尿素仪表年度总结
尿素仪表年度总结
201*年在公司各级领导和各事业部关心支持下，以企业文化为核心，认真解码“七大法宝”的核心思想，深入贯彻执行“六大任务”，以“团结、快速、精湛”为服务宗旨，
紧紧围绕生产安全稳定运行重心为发展方向，在仪表人员努力工作下完成了既定的工作，加强综合管理，以强化服务为基础，在各项工作中都取得了一定的成绩，也存在着一些不足，现将工作汇报如下：
1.完善设备台帐，划分重点设备。设备台帐准确率达100%、对出现故障影响减量和停车的设备进行区分重点巡检维护。设备台帐就是基层管理的基石，只有摸清了家底才便于维护巡检以及故障处理。对设备台帐实行表格化，保证台帐准确无误并及时更新台帐。
2．搞好设备备品备件做到有备无患，主要对仪表调节阀、阀门定位器、仪表气源接头、电磁阀、压力表、流量计、膜片、传感器、接近开关、气源管、热电阻、热电偶、称重控制器、可编程控制器等进行物资申报，采购到位实行专人管理每月实行专门报表、要求班长对重要物资把关。现在各重要物资已采购到位无论是检修需要物资或生产正常使用更换都能保证物资及时到位。
3.明确责任千斤重担人人挑，没有明确责任前现场出现问题都不积极主动、互相推脱。有事情安排才去做现把片区分为几个小片每个区域都有负责人，例如：尿素分为高压圈、蒸发水解、造粒、机组、包装。如今每个片区出现故障不处理直接考核片区负责人。现在员工热情很高积极性也加强了。
4、把检修工作当重点来抓，今年5月对尿素仪表设备进行一次大检修。主要解决了开车、平时处理不了、设备选型错误需要换型等问题。对CO2压缩机震动、位移、温度进行更换校验。对E506A/B液位、压力进行技术改造，原来平面膜片差压变送器、压力变送器改为插入式。在气相管道增加远传测压点实行双重保证。对E303/E313取压点由于经常堵塞影响操作管线更改位置并新增一点测压点。对真空表由于管线太长影响测量全部改到根部并增加反吹蒸汽。对低压精馏塔、中压精馏塔液位计由于设计时法兰间距太小正压室法兰全改液相管道。对一段蒸发、二段蒸发、低压精馏、中压蒸馏液位缓冲罐液位变送器由双法兰液位变送器全改为导压管式液位变送器；对造粒喷头液位调节阀LPV-4101B进行维修，原来由于调节阀经常抖动影响造粒现分析原因进行改造故障消失。总的来说检修时把工作做扎实了平时故障会很小生产也会更加稳定。
5、对仪表设备进行保温伴热，201*年冬天因为仪表保温伴热不到位给生产带来很大波动、仪表也因此付出惨重代价很多仪表设备被冻坏。今年来在部长的亲自部署下对仪表保温伴热实行严格质量控制。仪表人员经过3个月的奋战达到了既定的效果。
6、对包装秤、码垛机进行技术改进，因为产品质量是企业的抗洪大堤，关乎到企业的信誉和利益。主要对包装秤精度进行控制实行零偏差即不让消费者吃亏也不让企业遭受损失。首先出台设备分类管理制度，让维修工、仪表工、操作工明确责任。对影响包装秤精度原因进行分析并解决。以前操作工经常反应秤飘得厉害秤不准，对于这个问题电控部进行技术攻关找到了原因并解决了现在秤下来的重量100%准确。只有不断总结分析善于发现问题在能把问题解决工作更轻松更快乐。码垛机的好坏直接影响成平尿素的产量，码垛机运转部件多不加维护故障也多一班下来有个10来故障很难把产品包出。针对这个问题第一把设备易损件多备、第二、设备经常加油，第三、螺栓要紧固，第四、响应速度要快。通过这几点的加强产量越来越高码垛机也可以轻松应付。
取得了一些成绩也存在一些不足，第一，遇见性、前瞻性不够出现问题把问题解决了就算完了，没有想到怎么从源头发现问题，把事故扼杀在萌芽状态。第二，新员工多技术不全面需加强培训。第三、物资浪费严重、没能发挥艰苦奋斗作风。
在201*年度中要抓好以下几个方面工作：
1.深入贯彻执行企业七大法宝、六大任务。增强服务意识，打造一流团队。
2.计划好明年停车检修项目，检修控制表、项目负责人早制定检修物资早落实。
3.培养好新工，尽量在短时间类能独挡一面。
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尿素控制仪表
自动化仪表是工业企业实现自动化的必要手段和技术工具，任何一个工业控制系统都必然应用到自动化仪表控制单元，各种控制方案和算法都必须借助自动化工具才能实现。随着自动化技术的广泛应用，自动化仪表的需求量很大，已形成一个专门的仪表门类。自动化工程师要设计自动控制系统必须掌握各种自动化仪表的工作原理和性能特点，才能合理地选择和正确地使用它们，组成性能价格比好的控制系统。半个多世纪以来，自动化仪表经历了从气动液动仪表、电动仪表、电子式模拟仪表、数字智能仪表，到计算机集散控制系统(DCS)等发展阶段，为各行各业的现代化大规模生产提供了强大的支持。近年来，随着网络通信等相关技术的快速发展，自动化仪表正处于一场意义重大的变革中，以仪表的全数字化、开放化、网络化为特征的现场总线控制系统(FCS)正在迅猛发展。现场总线把从检测端到执行端的所有自动化仪表通过数字通信方式互相连接起来，从而使控制系统网络化，十分有利于工业企业实现高层次的自动化。
自动化仪表与控制理论一样，都是自动化科技工作者的研究内容。自动化技术工具的进步不仅会推动工业企业自动化水平的提高，还会影响控制理论的研究方向和内容。
第一节仪表的分类
检测与过程控制仪表（通常称自动化仪表）分类方法很多，根据不同原则可以进行相应的分类。例如按仪表所使用的能源分类，可以分为气动仪表、电动仪表和液动仪表（很少见）；按仪表组合形式，可以分为基地式仪表、单元组合仪表和综合控制装置；按仪表安装形式，可以分为现场仪表、盘装仪表和架装仪表；随着微处理机的蓬勃发展，根据仪表有否引入微处理机（器）又可分为智能仪表与非智能仪表。根据仪表信号的形式可分为模似仪表和数字仪表。
1显示仪表根据记录和指示、模拟与数字等功能，又可分为记录仪表和指示仪表、模拟仪表和数显仪表，其中记录仪表又可分为单点记录和多点记录（指示亦可以有单点和多点），其中又有在纸记录或无纸记录，若是有纸记录又分笔录和打印记录。调节仪表可以分为基地式调节仪表和单元组合式调节仪表。由于微处理机引入，又有可编程调节器与固定程序调节器之分。
执行器由执行机构和调节阀两部分组成。执行机构按能源划分有气动执行器、电动执行器和液动执行器，按结构形式可以分为薄膜式、活塞式（气缸式）和长行程执行机构。调节阀根据其结构特噗和流量特性不同进行分类，按结构特点分通常有直通单座、直通双座、三通、角形、隔膜、蝶形、球阀、偏心旋转、套筒（笼式）、阀体分离等，按流量特性分为直线、对数（等面分比）、抛物线、快开等。
这类分类方法相对比较合理，仪表覆盖面也比较广，但任何一种分类方法均不能将所有仪表分门别类地划分得井井有序，它们中间互有渗透，彼此沟通。例如变送器具有多种功能，温度变送器可以划归温度检测仪表，差压变送器可以划归流量检测仪表，压力变送器可以划归压力检测仪表，若用差压法测液位可以划归物位检测仪表，很难确切划归哪一类，中外单元组合仪表中的计算和辅助单元也很难归并。
第二节尿素装置用到的测量仪表简介
一、温度测量仪表（这里只简单介绍热电偶仪表）1、热电偶仪表的特点及原理
热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。其优点是：
①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。
②测量范围广。常用的热电偶从-50～+1600℃均可边续测量，某些特殊热电偶最低
可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。
③构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和
开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。热电偶测温基本原理
将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构
A成一个闭合回路，如图8-2-1所示。当导体A和B的两
t.0tB个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势，因而在回路中形成一个大小的电流，这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。
图8-2-1热电偶工作原理图如图8-2-1所示，热电偶的一端将A、B两种导体焊在一起，置于温度为t的被测介中称为自由端，放在温度为t0的恒定温度下。当工作端的被测介质温度发生变化时，热电势随之发生变化，将热电势送入显示仪表进行指示或记录，或送入微机进行处理，即可获得温度值。
热电偶两端的热电势差可以用下式表示：
EteABteABt0（8-2-1）
式中：Et热电偶的热电势；
eAB(t)温度为t时工作端的热电势；
eAB(t0)温度为t0时自由端的热电势
当自由端温度t0恒定时，热电势只与工作端的温度有关，即Et=f(t)。当组成热电偶的热电极的材料均匀时，其热电势的大小与热电极本身的长度和直径大小无关，只与热电极材料的成分及两端的温度有关，因此，用各种不同的导体或半导体材料可做成各种用途的热电偶，以满足不同温度对象测量的需要。
2、普通型热电偶仪表的结构（如图8-2-2）
普通型热电偶是应用最多的，主要用来测量气体、蒸汽和液体等介质的温度。根据测温范围及环境的不同，所用的热电偶电极和保护套管的材料也不同，但因使用条件基本类似，所以这类热电偶已标准化、系列化。按其安装时的连接方法可分为螺纹连接和法兰连接两种。如图所示为普通热电偶结构图。
二、压力测量仪表简单介绍1、压力的概念和表示方法
在工程上将垂直而均匀作用在单位面积上的力称为压力，两个测量压力之间的差值称为压力差或压差，工程上习惯叫差压。
在国际单位制和我国的法定计量单位中，压力的单位采用牛顿／米(N／m2)，通常称为帕斯卡或简称帕(Pa)。帕(Pa)这个单位在实际应用中太小，不方便，目前我国生产的各种压力表都统一用kPa(103Pa)或MPa(106Pa)为压力或差压的基本单位。我国在试行法定计量单位以前还常用工程大气压kg／cm2)、毫米水柱(mmH2O)和毫米汞柱(mmHg)等单位。另外在英美等西方国家的一些变送器中还常用bar（巴)作压力的单位。表2-2-1为几种压力单位的换算关系。表8-2-1压力单位换算表
在工程上，被测压力通常有绝对压力、表压和负压(真空度)之分。三者关系如图
8-2-3所示。绝对压力是指作用在单位面积上的全部压力，用来测量绝对压力的仪表称为绝对压力表。地面上空气柱所产生的平均压力称为大气压力，高于大气压的绝对压力与大气压力之差称为表压，低于大气压力的被测压力称为负压或真空度，其值为大气压力与绝对压力之差。由于各种工艺设备和检测仪表通常是处于大气之中，本身就承受着大气压力，因此工程上通常采用表压或者真空度来表示压力的大小，一般的压力检测仪表所指示的压力也是表压或者真空度。除特殊说明之外，本书以后所提及的压力均指表压
图8-2-3绝对压力、表压、负压(真空度)关系
2、压力的检测方法和检测仪表
目前工业上常用的压力检测方法和压力检测仪表很多，根据敏感元件和转换原理的不同，一般分为四类：(1)液柱式压力检测
液柱测压法是以流体静力学理论为基础的压力测量方法，一般采用充有水或汞等液体的玻璃U形管或单管进行测量。以此原理构造的液柱压力计结构简单，使用方便，测量精度高，但不便于读数和远传，测量量程也受到一定的限制，一般在实验室或工程实验上使用。(2)弹性式压力检测
弹性式压力检测是根据弹性元件受力变形的原理，将被测压力转换成位移进行测量的。常用的弹性元件有弹簧管、膜片和波纹管等。(3)电气式压力检测
电气式压力检测是利用敏感元件将被测压力直接转换成各种电量进行测量的仪表，如电阻、电荷量等。(4)活塞式压力检测
活塞式压力检测是根据液压机液体传送压力的原理，将被测压力转换成活塞面积上所加平衡砝码的质量来进行测量。活塞式压力计的测量精度较高，允许误差可以小到0.05％～0.00.2％，普遍被用作标准仪器对压力检测仪表进行检定。这里主要介绍弹性式压力仪表和电气式压力仪表。
3、弹性式压力仪表简介
弹性式压力仪表是利用弹性元件在外力的作用下产生形变来测量压力的，其种类繁多，在工业上的应用也相当广泛。（1）弹性元件
弹性元件是弹性式压力表的测压敏感元件，弹性压力表的测量性能主要取决于弹性元件的弹性特性，与弹性元件的村料、形状、工艺等有关，而且对温度敏感性强。不同的弹性元件测压范围也不同，工业上常用的弹性式压力表所使用的弹性元件主要有膜片、波纹管、弹簧管等，如图2-2-4所示。
图2-2-4弹性元件示意图1）、膜片
膜片是一种圆形薄板或薄膜，周边固定在壳体或基座上。将膜片成对地沿着周边密封焊接，就构成了膜盒。当膜片两边的压力不等时就会产生位移。位移可直接带动传动机构指示。但是膜片的位移较小，灵敏度低，指示精度不高，一般为2.5级。膜片更多的是和其他转换元件合起来使用，通过膜片和转换元件把压力转换成电信号。
2）、波纹管
波纹管是一种具有同轴环状波纹，能沿轴向伸缩的压力弹性元件。当它受到轴向力作用时能产生较大的伸长和收缩位移。一般可在其顶端安装传动机构，带动指针直接读数。其特点是灵敏度高(特别是在低压区)，常用于检测较低的压力(1.0Pa～106Pa)，但波纹管迟滞误差较大，精度一般只能达到l.5级。3)、弹簧管
弹簧管是一根弯曲成圆弧形、横截面呈椭圆形或近乎椭圆形的空心管。它的一端焊接在压力表的管座上固定不动，并与被测压力的介质相连通。管的另一端是封闭的，称为自由端。被测压力介质从开口端进入并充满弹簧管的整个内腔，由于弹簧管的非圆横截面，使它有变成圆形并伴有伸直的趋势而产生力矩，其结果使弹簧管的自由端产生位移。弹簧管有单圈和多圈之分，单圈弹簧管自由端位移变化量较小，而多圈弹簧管的自由端位移变化量较大。
（2）弹簧管式压力表的结构及工作原理
弹簧管式压力表主要由弹簧管、传动机构、指示机构盒表壳组成，如图2-2-5所示
5图2-2-5弹簧管压力表
1弹簧管；2拉杆；3扇形齿轮；4中心齿轮；5指针；
6面板；7游丝；8调节螺钉；9接头
当被测压力从弹簧管的固定端输入时，弹簧管的自由端产生位移。在一定的范围内，该位移与被测的压力成线性关系。传动机构又称机心，是把弹簧管受到压力作用时自由端所产生的位移传递给刻度指示部分的。它由扇形齿、中心齿轮、游丝等组成，弹簧管自由端位移很小，如果不预先放大很难看出位移的大小。弹簧管自由端的位移是直线移动，而压力表的指针进行的是圆弧形旋转位移。所以必须使用传动机构将弹簧管的微量位移加以放大，并把弹簧管的自由端的直线位移转变为仪表指针的圆弧形旋转位移。指示机构包括指针、刻度盘等，其主要作用是将弹簧管的变形通过指针转动指示出来，从而在刻度盘上读取直接指示的压力值。表壳又称机座，其主要作用是固定和保护仪表的零部件。
在生产中，常需要把压力控制在一定范围内，以保证生产正常进行。这就需采用带有报警或控制触点的压力表。将普通弹簧管式压力表增加一些附加装置，即成为此类压力表，如电接点信号压力表。弹簧管式压力表结构简单、使用方便、价格低廉，使用范围广，测量范围宽，可以测量负压、微压、低压、中压和高压，因此应用十分广泛。根据制造的要求，仪表精度最高可达0.15级。
压力和差压变送器作为过程控制系统的检测变换部分，将液体、气体或蒸汽的差压(压力)、流量、液位等工艺参数转换成统一的标准信号(如DC4mA～20mA电流)，作为显示仪表、运算器和调节器的输入信号，以实现生产过程的连续检测和自动控制。4、差动电容式压力变送器
差动电容式压力变送器由测量部分和转换放大电路组成，如图2-2-6所示。
图2-2-6差动电容式压力变送器的原理框图
差动电容式压力变送器的测量部分常采用差动电容结构，如图2-2-7所示。中心可动极板与两侧固定极板构成两个平面型电容CH和和CL。可动极板与两侧固定极板形成两个感压腔室，介质压力是通过两个腔室中的填充液作用到中心可动极板。一般采用硅油等理想液体作为填充液，被测介质大多为气体或液体。隔离膜片的作用既传递压力，又避免电容极板受损。
图2-2-7差动电容式压力变送器的差动电容结构
当正负压力(差压)由正负压导压口加到膜盒两边的隔离膜片上时，通过腔室内硅油液体传递到中心测量膜片上，中心感压膜片产生位移，使可动极板和左右两个极板之间的间距不相对，形成差动电容，差动电容的相对变化值与被测压力成正比，与填充液的介电常数无关，从原理上消除了介电常数的来的误差。
差动电容式压力变送器的电容．电流转换放大电路的作用是将式差动电容的相对变化值提取出来，并转化为DC4mA～DC20mA输出。现场实物图如图8-2-8
图8-2-8差动电容式压力变送器
三、流量测量仪表简介
工业生产过程中另一个重要参数就是流量。流量就是单位时间内流经某一截面的流体数量。流量可用体积流量和质量流量来表示。其单位分别用m3/h、L/h和kg/h等。
流量计是指测量流体流量的仪表，它能指示和记录某瞬时流体的流量值；计量表（总量表）是指测量流体总量的仪表，它能累计某段时间间隔内流体的总量，即各瞬时流量的累加和，如水表、煤气表等等。工业上常用的流量仪表可分为两大类。
速度式流量计以测量流全在管道中的流速作为测量依据来计算流量的仪表。如差压式流量计、变面积流量计、电磁流量计、漩涡流量计、冲量式流量计、激光流量计、堰式流量计和叶轮水表等。
容积式流量计它以单位时间内所排出的流体固定容积的数目作为测量依据，如椭圆齿轮流量计、腰轮流量计、乔板式流量计和活塞式流量计等等。1、差压式测量仪表简介
7变化给测量带（1）差压式流量计分类（如表8-2-2所示）。
表8-2-2差压式流量计分类表
分类原则分类类型按产生差压的作1）节流式；2）动压头式；3）水力阻力式；4）离心式；用原理分类5）动压增益式；6）射流式1）标准孔板；2）标准喷嘴；3）经典文丘里管；4）文丘里喷嘴；按结构形式分类5）锥形入口孔板；6）1/4圆孔板；7）圆缺孔板；8）偏心孔板；9）楔形孔板；10）整体（内藏）孔板；11）线性孔板；12）环形孔13）道尔管；14）罗洛斯管；15）弯管；16）可换孔板节流装置；17）临界流节流装置1）标准节流装置；2）低雷诺数节流装置；3）脏污流节流装置；按用途分类4）低压损节流装置；5）小管径节流装置；6）宽范围度节流装置；7）临界流节流装置；按产生差压的作用原理分类
1)、节流式依据流体通过节流件使部分压力能转变为动能以产生差压的原理工作，其检测件称之为节流装置，是DPF的主要品种。
2)、动压头式依据动压转变为静压的原理工作，如均速管流量计。
3)、水力阻力式依据流体阻力产生的压差原理工作，检测件为毛细管束，又称层流流量计，一般用于微小流量测量。
4)、离心式依据弯曲管或环状管产生离心力原理形成的压差工作，如弯管流量计，环形管流量计等。
5)、动压增益式依据动压放大原理工作，如皮托-文丘里管。6)、射流式依据流体射流撞击产生原理工作，如射流式差压流量计。按结构形式分类
1)标准孔板又称同心直角边缘孔板，其轴向截面如图8-2-9所示。孔板是一块加工成圆形同心的具有锐利直角边缘的薄板。孔板开孔的上游侧边缘应是锐利的直角。标准孔板有三种取压方式：角接、法兰及D-D/2取压；如图8-2-10所示。为从两个方向的任一个方向测量流量，可采用对称孔板，节流孔的两个边缘均符合直角边缘孔板上游边缘的特性，且孔板全部厚度不超过节流孔的厚度。
图8-2-9标准孔板
图8-2-10孔板的三种取压方式
2)标准喷嘴有两种结构形式：ISA1932喷嘴和长径喷嘴。
a.ISA1932喷嘴（图8-2-11）上游面由垂直于轴的平面、廓形为圆周的两段弧线所确定的收缩段、圆筒形喉部和凹槽组成的喷嘴。ISA1932喷嘴的取压方式仅角接取压一种。
图8-2-11ISA1932喷嘴
b.长径喷嘴（图8-2-12）上游面由垂直于轴的平面、廓形为1/4椭圆的收缩段、圆筒形喉部和可能有的凹槽或斜角组成的喷嘴。长径喷嘴的取压方式仅D-D/2取压一种。
3）经典文丘里管由入口圆筒段A、圆锥收缩段B、圆筒形喉部C和圆锥扩散段E组成，如图8-2-13所示。根据不同的加工方法，有以下结构形式：①具有粗铸收缩段的；②具有机械加工收缩段的；③具有铁板焊接收缩段的。
4）文丘里喷嘴由进口喷嘴、圆筒形喉部及扩散段组成，如图8-2-14所示。5）锥形入口孔板锥形入口孔板与标准孔板相似，相当于一块倒装的标准孔板，其结构如图8-2-15所示，取压方式为角接取压。
图8-2-13经典文丘里管
图8-2-14文丘里喷嘴
图8-2-15锥形入口孔板
1一环隙；2-夹持环；3一上游端面A；4-下游端面B；
5-轴线；6-流向；7-取压口；8-孔板；
X-带环隙的夹持环；Y-单独取压口
2、电磁流量计（1）概述
电磁流量计（以下简称EMF）是利用法拉第电磁感应定律制成的一种测量导电液体体积流量的仪表。50年代初EMF实现了工业化应用，近年来世界范围EMF产量约占工业流量仪表台数的5%～6.5%。
70年代以来出现键控低频矩形波激磁方式，逐渐替代早期应用的工频交流激磁方式，仪表性能有了很大提高，得到更为广泛的应用。（2）、原理与机构
EMF的基本原理是法拉第电磁感应定律，即导体在磁场中切割磁力线运动时在其两端产生感应电动势。如图8-2-16所示，导电性液体在垂直于磁场的非磁性测量管内流动，与流动方向垂直的方向上产生与流量成比例的感应电势，电动势的方向按“弗来明右手规则”，其值如下式
式中E-----感应电动势，即流量信号，V;
k-----系数；
B-----磁感应强度，T；D----测量管内径，m；---平均流速，m/s。
设液体的体积流量为
，则
式中K为仪表常数，K=4KB/πD。
EMF由流量传感器和转换器两大部分组成。传感器典型结构示意如图8-2-17，测量管上下装有激磁线圈，通激磁电流后产生磁场穿过测量管，一对电极装在测量管内壁与液体相接触，引出感应电势，送到转换器。激磁电流则由转换器提供。
（3）、优点
EMF的测量通道是一段无阻流检测件的光滑直管，因不易阻塞适用于测量含有固体颗粒或纤维的液固二相流体，如纸浆、煤水浆、矿浆、泥浆和污水等。
EMF不产生因检测流量所形成的压力损失，仪表的阻力仅是同一长度管道的沿程阻力，节能效果显著，对于要求低阻力损失的大管径供水管道最为适合。EMF所测得的体积流量，实际上不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率（只要在某阈值以上）变化明显的影响。
与其他大部分流量仪表相比，前置直管段要求较低。
EMF测量范围度大，通常为20：1～50：1，可选流量范围宽。满度值液体流速可在0.5～10m/s内选定。有些型号仪表可在现场根据需要扩大和缩小流量（例如设有4位数电位器设定仪表常数）不必取下作离线实流标定。
EMF的口径范围比其他品种流量仪表宽，从几毫米到3m。可测正反双向流量，也可测脉动流量，只要脉动频率低于激磁频率很多。仪表输出本质上是线性的。易于选择与流体接触件的材料品种，可应用于腐蚀性流体。
（4）、缺点
EMF不能测量电导率很低的液体，如石油制品和有机溶剂等。不能测量气体、蒸汽和含有较多较大气泡的液体。
通用型EMF由于衬里材料和电气绝缘材料限制，不能用于较高温度的液体；有些型号仪表用于过低于室温的液体，因测量管外凝露（或霜）而破坏绝缘。
四、物位测量仪表简介1、概述
在工业生产过程中，常遇到大量的液体物料和固体物料，它们占有一定的体积，堆成一定的高度，把生产过程中罐、塔、槽等容器中存放的液体表面位置称为液位；把料斗、堆场仓库等储存的固体块，颗粒、粉粒等的堆积高度和表面位置称为料位；两种互不相溶的物质的蚧面位置叫作蚧位。液位、料位以及相界面总称为物位。对物位进行测量的仪表被称为物位检测仪表。
物位测量的主要目的有两个；一是通过物位测量来确定容器中的原料，产品或半成品的数量，以保证连续供应生产中各个五一节所需的物料或进行经济核算；另一个是通过物位测量，了解物位是否在规定的范围内，以便使生产过程政党进行，保证产品的质量、产量和生产安全。
物位测量仪表的种类很多，如果按液位、料位、界面可分为：
①测量液位的仪表：玻璃管（板）式、称重式、浮力式（浮筒、浮球、浮标）、静压式（压力式、差压式）电容式、电阻式、超声波式、放射性式、激光式及微波式等
②测量界面的仪表：浮力式、差压式、电极式和超声波式等；
③测量料位的仪表：重锤探测式、音叉式、超声波式、激光式、放射性式等。物位检测仪表的性能比较见表8-2-3所示。表8-2-3
2、电容式物位计
电容式物位计是电学式物位检测方法之一，它是直接把物位变化量转换成电容的变化量，然后再变换成统一的标准电信号，传输给显示仪表进行指示、记录、报警或控制。
（1）工作原理
电容式物位计的电容检测元件是根据圆筒形电容器原理进行工作的。结构形式如图8-2-18所示。电容器由两个相互绝缘的同轴圆柱极板内电极和外电极组成，在两筒之间充以介电常数为ε的电介质时，两圆筒间的电容量为：
C2LlnD/d式（8-2-1）
式中L两极板相互遮盖部分的长度；
D外电极的内径；d圆筒形内极的外径；
ε中间介质的电介常数，ε=ε0εP，其中ε0=8.84×10-12F/m为真空(和干空气的值近似)介电常数,εP为介质的相对介电常数.由式(8-2-1)可知,只要ε、L、D、d中任何一个参数发生变化，就会引起电容C的变化。在实际应用中，D、d、ε是基本不变的，故测得C即可知道液位的高低。2．UYB-11A型电容液位计
图8-2-19所示为UYB-11A型电容液位计的外形。这种液位计用来测量导电液体的液位。它由不锈钢电极套上聚四氟乙烯绝缘套管构成，这时不锈钢棒作为一个电极，导电液体作为另一个电极，聚四氟乙烯绝缘套管作为中间的填充介质，这三者构成一圆圆柱形电容器。如图8-2-20所示。
UYB-11A电容液位传感器的电容变化量为：
C2HlnD2D1C0式（8-2-2）
式中，C0为容器未放液体时，不锈钢电极对容器壁的初始电容。
3、放射性物位计
在自然界中某些元素能放射出某种看不见的粒子流，即射线。如同位素钴（Co60）能放射出γ射线，铀（U235、U233）也能放射出α和β射线等。当这些射线穿过一定厚度的物体时，因粒子的碰撞和克服阻力而消耗了粒子的动能。以至最后动能耗尽，粒子便留在物体中，即被吸收了。不同的物体对射线的穿透与吸收能力是不同的。一般来说，固体大于液体，液体大于气体。利用物体对放射性同位素射线的吸收作用来检测物位的仪表称为放射性物位计。
图8-2-21为γ射线物位计测量示意图。如图中在容器的一侧安放一个放射源，在容器的另一侧放一个探测器（测量射线的仪表），就可测量物位了。当料位高度低于放射源的位置时，射线粒子大部分通过气体介质到达探测器；若料位上升到超过放射源的高度时，因固体吸收能力强，大部分射线粒子被容器中的物料所吸收，而探测器测得的粒子数很少了，所以，从探测器测得的粒子数的多少，便知容器中的料位有多高。指示仪表把测得的粒子数进行转换、功率放大成标准电信号，远伟进行指示记录或调节。
放射性物位计的特点：
①可以实现完全不接触式的测量，这是放射性物位计的最大特点；②在被测容器上不用开孔，因而可用于高温、高压的工况；
③由于放射源物质的放射不受温度、压力的影响，并且测量元件与被测介质不接触，可用于测量高温、低温、高压容器中的高粘度、强腐蚀性、易燃易爆介质的物位测量；
④不仅可以测量液位，也可测量粉状、粒状和块状介质的料位；
⑤仪表可在强光、浓烟、尘埃环境下工作，不但可以连续测量，也能进行定值控制。
⑥γ射线对人体有较大的伤害，因而在选用上必须慎重。4、浮力式液位计
浮力式液位计是根据浮在液面上的浮球或浮标随液位的高低而产生上下位移，或浸于液体中的浮筒随液位变化而引起浮力的变化原理而工作的。
浮力式液位计有两种。一种是维持浮力不变的液位计，称为恒浮力式液体计，如浮球、浮标式等。另一种是在检测过程中浮力发生变化的，叫做变浮力式液位计，如沉筒式液位计等。
浮力式液位计结构简单，造价低，维持方便，因此在工业生产中应用广泛。（1）恒浮力式液位计
恒浮力式液位计是利用浮子本身的重量和所受的浮力均为定值，并使浮子始终漂浮在液面上，并跟随液面的变化而变化的原理来测量液位的。图8-2-22为机械式就地指示液液位计示意图。浮子和液位指示针直接用钢带相连，为了平衡浮子的重量，使它能准确跟随液面上下灵活移动，在指针一端还装有平衡锤，当平衡时可用下式表示：
G-F=W（8-2-3）式中G浮子的重量；
F浮子所受的浮力；W平衡锤的重量。
当液位上升时，浮子所受的浮力F增大，即GF小于W，使原有的平衡关系被破坏，平衡锤将通过钢带带动浮子上移；与此同时，浮和F将减小，即GF将增大，直到GF重新等于W时，仪表又恢复了平衡，即浮子已跟随液面上移到了一个新的平衡位置，此时指针即在容器外的刻度尺指示出变化后的液位。当液位下降时，与此同相反。
式（8-2-3）中G、W均可视为常数，因此，浮子平衡在任何高度的液面上时，F的值均不变，所以把这类液位计称为恒浮力式液位计。（2）变浮力式液位计
变浮力式液位计（浮筒式液位计）的检测元件是沉浸在液体中的浮筒，它随液位变化而产生浮力的变化，去推动气动或电动元件，发出信号给显示仪表，以指示被测液面值，也可作液面报警的控制。图8-2-23为位移平衡浮筒式液位变送器原理图。液体中发生变化时，浮筒（又称沉筒）1本身的重力与所受的浮力的不平衡力，经杠杆2传至扭力管3，而扭力管产生转角弹性变形，由心轴4传出，经推板5传到霍尔片6，转换成霍尔电势，经功率放大后转换成统一的标准电信号输出，以远传给显示仪表进行液位指示、记录和控制。5、差压式液位计
差压式液位计是利用容器内的液位改变时，液柱产生的静压也相应变化的原理而工作的。
(1)差压式液位计的特点是：
①检测元件在容器中几乎不占空间，只需在容器壁上开一个或两或两个孔即可；②检测元件只有一、两根导压管，结构简单，安装方便，便于操作维护，工作可靠；③采用法兰式差压变送器可以解决高粘度、易凝固、易结晶、腐蚀性、含有悬浮物介质的液位测量问题；
④压式液位计通用性强，可以用来测量压力和流量等参数。当差压计一端接液相，另一端接气相时，根据流体静力学原理，有：pBpAHg（8-2-4）式中：H液位高度；
ρ被测介质密度；
g被测当地的重力加速成度。由式（2-1-29）可得：
ppBpAHg（8-2-5）
在一般情况下，被测介质的密度和重力加速度都是已知的，因此，差压计测得的差压与液位的高度H成正比，这样就把测量液位高度的问题变成了测量差压的问题。
使用差压计测量液位时，必须注意以下两个问题：
①遇到含有杂质、结晶、凝固或易自聚的被测介质，用普通的差压变送器可能引起连接管线的堵塞，此时，需要采用法兰式差压变送器，如图8-2-25所示；
②当差压变送器与容器之间安装隔离罐时，需要进行零点迁移。(2)双室平衡容器
常用差压式液位计比较简单，现在重点介绍一下双室平衡容器：1）前言
汽包水位是锅炉及其控制系统中最重要的参数之一，双室平衡容器在其中充当着不可或缺的重要角色。但是由于一些用户对于双室平衡容器及其测量补等方面缺少全面的必要的了解或者疏漏，致使应用中时有错误发生，甚至形成安全隐患。例如胜利油田胜利发电厂一期工程，该工程投入运行早期其汽包水位测量系统的误差竟达70～90mm，特殊情况下误差将会更大（曾因此造成汽包满水停机事故）。迄今为止，据不完全了解，目前仍有个别用户存在一些类似的问题或者其它问题。汽包水位是涉及机组安全与和运行的重要参数和指标，因此不允许任何人为的误差。为使用户能够更好地掌握双室平衡容器在汽包水位测量中的应用，谨撰此文。不足之处，请不吝指正。
2）双室平衡容器的工作原理①简介
双室平衡容器是一种结构巧妙，具有一定自我补偿能力的汽包水位测量装置。它的主要结构如图8-2-26所示。在基准杯的上方有一个圆环形漏斗结构将整个双室平衡容器分隔成上下两个部分，为了区别于单室平衡容器，故称为双室平衡容器。为便于介绍，这里结合各主要部分的功能特点，将它们分别命名为凝汽室、基准杯、溢流
室和连通器，另外文中把双室平衡容器汽包水位测量装置简称为容器。
②凝汽室
结水供给基准杯及后续环节使用。③基准杯
理想状态下，来自汽包的饱和水蒸汽经过这里时释放掉汽化潜热，形成饱和的凝
它的作用是收集来自凝汽室的凝结水，并将凝结水产生的压力导出容器，传向差压测量仪表差压变送器（后文简称变送器）的正压侧。基准杯的容积是有限的，当凝结水充满后则溢出流向溢流室。由于基准杯的杯口高度是固定的，故而称为基准杯。④溢流室
溢流室占据了容器的大部分空间，它的主要功能是收集基准杯溢出的凝结水，并将凝结水排入锅炉下降管，在流动过程中为整个容器进行加热和蓄热，确保与汽包中的温度达到一致。正常情况下，由于锅炉下降管中流体的动力作用，溢流室中基本上没有积水或少量的积水。⑤连通器
倒T字形连通器，其水平部分一端接入汽包，另一端接入变送器的负压侧。毋庸置疑，它的主要作用是将汽包中动态的水位产生的压力传递给变送器的负压侧，与正压侧的（基准）压力比较以得知汽包中的水位。它之所以被做成倒T字形，是因为可以保证连通器中的介质具有一定的流动性，防止其延伸到汽包之间的管线冬季发生冻结。连通器内部介质的温度与汽包中的温度很可能不一致，致使其中的液位与汽包中不同，但是由于流体的自平衡作用，对使汽包水位测量没有任何影响。⑥差压的计算
通过前面的介绍可以知道，凝汽室、基准杯及其底部位于容器内部的导压管中的介质温度与汽包中的介质温度是相等的，即γw=γw，γs=γs。故而不难得到容器所输出的差压。本文以东方锅炉厂DG670-13.73-8A型锅炉所采用的测量范围为±300mm双室平衡容器为例加以介绍（如图8-2-26所示）。
通过图8-2-26可知，容器正压侧输出的压力等于基准杯口所在水平面以上总的静压力，加上基准杯口至L形导压管的水平轴线之间这段垂直区间的凝结水压力，再加上L形导压管的水平轴线至连通器水平轴线之间，位于容器的外部的这段垂直管段中的介质产生的压力。显而易见，其中的最后部分压力，由于其中的介质为静止的且距容器较远，因此其中的介质密度应为环境温度下的密度。因此P+=PJ+320γw+(580－320)γc
式中P+容器正压侧输出的压力
γw容器中的介质密度（γw=γw）γc环境温度下水的密度PJ基准杯口以上总的静压力
负压侧的压力等于基准杯口所在水平面以上总的静压力，加上基准杯口水平面至汽包中汽水分界面之间的饱和水蒸汽产生的压力，再加上汽包中汽水分界面至连通器水平轴线之间饱和水产生的压力，即
P－=PJ+(580－hw)γs+hwγw
式中：P－容器负压侧输出的压力
hw汽水分界线至连通器水平管中心线之间的垂直高度γs汽包中饱和水蒸汽的密度
因此差压
ΔP=P+－P－=320γw+260γc－(580－hw)γs－hwγw
即ΔP=260γc+320γ－580γs－(γw－γs)hw式（8-2-6）这里有一点需要说明，式（8-2-6）中环境温度下水的密度γc，通常情况下它会随着季节的变化而变化，它的变化将会影响汽包水位测量的准确性。就本例中的容器而言，当环境温度由25℃升高到50℃时，由于密度的变化对于差压产生的影响为－2.3mm水柱，经过补偿系统补偿后对最终得到的汽包水位的影响将为+2.3～5.5mm之间。通常情况下这样的误差是可以忽略的，也就是说可以认为这里的温度是恒定的。但是为了尽量减小误差，必须恰当地确定这里的温度。确定温度可以遵循这样一条原则，就高不就低，视当地气候及冬季伴热等因素确定。比如此处的环境温度一年当中通常在0～50℃之间变化，平均温度为25℃，则可以令这里的温度为35℃。这是因为水的密度随着温度升高它的变化梯度越来越大，确定的温度高些，将会使环境温度变化对整个系统的影响更小。就本例中的容器而言，当温度从0℃升高到25℃时，温度的变化对测量系统的最终结果影响只有1mm左右，而环境温度从25℃升高到50℃所带来的影响却为+2.3～5.5mm之间。故而，确定温度应就高不就低。3）双室平衡容器的工作特性
容器的工作特性对于汽包水位测量和补偿系统来说非常重要，了解这种特性利于用户的应用和掌握应用中的技巧。查《饱和水与饱和水蒸汽密度表》可以获得各种压力下饱和水与饱和水蒸汽的密度。把0、±50、±100mm等汽包水位分别代入式（8-2-6），可得到容器输出的一系列差压，见表8-2-4《双室平衡容器固有补偿特性参照表》。通过表8-2-4可以得知双室平衡容器的工作特性。
从
表8-2-4中可以看到，各水位所对应的由容器所输出的差压随着压力的变化（相关饱和汽、水密度）各自发生着不同的变化。这里首先注意0水位所对应的差压，它的变化较其它水位有明显不同，只在一个较小的范围内波动。由于该容器的设计压力为13.73MPa，因此14.5MPa以下它的波动范围更小，仅在±5mm水柱以内。也就是说当汽包中的水位为0水位时，无论压力如何变化，即使在没有补偿系统的情况下，对0水位测量影响都极小或者基本没有影响。关于其它水位，则当汽包水位越接近于0水位，其对应的差压受压力的变化影响越小，反之则大。
因此，双室平衡容器是一种具有一定的自我补偿能力的汽包水位测量装置。它的这种能力主要体现在，当汽包中的水位越接近于0水位，其输出的差压受压力变化的影响越小，即对汽包水位测量的影响越小。毫无疑问，容器特性由于容器的自身结构决定的，故又称为固有补偿特性。表8-2-4中，0MPa对应两行差压值，其原因后文将会提到。之所以双室平衡容器会有这种特性其实质，是由于双室平衡容器在设计制造时采取了特殊的结构，这种结构最大限度地削弱了汽水密度变化对常规运行水位差压的影响。但是尽管如此，它并不能完全满足生产的需要，仍然需要继续补偿。4、补偿系统
（1）基础知识与基本概念
从容器的特性中可以看到，双室平衡容器不能完全满足生产的需要。究其原因，是由于介质密度的变化所造成的。因此，必须要采取一定的措施，进一步消除密度变化对汽包水位测量的。这种被用来消除密度变化带来的影响的措施就叫做补偿。通过补偿以准确地测定汽包中的水位。
汽包水位测量补偿的通常有两种，一种是压力补偿，另一种是温度补偿，无论采取哪种方法补偿效果都一样。但是它们之间略有区别，即温度补偿可以从0℃开始，而压力补偿只能从100℃开始。这是因为温度可以一一对应饱和密度以及100℃以下时的非饱和密度，而压力却只能一一对应饱和密度，即最低压力0MPa只能对应100℃
时的饱和密度。故而由这两种方法构成的补偿系统各自对应的补偿起始点有所不同，即差压变送器量程有所不同。表8-2-4中0MPa对应两行差压值，其原因即在于此；其中上一行对应的是温度补偿，下一行对应压力补偿。很显然，温度补偿也可以从100℃开始。
（2）建立补偿系统的步骤
第一步确定双室平衡容器的0水位位置
容器的0水位的位置一般情况下比较容易确定，通过查阅锅炉制造厂家有关汽包（学名锅筒）及附件方面的图纸和资料，进行比较和即可获得。文中例举的容器0水位位置位于连通器水平管轴线以上365mm处，即基准杯口水所在的平面下方215mm处。但是，偶尔由于图纸的疏漏缺少与确定0水位相关的数据，无法计算出0水位的位置，那么确定起来就比较复杂。如图1中就缺少数据。这种情况下就只有根据容器的自我补偿特性在0水位所体现的特点通过反复验算来获得。由于容器本身就是用这样的方法经反复验算而设计制造的，只要验算的方法正确通过验算得到的数据会很准确可靠，当然这只限于图纸不详的情况下。由于限于篇幅，这里只提供思路，具体的验算的方法本文不予介绍。对此感兴趣的读者可以试一试。第二步确定差压变送器的量程
差压变送器的量程是由汽包水位的测量范围、容器的0水位位置以及补偿系统的补偿起始点等三方面因素决定的。一些用户一般只考虑了前两方面因素，而忽略了补偿起始点因素，甚至极个别的用户只简单地根据汽包水位的测量范围确定变送器的量程，造成很大的测量误差。一般情况下，忽略容器的0水位位置所造成的误差在70~90mm之间，忽略补偿起始点所产生的误差在30mm以下，特别情况下误差都将会更大。此外，这里特别提醒用户，在进行汽包水位测量工作时，关于变送器的量程，在没有得到确认的情况下，切不可单纯依赖设计部门的图纸。事实上，多数情况下，设计部门在进行此类设计，对变送器选型时，只确定基本量程，而不给出量程。下面来确定变送器的量程。
本文的例子中容器的0水位位置位于连通器水平管轴线以上365mm处。由于该容器的量程为±300mm，因此式（8-2-6）中的hw的最大值和最小值分别为665mm和65mm。如果采用压力补偿，从《饱和水与饱和水蒸汽密度表》中查出100℃时的饱和水与饱和水蒸汽的密度代入式（8-2-6），再分别将665mm和65mm代入式（8-2-6），即得最小差压ΔPmin=－70.5mm水柱和最大差压ΔPmax=504mm水柱这两个差压值就是变送器的量程范围（见表1中0MPa对应的下行），即－70.5～504mm水柱。如果采用温度补偿，且从0℃开始补偿，则由于水的密度极其接近1mg/mm3，误差可以忽略，令蒸汽的密度为0。用同样方法即可得到变送器的量程为－85～515mm水柱（见表（8-2-4）中0MPa对应的上行）。实际上，从0℃开始补偿是完全没有必要的，其原因这里无需遨述。
第三步确定数学模型数学模型是补偿系统中的最重要环节。由式（8-2-6）得
式（8-2-7）
由于相对于规定的0水位的汽包水位h=hw－365mm，所以
式（8-2-8）
式中h相对于规定的0水位的汽包水位γw饱和水的密度γs饱和水蒸气的密度γc环境温度下水的密度ΔP差压
式（8-2-8）即为补偿系统的数学模型。式中γc为常数，令环境温度为30℃，则γc=0.9956mg/mm3，所以
式（8-2-9）
式（8-2-9）式为最终的数学模型。显然，它与式（8-2-8）的作用完全一样。在补偿系统中可以任选其一。第四步确定函数、完成系统
在式（8-2-8）和式（8-2-9）中含都有“320γw－580γs”和“γw－γs”关于饱和水与饱和水蒸汽密度的两个子式。查《饱和水与饱和水蒸汽密度表》，可以获得这两个子式关于压力或温度的函数曲线。将所得到的曲线以及式（8-2-8）或者式（8-2-9）输入用以执行运算任务硬件设备，补偿系统即告完成。从补偿系统的建立过程可以发现，补偿系统是根据某一特定构造的容器而建立的。因此，建立补偿系统时应根据不同的容器，建立不同的补偿系统。建立补偿系统时，当确定差压的计算公式以后，只需重复这里的步骤即可得到新的汽包水位测量补偿系统。5、容器的保温
为了使容器达到理想工作状态，容器的外部必须作以适当的保温。在这里没有保温的情况下，冬季由仪表显示的汽包水位会比夏季低将近10mm。原因，是因为一般
情况下凝汽室的温度都要比环境高300℃左右，甚至更高，因此它的热辐射能力很强。当凝汽室外部没有保温或者保温条件比较差时，尽管凝结水的速度会加快并导致更多的饱和水蒸汽流到这里补充这里的热量，但是由于这里的介质处于对流状态且受到管路等的阻力的制约，使补充的热量难以维持这里的温度，进而影响了测量的准确性。对于额定工作压力为13.73MPa的锅炉而言，如果冬季由仪表显示的汽包水位比真实水位低10mm，将意味着容器内部的温度比饱和温度低7℃左右。所以，为确保其包水位测量的准确性，这里必须加以适当的保温。这里的保温以保温层的外层温度不超过120℃为佳。
第三节控制阀
一、控制阀的工作原理
控制阀同孔板一样，是一个局部阻力元件。前者由于节流面积可以由阀芯的移动来改变，因此是一个可变的节流元件。于是．可以把控制阀模拟成孔板节流形式，见图8-3-1。对不可压缩流体，根据伯努利方程．控制阀的流量方程式为
p1g12g=p2g+22g22
QA2(P1P2)
式中υ1、υ2节流前后速度；υ平均流速；P1、p2节流前后压力；A节流面积IQ流量；ξ阻力系数；g重力加速度；ρ流体密度；
从这个公式中可以看出。当控制阀口径一定，即控制阀两端压差(p2-p1)不变时，流量Q随阻力系数而变化。ξ减少，Q增大。
二、控制阀的结构形式及分类
执行机构气动薄膜调节阀阀
图8-3-2
控制阀由执行机构和阀门两部分组成。图8-3-2是气动薄膜控制阀的结构原理图。控制阀种类繁多．按照其执行机构的动力源分类有气动控制阀、电动控制阀、液动控制阀和混合型控制阀四大类。气动控制阀按其执行机构形式又分薄膜式控制阀、活塞式控制阀和长行程控制阀。
电动控制阀的执行机构的运动方式分为直行程和角行程两类。
从图8-3-2看出，阀部分由阀体和阀的内件组成。按阀体结构形式分类分为单座阀、双座阀、角阀、三通阀、偏心旋转阀、蝶阀、球阀、快速切断阀、隔膜阀、阀体分离型阀、低噪音阀、波纹管密封阀、低温控制阀和旋塞阀。下面分别叙述几种主要阀型的特点和适用场台。下面就尿素装置用到的调节阀进行简单介绍1、直通单座阀(包括小流量控制阀)(1)直通单座控制阀
直通单座控制阀的结构如图8-3-3所示，阀体内只有一个阀芯和一个阀座。单座阀的特点是泄漏量小，因为它是单阀芯结构．容易密闭，甚至可以完全切断，固此其结构上又分调节型和切断型，它们的区别在于阀芯形状不同，前者为柱塞形．后者为平扳形。由于单座阀只有一个阀芯。流体对阀芯的推力不能像双座阀那样能互相平衡，因此不平街力较大．尤其在高压差、大口径时，不平衡力更大，所以单座阀仅适用于低压差的场合，否则必须选用大推力的气动执行机构或配上阀门定位器。
图8-3-3直通单座阀结构图1、阀体；2、阀座；3、阀芯；4、导向套；5、压盖；6、阀杆；7、填料；(2)小流量控制阀
小流量控制阀适用于对微小的流量进行调节，如石油、化工等生产过程中需要加入少量添加剂的场合就应采用这种阀门。一般控制阀的流量系数最小为0.08，而小流量控制阀的流量系数最小可达0.003～0.00044．
小流量控制阀的结构如图8-3-4所示,它由阀盖、阀体、阀芯、填料和压盖螺母等零件组成。小流量阀的公称通径DN为34“流量特性有等百分比和线性。
2、直通双座控制阀
直通双座控制阀的结构如图8-3-5所示，阀内有两个阀芯和两个阀座，阀杆作上下移动来改变阀芯与阀座的位置。从图中可以看出，流体从左侧进人．通过上、下阀芯后再汇合一起，由右侧流出。双座阀有正装和反装两种。正装时，阀芯向下位移，阀芯与阀座间的流通面积减少；反装时，阀芯向下位移，阀芯与阀座间的流通面积增大。
由于双座阀有两个阀芯和阀座．采用双导向结构，正装可以方便地改成反装，只要把阀芯倒装，阀杆与阀芯的下端连接，上、下阀座互换位置之后就可改变安装方式．如图8-3-6所示。
双座阀有上、下两个阀芯，流体作用在上、下阀芯上的推力的方向相反而大小接近相等，所以双座阀的不平衡力很小，允许压差较大。双座阀的流通能力比同口径的单座阀大。但是，受加工限制，上、下两个阀芯不易保证同时关闭，所以关闭时泄漏量较大，尤其使用于高温、低温的场合，因材料的热膨胀不同，更易引起较严重泄漏。此外，阀体流路较复杂，不适用于高粘度和含纤维介质的调节。由于受流路变化影响，执行器作用力正反方向变化，所以调节精度不高在压差允许条件下尽量不选用双座阀。
图8-3-5直通式双座调节阀1、阀体；2、阀座；3、阀芯；4、导向套；5、阀盖；6、阀杆；7、填料；
3、角形控制阀
角形控制阀的结构如图8-3-7所示，除阀体为直角形之外．其他结构与直通单座控制阀相似。但是角形控制阀的阀芯为单导向结构，其能正装不能反装，气开式必须采用反作用执行机构来实现。
这种阀的流路简单，阻力小，阀体内侧流线型通路有助于防止固体在内壁堆积，特别适用于高粘度、含有悬浮物和颗粒状物质流体的调节。有时由于现场条件的限制，要求两个管道成直角场合时，就可采角形控制阀。从控制阀性能出发，角形控制阀一般用于底进侧出。但是当底进时，阀芯密封面易受损伤，而侧进时，阀座易受损伤。因此，在高压差场台时，可采用侧进底出以改善对阀芯的损伤，同时也有利于介质的流动，避免结焦、堵塞．但在侧进底出时应避免在小开度使用，因为这种状况下容易发生振荡。为了避免这种现象的发生，应选用刚度较大的执行机构或配用阀门定位器。
三、高压控制阀
高压控制阀是专为高压系统使用的种特殊阀门．最大公称压力PN为32MPa，广泛
用于化肥和石油、化工生产中，它的结构可分为单级阀芯和多级阀芯两种。1、单级阀芯的高压控制阀
单级阀芯的高压控制阀的结构又可分为两种如图8-3-8所示。这种阀为锻造结构,采用直角连接，填料箱与阀体连成整体，阀座与下阀体分开，便于更换。
高压控制阀为单导向结构．气开式必须采用反作用执行机构来实现。此外．在使用时，因压差大，阀芯为单座阀，介质对阀芯的不平衡力较大，所以应选用刚度较大的执行机构，一般都要安装阀门定位器。
由于介质对单座控制阀阀芯的不平衡力较大．近年来国内外又推出套筒平衡式和柱塞平衡8-3-9、图8-3-10所示。
柱塞平衡型和套筒平衡型阀在阀芯内部提供平衡孔腔，流体产生的力被相互消除。所以，在不需要大推力的执行机构条件下用于高压差场合。2、多级阀芯的高压控制阀
单级阀芯的高压控制阀，为了防止高压差的汽蚀现象而损伤阀芯、阀座，所以阀芯、阀座采用较好的材料，但是这种结构的高压阀使用寿命较短，为了解决高压差条件下的阀芯、阀座使用寿命，根据多级降压的原理，使每级阀芯上分担一部分压差，以改善高压差对阀芯、阀座的冲刷和汽蚀作用。通常，不锈锕的阀芯、阀座能承受120m／s流速的纯净水的冲刷，也即阀芯两端的最大压差为7.0～8.0MPa，因此选取每级压降为8.0MPa。
对于公称通径DN为15～25mm，最大压差△p为32MPa时，可以采用四级阀芯;对于公称通径为DN40～100mm．最大压差为l6MPa时，可以采用二级阀芯。
这种多级阀芯的高压控制阀，如图8-3-11所示，它由四级阀芯组成，把四个阀芯串在一起．不是采用几个阀，而是在一个阀上来实现。
阀芯、阀座采用套筒型式，流量特性由套筒侧面的窗口形状来实现，在结构上把密封面和节流孔分开，关闭时依靠第一级阀芯和阀座面紧密接触，与普通单座阀一样，流体由底部进人阀体．经过多级逐步降压，在阀体内汇流后由侧面出口流出。为减少高压差下的不平衡力，采用了平衡型阀芯结构。为缩小体积，便于加工．阀体上没有法兰，但留有螺栓孔，管道法兰直接通过螺栓连接在阀体上。
多级阀芯控制阀泄漏量通常是Ⅳ级，泄漏量V级也能达到，当阀芯与阀座之间的密封面是软密封时，泄漏量也可达到Ⅵ级。四、蝶阀
蝶阀用来调节液体、气体、蒸汽的流量，由于这种阀具有自己的清洗作用．因此可广泛使用于有悬浮颗粒物和浓浊浆状的流体，它特别适用于大口径、大流量、低压差的场合。
蝶阀按作用形式可分为调节型、调节切断型、切断型三种。接使用要求可分为常温蝶阀(-20～450℃)、高温蝶阀（>450℃、>600～850℃)、低温蝶阀(40～-200℃)、高压蝶阀(PN32MPa)和防腐型蝶阀。1、常温蝶阀
常温蝶阀与薄膜执行机构组合后的外形图如图8-3-12所示，它主要由阀体、阀板、
曲柄、轴、轴承座等零部件组成。
当薄膜执行机构或活塞执行机构接受信号压力后．推杆就向下移动．与推杆相连接的连杆也跟着向下移动．促使曲柄绕着蝶阀旋转。如配长行程执行机构，就应通过外接杆将输出臂的旋转运动传到蝶阀的曲柄。由于曲柄通过平键与轴连接，轴与阀板用销子固定，从而带动阀板在阀体内旋转，使管道流通面积变化，达到调节介质的流量。
蝶阀按动作方式可分为气开式和气关式两种。把气开式改装成气关式时，只要将蝶阀的轴旋转700，再与曲柄上另一键槽用键固定即可实现。因此．蝶阀所配用的执行机构均选用正作用式，同时在执行机构上都带有手轮机构．这样当信号压力或执行机构发生故障时，可迅速转动手轮进行手操。
蝶阀的流量特性在转角700前与等百分比特性相似，但在700后转矩加大，工作不稳定，所以蝶阀常在700转角范围内使用。五、球阀
球阀按阀芯形式可分O形球阀和V形球阀两种。1、O形球阀
（1)构成和工作原理气动O形球阀由气动活塞执行机构和球阀两部分组成，见图8-3-13。
气动活塞执行机构是0.4～0.6MPa压缩空气为动力推动气缸内活塞，从而使它与相连的连杆作直线运动,通过拨叉和滑块带动转轴旋转900。转轴的输出力矩，通过连接套使球阀阀杆旋转，从而带动球体转动900．实现球阀开关动作。(2)特点
①开关操作迅速、容易。
②带有二次防火密封结构的全密封型，密封方式采用具有双线密封阀座的双密封结构。
③流阻小，球阀开孔尺寸与管径相同，适用于对粘性流体、浆料等使用场合。④阀体对称,能很好地承受来自管道的温度应力。
⑤介质流向可以任意，流量特性为快开特性。
⑥流量调节范围大。对气缸活塞执行机构可调比可达到100:l。对全电子式执行机构．组合可调比可达300：1到500:1。
O形球阀常常用于二位式开关控制，像紧急切断、顺序控制等场合。选用阀门的口径通常是与工艺管道的直径相同。图8-3-14为球阀阀体装配图。
六、低噪音阀
控制阀产生的噪声必须符台国家要求，也就是每个工作日接触噪声8h．允许噪声为85dBA，每个工作日接触噪声小于lh，噪声最大不超过ll5dBA。1、控制阀的噪音主要来源有三方面。
(1)机械振动机械噪声是因为阀内湍流流体对阀的内件冲击，造成与其相邻表面之间的振动而产生的噪声。这种振动具有声频特性。如果振动频率接近阀芯阀杆的自然频率．会因谐振而使部件疲劳损坏。不过这种机械振动噪声不是经常发生的，特别是使用了上导向和笼式导向装置后．使其谐振条件受到限制。解决这种噪声问题的方法有：减小导向的间隙，加大阀杆尺寸，改变阀杆的质量，甚至改变流向等，用这些方法改变部件的自然频率。
现在尚无可靠的方法来预估这种由机械振动引起的噪声．
(2)空气动力学噪声空气动力学噪声是流体流经阀的节流处的流动机械能转换成声能的直接结果。这种转换的比值称为声学效率它与阀的压力比和阀的设计有关。降低阀的空气功力学噪声的方法．一是声源处理，防止噪声的产生；二是流路处理．如管路的隔声或增加管壁厚度等。
(3水力学噪声流体流经阀和管路时产生的噪声，包括流动噪声、空化噪声和闪蒸噪声。在这三种噪声中，空化噪声是最严重的．它可导致阀或管路的多处损坏。流动噪声一般比较轻微，不构成噪声问题。闪蒸噪声一般也很轻，目前也无正式的计算方法。总之．水力学噪声不成为问题。
2、噪音控制可采用两种途径，或者同时采用：(1)声源处理声源处声功率的防止和降低(低噪音阀)。
(2)声路处理降低从声源到收听处之间噪音的传播。
3、低噪音阀与一般阀不同之处主要是在阀芯上进行改进。现在介绍四种阀芯的低噪音阀。
(1)多孔式套筒型的低噪音阀，如图8-3-15。套筒型控制阀由于采用平衡式阀芯，改善了阀芯与阀座的导向结构，因此是一种噪音很低的阀门，它的噪音比直通双座控制阀低lOdB以上，如采用多孔式阀芯和多孔式套筒，还可进一步降低噪音。它是利用小孔将压能分散地转换成动能，井在相互冲击中消耗，这种低噪音阀芯与一般阀芯可以互换。
(2)多阶梯阀芯的低噪音阀它的结构如图8-3-16所示，这种低噪音阀是根据有摩擦的绝热流动原理工作的。在阀体中装上多阶梯形阀芯后，它能产生最大的摩擦和压力损失，阀芯的流通面积向着下游截面逐渐增加，以保持流速减小，过样使阀门的噪音碱小到人们所能忍受的程度．并能减低由于高速和振动而造成的疲劳和腐蚀。
第四节执行机构
一、气动执行机构1、气动薄膜执行机构
气动薄膜执行机构是一个最常用的机构。它的传统结构如图8-4-1所示。它的结构简单、动作可靠、维修方便、价格低廉。信号压力入口
a)b)
图8-4-1气动薄膜执行机构
a)正作用式(ZMA)型b)反作用式(ZMB)型1一上膜盖2一波纹薄膜3一下膜盖4一支架5一推杆6一压缩弹簧7一弹簧座8一调节件9一螺母10一行程标尺11一密封垫片12一密封环13一填块14一衬套2、气动活塞执行机构
薄膜式执行机构的行程不能大于l00mm。自动调节系统的实际应用，在大多数情况下，工艺过程需要执行元件有比较大的行程。例如，用于工业冶炼炉的燃气动量调节，其工艺参数的特点是大流量(10000m3／h)和低压力(0．001～0．1MPa)。这要求蝶形调节阀的公称尺寸很大(DN500～1000mm)。显然，这类调节阀需要大的操作行程，气动薄膜执行机构的行程是不能达到的。只有活塞执行机构才能达到。
气动活塞执行机构分两种型式：图8-4-2所示的齿轮齿条式；图8-4-3所示的杠杆拨叉式。两种结构形式均分单作用式(弹簧复位)和双作用式。齿轮齿条式输出力矩较小，一般为3～10000Nm。杠杆拨叉式输出力矩，单作用式为l85～37700Nm；双作用式为515～110380NIn，动作灵活平稳。
图8-4-2齿轮齿条式气动活塞执行机构结构图
1、l6一六角螺母2、l5一内六角螺钉3一端盖4、l3一端盖密封圈5、14一弹簧／弹簧座6、l2一齿条活塞7一壳体8、26～齿轮轴中垫圈9一弹性挡圈10一齿轮轴上平垫圈11一活塞O形圈l7、30一端盖平垫圈l8、29一螺栓密封0形圈l9、28一调节螺栓20～活塞轴瓦21一活塞导向环22一齿轮轴上0形圈23～下轴承24一齿轮轴下0形圈25一齿轮轴27一上轴承
气动活塞执行机构与阀门的连接，应符合标准IS05211，有4个或8个螺栓孔。轴安装孔应符合DIN3337。
图8-4-3杠杆拨叉式气动活塞执行机构结构图
1-锁紧螺母2、7-平垫圈3、9、15、21、27、28、30、32、33、39、43-O形圈4-调节螺钉5-螺母6-弹性垫圈8-缸盖10-双头螺栓ll-弹簧缸l2-弹簧13-缸体14-锁紧螺母16-导向环l7-活塞18、24-弹性挡圈l9、23-滚套20-活塞杆22-销轴25、41-弹性挡圈26、40-减磨垫圈29-无油滑动轴承31-隔板
34、44-定位销35-箱体36-紧定螺钉37-拨叉38-转轴42-平键
二、手轮机构1、用途及结构
手轮机构与调节阀配套使用。主要用途如下：
1)当气源信号或电信号出现故障时，或者当执行机构的主要元件(如膜片、弹簧、密封件、传动件等)损坏时，要把自动操作改为手动操作，可采用手轮机构继续维持调节阀的调节功能。
2)手动机构也可用来作为调节阀行程的限位器。当信号压力为零时，调节阀不是全开就是全关。如果工艺过程要求调节阀有少量的流量，可以利用手轮来达到。3)手轮机构可提高调节阀运行的可靠性。调节阀如增设旁路，投资费用多，占地面积大，当口径较大或使用贵重金属时，成本会更高。使用手轮机构无论从投资费用或占地面积考虑都很合算。
手轮机构有上装式(图8-4-4)和侧装式(图8-4-5)两种。上装式只能单方向限制行程，经常采用螺旋传动方式。这一类手轮安装在执行机构的上面，用螺杆带动螺套或螺母。图8-4-4中，螺套通过连轴件6与执行机构连接。
在图8-4-5所示的倒装式手轮中，手轮4侧向安装在阀门和执行机构之间。这种侧装式手轮用螺杆3带动螺套2，从而带动杠杆5的动作。杠杆直接与阀杆连在一起。其优点是降低了调节阀的高度，缺点是结构较为复杂。
许多手轮机构都装有安全机构，防止手轮受到碰撞或误操作而转动。图8-4-6a所示是利用销轴对手轮限位。图8-4-6b所示是一种利用小手轮锁紧的安全机构。图8-4-7所示为手动．自动切换手轮机构。离合器8处于自动位置。如果需要手动操作时，先把切换手柄4转到手动位置，通过拨叉3，拨动离合器8往上和手轮7啮合，此时只要转动手轮，、则可使输出轴转动，即进行手动操作。自动操作时只要接通电源，电动机带动蜗轮l转动，直立杆5自动偏移，弹簧6的作用力把离合器8下推，恢复自动操作位置。
图8-4-7手动一自动切换手轮机构
1-蜗轮，2-输出轴，3-拨叉，4-切换手柄，5-直立杆，6-弹簧，7-手轮，8-离合器
2、使用手轮机构的注意事项
1)手轮机构是一种安全辅助装置。当自动操作完全正常和执行机构无故障时，手轮机构并不使用。为此要经常检查手轮机构是否完好，经常加油防锈。2)自动操作时，手轮机构的位置(指示件)要对准标尺中央的“自控”位置，然后
把手轮限位，防止手轮的意外转动而影响阀门的开度。
3)手轮转动方向与阀门开、关的关系一定要明确，特别是作阀位限制用时更要注意，以防误操作。
第五节阀门定位器
阀门定位器是一个起比例放大作用的调节器。阀门定位器和调节阀组成一个阀门行程调节系统。这个系统的主要组成部分是一个气容元件和一个滞后元件。图8-5-1为调节阀、执行机构、阀的定位器的安装示意图。控制信号的压力为0.02～0.1MPa，进入控制室5，使芯杆2向上移动，使压缩空气进入执行机构。与此同时，通过反馈连杆11、凸轮轴8及凸轮7的反馈作用，以及弹簧6的作用，使芯杆2趋于下移。这样在弹簧6中出现两个力：一个是由控制信号产生的作用力；另一个是由阀杆反馈产生的反作用力。
当控制信号值和阀杆位置之间相互协调时，弹簧提供补偿力。这就是说，阀门定位器工作基于力平衡的原理。
控制室5是气源室，具有0．3MPa或0．6MPa的压力。这个压力进入执行机构10，当控制信号和阀杆位置之间，由于摩擦力或流经调节阀的压降等而产生不协调时，进入执行机构的空气压力就可能达到最大值0．3MPa或0．6MPa。
应指出，蝶形或球形调节阀的阀门定位器，与芯型调节阀的阀门定位器的不同点，仅仅是调节阀阀杆位移的变化，即由线性位移变成角位移。为了做到这点，阀门定位器直接安装在蝶形或球形调节阀的轴上。
第六节调节阀特性
一、流量特性1、理想流量特性
调节阀的流量特性是指介质流过阀门的相对流量与相对位移(阀门的相对开度)间的关系，数学表达式如下：
式中
QQmaxlL
相对流量，调节阀在某一开度时流量Q与全开流量Qmax之比；
相对位移，调节阀在某一开度时阀芯位移l与全开位移L之比。
一般来说，改变调节阀的阀芯与阀座之间的流通截面积，便可以控制流量。但实际上，由于多种因素的影响，如在节流面积变化的同时，还发生阀前、阀后压差的变化，而压差的变化又将引起流量的变化。为了便于分析，先假定阀前、阀后的压差不变，然后再引伸到真实情况进行研究。前者称为理想流量特性，后者称为工作流量特性。
理想流量特性又称固有流量特性，它不同于阀的结构特性。阀的结构特性是指阀芯位移与流体通过的截面积之间的关系，不考虑压差的影响，纯粹由阀芯大小和几何形状所决定；而理想流量特性则是阀前、阀后压差保持不变的特性。理想流量特性主要有直线、等百分比(对数)、抛物线及快开等四种。(1)直线流量特性
直线流量特性是指调节阀的相对流量与相对位移成直线关系，即单位位移变化所引起的流量变化是常数，用数学表达式表示：
式中K常数，即调节阀的放大系数。将式(8-6-2)积分得：
式中C积分常数。
45已知边界条件是：l=0时，Q=Qmin
l=L时，Q=Qmax
把边界条件代入式(8-6-3)，求得各常数项为：
最后得：
式(8-6-4)表明
QQmax
与lL之间呈直线关系，以不同的
lL代入式(8-6-4)，求出
QQmax的对应值，在直角坐标上得到一条直线，见图8-6-1。从图中可以看出，直线特性调节阀的曲线斜率是常数，即放大系数是一个常数。要注意的是，当可调比R不同时，特性曲线在纵坐标上的起点是不同的。当R=30，
lL=0时，
QQmax=0.33。为了便于分
析和计算，假设R=∞，即可调比无穷大，则特性曲线以坐标原点为起点，这时位移变化l0％所引起的流量变化总是10％，但相对流量的变化量是不同的。以行程的l0％、50％及80％三点为例，若位移变化量都是l0％，则：在10％时，流量相对变化值为：在50％时，流量相对变化值为：在80％时，流量相对变化值为：
201*10605050908080×100％=l00％×100％=20％×100％=l2.5％
可见，直线特性的阀门在开度小时流量相对变化值大，灵敏度高，不易控制，甚至发生振荡；而在大开度时，流量相对变化值小，调节缓慢，不够及时。直线流量特性的阀芯形状如图8-6-2之2所示。
(2)等百分比(对数)流量特性
等百分比流量特性也称为对数流量特性。它是指单位相对位移变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量成正比关系。即调节阀的放大系数是变化的，它随相对流量的增大而增大。用数学表达式表示为：
将式(8-6-4)积分得：
将前述的边界条件代入，求得常数项为：
最后得：
或从式(8-6-7)看出相对位移与相对流量成对数关系，所以也称对数流量特性，在半对数坐标上可以得到一条直线，而在直角坐标上则得到一条对数曲线，如图8-6-2之4所示。
为了和直线流量特性进行比较，同样以行程的l0％、50％和80％三点进行研究，当行程变化10％时流量变化分别为1.91％、7.3％和20.4％，而它们流量相对变化值却都为40％。
等百分比流量特性在小开度时，调节阀放大系数小，调节平稳缓和；在大开度时，放大系数大，调节灵敏有效。从图8-6-1还可以看出，等百分比特性在直线特性下方，
因此，在同一位移时，直线阀通过的流量要比等百分比大。(3)抛物线特性
抛物线流量特性是指单位相对位移的变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量值的平方根成正比关系，其数学表达式为：
积分后代入边界条件再整理得：
式(8-6-9)表明相对流量与相对位移之间为抛物线关系，在直角坐标上为一条抛物线，如图8-6-1之3所示，它介于直线及对数曲线之间。
为了弥补直线流量特性在小开度时调节性能差的缺点，在抛物线基础上派生出一种修正抛物线特性，如图8-6-1之6。它在相对位移30％及相对流量20％这段区间内为抛物线关系，而在此以上的范围是线性关系。抛物线特性的阀芯形状见图8-6-2之3。(4)快开特性
这种流量特性在开度较小时就有较大的流量，随开度的增大，流量很快就达到最大；此后再增加开度，流量变化很小，故称快开特性，其特性曲线如图8-6-1之1所示。
快开特性的数学表达式是：
积分后得：
快开特性的阀芯形式是平板形的，如图8-6-2之1所示。它的有效位移一般为阀座直径的1/4，当位移再增大时，阀的流通面积就不再增大，失去调节作用。．快开特性调节阀适用于快速启闭的切断阀或双位调节系统。
除上述流量特性外，还有一种双曲线流量特性，如图8-6-1之5所示，这种特性较为少用。
各种阀门都有自己特定的流量特性。如图8-6-3所示，隔膜阀的流量特性接近于快开特性，所以它的工作段应在位移的60％以下。蝶阀的流量特性接近于等百分比特性。选择阀门时应该注意各种阀门的流量特性。
对隔膜阀和蝶阀，由于它的结构特点，不可能用改变阀芯的曲面形状来改变其特性，因此，要改善其流量特性，只能通过改变阀门定位器反馈凸轮的外形来实现。2、工作流量特性
在实际生产过程中，调节阀的阀前、阀后的压差总是变化的，这时的流量特性称为工作流量特性。因为调节阀往往和工艺设备、管道等串联或并联使用，流量因阻力损失的变化而变化，在实际工作中因阀门前后压差的变化而使理想流量特性畸变成工作特性。
(1)串联管道的工作流量特性
以图3-11所示的串联系统为例进行讨论。从图中可知：系统的总压差ps等于管路系统(除调节阀外的全部设备和管道)的压差p与调节阀的压差pv之和，即
从调节阀的流量方程式可知，流过调节阀的流量Q和流量系数Kv有关，而流量系数又随阀门开度而变。
如果调节阀压差恒定，即pv不变，则
式中Qmax流过调节阀的最大流量；KV阀阀全开时的流量系数。这样：
如果流过管道、设备的流量为Q’，则
K，管为管道和设备的流量系数。
显然，由流体的连续性和能量守恒定律可知：故
将式(8-6-11)代入上式并加以整理得：
式中
当调节阀全开时，f2
所以，MpVMpl=1，则阀上压差pVML为：
,M表示调节阀全开时压差与系统总压差的比值，即等于s值。
调节阀压差pV与相对位移(即相对行程l／L)及s值之间的关系为：
式(8-6-13)表示了调节阀压差的变化规律，利用它可以推算出相对流量与相对位移的关系式，即调节阀的工作流量特性。
以Qmax表示管道阻力等于零时调节阀全开流量，以Q100表示存在管道阻力西调节阀的全开流量，则可得到下面方程：
即式(8-6-14)和(8-6-15)分别为串联管道时以Qmax及Q100
50作为参比值的工作流量特
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