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1、化工仪表及自动化化工仪表及自动化 第一节：化工自动化仪表的发展第一节：化工自动化仪表的发展n化工仪表及自动化化工仪表及自动化,最早出现在四十年代最早出现在四十年代,那时的仪表体积大那时的仪表体积大,精度低。精度低。n六十年后半期六十年后半期,随着半导体和集成电路的进一步发展随着半导体和集成电路的进一步发展,自动化自动化仪表便向着小体积、高性能的方向迅速发展，并实现了用计仪表便向着小体积、高性能的方向迅速发展，并实现了用计算机作数据处理的各种自动化方案。算机作数据处理的各种自动化方案。n七十年代以来七十年代以来,仪表和自动化技术又有了迅猛的发展仪表和自动化技术又有了迅猛的发展,新技术、新技术、新
2、产品层出不穷新产品层出不穷,多功能组装式仪表也投入运行多功能组装式仪表也投入运行,特别是微型特别是微型计算机的发展，在化工自动化技术工具中发挥了巨大作用。计算机的发展，在化工自动化技术工具中发挥了巨大作用。n1975年出现了以微处理器为基础的过程控制仪表：集中分年出现了以微处理器为基础的过程控制仪表：集中分散型控制系统散型控制系统,把自动化技术推到了一个更高的水平。电子把自动化技术推到了一个更高的水平。电子技术、计算机技术的发展技术、计算机技术的发展,也促进了常规仪表的发展也促进了常规仪表的发展,新型的新型的数字仪表数字仪表,自动化仪表自动化仪表,程序控制器程序控制器,调节器等也不断投入使调节
3、器等也不断投入使用。用。化工自动化控制仪表优势功能化工自动化控制仪表优势功能 化工自动化控制仪表，主要特点是采用先进的化工自动化控制仪表，主要特点是采用先进的微电脑芯片及技术微电脑芯片及技术,减小了体积减小了体积,并提高了可靠性及并提高了可靠性及抗干扰性能。实现真正的以逸待劳的目的。抗干扰性能。实现真正的以逸待劳的目的。调节阀调节阀概述：调节阀是自控系统中的终端现场调概述：调节阀是自控系统中的终端现场调节仪表。它安装在工艺管道上，调节被调节仪表。它安装在工艺管道上，调节被调介质的流量，按设定要求控制工艺参数。介质的流量，按设定要求控制工艺参数。调节阀直接接触高温高压调节阀直接接触高温高压,深冷
4、，强腐蚀，深冷，强腐蚀，高粘度，易结焦结晶，有毒等工艺流体介高粘度，易结焦结晶，有毒等工艺流体介质，因而是最容易被腐蚀，冲蚀，气蚀，质，因而是最容易被腐蚀，冲蚀，气蚀，老化，损坏的仪表。因此，在自控系统设老化，损坏的仪表。因此，在自控系统设计时正确选用之后，必须充分重视调节阀计时正确选用之后，必须充分重视调节阀的现场安装，运行维护和检修工作。的现场安装，运行维护和检修工作。调节阀的组成及分类调节阀的组成及分类n调节阀又称控制阀，它是过程控制系统中用动调节阀又称控制阀，它是过程控制系统中用动力操作去改变流体流量的装置。调节阀由执行力操作去改变流体流量的装置。调节阀由执行机构和阀组成，执行机构起推
5、动作用，而阀起机构和阀组成，执行机构起推动作用，而阀起调节流量的作用。调节流量的作用。n调节阀的产品类型很多，按其能源方式不同主调节阀的产品类型很多，按其能源方式不同主要分为气动调节阀、电动调节阀、液动调节阀、要分为气动调节阀、电动调节阀、液动调节阀、智能调节阀四大类，我厂现在使用的基本上是智能调节阀四大类，我厂现在使用的基本上是气动调节阀，即以压缩空气为动力源的调节阀。气动调节阀，即以压缩空气为动力源的调节阀。在此仅介绍气动调节阀的组成与分类。在此仅介绍气动调节阀的组成与分类。n按调节型式：调节型、切断型、调节切断型三按调节型式：调节型、切断型、调节切断型三种种n按移动型式：直行程和角行程两
6、种按移动型式：直行程和角行程两种n按流量特性：直线、等百分比、抛物线、快开按流量特性：直线、等百分比、抛物线、快开四种四种n按上阀盖型式：普通型、散热型、长颈型、波按上阀盖型式：普通型、散热型、长颈型、波纹管密封型四种纹管密封型四种n按阀芯形状：平板形、柱塞形、窗口形、套筒按阀芯形状：平板形、柱塞形、窗口形、套筒形、多级形、偏旋形、蝶形、球形等形、多级形、偏旋形、蝶形、球形等阀门定位器阀门定位器 阀门定位器是调节阀的主要附件，它与气动调节阀配套阀门定位器是调节阀的主要附件，它与气动调节阀配套使用，接受调节器，气动仪表或电气转换器的输出信号，后使用，接受调节器，气动仪表或电气转换器的输出信号，后
7、输出气信号去控制气动调节阀，当调节阀动作后，阀的阀位输出气信号去控制气动调节阀，当调节阀动作后，阀的阀位又通过机械装置反馈到阀门定位器，从而使阀门的位置能够又通过机械装置反馈到阀门定位器，从而使阀门的位置能够按照调节器输出的控制信号进行正确定位。按照调节器输出的控制信号进行正确定位。分类分类 阀门定位器的产品按结构形式和工作原理可分成电气阀阀门定位器的产品按结构形式和工作原理可分成电气阀门位器，气动阀门定位器和智能阀门定位器。电气阀门定位门位器，气动阀门定位器和智能阀门定位器。电气阀门定位器能够起到电气转换器和气动阀门定位器的两种作用器能够起到电气转换器和气动阀门定位器的两种作用。作用作用阀门
8、定位器能够增大调节阀的输出功率，减阀门定位器能够增大调节阀的输出功率，减少调节信号的传递滞后，加快阀杆的移动速少调节信号的传递滞后，加快阀杆的移动速度，能够提高阀门的线性度，克服阀杆的摩度，能够提高阀门的线性度，克服阀杆的摩擦力并消除不平衡力的影响，从而保证调节擦力并消除不平衡力的影响，从而保证调节阀的正确定位。阀的正确定位。特点特点 通用型阀门定位器可用于弹簧复位型执行通用型阀门定位器可用于弹簧复位型执行器及双动作型执行器，反馈方式通常有直行器及双动作型执行器，反馈方式通常有直行程和角行程之分，一般均能实现正、反作用程和角行程之分，一般均能实现正、反作用的任意选择。反馈特性有线性、等百分比等
9、的任意选择。反馈特性有线性、等百分比等特性选择。特性选择。智能型电气阀门定位器性能稳定、调校方智能型电气阀门定位器性能稳定、调校方便，有自动校准功能和便，有自动校准功能和HART协议通讯功能协议通讯功能，能实现与，能实现与DCS、现场总线控制系统直接通、现场总线控制系统直接通讯，控制更精确，稳定，维修简单。讯，控制更精确，稳定，维修简单。电气、气动阀门定位器常见故障与处理电气、气动阀门定位器常见故障与处理1、气源压力波动：原因是减压阀或气源管内有杂物，处理、气源压力波动：原因是减压阀或气源管内有杂物，处理方法是清除气源管的杂物或更换减压阀。方法是清除气源管的杂物或更换减压阀。2、有输入信号时输
10、出信号小或没有输出：原因是定位器内、有输入信号时输出信号小或没有输出：原因是定位器内的放大器、信号线接反或接触不良，处理方法是检修放大的放大器、信号线接反或接触不良，处理方法是检修放大器或检查信号线。器或检查信号线。3、输出不稳定：原因是放大器管路有杂物、调节阀阀杆摩、输出不稳定：原因是放大器管路有杂物、调节阀阀杆摩擦力过大，处理方法是清除杂物或消除摩擦。擦力过大，处理方法是清除杂物或消除摩擦。4、线性度不好：原因可能是调节阀本身线性差，处理方法、线性度不好：原因可能是调节阀本身线性差，处理方法是重新调整阀门线性。是重新调整阀门线性。气动执行机构气动执行机构n执行机构是将控制信号转换成相应的动
11、作来控制阀执行机构是将控制信号转换成相应的动作来控制阀内截流件的位置或其它调节机构的装置。它按信号内截流件的位置或其它调节机构的装置。它按信号压力的大小产生相应的推力，使推杆产生相应的位压力的大小产生相应的推力，使推杆产生相应的位移，而带动调节阀芯动作，达到调节的目的。移，而带动调节阀芯动作，达到调节的目的。n气动薄膜执行机构气动薄膜执行机构 它是最常用的机构，其结构简单、动作可靠、维修它是最常用的机构，其结构简单、动作可靠、维修方便、价格低廉。气动薄膜执行机构分正作用和反方便、价格低廉。气动薄膜执行机构分正作用和反作用两种型式，国产型号为作用两种型式，国产型号为ZMA（正作用）和（正作用）和
12、ZMB（反作用）。信号压力一般是（反作用）。信号压力一般是20100kPa，膜片使用信号压力不应大于膜片使用信号压力不应大于250kPa，气源压力的，气源压力的最大值为最大值为500kPa。信号压力增加时推杆向下动作。信号压力增加时推杆向下动作的叫正作用执行机构；信号压力增加时推杆向上动的叫正作用执行机构；信号压力增加时推杆向上动作的叫反作用执行机构。其均由上、下膜盖、波纹作的叫反作用执行机构。其均由上、下膜盖、波纹薄膜片、推杆、托盘、支架、压缩弹簧、弹簧座、薄膜片、推杆、托盘、支架、压缩弹簧、弹簧座、调节件、标尺等组成。在正作用执行机构上加一个调节件、标尺等组成。在正作用执行机构上加一个装有
13、装有O形密封圈的填块，只要更换个别零件，即可形密封圈的填块，只要更换个别零件，即可变为反作用执行机构。变为反作用执行机构。n气动活塞式执行机构气动活塞式执行机构 气动活塞式执行机构主要是由气缸、活塞、气缸盖、气动活塞式执行机构主要是由气缸、活塞、气缸盖、密封圈、支架、推杆、调节件、限位螺栓、标尺等密封圈、支架、推杆、调节件、限位螺栓、标尺等组成。它有带弹簧和不带弹簧两种结构形式。其气组成。它有带弹簧和不带弹簧两种结构形式。其气缸允许操作压力可达缸允许操作压力可达700kPa，故输出力大，适用，故输出力大，适用于高压差、高静压及紧急切断等场合。按输出特性于高压差、高静压及紧急切断等场合。按输出特
14、性它分比例式和两位式两种。所谓比例式是指输入信它分比例式和两位式两种。所谓比例式是指输入信号压力与推杆的行程成比例关系，这时它必须带阀号压力与推杆的行程成比例关系，这时它必须带阀门定位器。两位式是根据输入执行机构活塞两侧的门定位器。两位式是根据输入执行机构活塞两侧的操作压力差来完成的。活塞由高压侧推向低压侧，操作压力差来完成的。活塞由高压侧推向低压侧，就使推杆由一个极端位置移到另一个极端位置，故就使推杆由一个极端位置移到另一个极端位置，故其只控制阀的开关动作（二位式一般为无弹簧结构）其只控制阀的开关动作（二位式一般为无弹簧结构）。活塞执行机构的行程一般为。活塞执行机构的行程一般为10100mm
15、或或090 阀阀n阀是调节阀的调节部分，它直接与介质接触，由执阀是调节阀的调节部分，它直接与介质接触，由执行机构推杆的位移，改变调节阀内的节流面积，达行机构推杆的位移，改变调节阀内的节流面积，达到调节的作用。阀是由阀体、上阀盖组件、下阀盖、到调节的作用。阀是由阀体、上阀盖组件、下阀盖、阀内件等组成。上阀盖组件包括上阀盖和填料函及阀内件等组成。上阀盖组件包括上阀盖和填料函及填料。阀内件是指与流体接触并可拆卸的，起到改填料。阀内件是指与流体接触并可拆卸的，起到改变节流面积和截流件导向等作用的零件总称，例如变节流面积和截流件导向等作用的零件总称，例如阀芯、阀座、阀杆、导向套、套筒等。阀芯、阀座、阀杆
16、、导向套、套筒等。n直通单、双座调节阀直通单、双座调节阀 它们均由上、下阀盖、阀体、阀芯、它们均由上、下阀盖、阀体、阀芯、阀座、阀杆、填料和压板等零部件组阀座、阀杆、填料和压板等零部件组成。上、下阀盖都装有衬套，为阀芯成。上、下阀盖都装有衬套，为阀芯移动起导向作用；由于上、下都有导移动起导向作用；由于上、下都有导向作用，故称为双导向，但对公称直向作用，故称为双导向，但对公称直径径DN25mm的调节阀一般无下阀盖，的调节阀一般无下阀盖，阀芯为单导向。单座阀特点是泄漏量阀芯为单导向。单座阀特点是泄漏量小、易于保证关闭，但介质对阀芯推小、易于保证关闭，但介质对阀芯推力大即不平衡力大。双座阀的特点是力
17、大即不平衡力大。双座阀的特点是流通能力较单座阀大约流通能力较单座阀大约2025%，不，不平衡力小，允许压差大，但是泄漏量平衡力小，允许压差大，但是泄漏量较大。较大。根据实际使用情况，着重介绍下面几类阀的使用特点：根据实际使用情况，着重介绍下面几类阀的使用特点：n角形阀角形阀 角形调节阀阀体为直角形结角形调节阀阀体为直角形结构，它流路简单，阻力小，适构，它流路简单，阻力小，适用于高压差、高粘度，含悬浮用于高压差、高粘度，含悬浮物和颗粒状物质流体的调节，物和颗粒状物质流体的调节，可以避免结焦、堵塞，也便于可以避免结焦、堵塞，也便于自净和清洗。其一般使用于底自净和清洗。其一般使用于底进侧出的场合，这
18、样可使调节进侧出的场合，这样可使调节阀有较好的稳定性。但在高压阀有较好的稳定性。但在高压差或颗粒多的场合下，为延长差或颗粒多的场合下，为延长阀芯使用寿命，可采用侧进底阀芯使用寿命，可采用侧进底出，但这时在开度小时容易产出，但这时在开度小时容易产生振荡。生振荡。n高压调节阀高压调节阀 高压阀是一种适用于高静高压阀是一种适用于高静压和高压差调节的特殊阀门，压和高压差调节的特殊阀门，为多角形单座结构，最大公为多角形单座结构，最大公称压力可达称压力可达32MPa。这种。这种阀的阀体多为锻造结构，填阀的阀体多为锻造结构，填料函与阀体做成一体，阀座料函与阀体做成一体，阀座与下阀体分开，该结构简单，与下阀体
19、分开，该结构简单，内件易配换。但阀芯为单导内件易配换。但阀芯为单导向结构，只能用正装式，因向结构，只能用正装式，因不平衡力大，一般要配用阀不平衡力大，一般要配用阀门定位器。门定位器。n套筒调节阀套筒调节阀 套筒阀也称笼式阀，它的阀体套筒阀也称笼式阀，它的阀体与一般直通单座阀相似，但阀与一般直通单座阀相似，但阀内有一个圆柱形套筒，根据流内有一个圆柱形套筒，根据流通能力的大小要求，套筒开有通能力的大小要求，套筒开有四个、两个或一个的窗口，窗四个、两个或一个的窗口，窗口形状由何种流量特性来取决。口形状由何种流量特性来取决。阀芯利用套筒导向在其中上下阀芯利用套筒导向在其中上下移，来改变窗口的节流面积，
20、移，来改变窗口的节流面积，形成各种流量特性并实现流量形成各种流量特性并实现流量调节。由于套筒阀采用平衡型调节。由于套筒阀采用平衡型的阀芯结构，阀芯和套筒侧面的阀芯结构，阀芯和套筒侧面导向，因此不平衡力小，稳定导向，因此不平衡力小，稳定性好，不易振荡，允许调节压性好，不易振荡，允许调节压差也大，且维修方便并有降噪差也大，且维修方便并有降噪声的作用。声的作用。n蝶阀蝶阀 蝶阀的形式较多，除普通型蝶阀的形式较多，除普通型外，还有高温型、切断型、外，还有高温型、切断型、偏心型、软密封型，以及采偏心型、软密封型，以及采用各种不同作用的阀板构成用各种不同作用的阀板构成的蝶阀。它阻力小，结构紧的蝶阀。它阻力
21、小，结构紧凑，寿命长，特别适用于低凑，寿命长，特别适用于低压差、大口径、大流量气体压差、大口径、大流量气体和带有悬浮物流体的场合，和带有悬浮物流体的场合，一般泄漏较大。但也有高性一般泄漏较大。但也有高性能、低泄漏量的蝶阀结构，能、低泄漏量的蝶阀结构，如我厂空分系统用的软密封如我厂空分系统用的软密封切断、调节蝶阀。它的流量切断、调节蝶阀。它的流量特性在转角特性在转角60前与等百分比前与等百分比相似，相似，60以后转矩增大，工以后转矩增大，工作不稳定，特性变差，故蝶作不稳定，特性变差，故蝶阀常在阀常在75转角范围内使用。转角范围内使用。n球阀球阀 气动球阀按阀芯型式可分为气动球阀按阀芯型式可分为O
22、形球阀和形球阀和V形球阀，形球阀，从全开位置到全关位置的转角为从全开位置到全关位置的转角为90。nO形球阀：其球体上开有一个直径与管道形球阀：其球体上开有一个直径与管道直径相等的通孔，球体可在密封座中旋直径相等的通孔，球体可在密封座中旋转。一般作二位调节用，流量特性为快转。一般作二位调节用，流量特性为快开。其特点是结构简单，维修方便，密开。其特点是结构简单，维修方便，密封可靠，流通能力大，流体进入阀门没封可靠，流通能力大，流体进入阀门没有方向性。有方向性。nV形球阀：它的球体上开有一个形球阀：它的球体上开有一个V形口，形口，随着球的旋转，开口面积发生变化，但随着球的旋转，开口面积发生变化，但开
23、口面形状始终保持为三角形，流量特开口面形状始终保持为三角形，流量特性近似等百分比，可调比大。特点与性近似等百分比，可调比大。特点与O形形球阀类似，但其球阀类似，但其V形口与阀座之间具有剪形口与阀座之间具有剪切作用，适用于纤维状、浆状的流体，切作用，适用于纤维状、浆状的流体，关闭性能好。关闭性能好。n偏心旋转调节阀偏心旋转调节阀 偏旋阀又称凸轮挠曲阀，它动作偏旋阀又称凸轮挠曲阀，它动作过程是球面阀芯的中心线与转轴过程是球面阀芯的中心线与转轴中心偏离，转轴带动阀芯偏心旋中心偏离，转轴带动阀芯偏心旋转，由于这种偏转运动，使阀芯转，由于这种偏转运动，使阀芯向前下方进入阀座，工作时转轴向前下方进入阀座，工作时转轴运行是由气动执行机构来驱动，运行是由气动执行机构来驱动，推杆的运动通曲柄传给转轴。该推杆的运动通曲柄传给转轴。该阀特点是阀芯与阀座闭合时依靠阀特点是阀芯与阀座闭合时依靠柔臂的弹性变形，自动对中，密柔臂的弹性变形，自动对中，密封性好，泄漏量小，流路简单，封性好，泄漏量小，流路简单，流体阻力小，流通能力大，不平流体阻力小，流通能力大，不平衡力小，可耐受较高温度，允许衡力小，可耐受较高温度，允许压差大，且结构简单，体积小重压差大，且结构简单，体积小重量轻，价格低廉。量轻，价格低廉。69切断阀切断阀696969