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(xué)工程與工藝（3）班指導(dǎo)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(xué)化工學(xué)院鹽湖系09化工（3）班馬曉紅郵編810016）

摘要：控制閥又稱調(diào)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(diào)節(jié)控制單元閥是自控系統(tǒng)中的執(zhí)行器，它的應(yīng)用質(zhì)量直接反應(yīng)在系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)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(diào)節(jié)閥應(yīng)用的好壞，除產(chǎn)品自身質(zhì)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(guān)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(yīng)用于制造業(yè)領(lǐng)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(dǎo)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(yù)定流量不變，將過大流量限制在一個預(yù)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(diào)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(nèi)外的現(xiàn)狀從控制閥應(yīng)用看，發(fā)展方向如下：

（1）小型執(zhí)行機構(gòu)：可降低成本，提高流通能力．

（2）套筒導(dǎo)向：采用套筒導(dǎo)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(gòu)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(zhì)的一體化閥芯和閥座組成閥內(nèi)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(shè)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(jié)構(gòu)的研究得到重視，旋轉(zhuǎn)型控制閥得到較廣泛應(yīng)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(nèi)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(nèi)件，可擴展流通能力，通過選用限制流通能力閥內(nèi)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(nèi)件的材料隨溫度變化，因此，應(yīng)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(yīng)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(nèi)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(wù)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(shù)服務(wù)的中心。國內(nèi)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(shù)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(fù)雜，標普下調(diào)美國主權(quán)債務(wù)評級，包括中國在內(nèi)的各資本市場近期大幅下挫，國內(nèi)通脹和宏觀調(diào)控壓力進一步加大，實體經(jīng)濟有減速的跡象，控制閥應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)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(diào)節(jié)介質(zhì)的流量、壓力和液位。根據(jù)調(diào)節(jié)部位信號，自動控制閥門的開度，從而達到介質(zhì)流量、壓力和液位的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)閥分電動調(diào)節(jié)閥、氣動調(diào)節(jié)閥和液動調(diào)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(zhuǎn)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(zhì)。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(yīng)用，以HART通信協(xié)議為基礎(chǔ)，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(shù)為基礎(chǔ)，控制閥與閥門定位器、PID控制功能模塊結(jié)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(nèi)成為重要的控制閥輔助設(shè)備被廣泛應(yīng)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(gòu)。采用輕質(zhì)材料，采用多組彈簧替代一組彈簧，降低執(zhí)行機構(gòu)高度，通常，精小型氣動薄膜執(zhí)行機構(gòu)組成的控制閥比同類型氣動薄膜執(zhí)行機構(gòu)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(jié)構(gòu)。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)榻俏灰频龋�使控制閥體積縮小，重量減輕。

③采用電動執(zhí)行機構(gòu)。不僅可減少采用氣動執(zhí)行機構(gòu)所需的氣源裝置和輔助設(shè)備，也可減少執(zhí)行機構(gòu)的重量。例如，F(xiàn)isher公司的9000系列電動執(zhí)行機構(gòu)，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(gòu))質(zhì)量降低到20～32kg。（3）旋轉(zhuǎn)化：

由于旋轉(zhuǎn)類控制閥，例如球閥等，有相對體積較小、流路阻力較小、可調(diào)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(zhuǎn)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(zhuǎn)閥應(yīng)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(yù)防性維護和預(yù)見性維護。因此，對組成控制閥的有關(guān)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(yīng)靈敏、準確。

③對用于危險場所的控制閥，應(yīng)簡化認證程序。例如，對本安應(yīng)用的現(xiàn)場總線儀表，可簡化為采用FISCO現(xiàn)場總線本質(zhì)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(shù)＼防火技術(shù)、增安技術(shù)、本安技術(shù)、無火花技術(shù)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(shè)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(zhuǎn)閥等。

②采用自力式控制閥。例如，直接采用閥后介質(zhì)的壓力組成自力式控制系統(tǒng)，用被控介質(zhì)的能量實現(xiàn)閥后壓力控制。③采用電動執(zhí)行機構(gòu)的控制閥。氣動執(zhí)行機構(gòu)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(gòu)，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(gòu)比氣動執(zhí)行機構(gòu)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(jié)構(gòu)的閥芯，降低執(zhí)行機構(gòu)推力或推力矩，縮小膜頭氣室，降低能源需要。⑥采用變頻調(diào)速技術(shù)代替控制閥。對高壓降比的應(yīng)用場合，如果能量消耗很大，可采用變頻調(diào)速技術(shù)，采用變頻器改變有關(guān)運轉(zhuǎn)設(shè)備的轉(zhuǎn)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(shè)計到控制閥閥內(nèi)件的設(shè)計，從噪聲源的分析到降低噪聲的措施等。主要有設(shè)計降噪控制閥和降噪控制閥閥內(nèi)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。控制閥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(shè)備爆炸等事故。因此，研制控制閥填料結(jié)構(gòu)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(xué)、控制理論和自動化儀表等高新科學(xué)技術(shù)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(xué)技術(shù)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(xué)的研究等。隨著現(xiàn)場總線技術(shù)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(shè)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(guān)導(dǎo)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(diào)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(diào)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(diào)問題。5、設(shè)計時間

第五周：確定論文題目，以及了解相關(guān)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(jié)束語

盡管控制閥得到廣泛的使用，調(diào)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(jié)構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)的類型、閥門定位器、閥前和閥后的壓力以及流體的性質(zhì)�？刂崎y由電動執(zhí)行機構(gòu)或氣動執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)閥兩部分組成。控制閥通常分為直通單座式調(diào)節(jié)閥和直通雙座式調(diào)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(shù)學(xué)科，綜合利用自動控制器儀表學(xué)科，以及計算機學(xué)科的理論服務(wù)于化學(xué)工程學(xué)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(guān)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(shè)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(xué)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(guān)�；�工生產(chǎn)過程，往往是在密閉的容器和設(shè)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(zhì)還具直接傷害人體的化學(xué)性質(zhì)。因此，為了響應(yīng)“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(nèi)，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(yīng)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(dǎo)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(shù)又有了迅猛的發(fā)展。新技術(shù)、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(shù)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(chǔ)的過程控制儀表集中分散型控制系統(tǒng)，把自動化技術(shù)推到了一個更高的水平。電子技術(shù)、計算機技術(shù)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(diào)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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