的可能扩 大的生 产能力 与操 作条 件 变 化等 因 素 ， 综 合 考虑 后 确定 的。简单 来 说 ， 一 般 提 出的最 小 流量 为 正 常 流 量 的 5 0 9 ／ 6 ， 最 大 流 量 为正常流量的 1 3 0 ～1 5 0 ， 这样 ， 可 以基本保障 控制阀的开度不小于 4 0 9 ／ 6 ～6 0 ， 使控制 阀长期 运行在比较稳定的状态 ， 延长控制阀的寿命 。 3 ． 3 ． 2 控 制 阀的差压 差压是 控制 阀的一个 及其 重要 的参数 ， 它对 于 控 制阀 的选 用有 着举 足轻 重 的作 用 ， 可 以说 ， 差 压 是否 准确对 于一个 控 制 阀 的 正确 选用 有 着 决 定性 的作用 。 以前 ， 工 艺专业 只是 根据管 道 的走 向计 算 出控 制 阀前 后 的压 力提供 给 自控专业 ， 由 自控专业 估算 差压 ， 这 种方法 对 于基 础 设 计 阶段 可 行 ， 但 对 于现 在工期 紧 ， 基 础设计 和详 细设计连 续开 展的项 目是 不妥 的 ， 往往造 成控 制阀 的 口径过 大或 过小 ， 因此 ， 现在 ， 一 般对控 制 阀所 在 的管 系进 行 水 力学 计 算 ， 结合控 制阀前后 的压 力 ， 一 次性地 准确提 出控 制 阀 的差压参 数 。 现 阶段 ， 一 般接触 的控 制阀都 是 串联 管路 的控 制阀 ， 在 这种管 系 中， 需 要用 到控 制 阀阻 比 S ， 即控 制阀全 开 时 ， 控 制 阀差 压 与 系统 总 压 差 的 比值 ， S 是 确定控 制阀 差压 的关 键 。从仪 表 专 业 的角 度 来 说 ， 控制 阀应 该具 有 比较 大 的 差压 ， 即 S大 ， 这样 ， 实 际的工作 性 能 比较 接 近理 想 工作 性 能 。控 制 阀 口径 较 小 时 ， 品质较 好 ， 比较 容易 控制 ， 但 是 ， 由于 口径较小 ， 一旦负荷增大或管道压降比计算值大 ， 就会 因为 已经达 到控 制 阀 的 开度 上 限 而使 控 制 阀 失去调 节作用 ； 从 工 艺专 业 的角度 来 说 ， 控 制 阀应 该具有 比较小的差压 ， 即 s小， 这样可以避免产生 上述 的 问题 ， 而 且可 以减小 管道 的能耗 ， 但 是 ， 口径 过大 ， 会造成控制阀能力的浪费 ， 费用增高， 而且 ， 口径较大会造成控制阀长期运行在低负荷小开度 的工况 下 ， 造 成 控制 阀控制 困难 ， 流 体 对 阀芯 和 阀 座 的冲蚀严 重 ， 造 成控制 阀的寿命缩 短 。因此正确 的提 出控制 阀的差压 对 于满足 工艺控 制要求 、 调节 品质 、 节能 降耗 有着 很重 要 的意 义 。综 合工艺 和仪 表 两个 专业 的考虑 ， 一 般 选定 S值 为 0 ． 3 ～0 ． 5 。 在 控制 阀管道 系统 中 。 系统 总压 差 h p一 △ 户 姻 △ 户 管 路 1 其中， A P 管 路包括直管、 局部阻力降和设备阻 力 降 。 此外 ， 由前 可知 S一 △户姻／ AP一 0 ． 3～ 0 ． 5 2 从式 1 中得 到 △p阀 一 P1 一 P2 一 H 一 △ 户管 路 3 式 中P 阀前 的压 力 ； P 阀后 的压 力 ； H 阀前 后 的高差 。 式 3 就 是计算 控制 阀差压 的公式 ， 而式 2 是 核算控 制 阀差 压 的公 式 。有 了这两个公 式 ， 就 可 以 首先根 据 P I D和控制 要求 确 定 出控 制 阀 的大概 位 置， 再结合设备布置图构想 出配管 图， 根据配管 图 进行水利学计算得出管路阻力降 △ 户 管 路。 上述的差压计算都是针对液态管路来进行的， 对 于气态 介质 的管线 ， 由于管 道 阻 力 很 小 ， S一 般 都很 大 ， 不适合 上述原 则 ， 因此 ， 按 经验一 般都选 取 △p阀 一 0 ． 00 1～0 ． 0 01 M Pa。 以上 ， 就是 工艺控 制 阀条 件需要 特别 注意 的两 个问题， 至此可 以说 ， 基本上所有 的条件参数都可 以准 确地 提 出。 4结束语 作者从 工艺 专业 角度 出发 ， 详 细地介 绍 了工 艺 专业 如何提 出 自控 专业 控制 阀条件 ， 对 自控专业进 行控 制 阀选 型提供 一定 的帮助 。 参考文献 1 周洪义． 控制阀差压的确定． 石油化工 自动化， 2 0 0 4 ， 1 8 6 9 6 2 汪镇安． 化工工艺设计手册． 北京 化学 工业出版社 ， 2 0 0 3 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m