化工儀表及自動化論文

控制閥在水處理中的發(fā)展方向

系別、班級：鹽湖系

班級：化學工程與工藝（3）班指導老師：

姓名：馬曉紅（0922305026）日期：201*年10月12日

控制閥在水處理中的發(fā)展方向

（青海大學化工學院鹽湖系09化工（3）班馬曉紅郵編810016）

摘要：控制閥又稱調節(jié)閥，是工業(yè)過程控制中的主要執(zhí)行單元儀表，通過接受調節(jié)控制單元閥是自控系統(tǒng)中的執(zhí)行器，它的應用質量直接反應在系統(tǒng)的調節(jié)品質上。作為過程控制中的終端元件，人們對它的重要性較過去有了更新的認識。調節(jié)閥應用的好壞，除產(chǎn)品自身質量、用戶是否正確安裝、使用、維護外，正確地計算、選型十分重要。關鍵字：控制閥，水處理，流量，發(fā)展。1、控制閥在水處理中的發(fā)展方向的目的和意義

控制閥廣泛應用于制造業(yè)領域，實現(xiàn)優(yōu)化生產(chǎn)和降低成本的目的。長遠來看，控制閥市場會保持適度的增長。水處理中一般采用流量控制閥，流量控制閥是一種采用高精度先導方式控制流量的多功能閥門。適用于配水管需控制流量和壓力的管路中，保持預定流量不變，將過大流量限制在一個預定值，并將上游高壓適當減低，即使主閥上游的壓力發(fā)生變化，也不會影響主閥下游的流量。在現(xiàn)代化工廠的自動控制中，控制閥起著十分重要的作用，這些工廠的生產(chǎn)取決于流動著的液體和氣體的正確分配和控制。這些控制無論是能量的交換、壓力的降低或者是簡單的容器加料，都需要某些最終控制元件去完成。最終控制元件可以認為是自動控制的“體力”。在調節(jié)器的低能量級和執(zhí)行流動流體控制所需的高能級功能之間，最終控制元件完成了必要的功率放大作用，控制閥是最終控制元件的最廣泛使用的型式。

2、控制閥在水處理中的發(fā)展方向在國內外的現(xiàn)狀從控制閥應用看，發(fā)展方向如下：

（1）小型執(zhí)行機構：可降低成本，提高流通能力．

（2）套筒導向：采用套筒導向，有利于對中，有利于降低摩擦，有利于降噪，有利于流量特性的互換

（3）平衡式閥芯：為降低執(zhí)行機構推力或推力矩，采用平衡式閥芯是重要的，它對系統(tǒng)的動態(tài)性能也有改善

（4）一體化閥芯和閥座：為克服雙座閥密封性差的缺點，采用相同材質的一體化閥芯和閥座組成閥內件，將泄漏量和不平衡力同時減到最�。�

（5）簡單流路：流路簡單，流阻減小，不僅可使閥兩端壓損下降，而且可降低成本。

（6）密封和摩擦：密封性能和摩擦性能是矛盾的兩方面，控制閥設計中不僅要解決密封問題，對摩擦和壽命等性能指標也必須重視因此，近年來，填料函和填料結構的研究得到重視，旋轉型控制閥得到較廣泛應用

（7）降低噪聲：采用多種方式降低控制閥噪聲，例如，采用降噪套筒和閥芯，采用多級閥芯，采用降噪限流板，采用擴展器等

（8）采用與管道同直徑的控制閥和限制流通能力的閥內件:利于降低閥入口壓力和出口流體流速，不需安裝異徑管等附加管件，有利于降低成本，通過更換流通能力大的閥內件，可擴展流通能力，通過選用限制流通能力閥內件可糾正計算口徑過大的錯誤

（9）在數(shù)字化信息化時代，將較多采用智能閥門定位器或通過數(shù)字控制器等實現(xiàn)非線性規(guī)律，補償被控對象非線性，將較少選用控制閥流量特性來補償被控對象非線性

（10）閥內件的材料隨溫度變化，因此，應考慮不同溫度下熱膨脹造成的影響，也要考慮在高溫下耐壓等級的變化等，應考慮材料的耐腐蝕性、抗疲勞性等性能。2.1當前中國控制閥市場的概況

從廠商來看，國內外廠商競爭格局基本保持穩(wěn)定，仍然穩(wěn)居市場首位，本土廠商與國外優(yōu)勢品牌相比，仍然較弱，排名和業(yè)績規(guī)模上未實現(xiàn)重大突破。雖然市場整體增長，但是廠商201*年業(yè)績表現(xiàn)不均衡，少數(shù)廠商積極的搶占市場份額，多數(shù)廠商業(yè)績受市場或產(chǎn)能的困擾保持201*年的水平。

從戰(zhàn)略發(fā)展來看，國外廠商通常專注于這幾個方面：實現(xiàn)本地化，完善營銷服務體系，整合營銷渠道，將中國公司打造成亞太區(qū)生產(chǎn)和技術服務的中心。國內廠商偏重于提高產(chǎn)能，走國產(chǎn)化道路，尋求產(chǎn)品和技術上的突破，力爭企業(yè)快速發(fā)展。雖然當前控制閥行業(yè)整體增長放緩，但是出于對未來市場的看好，廠商實際上都在暗自積蓄力量，以便在未來行業(yè)快速發(fā)展時能夠搶奪更多的市場份額2.2當前發(fā)展的不利因素

國際經(jīng)濟形勢錯綜復雜，標普下調美國主權債務評級，包括中國在內的各資本市場近期大幅下挫，國內通脹和宏觀調控壓力進一步加大，實體經(jīng)濟有減速的跡象，控制閥應用于工業(yè)領域，市場狀況受國家宏觀經(jīng)濟狀況影響較大，隨著實體經(jīng)濟增速減緩，控制閥行業(yè)的市場需求和投資都承受一定的壓力。

3、控制閥在水處理中的發(fā)展方向采用的路線和原理

3.1原理：控制閥用于調節(jié)介質的流量、壓力和液位。根據(jù)調節(jié)部位信號，自動控制閥門的開度，從而達到介質流量、壓力和液位的調節(jié)。調節(jié)閥分電動調節(jié)閥、氣動調節(jié)閥和液動調節(jié)閥等。

3.2控制閥的發(fā)展方向主要為智能化、標準化、精小化、旋轉化和安全化。（1）智能化和標準化：

控制閥的智能化和標準化已經(jīng)提到議事日程。智能化主要采用智能閥門定位器。智能化化表現(xiàn)在下列方面。

①控制閥的自診斷，運行狀態(tài)的遠程通信等智能功能，使控制閥的管理方便，故障診斷變得容易，也降低了對維護人員的技能要求。

②減少產(chǎn)品類型，簡化生產(chǎn)流程。采用智能閥門定位器不僅可方便地改變控制閥的流量特性，也可提高控制系統(tǒng)的控制品質。因此，對控制閥流量特性的要求可簡化及標準化(例如，僅生產(chǎn)線性特性控制閥)o用智能化功能模塊實現(xiàn)與被控對象特性的匹配，使控制閥產(chǎn)品的類型和品種大大減少，使控制閥的制造過程得到簡化，并在生產(chǎn)和市場中經(jīng)受考驗和認可。

③數(shù)字通信。數(shù)字通信將在控制閥中獲得廣泛應用，以HART通信協(xié)議為基礎，一些控制閥的閥門定位器將輸入信號和閥位信號在同一傳輸線實現(xiàn)；以現(xiàn)場總線技術為基礎，控制閥與閥門定位器、PID控制功能模塊結合，使控制功能在現(xiàn)場級實現(xiàn)，使危險分散，使控制更及時、更迅速。

④智能閥門定位器。智能閥門定位器具有閥門定位器的所有功能，同時能夠改善控制閥的動態(tài)和靜態(tài)特性，提高控制閥的控制精度，因此，智能閥門定位器將在今后一段時間內成為重要的控制閥輔助設備被廣泛應用。（2）精小化

為降低控制閥的重量，便于運輸、安裝和維護，控制閥的精小化采用了下列措施。①采用精小型執(zhí)行機構。采用輕質材料，采用多組彈簧替代一組彈簧，降低執(zhí)行機構高度，通常，精小型氣動薄膜執(zhí)行機構組成的控制閥比同類型氣動薄膜執(zhí)行機構組成的控制閥高度要降低約30％，重量降低約30％，而流通能力可提高約30％。

②改變流路結構。例如，將閥芯的移動改變?yōu)殚y座的移動，將直線位移改變?yōu)榻俏灰频�，使控制閥體積縮小，重量減輕。

③采用電動執(zhí)行機構。不僅可減少采用氣動執(zhí)行機構所需的氣源裝置和輔助設備，也可減少執(zhí)行機構的重量。例如，F(xiàn)isher公司的9000系列電動執(zhí)行機構，其20型的高度小于330mm，使整個控制閥(帶數(shù)字控制器和執(zhí)行機構)質量降低到20～32kg。（3）旋轉化：

由于旋轉類控制閥，例如球閥等，有相對體積較小、流路阻力較小、可調比較大、密封性較好、防堵性能較好、流通能力較大等優(yōu)點，因此，在控制閥新品種中，旋轉閥的比重增大。特別是大口徑管道中，普遍采用球閥、蝶閥等類型控制閥，從國外近年的產(chǎn)品看，旋轉閥應用的比例正逐年增長。（4）安全化：

儀表控制系統(tǒng)的安全性已經(jīng)得到各方面的重視，安全儀表系統(tǒng)(SIS)對控制閥的要求也越來越高，表現(xiàn)在以下幾方面。

①對控制閥故障信息診斷和處理要求提高，不僅要對控制閥進行故障發(fā)生后的被動性維護，而且要進行故障發(fā)生前的預防性維護和預見性維護。因此，對組成控制閥的有關組件進行統(tǒng)計和分析，及時提出維護建議等變得更重要。

②對用于緊急停車系統(tǒng)或安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的控制閥，提出及時、可靠、安全動作的要求。確保這些控制閥能夠反應靈敏、準確。

③對用于危險場所的控制閥，應簡化認證程序。例如，對本安應用的現(xiàn)場總線儀表，可簡化為采用FISCO現(xiàn)場總線本質安全概念，使對本安產(chǎn)品的認證過程簡化。

④與其他現(xiàn)場儀表的安全性類似，對控制閥的安全性，可采用隔爆技術＼防火技術、增安技術、本安技術、無火花技術等；對現(xiàn)場總線儀表，還可采用實體概念、本安概念、FISCO概念和非易燃(FINCO)概念等。（5）節(jié)能：

降低能源消耗，提高能源利用率是控制閥的一個發(fā)展方向。主要有下列幾個發(fā)展方向。①采用低壓降比的控制閥。使控制閥在整個系統(tǒng)壓降中占的比例減少，從而降低能耗，因此，設計低壓降比的控制閥是發(fā)展方向之一；另一個發(fā)展方向是采用低阻抗控制閥，例如采用蝶閥、偏心旋轉閥等。

②采用自力式控制閥。例如，直接采用閥后介質的壓力組成自力式控制系統(tǒng)，用被控介質的能量實現(xiàn)閥后壓力控制。③采用電動執(zhí)行機構的控制閥。氣動執(zhí)行機構在整個控制閥運行過程中都需要有一定的氣壓，雖然可采用消耗量小的放大器等，但日積月累，耗氣量仍是巨大的。采用電動執(zhí)行機構，在改變控制閥開度時，需要供電，在達到所需開度時就可不再供電，因此，從節(jié)能看，電動執(zhí)行機構比氣動執(zhí)行機構有明顯節(jié)能優(yōu)點。

④采用壓電控制閥。在智能電氣閥門定位器中采用壓電控制閥，只有當輸出信號增加時才耗用氣源。

⑤采用帶平衡結構的閥芯，降低執(zhí)行機構推力或推力矩，縮小膜頭氣室，降低能源需要。⑥采用變頻調速技術代替控制閥。對高壓降比的應用場合，如果能量消耗很大，可采用變頻調速技術，采用變頻器改變有關運轉設備的轉速，降低能源消耗。（6）保護環(huán)境：

環(huán)境污染已經(jīng)成為公害，控制閥對環(huán)境的污染主要有控制閥噪聲和控制閥的泄漏。其中，控制閥噪聲對環(huán)境的污染更是十分嚴重。

①降低控制閥噪聲。研制各種降低控制閥噪聲的方法，包括從控制閥流路設計到控制閥閥內件的設計，從噪聲源的分析到降低噪聲的措施等。主要有設計降噪控制閥和降噪控制閥閥內件；合理分配壓降，使用外部降噪措施，例如，增加隔離、采用消聲器等。②降低控制閥的大氣污染�？刂崎y的大氣污染指控制閥的“跑”、“冒”、“滴”、“漏”，這些泄漏物不僅造成物料或產(chǎn)品的浪費，而且對大氣環(huán)境造成污染，有時，還會造成人員的傷亡或設備爆炸等事故。因此，研制控制閥填料結構和填料類型、研制控制閥的密封等將是控制閥今后一個重要的研究課題。計算機科學、控制理論和自動化儀表等高新科學技術的發(fā)展推動了控制閥的發(fā)展，例如，現(xiàn)場總線控制閥和智能閥門定位器的研制、數(shù)字通信在控制閥的實現(xiàn)等�？刂崎y的發(fā)展也推動了其他科學技術的發(fā)展，例如，對防腐蝕材料的研究、對削弱和降低噪聲方法的研究、對流體動力學的研究等。隨著現(xiàn)場總線技術的發(fā)展，控制閥也將開放、智能和更可靠，它將與度更高，控制的效果更明顯，并為我國現(xiàn)代化建設發(fā)揮更重要的作用其他工業(yè)自動化儀表和計算機控制裝置一起，使工業(yè)生產(chǎn)過程控制的功能更完善，控制的精。4、控制閥在水處理中的發(fā)展方向的重點和難點

4.1重點：控制閥在水處理中的主要重點在于流量的控制，如：一改常規(guī)節(jié)流閥使用孔板或純機械的減小流域面積的原理，利用相關導閥，最大限度地減小能量在節(jié)流過程中的損失；控制靈敏度高，安全可靠，調試簡便，延長使用壽命。

4.2難點：一般來說，改變控制閥閥芯與閥座間的流通截面積，便可控制流量。但實際上還有許多因素影響，例如在調節(jié)面積改變的同時還發(fā)生閥前后壓差的變化，而這又將引起流量的變化。因此控制閥在水處理中的發(fā)展方向的難點就在于如何有效的優(yōu)化控制閥的開度從而控制流量，實現(xiàn)優(yōu)化生產(chǎn)和降低成本的目的，怎樣能夠更好的鎖定流經(jīng)閥門的水量，而不是針對阻力的平衡，解決系統(tǒng)的動態(tài)失調問題。5、設計時間

第五周：確定論文題目，以及了解相關的資料。

第六周、第七周、第八周：查找資料，并進行整理和分類。第十周：做論文。6、結束語

盡管控制閥得到廣泛的使用，調節(jié)系統(tǒng)中的其它單元大概都沒有像它那樣少的維護工作量。在許多系統(tǒng)中，控制閥經(jīng)受的工作條件如溫度、壓力、腐蝕和污染都要比其它部件更為嚴重，然而，當它控制工藝流體的流動時，它必須令人滿意地運行及最少的維修量�？刂崎y既有靜態(tài)特性，又有動態(tài)特性，因而它影響整個控制回路成敗。靜態(tài)特性或增益項是閥的流量特性，它取決于閥門的尺寸、閥芯和閥座的組合結構、執(zhí)行機構的類型、閥門定位器、閥前和閥后的壓力以及流體的性質。控制閥由電動執(zhí)行機構或氣動執(zhí)行機構和調節(jié)閥兩部分組成�？刂崎y通常分為直通單座式調節(jié)閥和直通雙座式調節(jié)閥兩種，后者具有流通能力大、不平衡辦小和操作穩(wěn)定的特點，所以通常特別適用于大流量、高壓降和泄漏少的場合。7、參考文獻8、英文翻譯

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化工生產(chǎn)控制自動化儀表探究

摘要：自動化控制是一門綜合性的技術學科，綜合利用自動控制器儀表學科，以及計算機學科的理論服務于化學工程學科更是大家所研究的目標，從化工生產(chǎn)出發(fā)，對自動化儀表作一些探索。關鍵詞：化工儀表化工自動化一、引言

化工生產(chǎn)過程自動化，就是在化工設備上，配置一些自動化裝置，代替操作人員的部分直接勞動，使生產(chǎn)在不同程度上自動地進行。這種用自動化裝置來管理化工生產(chǎn)過程的方式，就稱為化工生產(chǎn)過程的自動化，簡稱化工自動化。

化學工業(yè)是創(chuàng)造價值經(jīng)濟的重要組成部分，它直接影響國計民生還國民經(jīng)濟的其他部門密切相關�；�工生產(chǎn)過程，往往是在密閉的容器和設備中，在對于工作人員不利的情況下連續(xù)進行的。此外，不少介質還具直接傷害人體的化學性質。因此，為了響應“以人為本”的號召，使化工生產(chǎn)正常地、高效地進行，就必須把各項工藝參數(shù)維持在某一最佳范圍之內，并盡量使生產(chǎn)過程自動化，而這些數(shù)據(jù)的控制和維持，最直觀的就是化工生產(chǎn)自動化儀表的部分。二、化工儀表概述及分類

自動化儀表分類方法很多，根據(jù)不同原則可以進行相應的分類。例如按儀表所使用的能源分類，可以分為氣動儀表、電動儀表和液動儀表（很少見）；按儀表組合形式，可以分為基地式儀表、單元組合儀表和綜合控制裝置；按儀表安裝形式，可以分為現(xiàn)場儀表、

盤裝儀表和架裝儀表；隨著微處理機的蓬勃發(fā)展，根據(jù)儀表有否引入微處理機（器）又可分為自動化儀表與非自動化儀表。根據(jù)儀表信號的形式可分為模擬儀表和數(shù)字儀表等等。儀表覆蓋面比較廣，任何一種分類方法均不能將所有儀表分門別類地劃分得井井有序，它們中間互有滲透，彼此溝通。例如變送器具有多種功能，溫度變送器可以劃歸溫度檢測儀表，差壓變送器可以劃歸流量檢測儀表，壓力變送器可以劃歸壓檢測儀表，若用兀壓法測液位可以劃歸物位檢測儀表，很難確切劃歸哪一類，中外單元組合儀表中的計算和輔助單元也很難歸并。

三、化工儀器儀表的發(fā)展趨勢

化工儀表及自動化，最早出現(xiàn)在四十年代，那時的儀表體積大，精度低。六十年后半期，隨著半導體和集成電路的進一步發(fā)展，自動化儀表便向著小體積、高性能的方向迅速發(fā)展并實現(xiàn)了用計算機作數(shù)據(jù)處理的各種自動化方案。七十年代以來，儀表和自動化技術又有了迅猛的發(fā)展。新技術、新產(chǎn)品層出不窮，多功能組裝式儀表也投入運行，特別是微型計算機的發(fā)展在化工自動化技術工具中發(fā)揮了巨大作用。1975年出現(xiàn)了以微處理器為基礎的過程控制儀表集中分散型控制系統(tǒng)，把自動化技術推到了一個更高的水平。電子技術、計算機技術的發(fā)展，也促進了常規(guī)儀表的發(fā)展，新型的數(shù)字儀表，自動化化儀表，程序控制器，調節(jié)器等也不斷投入使用�，F(xiàn)在我國大、中、小型企業(yè)以及廣大鄉(xiāng)、鎮(zhèn)企業(yè)依據(jù)不同的生產(chǎn)實際和需求，氣動儀表、電動儀表、模擬儀表、數(shù)字儀表以及各種自動化

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