控制阀培训教程ppt课件.ppt
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1、. 控制阀技术基础控制阀技术基础.1 目目 录录2 控制阀概述控制阀概述3 控制阀设计、选型及主要检测标准控制阀设计、选型及主要检测标准4 控制阀设计开发与选型计算控制阀设计开发与选型计算5 闪蒸、空闪蒸、空化及应对措施化及应对措施6 控制阀的主要结构、选型与常见故障控制阀的主要结构、选型与常见故障7 常用阀门材料及处理措施常用阀门材料及处理措施8 无锡智能严酷工况阀门业绩介绍无锡智能严酷工况阀门业绩介绍9 控制阀技术发控制阀技术发展展趋势趋势 纲纲 要要.2.1 控制阀在控制系统中的功能:控制阀在控制系统中的功能:2 控制阀概述控制阀概述 是过程控制工业里的终端控制元件 保证压力、流量、液位
2、、温度等参数不超出设定的工作范围 ESD紧急切断确保系统安全 补偿负载扰动,稳定过程变量.2.2 控制阀是系统中的薄弱环节:控制阀是系统中的薄弱环节:精度: 0.1%精度 : 0.04%控制阀精度: 0.04%控制阀是控制回路中最薄弱的环节控制阀是控制回路中最薄弱的环节智能型数字定位器 0.25 - 1%0.25 1%2 5%2 控制阀概述控制阀概述 控制系统的精度取决于仪表链中的所有环节 阀内件承常受到冲刷、气蚀、噪音影响或破坏,是链中最薄弱环节 所有零部件及其整体性能的风险评估及验证至关重要 结构、材料、选型、安装方式、环境会影响控制阀的使用性能 其整体性能由阀本体、执行机构、电气附件等因
3、素综合决定.2.3 增益是衡量控制阀性能的关键指标增益是衡量控制阀性能的关键指标2 控制阀概述控制阀概述阀门流量的增量变化对于引起该流量变化的相应阀门行程增量的比例被定义为阀门增益。回路过程增益的理想值为1,实际应用的范围应控制在0.5-2。回路过程增益并不仅指控制阀,也包含回路中的热交换器、压力容器、变送器、泵、控制系统等的增益指标总和。把大部分增益范围空间留给控制阀是保证系统稳定的一种途径,阀门增益过大或过小都也可能导致阀门振荡或不稳定,甚至引起阀门损坏。 过程优化要求所选择的阀门类型和口径在最大可能的工作条件范围内能把过程增益控制在选定的增益限制范围内。采用非线性凸轮反馈的定位器可以影响
4、并修改阀门特性,尤其针对蝶阀、球阀等旋转阀有一定作用。.2.4 控制阀控制阀分类分类及组成及组成2 控制阀概述控制阀概述控制阀控制阀调节阀调节阀开关阀开关阀单座阀单座阀套筒阀套筒阀V型球阀型球阀偏心旋转阀偏心旋转阀双、三偏心蝶阀双、三偏心蝶阀侧装式球阀侧装式球阀顶装式球阀顶装式球阀锲式闸阀锲式闸阀双平行闸阀双平行闸阀.2 控制阀概述控制阀概述2.4 控制阀控制阀分类分类及组成及组成.2 控制阀概述控制阀概述2.4 控制阀分类及控制阀分类及组成组成阀门本体阀门本体过程控制系统中用动力操作去改变阀内截流件的位置,来改变流体流量的装置。执行机构执行机构将控制信号转换成相应的动作,以控制阀内截流件的位
5、置或其他调节机构的装置。信号或驱动力可为气动、电动、液动的或此三者的任意组合。控制阀附件控制阀附件为了使控制阀提高性能、增加功能、扩大应用而与其配合使用的附加装置,例如定位器、手轮机构、增强器等。.2 控制阀概述控制阀概述2.4 控制阀分类及控制阀分类及组成组成连接端连接端阀体上用来与工艺管道进密封连接的结构,如法兰式、螺纹式、焊接式、支耳式、对夹式等。法兰式对夹式焊接式螺纹式.2 控制阀概述控制阀概述2.5 控制阀与手动阀的区别控制阀与手动阀的区别工艺阀门与控制阀门在结构设计、材质选择、热处理或表面硬化处理方式、加工精度、装配精度等方面都存在较大的区别执行机构与阀门连接中头连接盘填料系统的设
6、计与选型阀杆的强度及刚度校核衬套材质的选择密封面的硬化处理零部件的加工精度及技术要工艺阀门的设计及质量控制侧重于阀门静态性能的实现控制阀(调节阀)还应满足阀门在动态条件下的密封性能、疲劳寿命、运动精度、功能可靠性等方面的要求。. 3 控制阀设计、选型及主要检测标准控制阀设计、选型及主要检测标准3.1 与控制阀常用标准相关的组织与控制阀常用标准相关的组织美国国家标准组织 (ANSI)美国机械工程师学会 (ASME)美国测试与材料学会 (ASTM)美国石油组织 (API)制造商标准化学会 (MSS)国际测量与控制学会 (ISA)国际标准化组织 (ISO)国际电工委员会 (IEC)国际腐蚀工程师协会
7、 (NACE)流体控制组织 (FCI).3.2 ASMEB16.34结构设计计算规范及材料温度结构设计计算规范及材料温度-压力曲线压力曲线ASME B16.34对材料的温压额定值规定对材料的温压额定值规定 3 控制阀设计、选型及主要检测标准控制阀设计、选型及主要检测标准ASMEB16.34 法兰端、对接焊端和螺纹端阀门法兰端、对接焊端和螺纹端阀门 适用于碳钢、不锈钢、镍基合金和其它合金的铸造、锻造和 组焊的各种连接形式的阀门(对夹、法兰、螺纹、焊接) 温度-压力额定值:查表法(图表法) 阀体承压壁厚的计算及验证方法:计算法及查表法ASME B16.34 材料温压等级示例材料温压等级示例 .3.
8、2 ASMEB16.34结构设计计算规范及材料温度结构设计计算规范及材料温度-压力曲线压力曲线B 16.34对材料规范清单对材料规范清单B 16.34闸阀阀体的射线检测部位规定闸阀阀体的射线检测部位规定 3 控制阀设计、选型及主要检测标准控制阀设计、选型及主要检测标准 适合ASTM标准的材料规范表:铸件、锻件、管材、板材牌号 对应标准 射线、磁粉、液体渗透、超声波检验及验收标准 针对标记、尺寸、材料、压力试验作了规定.3.3 API607及及6FA防火测试标准防火测试标准 3 控制阀设计、选型及主要检测标准控制阀设计、选型及主要检测标准公称尺寸内泄漏外泄漏DNNPS火烧期冷却后火烧及冷却期冷却
9、后操作后低试验压力高试验压力低试验压力低试验压力高试验压力低试验压力高试验压力15066002400240150600/15020088003200320200800/200API607防火测试允许泄漏量防火测试允许泄漏量API6FA1999Specification for Fire Test for Valves 适用范围:管线用阀门或井口用阀门。 例如:符合APl6D标准的球阀、旋塞阀、闸阀 符合APl6A标 准的平板闸阀ANSIAPI 6072005Fire Test for Softseated Quarterturn Valves 适用范围:软阀座四分之一转的阀门。 例如:符合AP
10、l608标准的球阀 符合APl609标准的蝶阀.3.4 IEC 60534 工业过程控制阀工业过程控制阀序号标准名称中国标准号IEC标准号1*工业过程控制阀 第1部分:控制阀术语和总则GB/T 17213.1-1998(eqv IEC 60534-1:1987)IEC 60534-1:20052工业过程控制阀 第2部分:流通能力 第1节 安装条件下流体流量的计算公式GB/T 17213.2-2005(IEC 60534-2-1:1998,IDT)IEC 60534-2-1:19983工业过程控制阀 第2部分:流通能力 第3节 试验程序GB/T 17213.9-2005(IEC 60534-2-
11、3:1997,IDT)IEC 60534-2-3:19974工业过程控制阀 第2部分:流通能力第4节 固有流量特性和可调比GB/T 17213.10-2005(IEC 60534-2-4:1989,IDT)IEC 60534-2-4:1989工业过程控制阀 第2部分:流通能力第5节 通过有段间恢复能力的多段控制阀门的流体流量的校准公式*IEC 60534-2-5:20038*工业过程控制阀.第4部分:检查和例行试验GB/T 17213.4-2005(IEC 60534-4:1999,IDT)IEC 65B/510/CD:2003 3 控制阀设计、选型及主要检测标准控制阀设计、选型及主要检测标准
12、该部分标准对流经控制阀流量、流通能力、特性曲线、可调比的计算及试验程序进行了规定 .3.5 NACE MRO175-2003 油田设备用抗硫化物应力腐蚀断裂和应力腐蚀裂纹的金属材料油田设备用抗硫化物应力腐蚀断裂和应力腐蚀裂纹的金属材料 3 控制阀设计、选型及主要检测标准控制阀设计、选型及主要检测标准奥氏体不锈钢的化学成分满足表规定,没有用冷作的方法来增强其机械性能,并且在固溶处理后最大硬度22HRC下使用,则无论是铸件还是锻件都是允许的。高合金奥氏体不锈钢(Ni%+2Mo%30%且Mo%2%),在固溶状态下可以接受。马氏体不锈钢 UNS S41000,硬度22HRC,并且符合下列三步热处理条件
13、,则允许使用:a) 奥氏体化并油冷或空冷b) 在649691第一次回火,然后冷却到环境温度。c) 在593621第二次回火,然后冷却到环境温度。双相不锈钢在固溶退火和液体淬火,冷作条件下可接受,铁素体成份3565%,禁止时效硬化热处理。 规定了有NACE要求的产品对金属材料的一般性要求及适用于要求抗硫化物应力腐蚀断裂(SSC)或应力腐蚀裂纹(SCC)的金属材料。 适用于暴露于含硫酸性环境中的设备的所有零件,含硫环境还应是可能由SSC或者SCC引起的破坏导致设备在承压下不能正常作业,或者不能保证承压系统的完整性,或者导致设备的基本功能无法维持。.3.6 GB/T 4213-2008 气动调节阀气
14、动调节阀 3 控制阀设计、选型及主要检测标准控制阀设计、选型及主要检测标准标准规定了工业过程控制系统用气动调节阀(亦称控制阀)的产品分类,技术要求、试验方法、检验规则等。项项 目目不带定位器不带定位器带定位器带定位器ABCDEABCDE基本误差基本误差15 1086542.5 2.0 1.5 1.0回差回差1086533.02.52.01.51.0死区死区865431.01.00.80.60.4始终点偏差始终点偏差气开始点6.0 4.0 4.0 2.5 2.5终点15 10865气关始点15 108652.5 +2.5 2.0 1.5 1.0终点6.0 4.0 4.0 2.5 2.5额定行程偏
15、差额定行程偏差调节型(金属密封)+6+4+4+2.5 +2.5 +2.5-2.5+2.5+2.5+2.5调节型(弹性密封)切断型实测行程大于额定行程适用于气动执行机构与阀组成的各类气动调节阀。标准中有关内容也适用于独立的气动执行机构和阀组件。标准不适用于承受放射性工作条件及其他危险工作条件的调节阀。.3. 7 API与与FCI阀座泄漏量对比阀座泄漏量对比控制阀阀座泄漏量是指在规定的试验条件下,试验介质流过关闭状态控制阀的流量。 3 控制阀设计、选型及主要检测标准控制阀设计、选型及主要检测标准试验介质为常温下的液体(水)或气体(清洁的空气或氮气)控制阀阀座泄漏量与泄漏等级、试验介质、试验程序、阀
16、额定流量系数和阀额定容量有关。 流量系数 (Cv) 是指温度为 40-60 的水在 1 psi(磅/平方英寸)的压降下,阀门某开度下每分钟流过阀门的(美)加仑数。 Cv=1.167Kv 流量系数是表征阀门流通能力的参数。 流量系数与阀门流道几何形状,阀门尺寸,阀门开度等参数有关。 调节阀流量基本计算公式:Q = CvP / G.泄漏量比较泄漏量比较(阀座密封性能测试阀座密封性能测试) 单位单位:ml/min切断阀调节阀FCI 70.2-2006和IEC 60534.4-2006测试压力为1.1倍额度压力测试压力为350KPa=50.8psi所有ANSI磅级例:P=5.1MPa(注4)例: 阀内
17、件 “c”(CL300) (注5)所有ANSI磅级(注7)阀门尺寸mm inch行业最高标准(注1)API 598金属阀座(注2)(水)API 598金属阀座(注3)(气)FCI/IECClass (水)FCI/IECClass (气)FCI/IECClass (水)FCI/IECClass (气)FCI/IECClass (水)FCI/IECClass (气)80 300.83.61.21517256800.080.9200 801.36.03.31142290755300.207.1300 1201.36.04.926965502162600.3016.8600 2401.88.49.81
18、078(6)296209776800.6167.3(注6)900 3601.88.414.72427(6)77805025680700.91151.4(注6)注: 1. 所有阀门按照API 598、API 6D和ISO 5208所有要求程序进行空气和水双向密封测试。 2. 根据API 598规定,1ml=16“滴”水。 3. 根据FCI 70.2和IEC 60534.4规定,1ml=6.67个“气泡”。 4. FCI 70.2和IEC534.4规定的泄漏量取决于测试压差。 5. 泄漏量取决于“阀门额定能力”,因此其大小为阀门内件等级的函数。 6. 泄漏量根据阀座直径与IEC 534.4表注2建
19、议的泄漏系数之间的关系推断得出。 7. 级泄漏量取决于公称直径,因而与压力无关。3. 7 API与与FCI阀座泄漏量对比阀座泄漏量对比 3 控制阀设计、选型及主要检测标准控制阀设计、选型及主要检测标准.项目立项预案设计工程设计设计验证FEMA分析产品鉴定 4 控制阀设计开发与选型计算控制阀设计开发与选型计算型式试验1 设计任务书2 经济分析报告3 输入文件汇总4 成员职责分配表5 项目进度计划表6 项目培训计划书1 所涉标准培训2 同类产品对比分析3 产品预案设计4 预案评审与定稿5 预案经济分析对比6 技术验证计划7 设计输入清单8 设计评审表(预案)1 产品总装图2 产品标准3 设计标准4
20、 设计计算模型5 设计规格书6 产品零件图7 三维总装及零件图8 设计评审表9 工艺评审表10 产品毛坯图11 模具开发申请表12 编码规则13 会议记要14 操作手册15 选型样本1 加工工艺规范2 装配工艺规范3 热处理工艺规范4 工装及测装图纸1 机构运动学分析2 零部件应力分析3 流体流场分析4 Cv及特性分析5 流速及噪音分析6 技术试验验证7 计算变换验证8 设计评审验证9 工艺评审验证10 类比法验证11 第三方评审验证12设计验证报告 1 安全风险审查报告2 产品失效分析报告3 可靠性验证报告4 故障失效概率计算1 过程检验记录2 终检调试记录3 产品试制报告4 型式试验报告5
21、 型式试验记录1 产品鉴定报告2 第三方认证证书4.1控制阀设计流程控制阀设计流程.采用计算流体动力学(CFD)软件对各种类型、各种规格的阀内件进行模拟工况下的温度、流速、压力、声功率、噪音、静力矩、动力矩等参数的验证,修正设计参数,提高设计精度及效率。M系列降压型套筒阀流速云图W系列三偏心蝶阀流速云图M系列迷宫阀单流道流速云图M系列多级降压型阀流速云图4 控制阀设计开发与选型计算控制阀设计开发与选型计算4.2 CFD流体分析流体分析、FEA有限元分析有限元分析DN15单座阀内件流速云图.采用有限元分析(FEA)与计算,对其受力状况进行分析。P系列阀芯应力分布图J系列角阀阀体应力分布图S系列手
22、轮机构变形分析图R2系列V-BALL阀球变形分析图Z系列闸阀支架变形分析图4 控制阀设计开发与选型计算控制阀设计开发与选型计算4.2 CFD流体分析流体分析、FEA有限元分析有限元分析通过分析计算,可以得出阀门上任一点的应力,显示出整个阀门上的等值应力图,也可显示出阀门受力后的变形状况,从而得出最大应力值和最大变形,同时还可实现零部件的寿命分析、抗高温蠕变能力分析、结构运动仿真等功能,指导结构合理化设计。.核实工况条件选择阀门形式检查噪音及气蚀确认计算CV选择本体材料阀门开度验算确认选择CV推力或力矩计算控制阀口径计算过程(控制阀口径计算过程(ANSI/ISA-75.02 ):):1 、根据介
23、质物性、流量、压力、温度、密度、管道几何因子等参数确定计算CV值。2、 选择适合工况条件的阀门结构型式及阀内件结构。3 、结合阀门厂商产品的额定CV、FL、XT等参数值,进行开度验算。4 、针对阀门结构及密封等级确定不平衡、开关推力或力矩。5 、根据用户的系统控制功能确定执行机构的类型及附件选配。1、根据工艺条件,选择合适的结构形式和材料。2、根据工艺对象的特点,选择控制阀的流量特性。3、根据工艺操作参数,选择合适的控制阀口径尺寸。4、根据工艺过程的要求,选择所需要的附件辅助装置。5、合理选择执行机构,执行机构的响应速度应能满足工艺。选型的原则:选型的原则:选择执行机构选择电气附件4 控制阀设
24、计开发与选型计算控制阀设计开发与选型计算4.3 控制阀选型计算流程控制阀选型计算流程.闪蒸、空化及应对措施闪蒸、空化及应对措施.5 闪蒸、空化及应对措施闪蒸、空化及应对措施5.1 闪蒸和空化的闪蒸和空化的定义定义.5 闪蒸、空化及应对措施闪蒸、空化及应对措施5.1 闪蒸和空化的闪蒸和空化的定义定义抛物线阀闪蒸区V-Port阀芯闪蒸区多孔阀芯闪蒸区产生机理:气泡产生 闪蒸破坏 阻塞流体 气泡破裂 能量爆破 气蚀.5 闪蒸、空化及应对措施闪蒸、空化及应对措施5.2 闪蒸和空化对控制阀的影响闪蒸和空化对控制阀的影响控制阀应用在液体流体时发生的闪蒸和空化会对阀内件和阀体及阀后管件造成很大破坏,严重影响
25、控制阀的工作性能和使用寿命以及加剧噪声、 振动,构成安全隐患。气泡进入高压力区域破裂硬壁面附近气泡破裂闪蒸、空化的破坏机理闪蒸、空化的破坏机理硬壁面上半球形气泡破裂.5 闪蒸、空化及应对措施闪蒸、空化及应对措施5.2 闪蒸和空化对控制阀的影响闪蒸和空化对控制阀的影响.5 闪蒸、空化及应对措施闪蒸、空化及应对措施5.3 如何应对闪蒸如何应对闪蒸和和空化空化.5 闪蒸、空化及应对措施闪蒸、空化及应对措施5.3 如何应对闪蒸如何应对闪蒸和和空化空化降压型笼式阀流速分布云图降压型笼式阀流速分布云图标准型笼式阀流速分布云图标准型笼式阀流速分布云图.5 闪蒸、空化及应对措施闪蒸、空化及应对措施5.3 如何
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