ZAZP（N）F型系列电动耐腐调节阀的研制与开发

 1 前言

    在化工自动控制系统，调节阀是最后一个控制环节，也是自动控制的“体力”。从凋节阀本身来讲，所经受的工作条件，如腐蚀、污染等，比其他任何部件都更为苛刻；而从工艺方面来讲，要求阀性能可靠，维护量小，能保证生产过程的连续运行。因此，调节阀的选型十分重要。概括起来，目前国内生产的耐腐调节阀有以下几种形式：

     a. 阀座内衬陶瓷，阀芯、阀体外包F46塑料层，动密封采用聚四氟乙烯填料。这种阀应用于70℃以下的稀硫酸场合，耐腐蚀性能尚好，但内衬陶瓷挠性差，易因受力不均而开裂，从而导致阀座腐蚀，经受振荡时陶瓷也易开裂。由于在小开度或关闭时阀芯与阀座之间的撞击，加上酸中颗粒状杂质的磨蚀，阀芯包塑层极易磨损，导致阀门无法关严并影响使用寿命。此外，阀的动密封材料必须定期检查，更换。

     b. 阀座材质为2Cr13衬F46，阀体为ZG25衬F46或哈氏合金，阀芯为2Cr13衬F46或哈氏合金、蒙乃尔，动密封采用聚四氟乙烯波纹管。该产品设计寿命为两年，实际使用中，半年或更短时间即损坏的情况时有发生。

     c. 阀体采用普通铸铁，阀座、阀芯采用聚四氟乙烯材料制作，动密封采用聚四氟乙烯波纹管。这种阀基本上杜绝了渗漏问题，但聚四氟乙烯材料强度比金属材料要差，在自动调节过程中，由于阀座与阀芯反复接触，经常出现芯、阀座变形且波纹管断裂现象，不能满足正常生产需要。

     国外的耐腐调节阀性能较好，使用寿命较长，如美国Honeywell公司、德国盖米公司、日本横河公司等产品。其阀体、阀芯和阀座采用性能优良的耐腐蚀、而寸磨损材料，如航空台金、特种陶瓷等；以波纹管实现动密封，也有采用更为可靠的双填料密封方式的。这类阀价格昂贵，易损件备件技术要求高，对于国内经济和技术都较落后的众多小硫酸厂而言，大量引进尚有一定的困难。

      近年来，随着防腐技术的发展和新型复台材料的开发，我院在调节阀的结构和关键部件选材上做了大量的调查和试验工作，研制成功ZAZP（N ）F型电动耐腐调节阀。两年的试验室和现场运行表明，该阀的性能和指标均能满足硫酸生产工艺控制的要求。

     2 ZAZP（N）F型耐腐调节阀结构

     ZAZP（N）F型耐腐调节阀采用了FS系列不锈钢、新型氟橡胶波纹管动密封和电气能耗制动等新材料和新技术。

     2.1 机械部分

    调节阀的机械部分由阀体、阀芯、阀座、波纹管、上阀盖、下阀盖、短接及阀杆等组成，其中阀芯、阀座、波纹管是核心部件。阀门可动部件采用波纹管密封，由于浓硫酸被隔绝于波纹管外部，阀杆不直接与腐蚀性介质接触，避免了阀杆腐蚀，并有效地解决了被测介质从阀杆与盘根间隙处泄漏的难题。

     2.1.1 阀的固有流量特性

     控制阀的流量特性是指介质流过阀门的相对流量与阀门相对开度（即阀杆的相对位移量）之间的关系：

        （1）

    式中：Qm、Qmax--控制阀为某一开度及全开时的流量：
     l、L--控制阀为某一开度及全开时阀杆的位移量。

     通常，改变阀芯与阀座之间的节流面积便可以实现对流量的控制，但在改变节流面积的同时，控制阀前后的压力之差也会发生变化，此变化又将引起流量的变化，因此，阀的固有流量特性是假设流体流经阀后压力不变的理想流量特性。由于阀的理想流量特性取决于阀芯的形状，因此需推算出阀芯投影曲线的理论公式。

     对数流量特性是指单位行程变化引起的相对流量变化，与该点的相对流量成正比，其数学表达式为：

        （2）

    式中：K--常数，特性曲线的斜率。

    对上式积分并代入边界条件，定出常数项后可求得对数流量特性方程：

        （3）

    式中R为控制阀的可控比，为阀门的最小流量与最大流量相比：

        （4）

     由上式可以间接求得不同口径阀芯的几何尺寸。

     相对开度与相对流量是对数关系，特性曲线的斜率即控制阀的放大系数K是随开度增加而增大的--在小开度时流量小，流量的变化量也小，使控制作用平稳缓和；在大开度时流量大，流量的变化量也大，使控制作用灵敏有效--这对控制系统的工作是十分有利的。