摘要：天然气行业对介质控制的要求十分精细。控制阀作为改变介质工况参数的重要部件在其中起着重要作用。本文从工程设计角度论述天然气行业中控制阀的设计选型方法及注意事项。
关键词：天然气、控制阀、选型
Elementary analysis of Design and Selection for Control valve based on Natural Gas Industry
Wang Zhichao Geng Ying
Absrtact: In the natural gas industry, the requirement of medium control is very fine.As an important part of changing medium condition,control valve plays an important role in it. From the view of engineering design, this paper discusses the determination method and matters needing attention of the design and selection for control valve in natural gas industry are discussed.
Key words: natural gas, control valve, type selection
1.引言
天然气行业中控制阀作为改变介质压力、温度、流量和流向的重要部件在其中起着举足轻重的作用。工程中类似调节精度差、阀门失调、阀芯行程偏离和卡阻，阀杆断裂、泄露量超标、阀内磨损腐蚀严重、执行器驱力不足等问题多种多样。问题的产生很可能源自选型的不精细或计算错误。因此正确、详细的设计选型十分必要。
2.控制阀设计选型分析
2.1控制阀型式选择
控制阀由执行机构和阀门两部分组成。执行机构按驱动形式分为气动、电动、液动、混合性控制四大类。阀门由阀体和内组件组成。
天然气行业内控制阀执行机构通常使用气动、电动形式。阀体以球阀、蝶阀、截止阀、笼型阀最为常见。以下对本行业几种常用的控制阀做以分析。
2.1.1执行机构选取
执行机构的选取应从适用场合、响应时间需求、故障安全等几个方面考虑。
气动：采用压缩空气或管道气作为气源。适用于快速响应，故障阀位有安全要求的场合。在偏远、电力无法铺设的站场或化工厂内防爆要求较高的区域以气动调节使用为主。
电动：在大口径、大输出力矩或无空压机工况使用。缺点在于调节行程时间过长、防爆型价格较高。
2.1.2阀门类型选取
阀门类型应从介质属性、管道压力、阀前后压差、调节范围、操作弹性、安装空间、经济因素等几方面综合考虑。
单座截止阀：适用于小流量、低压差工况。单座阀只有一个阀芯、阀座，在大口径、高压差工况下会产生较大不平衡力，因此仅适合低压差工况选取。
双座截止阀：由于有两个阀芯和阀座弥补了单座阀不平衡力的缺点，可应用于大流量、高压差场合，但其泄漏量较大，不适用重要工况位置的流体控制调节。因为像这类位置对阀门泄露等级的要求较高，双座阀一般无法满足。目前双座阀正逐步被笼型阀所取代。
笼型阀：适用高压差、大流量场合。其降低了阻塞流的产生、按工况需求可获得较好的流量特性曲线，在工程中应用广泛。选型中应注意介质的洁净度，对于含泥浆、颗粒物较多、较大的工况并不适宜。
蝶阀：适用低压（差）、大口径工况。其体积小、结构简单、维护量低在安装位置受限的场合有明显优势。但其调节范围和操作弹性较低、存在0~15%开度接近快开特性，70%开度后无法调节的问题，限制了它在宽量程、高压（差）、需要全行程精细调节工况中的应用。虽然偏心蝶阀在很大程度上改善了自身的流量特性曲线，但仍不推荐在以上工况下使用蝶阀作为重要工艺位置的主控调节。
球阀：其调节范围宽、调节精度高、特性曲线好等优势在各类工况下均由较好的应用。但在高压、大口径的工况下，其价格较高限制了它的选用。
阀门的调节范围、操作弹性计算只作为阀门选取的辅助手段，可初步判断是否会因压降过大超出阀门自身承受范围而产生噪音、气蚀问题。
2.2控制阀材质选择
材质的选取应从介质温度、压力、腐蚀性、闪蒸、气蚀现象、经济等几个方面考虑。天然气有湿气和干气之分，气体中可能含有硫、碳、汞等腐蚀性成份，井口气洁净度差，LNG在-162℃左右，水处理系统中含有Cl-和硫的成分，这些因素都需在选型中加以注意。
2.2.1阀体材质选择
通常阀体材质选取要高于管道。控制阀尽量避免采用铸铁，可以选用碳钢，但应注意，湿气状态下,碳钢并不适用。如介质腐蚀较强应选316或哈C等材质。
2.2.2阀内组件材质选择
阀内主要部件（阀杆、阀芯、阀座）的材质选择可参照或优于阀体选择。在中高压（差）或含固体颗粒工况下，还应考虑做热处理或堆焊硬化。
填料、O型圈、导向衬套等组件属于非受压部件，因此选择范围较宽。通常从温度、磨损、腐蚀等因素来考虑材料选择。如： PTFE应用最为常用，但在-50℃以下工况应替换为柔性石墨。
2.3控制阀的计算
天然气为可压缩流体，控制阀的计算包括阻塞流判断、KV值计算、开度验算、泄漏量计算、噪声预估和阀关闭力计算。其中泄漏量、噪声预估和阀关闭力涉及产品自身数据，设计者无需计算但应校核厂家返回的计算单。
2.3.1阻塞流判断
如现有工况存在阻塞流情况，在实际压差计算时的流量要比阻塞流量大很多，将影响后续kv值的计算，因此阻塞流的判断是有必要的：
3.结束语
按本文设计者可初步掌握控制阀选型、计算方法。但深入选型还有很多方面需要掌握，如阀门流量动作方式、流量特性选取、执行机构作用方式、密封形式、泄露等级、温度与阀杆、阀盖的关系等。设计中要全面考虑各组件、各参数特性与实际工况的匹配程度，方能做好控制阀选取。
参考文献：
[1]陆德民,张振基，黄步余. 石油化工自动控制设计手册(第三版)[M].化学工业出版社,2000:208-245.
论文作者:王志超, 耿莹
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第04期
论文发表时间:2019/7/15
标签：工况论文; 控制阀论文; 阀门论文; 流量论文; 执行机构论文; 阀体论文; 天然气论文; 《当代电力文化》2019年第04期论文;