滑板式控制閥助力鋼鐵企業(yè)自動化升級

    隨著鋼鐵企業(yè)的產(chǎn)能升級改造，用戶越來越需要一種高精度、長壽命、儀表化的調(diào)節(jié)閥來滿足設(shè)備更新?lián)Q代的需求，滑板式控制閥在全國40多個鋼鐵廠均有應(yīng)用案例，大部分應(yīng)用在煉鋼氧氣頂吹、氬氣底吹、連鑄冷軋、鍋爐給水及減溫水、蒸汽、環(huán)保水處理等系統(tǒng)。在這些應(yīng)用場合滑板式控制閥以控制精確、大可調(diào)比、低維護量、長壽命獲得了用戶的高度評價。下面列舉幾個典型應(yīng)用案例：

    ●一、連鑄二冷水流量控制●

    連鑄是煉鋼生產(chǎn)工藝的重要設(shè)備之一。連鑄機在生產(chǎn)過程中，鋼水從中間包到結(jié)晶器（一冷）、二冷環(huán)節(jié)冷卻，然后到拉矯機，切割機出鋼。整個過程鋼水從液態(tài)變成鋼坯，其中二冷水環(huán)節(jié)最為重要，直接關(guān)系到鑄坯質(zhì)量的優(yōu)劣?，F(xiàn)實生產(chǎn)中，很多鋼廠的連鑄二冷水都存在汽水霧化流量不穩(wěn)定，以及小流量控制精度不夠、無法穩(wěn)定調(diào)節(jié)或大水量上不去的情況，難以實現(xiàn)最佳冷卻效果。特別是在需水量相對小的優(yōu)質(zhì)鋼材生產(chǎn)時，二冷水調(diào)節(jié)的不穩(wěn)定，嚴重影響鋼坯的質(zhì)量，以致產(chǎn)生許多廢鋼，在一定程度上制約了生產(chǎn)效率的提高。

    目前，二冷水控制系統(tǒng)通過PID調(diào)節(jié)方式控制調(diào)節(jié)閥的開度來控制二冷水水量，可以說調(diào)節(jié)閥是二冷水控制系統(tǒng)的核心部分。

    然而，國內(nèi)鋼鐵企業(yè)在相當(dāng)長的時間里，大都使用“低進高出”結(jié)構(gòu)的柱塞型單座閥。由于單座閥在結(jié)構(gòu)上的局限性，只能設(shè)計使用S型流體通道，介質(zhì)因流動方向的改變，湍流、擾動不可避免，不僅對閥塞、閥桿、閥腔以及閥后管道產(chǎn)生沖蝕，縮短閥門及管道壽命，還會因閥后流體的不穩(wěn)定，無法滿足工藝生產(chǎn)的要求。從控制性能的角度來看，單座閥作為典型的控制閥，其控制性能雖然優(yōu)于球閥和蝶閥，但仍然存在相當(dāng)范圍的“死區(qū)”，通常0-20%的開度時，流量變化不明顯，在兼顧大水量選擇管徑的前提下，難以滿足小開度控制小水量時的精度要求。但如果選擇小一點的口徑，則很可能無法滿足大水量的要求。

    基于此，二冷水控制系統(tǒng)對調(diào)節(jié)閥提出了更高的要求：

    1、控制穩(wěn)定，震蕩波動小，提高系統(tǒng)可控性。

    2、線性度高，有效調(diào)節(jié)范圍大，既能滿足大需水量的要求，又能在極小開度時精確控制小流量。

    3、響應(yīng)速度快，能迅速達到系統(tǒng)計算的需水量，充分發(fā)揮PID控制系統(tǒng)的作用，使水量的給定達到最優(yōu)。

    上海源冠自控設(shè)備有限公司生產(chǎn)的滑板式控制閥具有許多傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)閥無法比擬的優(yōu)勢，其中控制穩(wěn)定性強，線性度高及響應(yīng)速度快的特性即能有效地滿足二冷水控制系統(tǒng)對調(diào)節(jié)閥的上述要求：

    1、滑板閥的多槽分流結(jié)構(gòu)，使流體通過閥體時更加平穩(wěn)，受到同一串聯(lián)管線上的其他回路（如壓力）的影響更小，恢復(fù)的時間更短。因而，滑板閥對介質(zhì)實際起到了整流的作用，再加上滑板閥行程短，響應(yīng)速度快，極大地減少了系統(tǒng)震蕩，系統(tǒng)可控性更高。

    2、滑板閥的線性度更高，有效調(diào)節(jié)范圍更大。

    滑板閥的流通面積是通過兩塊閥板上的開孔形狀來決定的，不同的流量特性對應(yīng)不同的開孔形狀。滑板移動到每一開度所對應(yīng)的流通面積都能夠精確控制，其有效的調(diào)節(jié)范圍為0-100%。而單座閥閥芯部分為柱塞式，是一個圓錐形，對流通面積的控制則需要以嚴格保證閥芯與閥座中心定位為前提。再加上介質(zhì)對單座閥閥芯的推力大，即受到的不平衡力大，增加了精確控制流通面積的難度，特別是在小開度時，閥芯還要受到介質(zhì)的不斷沖蝕。

    滑板閥的直流通道設(shè)計，閥門自身的壓損更小，流通能力更強，Cv值更大，約高出單座閥30%。在閥前壓力、流量等參數(shù)一致的情況下，與同口徑的單座閥相比，流通量更大?；彘y的這一特點將直接體現(xiàn)在購置成本上，可選用小1-2級口徑的閥門，以節(jié)省成本。需要指出的是，單座閥如果長期處于小開度的工作狀態(tài)，其閥芯受介質(zhì)的長期沖蝕，不僅嚴重縮短閥塞壽命，還會造成內(nèi)漏。所以選型時必須對最大、最小及常態(tài)的工作壓力、流量等參數(shù)進行核對確認，選擇最佳的閥門口徑。

    三、滑板閥驅(qū)動行程短，如DN250的滑板閥全行程僅為8mm，而同樣口徑的單座閥全行程至少有60mm。從流體動力的角度來講，閥板受到的不平衡力小，且僅需克服兩塊閥板間的摩擦力即可實現(xiàn)閥門的啟閉，所需的驅(qū)動力小，所以動態(tài)響應(yīng)快速，能迅速達到給定的開度，特別適用于要求動作頻繁的場合。

    在整個冷卻水配水過程中，每個速度段的配水公式的系數(shù)不同，流量也不同。在自動控制時，根據(jù)出鋼的實際速度計算每段的噴水量，再通過控制系統(tǒng)換算成信號輸出給調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機構(gòu)，控制調(diào)節(jié)閥開度。同時，流量計檢測到的實際水流量輸入到PID程序塊與理論噴水量進行對比，計算出偏差，再輸出給執(zhí)行機構(gòu)控制調(diào)節(jié)閥，進行反復(fù)的PID調(diào)節(jié)，實現(xiàn)理論噴水量與實際流量一致。這一P、I、D控制參數(shù)不斷調(diào)整的過程，恰恰需要調(diào)節(jié)閥快速響應(yīng)來實現(xiàn)，使水量調(diào)節(jié)最大程度接近理想曲線。另外，此處的調(diào)節(jié)閥需配置手輪，而滑板閥驅(qū)動力小，從DN15到DN250的滑板閥都用同一型號手輪啟閉，不僅減少了現(xiàn)場工人的操作難度，也避免產(chǎn)生其他結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)閥可能出現(xiàn)的存在隱患的現(xiàn)象，諸如因用力不當(dāng)造成的支架變形以及閥桿運行不靈活等，滑板閥備件通用性更強，備件數(shù)量更少。再者，由于此處是對水的控制，還可能受到水錘效應(yīng)造成調(diào)節(jié)閥和管道的破壞?；彘y的多槽分流結(jié)構(gòu)，確保無水錘的產(chǎn)生，大大延長閥門及管道的使用壽命。

    綜合以上，滑板閥能更好地滿足連鑄二冷水控制系統(tǒng)精確控制的要求，很好地彌補了傳統(tǒng)調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)的局限性，是調(diào)節(jié)閥技術(shù)領(lǐng)域的重大突破和質(zhì)的飛躍，為連鑄二冷水的精確控制提供了目前最佳的解決方案，具有非常好的應(yīng)用前景。

上圖：鋼鐵廠連鑄二冷水流量調(diào)節(jié)滑板閥

    ●二、氧槍系統(tǒng)壓力、流量控制●

    滑板式控制閥在電爐轉(zhuǎn)爐氧槍、制氧氣體這些自控系統(tǒng)中主要應(yīng)用于氣體流量或壓力的控制，特別是氧氣的控制。因為強調(diào)氧氣系統(tǒng)的平穩(wěn)，控制電爐噸鋼用氧量，是強 化電爐冶煉、提高電爐出鋼效率最有效手段之一，同時也是穩(wěn)定鋼產(chǎn)品的質(zhì)量、減少廢鋼鐵的投入量及爐齡等成本控制的有效手段。

    這些系統(tǒng)對控制閥提出了更高的要求：

    一、系統(tǒng)在受到干擾后能迅速恢復(fù)到控制點，即控制過渡過程時間要短；

    二、由于流量控制閥在這個系統(tǒng)中是一個動作極為頻繁的閥，所以要求控制閥有很好的耐磨性和關(guān)閉后極低的泄漏量，以保證該閥能在長周期內(nèi)正常工作。

    滑板式控制閥在正常調(diào)節(jié)過程中，在閥門前后的壓差作用下，動滑板與定滑板的密封面猶如在做自動的相互研磨，具有使用周期越長，密封性能越好的特點。這樣的動作過程也就保證了閥門的低維護率和長周期使用。同時由于不平衡力小，滑板閥所配氣動執(zhí)行機構(gòu)只有單座閥1/3的體積，在糾正偏差的過程中，速度更快，更能滿足氧氣系統(tǒng)的控制要求。

上圖：電弧爐氧氣流量調(diào)節(jié)滑板閥

    ●三、鋼鐵廠蒸汽系統(tǒng)控制●

    蒸汽在管道中往往或多或少地存在著汽、液兩相的狀態(tài)，在流經(jīng)各類閥門前后更是如此。汽液兩相狀態(tài)的存在會產(chǎn)生水擊、汽蝕和閃蒸的現(xiàn)象。因此在選用蒸汽控制閥時，對控制閥的閥內(nèi)件提出了較高的要求——抗汽蝕、低泄漏。

    首先，我們來分析一下流體流經(jīng)控制閥產(chǎn)生汽蝕和閃蒸的原理。介質(zhì)通過控制閥截面最小的節(jié)流口時流速最大。流速（或動能）的增加伴隨著節(jié)流斷面壓力（或勢能）的降低。當(dāng)壓力低于介質(zhì)飽和蒸汽壓時，氣泡就會在介質(zhì)中形成。隨著節(jié)流口處壓力的進一步下降，氣泡會大量形成。如果介質(zhì)通過節(jié)流口后，壓力仍低于介質(zhì)飽和蒸汽壓力，氣泡將保留在節(jié)流口后的流束中，即為閃蒸。閃蒸對閥內(nèi)件會產(chǎn)生嚴重的沖刷破壞，其特點是受沖刷的表面有平滑拋光的外形。沖刷破壞最嚴重的地方一般是流速最高的地方，通常位于閥芯和閥座的接觸線上或附近。尤其是在小開度，節(jié)流間隙小，流速高的環(huán)境下，沖蝕破壞也最嚴重。如果介質(zhì)通過節(jié)流口后，壓力高于介質(zhì)飽和蒸汽壓力，氣泡大量潰滅，并對接觸的閥體零件表面產(chǎn)生破壞性影響，即為氣蝕。氣蝕對閥內(nèi)件產(chǎn)生的破壞表面有類似煤渣的孔洞外形。

    通過分析可以得出：在流經(jīng)節(jié)流截面流速（動能）的增加是產(chǎn)生汽蝕和閃蒸的主要原因。滑板式控制閥在閥體內(nèi)裝有兩塊與介質(zhì)流向垂直的滑板，在滑板上開有不同長度相同寬度的多槽節(jié)流孔。這種結(jié)構(gòu)的好處是：

    1、流路簡單（不同于單座閥的S形流路）；

    2、流態(tài)穩(wěn)定（多槽節(jié)流孔摒除了單座閥只有一個節(jié)流孔的缺陷），不產(chǎn)生擾動；

    3、結(jié)構(gòu)輕巧能耗?。◤氐讙?棄了傳統(tǒng)單/雙座閥的笨重閥體）。

    滑板閥的特殊結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了流經(jīng)多個節(jié)流截面的流速動能的相互抵消，大大地降低了產(chǎn)生汽蝕和閃蒸能量而減少汽蝕和閃蒸對閥內(nèi)件的損壞，也降低流體流經(jīng)時產(chǎn)生的噪音（最大可衰減15分貝）。流體流過多個節(jié)流截面，大幅減小對閥芯的不平衡力，使得滑板閥即使在小開度時也能正常工作。在關(guān)閉時，滑板閥閥前壓力使兩塊閥板緊緊地貼在一起，保證了關(guān)閉的嚴密性，泄漏量極低。

    滑板閥這一革命性設(shè)計給用戶帶來的最主要利益是：

    流經(jīng)滑板閥的流體更易控制，減小了汽蝕、沖刷等不利因素的影響，大幅提高了控制閥的使用壽命，應(yīng)用面更廣。與單/雙座閥和套筒閥的閥體相比，滑板閥結(jié)構(gòu)更加輕巧、散熱面積更小，故熱量損耗更少；符合當(dāng)前節(jié)能產(chǎn)品的需求。滑板閥采用全金屬平面密封，沒有平衡環(huán)，徹底消除了傳統(tǒng)套筒閥套筒卡死，套筒密封圈經(jīng)常更換的問題，特別是滑板閥取消了單/雙座閥的上閥蓋結(jié)構(gòu)，消除了外泄漏的可能性。

上圖：鋼鐵廠蒸汽流量控制電動滑板閥

    從以上的介紹中，可以發(fā)現(xiàn)滑板閥重量輕體積小，安裝維護方便，備件少，閥內(nèi)件的更換簡單快捷，控制穩(wěn)定，響應(yīng)靈敏，噪音低，使用壽命長，滿足了鋼鐵行業(yè)不斷要求環(huán)保、自動化，專業(yè)化和高效化需求。