在流體管道系統(tǒng)中，閥門是控制元件，其主要作用是隔離設備和管道系統(tǒng)、調(diào)節(jié)流量、防止回流、調(diào)節(jié)和排泄壓力。由于管道系統(tǒng)選擇最適合的閥門顯得非常重要，所以，了解閥門的特性及選擇閥門的步驟和依據(jù)也變得至關重要起來。
閥門行業(yè)到目前為止，已能生產(chǎn)種類齊全的閘閥、截止閥、節(jié)流閥、旋塞閥、球閥、電動閥、隔膜閥、止回閥、安全閥、減壓閥、蒸汽疏水閥和緊急切斷閥等12大類、3000多個型號、40000多個規(guī)格的閥門產(chǎn)品；最高工作壓力為600MPa，最大公稱通徑達5350mm，最高工作溫度為1200℃，最低工作溫度為-196℃，適用介質(zhì)為水、蒸汽、油品、天然氣、強腐蝕性介質(zhì)（如濃硝酸、中濃度硫酸等）、易燃介質(zhì)（如笨、乙烯等）、有毒介質(zhì)（如硫化氫）、易爆介質(zhì)及帶放射性介質(zhì)（金屬鈉、—回路純水等）。閥門承壓件材質(zhì)鑄銅、鑄鐵、球墨鑄鐵、高硅鑄鐵、鑄鋼、鍛鋼、高、低合金鋼、不銹耐酸鋼、哈氏合金、因科鎳爾、蒙乃爾合金、雙相不銹鋼、鈦合金等。并且能夠生產(chǎn)各種電動、氣動、液動閥門驅(qū)動裝置。面對如此眾多的閥門品種和如此復雜的各種工況，要選擇管道系統(tǒng)最適合安裝的閥門產(chǎn)品，我以為，首先應了解閥門的特性；其次應掌握選擇閥門的步驟和依據(jù)；再者應遵循選擇閥門的原則。
一、閥門的特性一般有兩種，使用特性和結構特性。
使用特性：它確定了閥門的主要使用性能和使用范圍，屬于閥門使用特性的有：閥門的類別（閉路閥門、調(diào)節(jié)閥門、安全閥門等）；產(chǎn)品類型（閘閥、截止閥、蝶閥、球閥等）；閥門主要零件（閥體、閥蓋、閥桿、閥瓣、密封面）的材料；閥門傳動方式等。
結構特性：它確定了閥門的安裝、維修、保養(yǎng)等方法的一些結構特性，屬于結構特性的有：閥門的結構長度和總體高度、與管道的連接形式（法蘭連接、螺紋連接、夾箍連接、外螺紋連接、焊接端連接等）；密封面的形式（鑲圈、螺紋圈、堆焊、噴焊、閥體本體）；閥桿結構形式（旋轉桿、升降桿）等。
二、選擇閥門的步驟和依據(jù)
1、明確閥門在設備或裝置中的用途，確定閥門的工作條件：適用介質(zhì)、工作壓力、工作溫度等等。
2、確定與閥門連接管道的公稱通徑和連接方式：法蘭、螺紋、焊接等。
3、確定操作閥門的方式：手動、電動、電磁、氣動或液動、電氣聯(lián)動或電液聯(lián)動等。
4、根據(jù)管線輸送的介質(zhì)、工作壓力、工作溫度確定所選閥門的殼體和內(nèi)件的材料：灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、碳素鋼、合金鋼、不銹耐酸鋼、銅合金等。
5、選擇閥門的種類：閉路閥門、調(diào)節(jié)閥門、安全閥門等。
6、確定閥門的型式：閘閥、截止閥、球閥、蝶閥、節(jié)流閥、安全閥、減壓閥、蒸汽疏水閥等。
7、確定閥門的參數(shù)：對于自動閥門，根據(jù)不同需要先確定允許流阻、排放能力、背壓等，再確定管道的公稱通徑和閥座孔的直徑。
8、確定所選用閥門的幾何參數(shù)：結構長度、法蘭連接形式及尺寸、開啟和關閉后閥門高度方向的尺寸、連接的螺栓孔尺寸和數(shù)量、整個閥門外型尺寸等。
9、利用現(xiàn)有的資料：閥門產(chǎn)品目錄、閥門產(chǎn)品樣本等選擇適當?shù)拈y門產(chǎn)品。
三、選擇閥門的依據(jù)
1、所選用閥門的用途、使用工況條件和操縱控制方式。
2、工作介質(zhì)的性質(zhì)：工作壓力、工作溫度、腐蝕性能，是否含有固體顆粒，介質(zhì)是否有毒，是否是易燃、易爆介質(zhì)，介質(zhì)的黏度等等。
3、對閥門流體特性的要求：流阻、排放能力、流量特性、密封等級等等。
4、安裝尺寸和外形尺寸要求：公稱通徑、與管道的連接方式和連接尺寸、外形尺寸或重量限制等。
5、對閥門產(chǎn)品的可靠性、使用壽命和電動裝置的防爆性能等的附加要求。
（在選定參數(shù)時應注意：如果閥門要用于控制目的，必須確定如下額外參數(shù)：操作方法、最大和最小流量要求、正常流動的壓力降、關閉時的壓力降、閥門的最大和最小進口壓力。）
根據(jù)上述選擇閥門的依據(jù)和步驟，合理、正確地選擇閥門時還必須對各種類型閥門的內(nèi)部結構進行詳細了解，以便能對優(yōu)先選用的閥門做出正確的抉擇。
管道的最終控制是閥門。閥門啟閉件控制著介質(zhì)在管道內(nèi)的流束方式，閥門流道的形狀使閥門具備一定的流量特性，在選擇管道系統(tǒng)最適合安裝的閥門時必須考慮到這一點。
如何為閥門選配氣動執(zhí)行器
為閥門選用氣動執(zhí)行機構時，應先先確定閥門的扭矩，如果介質(zhì)為水蒸氣或非潤滑的介質(zhì)增加25%安全值；非潤滑的干氣介質(zhì)增加60%安全值；非潤滑用氣體輸送的顆粒粉料介質(zhì)增加100%安全值；對于清潔、無摩擦的潤滑介質(zhì)增加20%安全值、然后根據(jù)氣源工作壓力，查找扭矩表，可得到準確的執(zhí)行器型號。（注：此安全值為華爾士公司推薦使用。）
選用雙作用式 GTD例：
氣源壓力只有5bar，控制一個需要扭矩200N.m球閥，介質(zhì)為非潤滑的水蒸氣，考慮到安全因素，增加25%等于250N.m，首先按表查找氣源壓力5bar，然后沿該列垂直查找等于或相近的扭矩數(shù)據(jù)，選272N.m，再沿該行向左查找其型號，選擇GTD125型。
選用單作用式（彈簧復位）GTE例：
氣源壓力只有4bar，控制一個需要扭矩100N.m蝶閥，介質(zhì)為非潤滑的干燥氣體，考慮到安全因素，增加60%等于160N.m，首先按表查找彈簧復位終點得到相近扭矩166N.m，然后沿該行向左查找氣源壓力4bar的終點扭矩196N.m，氣源壓力扭矩應該大于彈簧復位扭矩，正好氣源壓力扭矩大于彈簧復位扭矩，再沿該行向左查找其型號，選擇GTE160型、彈簧數(shù)量10根。
過程控制調(diào)節(jié)閥的選擇
1 調(diào)節(jié)閥的組成與分類
調(diào)節(jié)閥又稱控制閥，是執(zhí)行器的主要類型，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流體流量。調(diào)節(jié)閥一般由執(zhí)行機構和閥門組成。如果按其所配執(zhí)行機構使用的動力，調(diào)節(jié)閥可以分為氣動、電動、液動三種，即以壓縮空氣為動力源的氣動調(diào)節(jié)閥，以電為動力源的電動調(diào)節(jié)閥，以液體介質(zhì)(如油等)壓力為動力的電液動調(diào)節(jié)閥，另外，按其功能和特性分，還有電磁閥、電子式、智能式、現(xiàn)場總線型調(diào)節(jié)閥等。調(diào)節(jié)閥的產(chǎn)品類型很多，結構也多種多樣，而且還在不斷更新和變化。一般來說閥是通用的，既可以與氣動執(zhí)行機構匹配，也可以與電動執(zhí)行機構或其他執(zhí)行機構匹配。
2 調(diào)節(jié)閥類型的選擇
2.1
調(diào)節(jié)閥的閥體類型選擇閥體的選擇是調(diào)節(jié)閥選擇中最重要的環(huán)節(jié)。調(diào)節(jié)閥閥體種類很多，常用的有直通單座、直通雙座、角形、隔膜、小流量、三通、偏心旋轉、蝶形、套筒式、球形等10種。在選擇閥門之前，要對控制過程的介質(zhì)、工藝條件和參數(shù)進行細心的分析，收集足夠的數(shù)據(jù)，了解系統(tǒng)對調(diào)節(jié)閥的要求，根據(jù)所收集的數(shù)據(jù)來確定所要使用的閥門類型。在具體選擇時，可從以下幾方面考慮:
(1)閥芯形狀結構主要根據(jù)所選擇的流量特性和不平衡力等因素考慮。
(2)耐磨損性當流體介質(zhì)是含有高濃度磨損性顆粒的懸浮液時，閥芯、閥座接合面每一次關閉都會受到嚴重摩擦。因此閥門的流路要光滑，閥的內(nèi)部材料要堅硬。
(3)耐腐蝕由于介質(zhì)具有腐蝕性，在能滿足調(diào)節(jié)功能的情況下，盡量選擇結構簡單閥門。
(4)介質(zhì)的溫度、壓力當介質(zhì)的溫度、壓力高且變化大時，應選用閥芯和閥座的材料受溫度、壓力變化小的閥門。
(5)
防止閃蒸和空化閃蒸和空化只產(chǎn)生在液體介質(zhì)。在實際生產(chǎn)過程中，閃蒸和空化不僅影響流量系數(shù)的計算，還會形成振動和噪聲，使閥門的使用壽命變短，因此在選擇閥門時應防止閥門產(chǎn)生閃蒸和空化。
2.2 調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機構的選擇
2.2.1 輸出力的考慮
執(zhí)行機構不論是何種類型，其輸出力都是用于克服負荷的有效力(主要是指不平衡力和不平衡力矩加上摩擦力、密封力、重力等有關力的作用)。因此，為了使調(diào)節(jié)閥正常工作，配用的執(zhí)行機構要能產(chǎn)生足夠的輸出力來克服各種阻力，保證高度密封和閥門的開啟。
對于雙作用的氣動、液動、電動執(zhí)行機構，一般都沒有復位彈簧。作用力的大小與它的運行方向無關，因此，選擇執(zhí)行機構的關鍵在于弄清最大的輸出力和電機的轉動力矩。對于單作用的氣動執(zhí)行機構，輸出力與閥門的開度有關，調(diào)節(jié)閥上的出現(xiàn)的力也將影響運動特性，因此要求在整個調(diào)節(jié)閥的開度范圍建立力平衡。
2.2.2 執(zhí)行機構類型的確定
對執(zhí)行機構輸出力確定后，根據(jù)工藝使用環(huán)境要求，選擇相應的執(zhí)行機構。對于現(xiàn)場有防爆要求時，應選用氣動執(zhí)行機構，且接線盒為防爆型，不能選擇電動執(zhí)行機構。如果沒有防爆要求，則氣動、電動執(zhí)行機構都可選用，但從節(jié)能方面考慮，應盡量選用電動執(zhí)行機構。對于液動執(zhí)行機構，其使用不如氣動、電動執(zhí)行機構廣泛，但具有調(diào)節(jié)精度高、動作速度快和平穩(wěn)的特點，因此，在某些情況下，為了達到較好調(diào)節(jié)效果，必須選用液動執(zhí)行機構，如發(fā)電廠透明機的速度調(diào)節(jié)、煉油廠的催化裝置反應器的溫度調(diào)節(jié)控制等。
3 調(diào)節(jié)閥的作用方式選擇
調(diào)節(jié)閥的作用方式只是在選用氣動執(zhí)行機構時才有，其作用方式通過執(zhí)行機構正反作用和閥門的正反作用組合形成。組合形式有4種即正正(氣關型)、正反(氣開型)、反正(氣開型)、反反(氣關型)，通過這四種組合形成的調(diào)節(jié)閥作用方式有氣開和氣關兩種。對于調(diào)節(jié)閥作用方式的選擇，主要從三方面考慮:a)工藝生產(chǎn)安全;b)介質(zhì)的特性;c)保證產(chǎn)品質(zhì)量，經(jīng)濟損失最小。
4 調(diào)節(jié)閥流，特性的選擇
調(diào)節(jié)閥的流量特性是指介質(zhì)流過閥門的相對流量與位移(閥門的相對開度)間的關系，理想流量特性主要有直線、等百分比(對數(shù))、拋物線和快開等4種，特性曲線和閥芯形狀如圖1和圖2所示。常用的理想流量特性只有直線、等百分比(對數(shù))、快開三種。拋物線流量特性介于直線和等百分比之間，一般可用等百分比特性來代替，而快開特性主要用于二位調(diào)節(jié)及程序控制中，因此調(diào)節(jié)閥特性的選擇實際上是直線和等百分比流量特性的選擇。
調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇可以通過理論計算，但所用的方法和方程都很復雜。目前多采用經(jīng)驗準則，具體從下幾方面考慮:①從調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)質(zhì)量分析并選擇;②從工藝配管情況考慮;③從負荷變化情況分析。
選擇好調(diào)節(jié)閥的流量特性，就可以根據(jù)其流量特性確定閥門閥芯的形狀和結構，但對于像隔膜閥、蝶閥等，由于它們的結構特點，不可能用改變閥芯的曲面形狀來達到所需要的流量特性，這時，可通過改變所配閥門定位器的反饋凸輪外形來實現(xiàn)。
5 調(diào)節(jié)閥口徑的選擇
調(diào)節(jié)閥口徑的選擇和確定主要依據(jù)閥的流通能力即Cv。在各種工程的儀表設計和選型時，都要對調(diào)節(jié)閥進行Cv計算，并提供調(diào)節(jié)閥設計說明書。從調(diào)節(jié)閥的Cv計算到閥的口徑確定，一般需經(jīng)以下步驟:
1)計算流量的確定?，F(xiàn)有的生產(chǎn)能力、設備負荷及介質(zhì)的狀況，決定計算流量的Qmax和Qmin.
2)閥前后壓差的確定。根據(jù)已選擇的閥流量特性及系統(tǒng)特點選定S(阻力系數(shù))，再確定計算壓差。
3)計算Cv。根據(jù)所調(diào)節(jié)的介質(zhì)選擇合適的計算公式和圖表，求得Cmax和Cmin.
4)選用Cv。根據(jù)Cmax,在所選擇的產(chǎn)品標準系列中選取>Cmax且與其最接近的一級C.
5)調(diào)節(jié)閥開度驗算。一般要求最大計算流量時的開度≯90%，最小計算流量時的開度≮10%。
6)調(diào)節(jié)閥實際可調(diào)比的驗算。一般要求實際可調(diào)比≮10。
7)閥座直徑和公稱直徑的確定。驗證合適后，根據(jù)C確定。
6 結束語
調(diào)節(jié)閥的選擇是非常細致的工作，不僅要有扎實的專業(yè)理論知識，還要有豐富實踐經(jīng)驗。選擇得好不僅有利于調(diào)節(jié)控制回路PID參數(shù)的整定，使被調(diào)參數(shù)得到較好地控制效果，也使調(diào)節(jié)閥的使用壽命大大增長。調(diào)節(jié)閥的選擇要因地制宜，并非一成不變，要在實踐的過程中不斷總結和創(chuàng)新，特別隨著機電一體化技術、計算機和數(shù)字信息技術的應用，調(diào)節(jié)閥的結構功能變得更好、更全面，為選擇調(diào)節(jié)閥提供了極大的方便。
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