十五年控制阀的技术发展

十五年转型之路以市场为导向的控制阀技术发展

李宝华

摘要：1998-2013年的十五年，我国制造业的高速发展，拉动了对工业自动化仪表和控制系统的需求。

生产过程控制需要大量控制阀及其预测性维护以实现过程强化、功能安全和能效管理。作为控制回路终端执行元件的控制阀（亦称调节阀）凸显重要，同时也是长期以来技术比较薄弱的短板。我国控制阀生产商经历十五年转型之路，从“以产品为导向”转到“以市场为导向”，追随流程工业不断增长的应用需求，引入先进制造技术，加大研发投入和技术创新，提高产品质量，为用户提供个性化总体解决方案，完善从设计选型定制到调试检维修的全过程技术服务。控制阀技术趋于在信息数字化、控制智能化、通信网络化、系统集成化技术支持下实现高可靠性、高性能和高适用性，并体现在标准化、模块化、网络化，高集成、高性能、高智能，低成本地全面满足用户需求。

关键词：十五年；转型；市场；控制阀；技术发展

一、引言

1998-2013年的十五年，我国制造业的高速发展，拉动了对工业自动化仪表和控制系统的需求。随着世界范围内工业生产技术不断进步，流程工业正朝着大型化、一体化、智能化和清洁化等方向发展，同时要求工业自动化仪表和控制系统从工厂生产操作、管理、维护的角度出发具有开放性、高可靠性、互操作性和易维护性。智能化的要求使工业企业加大对自动化控制设备的投入，生产过程控制需要大量控制阀及其预测性维护以实现过程强化、功能安全和能效管理。目前我国流程工业的大型项目（装置）的自动化先进程度已经处于世界领先水平，但苛刻工况应用的控制阀产品基本依赖进口，国产控制阀和执行机构及其附件与国际水平仍有较大差距。

二、基本现状

作为控制回路终端执行元件的控制阀（亦称调节阀）在流程工业过程控制中凸显重要，同时也是长期以来技术比较薄弱的短板。存在的问题主要表现在：控制阀的品种多，规格多，参数多，不便于选型、安装、维护、管理；控制阀的维持性能差、可靠性差、耐用性差，不适应过程控制要求；控制阀的技术研发缓慢，难以应对苛刻工况应用以及特种需求；控制阀的体积大、噪声大、耗能大，不符合环保和能源战略；国产控制阀及其执行机构性能和功能落后、智能化程度低、技术更新周期长，生产厂家新技术发展的积极性明显不如流程工业控制阀用户高；大型项目关键部位选用的产品仍以国外控制阀为主；高端产品受制于人，特种材料仍是瓶颈，核心技术还未掌握。

市场需求牵引，技术创新推动。控制阀制造业随流程工业过程控制的快速发展而发展，也使控制阀市场整体业务得以保持稳定和高速增长趋势，采购量大增的同时国际国内竞争加剧。我国控制阀生产商经历十五年转型之路，从“以产品为导向”转到“以市场为导向”，追随流程工业不断增长的应用需求，引入先进制造技术和装备，加大研发投入和技术创新，提高制造工艺和产品质量，为用户提供个性化总体解决方案，完善从设计选型定制到调试检维修的全过程技术服务。十五年来中国控制阀制造业的进步是明显的。

中国成为全球最为关注的市场，控制阀国际知名品牌大量进入中国，如EMERSON-Fisher、GE Enregy -Masoneilan、KOSO、SAMSON、abzil（Yamatake）、Flowserve、Tyco、Metso、IMI-CCI、ARCA，等等。这些国际跨国公司起初依据“二八理论”，主要占据前20%的高端市场，现在则以“长尾理论”侵入其余的80%市场，建立独资或合资工厂实施本土战略以及收购中国的中小企业专门生产适合中低端市场的产品。EMERSON-Fisher在天津武清建立控制阀研发中心和组装工厂，KOSO在无锡形成制造基地，SAMSON在北京亦庄设有生产中心，GE Enregy –Masoneilan在苏州建厂，等。这种竞争策略压缩了国内企业的市场空间和提出了严峻的挑战，这些国外品牌更带来了先进的控制阀技术和多样化的产品，以及技术比较、借鉴的机会。国内近300家控制阀生产商，大多数是仿制基型产品和简单加工，在可细分的控制阀中低端市场进行低价格无序竞争。相比之下，吴忠仪表、上仪七厂、重庆川仪、无锡智能、大连亨利、浙江三方、上海大通、苏州纽威、中核苏阀、重庆南坪、重庆华林、徐州阿卡、浙江派沃等厂商能够引进与创新、技术进步，在竞争中也有逐年向上的良好表现，技术层面实现部分突破，研发出高温深冷、高压差、多相流、颗粒冲刷和磨损等苛刻工况以及大口径的控制阀产品和大推力、大扭矩的执行机构，推出旨在控制阀预测性维护的数字解决方案。在新建的大型流程工业项目尤其石油石化和煤化工装置中应用国产控制阀的比例已有显著提升。在2012年10月投产的仪征化纤

新建聚酯装置上的全部控制阀都选用了国产的无锡智能控制阀，包括主流程中关键的带热夹套的熔体特种控制阀。中核苏阀、上仪七厂和浙江三方的控制阀产品成功进入三代核电AP1000。

三、技术发展

1. 国内控制阀制造技术发展

中国制造控制阀产品始于上世纪六十年代仿苏设计的ZMA□/ZMB□型的单座阀、双座阀，国家先后成立了上仪七厂、吴忠仪表、鞍山热工（现鞍山自控）、天仪四厂（现天津精通）、川仪11厂（现重庆川仪调节阀有限公司）等国有控制阀企业，形成一定生产能力；七十年代引进的大型石化化纤装置配套而来的美德日法等国的先进控制阀（如套筒阀、偏心旋转阀、蒸汽减温减压阀、高压阀）及其执行机构和阀门定位器等附件让国内控制阀制造厂开阔了眼界、明示了产品研发方向；八十年代和九十年代通过引进、合资等方式生产欧美日类型的控制阀，一度缩小了与国际水平的差距，如吴忠仪表及川仪11厂引进的CV3000系列、上仪七厂引进的21000和41005系列，吴忠仪表引进模块化的ECOTROL 08C系列（现已融入自有技术推出模块化的爱客超系列控制阀），无锡工装引进的501T等系列及V型球阀，天津精通引进隔膜阀。九十年代后，受国内工业项目推动，控制阀市场日益成熟和扩大，涌现出一批颇具知名度和竞争力的民营控制阀企业。进入21世纪，多数国内控制阀厂家都加大了制造加工机械设备和专用工装工具的投入，阀体材料和加工方面也有较大进步，某些部件已达到国际水准，但产品的重复简单仿制和研发滞后，以及缺乏复合型综合型人才和技术创新，使行业整体与国外差距又在拉大，尤其是几乎没有国内首创的控制阀新产品、新技术，在智能型控制阀和预测性维护及信息可互操作的技术方面落后更多。

2.控制阀先进制造技术

控制阀制造涉及产品设计、材料选择、生产计划、生产过程、质量保证、市场营销和技术服务的一系列工作。全球的控制阀历史可追溯到1880年，相当长时间内的制造技术和装备器具还很落后，蹒跚在机械加工与装配过程的狭义制造中。近年来，随着工业技术大环境改变，先进制造技术急切进入控制阀制造领域。国际知名品牌生产厂商都在运用先进制造工艺，大量更新设备投用生产执行系统和数控机床实现加工自动化，采用压铸、全模等高效精密成型技术、高精度磨床的高效高精度加工工艺、表面改性和涂层的特种加工及材料改性技术，生产出精致、精良、可用、可靠的高质量产品：从微小流量控制阀到超大通径控制阀；从传统单座阀型到偏心旋转阀型、V型球阀、滑板罚、轴流阀；从防喘振、抗空化气蚀、耐磨蚀控制阀到高温高压特种控制阀、专用控制阀；从大推力的气动执行机构到快速响应的电动执行机构；从保证过程安全的控制阀紧密关闭到保证环境的超低泄漏等等。控制阀与流程工业过程控制的发展同步进行，品种增加、功能扩展、不同工况应用、各种解决方案，形成全过程、大范围、高参数，基本满足了工业生产的控制要求和控制阀市场需求。

在先进设计技术方面，计算机辅助数字化设计和快速设计技术改变了控制阀设计落后的局面。模块化设计及产品已在EMERSON-Fisher（GX型）、SAMSON（240/250/290系列）、ARCA（ECOTROL 08C系列）等领军厂商推出多年。这些模块化设计的控制阀面对产品整体，体现于产品系统的标准化、组合化，结构合理、部件优化。以控制阀两大组成部分（执行机构和阀）及附件为出发点，进行功能分析，划分出功能模块，并使有限多的模块实现功能最优化、通用化。

控制阀绿色制造（GM）也初步展开，面向环境的设计制造，具体通过新设计新阀内件减少控制阀噪声、采用金属波纹管或膜片密封实现阀杆环径零泄漏或设计特殊结构填料满足环保要求，并从设计、制造、使用到报废产品自身全生命周期不产生环境污染或环境污染最小化进行绿色考虑，提高能效，降低能耗，减少危害。

3.控制阀标准国际化

标准化作为发展产业的支撑条件，对推动控制阀技术水平的普遍提高起过重要作用。标准用来衡量产品质量、实现不同厂商间协调和信息交换，在确定技术体制、促进技术融合、加强科学管理、提高产品质量等方面发挥重要作用，并日趋国际化。

国际上的控制阀标准化工作由IEC组织第65技术委员会（缩写TC65）下属的SC65B小组“系统的元件”中的第9工作组（WG9）负责，任务是为工业过程控制用的各种控制阀阀体组件、执行机构和定位器制订基本要求、端面距和相关尺寸、额定压力、泄漏和其他性能要求、尺寸计算方法和评定方法方面的标准。IEC的工业过程控制阀系列标准的序号为IEC 60534，该族现行标准已有9个部分17个标准，其中第九部分是适应控制阀制造的最新发展，专用于多级降压、级间压力恢复的多级阀芯类型的噪声预估；2010年以后IEC更新了2-1流量计算、8-2和8-3实验室测量噪声标准和撤销了2-5多级阀流量计算。国际上的控制阀生产商都已接受上述IEC标准，在设计、制造、计算中采用的是基本统一的流量公式、阻塞流公式以及噪声预估方法，控制阀公称通径、公称压力、泄漏等级、端间距等都已按IEC标准执行，阀门定位器等附件与控制阀的连接基本上符合标准可实现通用性互换性。模拟型和智能型阀门定位器分别有IEC 61514和IEC 61514-2标准。