調節閥基礎知識第1頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四閥門基本專業術語閥門尺寸及大小頭壓力等級閥門SCHEDULE的概念閥體材料閥體與管道的連接形式第2頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四閥門尺寸及大小頭閥門的尺寸通常用公稱通徑來表示；比如英制表示為:1”,1.5”,2”……公制表示為:DN25,DN40,DN50……公稱通徑是僅供參考的圓整數，與加工尺寸僅呈不嚴格的關系根據ANSI規格，所有調節閥的尺寸必須不小于管道的1/2通常調節閥與管道的連接需要大小頭，或者是帶頸法蘭閥門的結構長度指閥門的端面與端面之間的長度第3頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四壓力等級壓力等級表示閥體的耐壓能力，表述法有兩種：A、壓力等級（ANSICLXX）B、公稱壓力（PNXX）根據國際標準化組織（ISO）發布的標準，壓力等級與公稱壓力之間的關系為：CL150：PN20CL300：PN50CL600：PN110CL900：PN150CL1500：PN260CL2500：PN420第4頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四壓力等級第5頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四ANSI壓力等級標準等級通常使用的壓力等級，CL150，300，600，900，1500，2500，4500*法蘭接口的閥門只有標準等級CL4500只能采用焊接連接特殊等級相同溫度下，同種材料能夠承受比標準等級更高的壓力通過NDE檢驗表面檢驗：磁性顆粒檢驗，液體滲透檢驗立體檢驗：X射線檢驗，超聲波檢驗特殊等級的閥門只能是焊接連接第6頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四ANSI壓力等級中間等級標準等級或者特殊等級的線性插入，如：CL2890舉例

X=1500+（1428-1305）/（2170-1305）X（2500-1500）=1642RatingClass溫度CL1500XCL25001000℉1305psig1428psig2170psig第7頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四ANSI壓力等級限制等級僅使用于閥門尺寸不大于2.5英寸的螺紋連接閥門或者焊接連接閥門限制等級不需要NDE檢驗相同溫度下，同種材料能夠承受比標準等級更高的壓力通常應用于高溫高壓的疏水閥第8頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四ANSI壓力等級水壓試驗所有壓力等級的閥門出廠前都必須通過水壓試驗試驗壓力>=1.5x100℉時該壓力等級允許的壓力第9頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四閥門SCHEDULE的概念Schedule是決定閥門接口尺寸的一個參數；舉例說明如下：2inchSch.40的閥門接口尺寸:外徑：2.375inch壁厚：0.154inch見黑皮書P238第10頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四閥體材料閥體材質的選擇以流動介質的溫度、壓力、腐蝕性和沖刷性為依據，同時還應考慮介質的清潔程度（有無固體顆粒）鑄造碳鋼（WCC，WCB）是最經常使用的閥體材料，適用工作溫度：-29℃~427℃通常使用的材料還有WC9，WC6，適用工作溫度：-29℃~595℃不銹鋼材料：316SST，316LSST，適用工作溫度：-196℃~600℃，適用于輕度腐蝕性的介質具體見黑皮書P95第11頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四閥門的種類按閥門的用途分：切斷用：閘閥、截止閥、球閥、旋塞閥、蝶閥止回用：止回閥（抽汽逆止閥）調節用：調節閥、減壓閥、蝶閥、V形開口球閥分配用：三通閥、四通閥安全用：安全閥、溢流閥其他用途：蒸汽疏水閥、排污閥、放空閥等等第12頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四閥體與管道的連接形式螺紋連接常用于小尺寸閥門（<=2”)比法蘭連接成本低螺紋通常是管螺紋（NPT）從管道上把閥體拆卸下來不如法蘭連接方便法蘭連接適用于控制閥的各種壓力范圍，適用溫度可達815℃。具有各種尺寸法蘭連接有三種常用型式：平面（FF）法蘭凸面（RF）法蘭環式（RTJ）法蘭第13頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四閥體與管道的連接形式平面法蘭常用于低壓場合多用于鑄鐵閥體，銅閥體法蘭面與墊片完全接觸螺栓緊固引起的法蘭應力較低凸面法蘭凸面經過精加工，其上有密封水線保證密封性凸面法蘭可與各種材質的墊片一起使用工作壓力可達6000psi工作溫度可達815℃（1500℉）第14頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四閥體與管道的連接形式環式法蘭外形與凸面法蘭相似凸面出切出一同心U形環形槽墊片為一個斷面為橢圓形或者八角形的圓環，該環嵌入U形槽，旋緊法蘭螺栓后即獲得可靠密封墊片材質通常為Monel，也可以是其他金屬工作壓力可達1500psi高溫場合一般不選用環式法蘭第15頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四閥體與管道的連接形式焊接任何溫度和壓力下都不會出現泄漏，閥體下線困難插焊（SWE）用于閥門尺寸不大于2inch的場合對焊（BWE）用于閥門尺寸不小于2.5inch的場合第16頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四閥體與管道的連接形式Clamped嵌套連接不對稱法蘭連接透鏡法蘭連接第17頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四調節閥的定義工業過程控制系統中調節流體流量的控制裝置，又稱控制閥。控制閥通過對流體流量的控制來調節流體的壓力，溫度，流量，液位等工藝參數。第18頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四控制系統的概念工業過程控制系統：開環控制，閉環控制；閉環控制系統：

--有關過程變量的信息被連續不斷的反饋控制器的設定點，以連續的，自動的糾正過程變量。CONTROLLERPROCESSSENSINGELEMENT傳感器CONTROLVALVE第19頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四與調節閥常用標準相關的組織ANSI美國國家標準學會AmericanNationalStandardInstituteAPI美國石油學會AmericanPetroleumInstituteASME美國機械工程師協會AmericanSocietyofMechanicalEngineersASTM美國材料試驗學會AmericanSocietyforTestingandMaterials第20頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四調節閥常用標準相關的組織ASMEB16.34閥體設計標準（壓力等級、水壓試驗、NDE）MSS-SP-25標記、銘牌的設計標準ASTM閥門材料選用標準ASMEB16.5—法蘭尺寸標準ASMEB16.25—對焊尺寸標準ASMEB16.11—插焊尺寸標準ASMEB1.20.1—螺紋連接尺寸標準ASMEB16.10—結構長度標準第21頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四調節閥常用標準相關的組織ANSIFCI70-2調節閥密封等級標準NACEMR-01-75對油氣開采過程中用于含H2S場合的材料的規范BS1560英國標準，對管道和閥門法蘭連接的規范BS4504英國標準，對管道和閥門法蘭連接的規范第22頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四調節閥的分類按結構分類籠式閥、單座閥、雙座閥、球閥、蝶閥按控制方式分類電動調節閥、氣動調節閥、液動調節閥按動作方式分類直行程式、角行程式（旋轉閥）按閥體形式分類直通閥、角閥第23頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四調節閥類型

Globe直通式Angle角式3-Way三通SteamConditioningDesuperheater減溫器ChokeValve節流閥第24頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四調節閥的構成閥體（BODY）閥蓋組件（BONNET）閥桿/軸（STEM/SHAFT）閥芯/閥瓣（PLUG/DISK）閥座（SEAT）填料、墊片、密封環PACKING，GASKET，SEALRINGPISTONRING。。。閥籠（對于籠式閥）CAGE第25頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四調節閥的構成BV500(39)STEMNUT(8)STEM(23)PACKINGSTUD(25)CLAMPNUT(2)BONNET(9)BODYSTUD(10)BODYSTUDNUT(41)BONNETGASKET(43)UPPERCAGEGASKET(7)CAGE(20)PLUGSEALRING(6)PLUG(1)BODY(42)LOWERCAGEGASKET第26頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四調節閥的主要性能指標可調比（Rangeability）調節閥最大可控流量與最小可控流量的比值（Max.Cv/Min.Cv)可調比越大，調節閥的性能越高第27頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四調節閥的主要性能指標流通能力 -特定條件下流經閥門的流量流量系數（Cv）溫度為60℉的水在每平方英寸1磅的壓差下，每分鐘流過閥門的加侖數。流量系數與閥門流道幾何形狀，閥門尺寸，閥門開度有關。對于液體第28頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四調節閥的主要性能指標對于氣體實際Cv的計算涉及到計算介質的壓力，溫度，黏度，管道修正，是否是理想氣體，是否發生阻塞流等。采用國際單位制,流量系數用Kv表示

流量系數KV是指溫度為5-40℃的水在100kPa的壓降下，閥門某開度下每小時流過閥門的立方米數。Cv與Kv換算關系式：Cv=1.167Kv第29頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四調節閥的主要性能指標流量特性流經閥門的流量隨著行程從0到100%變化時與閥門行程之間的關系固有流量特性指經過閥門的壓力降恒定時觀察到的流量特性線形流量特性快開流量特性等百分比流量特性安裝流量特性指壓力降隨著流量和系統中其他變化而變化的工況下獲得的流量特性第30頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四調節閥的主要性能指標固有流量特性曲線快開特性線性特性等百分比第31頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四調節閥的主要性能指標

等百分比閥籠線性閥籠第32頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四調節閥內介質的流向FLOWOVERFLOWUNDERFlowOver

FlowUnder

第33頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四調節閥的主要性能指標泄漏等級—標準：ANSI/FCI70-2衡量閥門內漏的指標ClassI，II，III，IV，V，VI（見控制閥手冊P92）調節閥常用泄漏等級>=IV特殊閥門或者用戶要求，泄漏等級=V軟閥座---VI第34頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四調節閥的主要性能指標第35頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四調節閥的主要性能指標調節閥的偏差基本誤差：Ei=（Ii-Li）/LEi—第i點的誤差Ii—第i點的實際行程Li—第i點的理論行程L—調節閥的額定行程回差：同一輸入信號上所測得的正反行程的最大差值第36頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四調節閥的主要性能指標回差—包括滯環（hysteresis)&死區（Deadband)020406080100020406080100ValveSignal%ValveOpening%Hysteresis第37頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四調節閥的主要性能指標Deadband死區

舉例：定位器的死區為0.3%-----輸入信號為12mA，即要求閥門開度為50%，但是只有輸入信號到達50.3%或者49.7%時，閥門才可能動作達到50%。輸入信號（4~20mA）閥門行程死區第38頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四調節閥的主要性能指標重復性誤差同一輸入信號對應閥門的開度是否一致；舉例：如果輸入信號為50%(12mA),閥門的開度為49.5%，50.5%，50.1%，49.7%....，則閥門的可重復性為（50.5-49.5）%=1%。第39頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四調節閥的特殊工況第40頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四調節閥的特殊工況CHOKEDFLOW：阻塞流DPallow=Km（P1-Pvc）=Km（P1-rcPv）Km：閥門恢復系數rc：臨界壓力比當流動介質為液態時，分為：FLASHING閃蒸CAVITATION汽蝕第41頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四調節閥的特殊工況伯努利方程

P/ρ+V2=C*流體在同一水平面內。壓力下降，速度上升。第42頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四調節閥的特殊工況流體P1P2VenaContractaV1V第43頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四調節閥的特殊工況流體的壓力和速度變化P2P1V2V1P1P2VenaContracta第44頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四調節閥的特殊工況Pv：特定溫度下流體的汽化壓力P>Pv 液態P<Pv 汽態汽蝕：當液體經過開啟的閥門時，如壓力減低到液體的汽化壓力以下，則液體會汽化，并產生充氣空穴，形成小的氣泡并吸附液體中的雜質。當氣泡被液流再次帶到靜壓較高的區域時，氣泡就突然破裂或爆破，這一過程就是汽蝕。當破裂的氣泡的液體粒子互相沖撞時，在局部地區產生瞬間高壓。如果氣泡爆破發生在閥體周界或管壁，則壓力能勝過這些部件的抗張強度，在表面上的快速交變應力及周界表面毛細孔中收到的壓力沖擊最后會導致局部的疲勞損傷，使周界表面粗糙，最終造成十分大的氣穴。第45頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四調節閥的特殊工況閃蒸：當液體經過開啟的閥門時，如壓力減低到液體的汽化壓力以下，則液體會汽化，并產生充氣空穴，高溫下氣泡中的氧氣與金屬反應，形成薄薄的氧化層。由于閥門下游的壓力低于汽化壓力，所以介質始終維持為汽態，同時維持了介質很高的流動速度，高速流動的介質沖走了薄薄的氧化層。周而復始，閥體及閥內件材料在不停的沖蝕下，會出現光滑的損傷痕跡，閃蒸會導致閥體蝕穿，閥門內漏等等。第46頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四調節閥的特殊工況汽蝕P1P2P2P1Pv第47頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四調節閥的特殊工況閃蒸P2P1P1P2Pv第48頁，共57頁，2023年，2月20日，星期四調節閥的特