自力式背壓調(diào)節(jié)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(xiàn)在介紹自力式背壓調(diào)節(jié)閥工作原理介紹了自力式背壓調(diào)節(jié)閥的特性,分析了國內(nèi)某核電站用輔助給水儲罐直接作用式背壓調(diào)節(jié)閥排量不足的原因,提出了將閥門更換為指揮器操作型背壓調(diào)節(jié)閥的解決措施,并通過開啟行程和流量系數(shù)試驗,證明指揮器操作型背壓調(diào)節(jié)閥滿足工況要求。對自力式調(diào)節(jié)閥進行了介紹,并著重闡述了流量系數(shù)的計算方法,自力式調(diào)節(jié)閥的選擇方法及選擇時應注意的事項。

自力式背壓調(diào)節(jié)閥工作原理調(diào)節(jié)閥又名控制閥，在工業(yè)自動化過程控制領域中，通過接受調(diào)節(jié)控制單元輸出的控制信號，借助動力操作去改變介質(zhì)流量、壓力、溫度、液位等工藝參數(shù)的zui終控制元件。一般由執(zhí)行機構和閥門組成。如果按行程特點，調(diào)節(jié)閥可分為直行程和角行程；按其所配執(zhí)行機構使用的動力，按其功能和特性分為線性特性，等百分比特性及拋物線特性三種。調(diào)節(jié)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開頭。調(diào)節(jié)閥常用分類：氣動調(diào)節(jié)閥，電動調(diào)節(jié)閥，液動調(diào)節(jié)閥，自力式調(diào)節(jié)閥。自力式壓力調(diào)節(jié)閥是一種無需外來能源,依靠被測介質(zhì)自身壓力,按預先設定值,進行自動壓力調(diào)節(jié)的控制裝置,自力式壓力調(diào)節(jié)閥在石化和電力輔助給水儲罐氮封系統(tǒng)使用較為普遍。本文針對國內(nèi)某核電輔助給水儲罐氮封系統(tǒng)的自力式背壓調(diào)節(jié)閥排量不足問題進行了分析,并提出了閥門自力式調(diào)節(jié)閥是一種無需外來能源,依靠被調(diào)介質(zhì)自身的壓力、溫度、流量變化進行自動調(diào)節(jié)的節(jié)能儀表。具有測量、執(zhí)行、控制的綜合功能。尤其適合于在無電源無氣源的場合工作。廣泛應用于城市供熱、供暖系統(tǒng)及石油、化工、冶金、電力、輕工等工業(yè)部門的自控系統(tǒng)。，自力式壓力調(diào)節(jié)閥在石化和電力輔助給水儲罐氮封系統(tǒng)使用較為普遍。本文針對國內(nèi)某核電輔助給水儲罐氮封系統(tǒng)的自力式背壓調(diào)節(jié)閥排量不足問題進行了分析，并提出了閥門換型的解決措施。

核電輔助給水系統(tǒng)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(tǒng)(圖1) 包括進氣和排氣兩部分。進氣部分主要裝置包括1個自力式減壓閥和1個手動隔離閥，排氣部分主要裝置包括1 個自力式背壓調(diào)節(jié)閥和1個手動隔離閥。正常運行時，進氣和排氣管道的手動隔離閥保持開啟，氮氣從供給系統(tǒng)引入，經(jīng)減壓閥減壓后供給儲罐。儲罐氮氣壓力要求穩(wěn)定在10kPa(g) 左右。
自力式背壓調(diào)節(jié)閥的選用

圖1 給水儲罐氮封系統(tǒng)流程自力式背壓閥自力式壓力調(diào)節(jié)閥無需外加能源，能在無電無氣的場所工作，既方便又節(jié)約了能源。壓力分段范圍細且互相交叉，調(diào)節(jié)精度高。壓力設定值在運行期間可連續(xù)設定。
自力式壓力調(diào)節(jié)閥分為自力式壓力、壓差和流量調(diào)節(jié)閥三個系列。自力式壓力調(diào)節(jié)閥根據(jù)取壓點位置分閥前和閥后兩類，取壓點在閥前時，用于調(diào)節(jié)閥前壓力恒定；取壓點在閥后時，用于調(diào)節(jié)閥后壓力恒定。當將閥前和閥后壓力同時引入執(zhí)行機構的氣室兩側時，自力式壓差調(diào)節(jié)閥可以調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)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(zhí)行機構的氣室兩側，組成自力式流量調(diào)節(jié)閥，或用其他方式將流量檢測后用自力式壓差調(diào)節(jié)閥實現(xiàn)流量調(diào)節(jié)。
被控介質(zhì)輸入閥后，閥前壓力P1通過控制管線輸入下膜室，經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流后的壓力Ps輸入上膜室，P1與Ps的差即△Ps=P1-Ps 稱為有效壓力。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，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，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(diào)節(jié)閥用于調(diào)節(jié)工業(yè)自動化過程控制領域中的介質(zhì)流量、壓力、溫度、液位等工藝參數(shù)。根據(jù)自動化系統(tǒng)中的控制信號，自動調(diào)節(jié)閥門的開度，從而實現(xiàn)介質(zhì)流量、壓力、溫度和液位的調(diào)節(jié)。
當儲罐充水或氮封系統(tǒng)減壓閥失效時，儲罐的壓力會異常升高。為了防止儲罐因超壓而損壞，背壓調(diào)節(jié)閥開啟排放多余的氮氣。背壓調(diào)節(jié)閥的開啟設定壓力為12kPa(g) ，要求的zui大排量為316Nm3/h。在核電廠試驗過程中，當儲罐的充水速度為40t/h 時，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(diào)節(jié)閥的排量達不到系統(tǒng)設計要求。

3、原因分析
3.1、功能和結構
背壓調(diào)節(jié)閥為介質(zhì)直接作用型，氣室膜片的取壓孔設置在閥門內(nèi)部(圖2) 。系統(tǒng)正常運行時，閥門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，閥門保持關閉。當介質(zhì)壓力達到或超過設定壓力時，膜片下方的介質(zhì)壓力能夠克服彈簧的預緊力，使閥門開啟。閥門的開度與閥門的超壓成正比。
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥,氣動截止閥,電動蝶閥,氣動蝶閥自力式背壓調(diào)節(jié)閥的選用
圖2 直接作用型背壓調(diào)節(jié)閥

直接作用型背壓調(diào)節(jié)閥結構簡單，外形尺寸小，不需要設置外部取壓口，安裝方便。但是，閥門設定壓力精度不高，且在超壓工況有頻跳的現(xiàn)象。由于閥門膜片的取壓孔位于閥腔內(nèi)，當閥門開啟并排放流量時，儲罐至閥門入口，以及閥門入口至閥門中腔都有流動引起的壓力損失，此處所取的壓力低于儲罐的壓力，不利于閥門達到要求的開度。另外閥門采用流關型結構，閥門開啟后介質(zhì)的流動不利于維持閥門的開啟。當閥門開啟排放流量時，閥腔內(nèi)部流動紊亂，壓力脈動較大，膜片經(jīng)受壓力脈動會引起閥門顫振，容易引起膜片、閥桿及導向面損傷。閥門的閥瓣/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(tǒng)中，背壓調(diào)節(jié)閥與給水儲罐中間安裝有1個手動隔離閥、4 個彎頭(3 個90°，1 個30°) 和4.1m 長的管道。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，閥門上游管道的氣體平均速度達到17.9m/s( 氣體動壓0.18kPa) ，從儲罐到背壓調(diào)節(jié)閥入口有0.73kPa 的壓損，假定儲罐內(nèi)氮氣壓力達到報警壓力13.0kPa(g) ，減去閥門上游的壓損和氣體動壓(該動壓不能利用) ，閥門入口靜壓僅為12.09kPa(g) ，閥門出口靜壓為0.72kPa(g) ( 該出口靜壓是用于克服下游排放管道的壓損) 。

由于閥門入口至閥門中腔有一定壓損，閥門中腔取壓孔處的壓力會低于閥門入口靜壓，即氣室膜片接收到的壓力會低于閥門入口靜壓12. 09kPa(g) 。按閥門設定壓力12.0kPa(g) ，此時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，閥門在如此小的超壓下無法達到要求的排量。
4、結語
相對于直接作用型背壓調(diào)節(jié)閥，指揮器操作型背壓調(diào)節(jié)閥具有控制精度高、密封性好、可防止頻跳等優(yōu)點，其性能滿足核電廠的設計要求。與本文相關的產(chǎn)品有：加長桿蝶閥安裝注意事項