石油化工控制阀

阀门反馈连杆
阀门定位器
阀门开度指示
带阀门定位器的好处
阀门定位器
• 阀门定位器用途 • 阀门定位器选用应视其所在调节系统的控制精度而定, 常用在下到
场合： • a) 阀前后差压较大时, 以克服不平衡力。 • b) 用在调节高压介质的场合, 以克服高压密封紧密而使阀杆磨擦
增大的阻力。 • c) 用在大尺寸的调节阀上。 • d) 当调节器与调节阀距离较远时, 以克服控制信号的传递滞后,
薄膜式执行机构：这种机构输出特性是比例式的，即输出位移和输入气压信 号成正比关系。当信号压力输入薄膜气室时，在薄膜上产生一个推力，使推杆移 动并压缩弹簧，当弹簧的反力与信号在薄膜上产生的力平衡时，推杆就稳定在一 个新的位置。信号压力越大，推杆位移量越大，推杆的位移就是执行机构的直线 位移，也称行程。
回流
LT
LC
外输泵
FIC
FT
外输
液位 +
给定值
-
+
LC
LV
泵的排量
液位
+
FV
FIC
LT
+
FT
-
流量给定值
执行器种类
１、执行器在自动控制系统中的作用 执行器在自动控制系统中的作用．就是接受调节器发出的控制信号．改变调
节参数，消除偏差，把被调参数控制在所要求的范围内，从而达到生产过程自动 化．因此，执行器是自动控制系统中一个极为重要而又不可缺少的组成部分。 2、调节阀按其动力源可分为三种：气动调节阀, 电动调节阀，液动调节阀。油田用 的调节阀多数采用气动调节阀。气动调节阀分薄膜式执行机构和活塞式执行机构 两种.
电动执行机构
1)、伺服放大器 伺服放大器采用380v交流电源，将调节器送来的和位置
反馈电路送来的两个4—20mA信号相比较，将偏差放大后 触发正或反转可控硅电路，输出足够功率的电流以驱动电机 转动。 2)、执行机构
执行机构中的低速同步电动机按照伺服放大器输出的驱 动电流发生相应的正反转。传动机构把电机转子的转动转换 成推杆的角行程，同时减速以增大力矩。传动机构还带有制 动轮和制动盘，以便在断电或无驱动电流时保持原行程。位 置反馈电路利用差动变压器把推杆的实际行程转化成4— 20mA电流，送入到伺服放大器中作比较用，以保证调节器 送来的电流信号成要求的关系。这种关系由位置反馈电路的 性质决定，一般是线性关系。
电动马达阀
执行器可进行手动操作和电动操作，且有阀位显示。手 动操作过程：压下手动/自动手柄，使其处于手动位置，旋 转手轮挂上离合器，此时松开手柄，手柄将回到初始的位置 ，手轮将保持啮合状态，旋转手轮，开启或关闭阀门，到执 行器由电动操作时，手轮将自动脱离，回到电机驱动状态。
加快阀门的动作速度。 • e) 要求控制质量和重要控制场合, 以提高调节的定位精度并保证
工作可靠。
气动活塞调节机构
活塞执行机构如下图所示。当通入活塞上、下气室的压力P1、P2不相等时，活塞就 会在压差作用下移动，带动推杆产生行程。这种执行机构的行程／压力关系是两位式的。 要得到线性关系须配装相应的阀门定位器。
气动调节阀结构图
从功能结构上看，执行器由执行机构 和调节机构两部分组成，见下图。执 行机构按调节器送来的操作信号产生 相应的直线行程或转角行程；调节机 构依靠这个行程来改变管道的阻力， 实现对流量的调节。下面分别讲述执 行机构和调节机构。
气动调节阀的结构图
气动薄膜执行机构
1、气动薄膜执行机构 气功薄膜执行机构分正作用和反作用两种形式，在下图中
与薄膜执行机构相比较，活塞执行机构的额定行程长(可达400mM)，输出力大。适合 与大口径、高压差调节机构配用。
气动活塞执行机构图
气动活塞式执行机构的输出特性有比例式和两位式两种。所胃比例式是指 输入信号压力与推秆位移成比例关系，这种执行机构必须带有阀门定位器 ，如图下图所示。两位式是根据输入执行机构活塞两侧的操作压力之差完 成的，活塞由高压侧推向低压侧，就使推杆由一个极端位置移动到另一个 极端位置。两位式执行机构的行程一般为25mm－100mm
气动调节阀可分为气开式和气关式两种： • 气关式：即当信号压力P>20kPa时, 阀门开始关闭; 也就是有气时关,无气时开。气开式：与
气关式相反, 即有气时开, 无气时关。 • 要实现气开和气关, 相应有两种办法： • 1、改变执行机构的正反作用 • 将信号压力从上面引入, 气压高时阀杆下移叫正作用。 反过来如果信号压力从下引入, 则为反
LC
干扰
给定值
+-
调节器
调节阀
测量变送器
对象
被调参数
自动控制理论
• 复杂调节系统
• 串级控制系统
• 串级控制系统是由其结构上的特征而得名的．它是由主、 副两个调节器串接工作的．主调节器的输出作为副调节器 的给定值，副调节器的输出去操纵调节阀，以实现对主变 量的定值控制．
• 串级控制系统举例
• 在原油外输中，一般都需要使用大功率的外输泵，而外输 泵对其出口的流量大小有一定的要求。因而既要满足分离 器的液位要求，又要保证泵流量一定，所以油田生产中一 般都采用控制泵回流的方法来保证泵的排量。其实物控制 图及逻辑框图如下图所示：
阀门定位器
阀门定位器是调节阀的主要辅助单元。它是利用反馈原理来改善调节阀的定位 精度, 提高灵敏度, 阀门定位器还可以有较大的输出功率, 克服阀杆摩擦力和介质不 平衡力等影响, 从而能使其阀位开度准确无误。
阀门定位器接收DCS输出的4-20 mA电信号或电/气转换器输出的气信号，产生 一个输出气信号，控制气动执行器，气动执行器动作后又将阀杆的位移情况反馈到 阀门定位器信号输入端，从而使定位器和执行器组成一个闭环回路，其主要作用是 ：消除执行器薄膜和弹簧的不稳定性及可动部分摩擦的影响，提高调节阀的精度和 可靠性，实现准确定位；增大执行器的输出功率，减少系统传递滞后，加快阀杆移 动；改变调节阀的流量特性。
活塞式执行机构：它的活塞随气缸两侧压差而移动，在气缸两侧输入一固定 信号和一变动信号，也可都输入变动信号。它输出特性有比例式和两位式两种。
调节阀是一个局部阻力可以改变的节流元件。由于阀芯在阀体内移动，改变 了阀芯与阀座之间的流通面积，即改变了阀的阻力系统，通过介质的流量也可相 应的改变，从而达到调节工艺参数的目的。
石油化工控制阀
自动控制理论
• 简单调节系统 • 一个简单调节系统由以下几部分构成：调节对象、测量元件、调节器和执行器几
部分组成。在油田生产中，由于控制精度要求较低、干扰较少，所以一般都采用
简单控制系统。下图是一个简单调节系统的实物图及控制逻辑方块图。在生产 中选择的被控参数为液位、流量、温度和压力。调节参数的选择都是根 据生产的需要来予以确定。
气动活塞执行机构
I/P转换器
阀门定位器
调节机构
过滤器
调节机构
我们使用的调节机构如节下图。通过法兰将它安装在工艺管道上 ，流体从左边进入，经过流道及阀芯阀座间隙，从右边流出。阀 芯通过阀杆与执行机构的推杆相连,推杆上下移动时阀芯也上下移 动，改变间隙的流通阻力，从而调节流体流量。
气动调节阀选型原则
气动薄膜执行机构
正作用式气动薄膜(有弹簧)执行机构
1－上膜盖；2－波纹膜片；3－下膜盖；4－推杆；5－支架；6－压缩弹簧 7－弹簧座；8－调节件；9－阀杆连接螺母；10－行程标尺
气动薄膜调节阀(直线行程)实物图
气动薄膜执行机构
仪表气源
No
电气转换器
Image 调节机构 阀门定位器ຫໍສະໝຸດ 气动薄膜调节阀(角行程)实物图
• 1．直行程阀芯
• (1)平板型阀芯 见图(a)，其结构简单，加工方便，具有快开特性，可作 两位调节用。
• (2)柱塞型阀芯 可分上、下双导向和单上导向两种。图(b)左边两种用于 双导向，特点是上、下可倒装，倒装后可使阀变正装为反装。图(b)右边 两种为单上导向，它们用于角形阀、高压阀和小口径直通单座阀。对小 流量调节阀，可采用球型、针形阀芯，见图(c)，或圆柱开槽型阀芯，见 图(d)。柱塞型阀芯的阀特性，常见的有直线特性和对数特性两种。 ‘
在控制图中FIC是正作用，两个调节阀都是气关阀，LC为反作用。当液体升高时， LC的输出减小，外输流量增加，从而引起泵的流量升高，FT的输出增大，FIC的输出增大， 回流阀关小，从而使泵的回流量下降；当液位减小时，LC的输出增大，外输流量减小，从而 引起泵的流量降低，FT的输出减小，FIC的输出同样减小，则回流量增大。这样就保证了液 位 和泵的排量在一定范围内波动。
作用。 • 2、改变阀芯的正反形式 • 前者有阀芯下移时将通道关小, 后者则相反。 • 在生产中, 选用气开还是气关, 主要从生产安全角度考虑，即当气源中断, 阀门信号为零时, 阀
门处于全开还是全关最为安全, 是气动调节阀的选型原则。
调节机构
阀芯形式
• 阀芯是调节阀最关健的部件。为了适应不同的要求，得到不同的阀特性 ，阀芯的形式多种多样，但一般分直线行程和角行程阀芯两大类。
自动/手动
气动薄膜执行机构
手动调压旋钮
电器转换器
阀门定位器
阀位指示
电/气转换器
电/气转换器用途
• I/P 电器转换器的功能是将自动控制PLC所发出的4~20 mA DC或10~50 mA DC 电信号，转换为相应的标准气压信号：3~15 PSI（20~100ＫPa）或6~30 PSI (40~200kPa)。通过I/P电器转换器.
• 电器转换器的基本原理
• I/P电器转换器是根据力矩平衡的原理工作的，其工作原理如下图所示。当标准的 电信号输入到转换器线圈，产生磁场，与外部的磁钢的永久磁场相互作用，产生 合力，形成以某一支点为支点的角位移。使与线圈铁芯固定连接的挡板与喷嘴的 距离变小或变大，相应的放大器的背压增大或减小。造成放大器输出气压的增加 或减小。同时，输出气压又反馈回波纹管，波纹管作用与铁芯挡板的另一端，形 成一个反馈作用力。这样，可以达到输入控制电信号与输出的气信号成线性比例 。
气动调节阀
气动调节阀结构和工作原理 如图所示, 气动调节阀由上部产 生推力的执行机构和位于下部调 节介质流量的调节机构两部分构 成。其结构如图所示，当调节器 发出的气压信号P增大时,作用在 膜片上的向下推力增大, 压缩弹 簧, 使阀杆下移, 直至与弹簧反作 用力重新达到平衡。这就是说,阀 杆下移的距离与输出信号的压力 成一定的比例关系。反之，当气 压信号P减小时，阀杆上移, 阀开 大。信号在20~100kPa范围内变 化时,阀门全程动作, 阀门从全开 到全关。
相对流量
相对开度
电动执行机构
电动执行机构接收调节器来的4—20mA电流信号，通过 电动机的正、反转产生推杆的直行程或角行程。因为输入电 流信号功率小，不可能驱动电机转动，所以要配备功率放大 器，构成一个以行程为被调参数的自动调节系统。这种执行 机构实际是一个整套系统，包括信号比较、功率放大、单相 低速同步电动机、减速传动机构和位置反馈电路等几部分组 成。前两部分集中在一块仪表中，称为伺服放大器，后三部 分集中在一起，一般被简称为执行机构，安装在现场。
阀前后压差一定时的流量特性称为理想流量特性或称固有流量特性。阀在调节 系统使用时的流量特性，称为阀的工作特性或安装特性。铭牌上阀的特性是理 想流量特性。调节阀的理想流量特性有快开、线性、抛物线和对数四种，见下 图。但抛物线流量特性与对数流量特性较为接近．前者可用后者来代替，而快 开特性又主要用于位式控制和顺序控制，因而所谓调节阀流量特性的选择．一 般为线性特性与等百分比特性(对数特性)的选择.
，操作信号从上端引入，当信号压力增大时，推杆向下移动， 这种结构的执行机构称为正作用。如果将操作信号从下端孔引 入，则压力增大时，推杆向上移动，这种结构称为反作用。 较 大口径的调节阀都采用正作用式执行机构。信号压力通过波纹 膜片的上方(正作用式)或下方(反作用式)进入气室，在波纹膜片 上产生一个作用力，使推杆移动并压缩或拉伸弹簧，当弹簧的 反作用力与膜片上的作用力相平衡时，推杆就稳定在一个新的 位置。信号压力越大，作用在波纹膜片的作用力越大，弹簧的 反作用力也越大，即推杆的位移越大。气动薄膜(有弹簧)执行机 构的行程规格有10、16、25、40、60、100mm等。薄膜的 有效面积有200、280、400、630、1000、l 600cm2六种规 格．有效面积越大．执行机构的推力和位移也越大、可按实际 需要进行选择。