1. 概述

控制阀安装在工艺过程自动控制系统中，直接控制控制工艺介质。多年以来，控制阀被认为是低技术含量产品，事实上控制阀往往要控制高温、高压、高压差、高粘度或含有固体颗粒、强腐蚀性和闪蒸的流体，工作条件非常恶劣，从而导致调节阀使用寿命很低和工作可靠性差，如果控制阀选择安装不当，将使工艺系统和生产装置的生产效率大幅度下降或者造成全线停车。所以本文主要从控制阀的工作原理入手讨论有关控制阀的选型、安装问题。

2. 控制阀的组成及分类

控制阀是石油化工企业中最为常见的仪表，它由执行机构和阀门两部分组成。控制阀种类繁多，按照其执行机构的动力源分类有：气动控制阀、电动控制阀、液动控制阀和混合型控制阀四大类。

气动控制阀按其执行机构形式又分为薄膜式控制阀、活塞式控制阀和长行程控制阀。

电动控制阀的执行机构的运动方式分为直行程和角行程两类。

阀部分由阀体和阀的内件组成。按阀体结构形式分类分为单座阀、双座阀、角阀、三通阀、偏心旋转阀、蝶阀、球阀、快速切断阀、隔膜阀、阀体分离型阀、低噪音阀、波纹管密封阀、低温控制阀和旋塞阀等。

在实际的工程应用中应根据被控制流体的种类(液体、蒸汽或气体)、流体的温度和压力、粘度、密度和腐蚀性、最大流量、最小流量、噪音水平、两相流、进出口管道尺寸和安全方面的考虑来合理选择控制阀。

3. 工作原理

控制阀同孔板一样，是一个局部阻力元件。前者由于节流面积可以由阀芯的移动来改变，因此是一个可变的节流元件。于是，可以把控制阀模拟成

孔板节流形式如上图。对不可压缩流体，根据伯努利方程，控制阀的流量方程式为 p1/ρg+v12/2g= p2/ρg+ v22/2g

Q=

式中 v1 、 v2 ――节流前后速度

v ――平均速度

p1、p2 ――节流前后压力

A ―― 节流面积

Q――流量

――阻力系数

g――重力加速度

ρ――流体密度

从这个公式中可以看出，当控制阀口径一定，即控制阀两端压差(p1-p2)不变时，流量Q随阻力系数而变化。 减少，Q增大。

4. 控制阀选型

4.1 由工艺或用户提供的工艺条件选型

4.1.1 被控制流体的种类 液体、蒸汽或气体。对于液体通常要考虑粘度的修正，当液体粘度过高时，其雷诺数下降，改变了流体的流动状态，在计算控制阀流通能力时，必须考虑粘度校正系数。对于气体，应考虑其可压缩性。对于蒸汽，要考虑饱和蒸汽或过热蒸汽。

4.1.2 流体的温度、压力 根据工艺介质的最大工作压力来选定控制阀的公称压力时，必须对照工艺温度条件综合选择，因为公称压力是在一定基准温度下依据强度确定的，其允许最大工作压力必须低于公称压力。

4.1.3 流体的粘度、密度和腐蚀性 对于高粘度、含纤维介质常用O形和V形球阀;对于腐蚀性强的易结晶的流体常用阀体分离型的阀体。

4.1.4 最大流量和最小流量 根据流量方程式可知，流量大，流通能力也大，其阀门的口径也大。选择流通能力过大时，使控制阀经常在小开度状态，严重时会冲刷阀芯;流通能力过小，达不到工艺设计能力。

4.1.5 安全方面考虑 由于停电、仪表和阀门的故障及工艺操作异常因素，需要紧急停车，为此，需要把阀门放到安全位置，即事故关阀，事故开阀。

4.1.6 噪音水平 由于阀门元件机械振动、阀的空化和闪蒸等因素引起噪音。通过计算，确定阀的噪音水平是否低于“工业企业噪声卫生标准”规定。

4.1.7 两相流 出现两相流时，通常在计算控制阀的流通能力时，要分别计算每相的量，然后把流通能力相加，得到总的流通能力。

4.1.8 进出口管道尺寸

4.2 控制阀的选择原则

4.2.1 控制阀固有流量特性(直线、等百分比、快开)的选择原则 定量地选择阀芯的形式有很多困难，在设计中，通常按照国内外工程公司设计经验来确定。通常，对液位调节系统采用线性流量特性;对温度、压力和流量调节系统则采用等百分比特性;需要快速切断系统则用盘形阀芯，即快开特性。

4.2.2 阀型式选择

根据工艺变量(温度、压力、压降和流速等)、流体特性(粘度、腐蚀性、毒性、含悬浮物或纤维等)以及控制系统的要求(可调比、泄漏量和噪音等)、控制阀管道连接形式来综合选择控制阀型式。一般情况下优先选用体积小，通过能力大，技术先进的直通单、双座控制阀和普通套筒阀。也可以选用低S值节能阀和精小型控制阀。不同场合可选用下列型式控制阀。

直通单座阀：一般适用于工艺要求泄漏量小、流量小、阀前后压差较小的场合。但口径小于20mm的阀也广泛用于较大差压的场合。不适用于高粘度或含悬浮颗粒流体的场合。

直通双座阀：一般适用于对泄漏量要求不严、流量大和阀前后压差较大的场合，但不适用于高粘度或含悬浮颗粒流体的场合。

套筒阀：一般适用于流体洁净，不含固体颗粒的场合以及阀前后压差大和液体可能出线闪蒸或空化的场合。

球形阀：适用于高粘度、含纤维、颗粒状和污秽流体的场合;控制系统要求可调范围很宽(R可达200：1;300：1)的场合;阀座密封垫采用软质材料时，适用于要求严密封的场合;“O”形球阀一般适用于两位式切断的场合;”V“形球阀一般适用于连续控制系统，其流量特性近似于等百分比。

角型阀 一般适用于以下场合：

高粘度或悬浮物的流体(必要时，可接冲洗液管)

气-液混相或易闪蒸的流体

管道要求直角配管的场合

蝶型阀：适用于大口径、大流量、低压差的场合;浓浊液和含悬浮物颗粒的流体的场合;用于要求严密封的场合，应采用橡胶或聚四氟乙烯软密封结构或泄漏等级达到ANSI B16.104-1976等级的硬密封装置。对腐蚀性流体，需要使用相应的耐蚀材料。

三通阀：适用于流体温度为300℃以下的分流和合流场合，用于简单配比控制。两流体的温差不应大于150℃。

隔膜阀：适用于强腐蚀、高粘度或含悬浮颗粒以及纤维的流体，同时对流体特性要求不严的场合。由于受隔膜衬里的限制，只能用于压力低于或等于1Mpa，工作温度小于150℃的场合。 波纹管密封阀：适用于真空系统和流体为剧毒、易挥发及稀有贵重流体的场合。

低温控制阀：适用于低温工况以及深度冷冻的场合

低S值节能控制阀：适用于工艺负荷变化大或当S(阀阻比)值低于0.3的场合。

低噪音阀：适用于液体产生闪蒸、空化和气体在阀缩流面处流速大于音速且预估噪音超过95分贝的场合

快速切断阀：适用于两位式控制系统和工艺过程发生故障时，需要阀紧急打开或关闭的场合。它的动作速度应满足工艺要求。

自力式调节阀：适用于流量变化小，控制精度要求不高或仪表气源供应困难的场合。

防火阀：适用于装置起火后，控制阀不能工作，但是工艺介质不能通过阀芯外泄的场合。

特殊工艺生产过程，宜根据使用经验选择专用控制阀。

4.3 阀材料选择

阀体耐压等级、使用温度范围和耐腐蚀性能和材质都不应低于工艺连接管道材质的要求，并应优先选用制造厂定型产品。一般情况选用铸钢或段钢阀体。

水蒸汽或含水较多的湿气体和易燃的流体，不宜选用铸铁阀体。

环境温度低于-20℃的场合不应选用铸铁阀体。

阀内件应能耐腐蚀、耐流体冲蚀以及耐流体经节流产生空化、闪蒸时阀内件的气蚀损坏。

4.4控制阀公称通径的选择

控制阀公称通径的选择，是由最大Cv值、最小Cv值、额定Cv值、可调范围以及控制阀有足够的调节余量，这几个因素决定的。

4.5控制阀执行器的选择 ：从可靠性和防爆性考虑，通常选用气动执行器。当缺乏压缩空气时，可选用电动执行器。

4.6控制阀泄漏量的选择：应根据对泄漏量的要求选择不同等级泄漏量的阀型。

4.7填料函结构与材料的选择

填料函结构：一般选用单层填料结构，对毒性较大的流体或温度高与200℃的场合，应选用双层填料结构。

填料函材质：一般选用V型聚四氟乙烯填料，高温情况下应选用柔性石墨填料。

4.8控制阀气开、气关的选择 ：根据仪表供气系统发生故障或控制信号突然中断时，控制阀的开度应处于使生产装置安全的位置的原则来选择。

4.9控制阀附件的选择 附件包括阀门定位器、电磁阀、手轮等。这些应结合实际情况进行选择。

4.10仪表信号 即气信号和电信号的选择。

5. 控制阀的安装

5.1 控制阀应垂直、正立安装在水平管道上。DN>80mm的阀应设有永久性支架

5.2 安装位置应方便操作和维修，必要时应设置平台;控制阀的上下方应留有足够的空间，以便维修时取下执行机构、阀内件、下法兰和堵头。

5.3 控制阀组配管应组合紧凑，以便操作、维护和排液。

5.4 控制阀应远离连续振动的设备。当安装于有振动的场合时，应采取防震措施。

5.5 控制阀用于含有悬浮物和粘度较高流体时，应配冲洗管线

5.6 控制阀安装时应注意使介质按阀体标定箭头方向流过。

5.7 控制阀应先检查校验，并在管道吹扫后安装。

6. 结束语

综上所述，控制阀的选型及安装应确保：技术上要可行、经济上要合理、维护上要方便。