自力式背壓調節閥工作原理

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之前介紹耐化工腐蝕鈦合金放料球閥，現在介紹自力式背壓調節閥工作原理介紹了自力式背壓調節閥的特性,分析了國內某核電站用輔助給水儲罐直接作用式背壓調節閥排量不足的原因,提出了將閥門(mén)更換為指揮器操作型背壓調節閥的解決措施,并通過(guò)開(kāi)啟行程和流量系數試驗,證明指揮器操作型背壓調節閥滿(mǎn)足工況要求。對自力式調節閥進(jìn)行了介紹,并著(zhù)重闡述了流量系數的計算方法,自力式調節閥的選擇方法及選擇時(shí)應注意的事項。

自力式背壓調節閥工作原理調節閥又名控制閥，在工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程控制領(lǐng)域中，通過(guò)接受調節控制單元輸出的控制信號，借助動(dòng)力操作去改變介質(zhì)流量、壓力、溫度、液位等工藝參數的zui終控制元件。一般由執行機構和閥門(mén)組成。如果按行程特點(diǎn)，調節閥可分為直行程和角行程；按其所配執行機構使用的動(dòng)力，按其功能和特性分為線(xiàn)性特性，等百分比特性及拋物線(xiàn)特性三種。調節閥適用于空氣、水、蒸汽、各種腐蝕性介質(zhì)、泥漿、油品等介質(zhì)。英文名：control valve，位號通常FV開(kāi)頭。調節閥常用分類(lèi)：氣動(dòng)調節閥，電動(dòng)調節閥，液動(dòng)調節閥，自力式調節閥。自力式壓力調節閥是一種無(wú)需外來(lái)能源,依靠被測介質(zhì)自身壓力,按預先設定值,進(jìn)行自動(dòng)壓力調節的控制裝置,自力式壓力調節閥在石化和電力輔助給水儲罐氮封系統使用較為普遍。本文針對國內某核電輔助給水儲罐氮封系統的自力式背壓調節閥排量不足問(wèn)題進(jìn)行了分析,并提出了閥門(mén)自力式調節閥是一種無(wú)需外來(lái)能源,依靠被調介質(zhì)自身的壓力、溫度、流量變化進(jìn)行自動(dòng)調節的節能儀表。具有測量、執行、控制的綜合功能。尤其適合于在無(wú)電源無(wú)氣源的場(chǎng)合工作。廣泛應用于城市供熱、供暖系統及石油、化工、冶金、電力、輕工等工業(yè)部門(mén)的自控系統。，自力式壓力調節閥在石化和電力輔助給水儲罐氮封系統使用較為普遍。本文針對國內某核電輔助給水儲罐氮封系統的自力式背壓調節閥排量不足問(wèn)題進(jìn)行了分析，并提出了閥門(mén)換型的解決措施。

核電輔助給水系統的給水儲罐儲存除鹽除氧水，水上部采用氮氣封閉以保護水不受空氣的污染。儲罐的氮封系統(圖1) 包括進(jìn)氣和排氣兩部分。進(jìn)氣部分主要裝置包括1個(gè)自力式減壓閥和1個(gè)手動(dòng)隔離閥，排氣部分主要裝置包括1 個(gè)自力式背壓調節閥和1個(gè)手動(dòng)隔離閥。正常運行時(shí)，進(jìn)氣和排氣管道的手動(dòng)隔離閥保持開(kāi)啟，氮氣從供給系統引入，經(jīng)減壓閥減壓后供給儲罐。儲罐氮氣壓力要求穩定在10kPa(g) 左右。
自力式背壓調節閥的選用

圖1 給水儲罐氮封系統流程自力式背壓閥自力式壓力調節閥無(wú)需外加能源，能在無(wú)電無(wú)氣的場(chǎng)所工作，既方便又節約了能源。壓力分段范圍細且互相交叉，調節精度高。壓力設定值在運行期間可連續設定。
自力式壓力調節閥分為自力式壓力、壓差和流量調節閥三個(gè)系列。自力式壓力調節閥根據取壓點(diǎn)位置分閥前和閥后兩類(lèi)，取壓點(diǎn)在閥前時(shí)，用于調節閥前壓力恒定；取壓點(diǎn)在閥后時(shí)，用于調節閥后壓力恒定。當將閥前和閥后壓力同時(shí)引入執行機構的氣室兩側時(shí)，自力式壓差調節閥可以調節調節閥兩端的壓力恒定，也可將安裝在管道上孔板兩端的壓差引入薄膜執行機構的氣室兩側，組成自力式流量調節閥，或用其他方式將流量檢測后用自力式壓差調節閥實(shí)現流量調節。
被控介質(zhì)輸入閥后，閥前壓力P1通過(guò)控制管線(xiàn)輸入下膜室，經(jīng)節流閥節流后的壓力Ps輸入上膜室，P1與Ps的差即△Ps=P1-Ps 稱(chēng)為有效壓力。P1作用在膜片上產(chǎn)生的推力與Ps作用在膜片上產(chǎn)生的推力差與彈簧反力相平衡確定了閥芯與閥座的相對位置，從而確定了流經(jīng)閥的流量。當流經(jīng)閥的流量增加時(shí)，即△Ps增加，結果P1、Ps分別作用在下、上膜室，使閥芯向閥座方向移動(dòng)，從而改變了閥芯與閥座之間的流通面積，使Ps增加，增加后的Ps作用在膜片上的推力加上彈簧反力與P1作用在膜片上的推力在新的位置產(chǎn)生平衡達到控制流量的目的。反之，同理。
  自力式調節閥用于調節工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程控制領(lǐng)域中的介質(zhì)流量、壓力、溫度、液位等工藝參數。根據自動(dòng)化系統中的控制信號，自動(dòng)調節閥門(mén)的開(kāi)度，從而實(shí)現介質(zhì)流量、壓力、溫度和液位的調節。
當儲罐充水或氮封系統減壓閥失效時(shí)，儲罐的壓力會(huì )異常升高。為了防止儲罐因超壓而損壞，背壓調節閥開(kāi)啟排放多余的氮氣。背壓調節閥的開(kāi)啟設定壓力為12kPa(g) ，要求的zui大排量為316Nm3/h。在核電廠(chǎng)試驗過(guò)程中，當儲罐的充水速度為40t/h 時(shí)，儲罐的高壓報警裝置( 報警設定值為13kPa(g) ) 被觸發(fā)，這表明背壓調節閥的排量達不到系統設計要求。

3、原因分析
3.1、功能和結構
背壓調節閥為介質(zhì)直接作用型，氣室膜片的取壓孔設置在閥門(mén)內部(圖2) 。系統正常運行時(shí)，閥門(mén)的氣室彈簧預緊力大于作用在膜片上的介質(zhì)壓力，使得閥瓣壓緊閥座，閥門(mén)保持關(guān)閉。當介質(zhì)壓力達到或超過(guò)設定壓力時(shí)，膜片下方的介質(zhì)壓力能夠克服彈簧的預緊力，使閥門(mén)開(kāi)啟。閥門(mén)的開(kāi)度與閥門(mén)的超壓成正比。
上海申弘閥門(mén)有限公司主營(yíng)閥門(mén)有：截止閥,電動(dòng)截止閥,氣動(dòng)截止閥,電動(dòng)蝶閥,氣動(dòng)蝶閥自力式背壓調節閥的選用
圖2 直接作用型背壓調節閥

直接作用型背壓調節閥結構簡(jiǎn)單，外形尺寸小，不需要設置外部取壓口，安裝方便。但是，閥門(mén)設定壓力精度不高，且在超壓工況有頻跳的現象。由于閥門(mén)膜片的取壓孔位于閥腔內，當閥門(mén)開(kāi)啟并排放流量時(shí)，儲罐至閥門(mén)入口，以及閥門(mén)入口至閥門(mén)中腔都有流動(dòng)引起的壓力損失，此處所取的壓力低于儲罐的壓力，不利于閥門(mén)達到要求的開(kāi)度。另外閥門(mén)采用流關(guān)型結構，閥門(mén)開(kāi)啟后介質(zhì)的流動(dòng)不利于維持閥門(mén)的開(kāi)啟。當閥門(mén)開(kāi)啟排放流量時(shí)，閥腔內部流動(dòng)紊亂，壓力脈動(dòng)較大，膜片經(jīng)受壓力脈動(dòng)會(huì )引起閥門(mén)顫振，容易引起膜片、閥桿及導向面損傷。閥門(mén)的閥瓣/閥座采用金屬密封(堆焊司太立合金) ，密封性能差。
3.2、水力計算
氮封系統中，背壓調節閥與給水儲罐中間安裝有1個(gè)手動(dòng)隔離閥、4 個(gè)彎頭(3 個(gè)90°，1 個(gè)30°) 和4.1m 長(cháng)的管道。經(jīng)管路水力計算，在zui大工作溫度(60℃) 下排放設計要求的zui大流量(316 Nm3/h)時(shí)，閥門(mén)上游管道的氣體平均速度達到17.9m/s( 氣體動(dòng)壓0.18kPa) ，從儲罐到背壓調節閥入口有0.73kPa 的壓損，假定儲罐內氮氣壓力達到報警壓力13.0kPa(g) ，減去閥門(mén)上游的壓損和氣體動(dòng)壓(該動(dòng)壓不能利用) ，閥門(mén)入口靜壓僅為12.09kPa(g) ，閥門(mén)出口靜壓為0.72kPa(g) ( 該出口靜壓是用于克服下游排放管道的壓損) 。

由于閥門(mén)入口至閥門(mén)中腔有一定壓損，閥門(mén)中腔取壓孔處的壓力會(huì )低于閥門(mén)入口靜壓，即氣室膜片接收到的壓力會(huì )低于閥門(mén)入口靜壓12. 09kPa(g) 。按閥門(mén)設定壓力12.0kPa(g) ，此時(shí)膜片接收到的超壓小于0.09kPa (g ) ，不到設定壓力的0.75%。經(jīng)分析，閥門(mén)在如此小的超壓下無(wú)法達到要求的排量。
4、結語(yǔ)
相對于直接作用型背壓調節閥，指揮器操作型背壓調節閥具有控制精度高、密封性好、可防止頻跳等優(yōu)點(diǎn)，其性能滿(mǎn)足核電廠(chǎng)的設計要求。與本文相關(guān)的產(chǎn)品有：加長(cháng)桿蝶閥安裝注意事項