背壓型調(diào)壓閥設(shè)置：取樣系統(tǒng)工程師技巧

為了正確使用背壓型調(diào)壓閥，取樣系統(tǒng)工程師必須警惕這些常見的取樣系統(tǒng)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤：

• 忽視上游限流裝置的重要性
• 允許過(guò)多的流量通過(guò)分析儀
• 在減壓型調(diào)壓閥與背壓型調(diào)壓閥之間沒有流阻的情況下串聯(lián)放置兩個(gè)裝置。 

在這篇文章中，世偉洛克將討論使用背壓型調(diào)壓閥設(shè)計(jì)和構(gòu)建取樣系統(tǒng)的方法，以及如何避免這些常見的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。

設(shè)置背壓型調(diào)壓閥

與減壓型調(diào)壓閥不同，背壓型調(diào)壓閥控制進(jìn)口壓力，通常安裝在管道末端。另一方面，減壓型調(diào)壓閥控制出口壓力，通常安裝在管道起始端。兩種類型的調(diào)壓閥的作用都是平衡系統(tǒng)進(jìn)出口的力和建立設(shè)定壓力時(shí)所產(chǎn)生的彈簧加載力。

世偉洛克認(rèn)為，如果這種平衡由于外部壓力的增加或減少而被打破，調(diào)壓閥的閥門或提升閥芯將移近或遠(yuǎn)離閥座。根據(jù)閥門動(dòng)作的特點(diǎn)，這將允許流量或多或少地通過(guò)調(diào)壓閥的孔口，直到調(diào)壓閥重新建立平衡。 

圖 1 顯示了典型的背壓型調(diào)壓閥設(shè)置。調(diào)壓閥通過(guò)調(diào)節(jié)分流到旁路的流量來(lái)保證分析儀 (A) 的進(jìn)口壓力的恒定。流量限制器（R1 和 R2）使調(diào)壓閥能夠正確控制壓力  Image © 2013 "Industrial Sampling Systems"

圖 1 顯示了分析取樣系統(tǒng)典型的背壓型調(diào)壓閥設(shè)置。當(dāng)存在分析儀無(wú)需使用的流量時(shí)（見圖 1 中的 A），調(diào)壓閥的工作是將該流量分流到旁路。隨著源壓力的變化，調(diào)壓閥也隨之改變分流流量，以確保調(diào)壓閥進(jìn)口處保持恒定壓力，并且有恒定流量通過(guò)分析儀。

背壓型調(diào)壓閥在上游需要一些流量限制（通常是 針閥），以幫助控制進(jìn)口壓力（見圖 1 中的 R1）如果背壓型調(diào)壓閥和系統(tǒng)之間沒有限流設(shè)備（即使很長(zhǎng)的管道可能在氣體系統(tǒng)中具有很小的壓降），背壓型調(diào)壓閥將大開，試圖以通過(guò)足夠的氣體來(lái)降低上游壓力，但不會(huì)有效。在適當(dāng)?shù)南蘖髟O(shè)施下，增大的流速將導(dǎo)致流經(jīng)該限流設(shè)備的壓降增加，有助于降低下游壓力。

世偉洛克認(rèn)為，取樣系統(tǒng)設(shè)計(jì)者經(jīng)常犯的一個(gè)錯(cuò)誤是省去限流設(shè)備，認(rèn)為背壓型調(diào)壓閥可以直接控制上游壓力。但是如果沒有限流設(shè)備，當(dāng)系統(tǒng)流量改變時(shí)，壓力幾乎沒有變化。調(diào)壓閥將繼續(xù)浪費(fèi)工藝流體以試圖增加流量，因?yàn)樗噲D控制的進(jìn)口壓力不會(huì)有任何變化。這可能導(dǎo)致調(diào)壓閥大開。

允許大流量通過(guò)分析儀限流設(shè)備（見圖 1 中的 R2）是另一個(gè)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，因?yàn)樗鼤?huì)導(dǎo)致調(diào)壓閥的進(jìn)口壓力下降到設(shè)定壓力以下。這可能導(dǎo)致調(diào)壓閥完全關(guān)閉，限制排放流量。為了更好地控制，上游限流設(shè)備 (R1) 的尺寸應(yīng)允許一些流量通過(guò)調(diào)壓閥，即使是在分析儀的最大流速下。

為了建立如圖 1 所示的功能系統(tǒng)，世偉洛克建議系統(tǒng)設(shè)計(jì)者應(yīng)該從關(guān)閉 R2 開始，調(diào)整 R1 以充分允許所需分析響應(yīng)時(shí)間的旁通流量，然后微調(diào)所需分析儀流量的 R2。旁通流量應(yīng)自動(dòng)下降相同的量。必要時(shí)慢慢打開 R1，直到旁通流量至少與分析儀排放流量一樣快。這將允許調(diào)壓閥在源壓力變化時(shí)控制其進(jìn)口壓力。如果預(yù)計(jì)源壓力會(huì)發(fā)生很大變化，可調(diào)整R 1，在最低預(yù)期源壓力下產(chǎn)生少許旁通流量。

由于背壓型調(diào)壓閥控制旁通流量，旁通排放管中不需要針閥或其他限流設(shè)備。然而，沒有針閥的旁通流量計(jì)有助于確認(rèn)調(diào)壓閥正在通過(guò)一些流量并控制其進(jìn)口壓力。

圖 2。該圖顯示了一個(gè)常見錯(cuò)誤，即串聯(lián)安裝的減壓型調(diào)壓閥和背壓型調(diào)壓閥相互競(jìng)爭(zhēng)，導(dǎo)致系統(tǒng)中的壓力控制無(wú)效  Image © 2013 "Industrial Sampling Systems”

串聯(lián)使用減壓型和背壓型調(diào)壓閥

如圖 2 所示，當(dāng)背壓型調(diào)壓閥緊接著減壓型調(diào)壓閥放置時(shí)，世偉洛克認(rèn)為會(huì)出現(xiàn)另一個(gè)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。因?yàn)閮蓚€(gè)調(diào)壓閥無(wú)法控制相同的壓力——其中一個(gè)必然失效。 

為了證明這種失效，考慮兩種情況。首先，如果背壓型調(diào)壓閥的設(shè)定點(diǎn)高于從上游調(diào)壓閥進(jìn)入它的壓力，它將保持關(guān)閉，因?yàn)闆]有足夠的力將背壓提升閥芯從閥座上提起并允許流過(guò)背壓型調(diào)壓閥。在這種情況下，不會(huì)有旁通流量，因?yàn)楸硥盒驼{(diào)壓閥將保持關(guān)閉。 

第二種情況是背壓型調(diào)壓閥的設(shè)定點(diǎn)較低。由于流量上升，來(lái)自減壓型調(diào)壓閥的輸送壓力將以上游調(diào)壓閥流量特性曲線的速率下降。流速急劇增加，向上推動(dòng)背壓型調(diào)壓閥的流量特性曲線，并增加其進(jìn)口壓力。

世偉洛克認(rèn)為，這種增加的結(jié)果取決于兩個(gè)調(diào)壓閥的設(shè)置：

• 如果兩個(gè)設(shè)定值接近，則流速將上升，直到第一個(gè)調(diào)壓閥的壓力下降與第二個(gè)調(diào)壓閥的壓力上升相匹配。但是這導(dǎo)致了非常高的流速。
• 如果兩個(gè)設(shè)定值相差較大，則流速將會(huì)上升，直到調(diào)壓閥失去控制。一個(gè)調(diào)壓閥將控制壓力，另一個(gè)將成為限流設(shè)備。

圖 3 顯示了圖 2 中的系統(tǒng)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤如何使兩個(gè)調(diào)壓閥在它們的設(shè)定點(diǎn)之間保持中間壓力但高流量。  Image © 2013 "Industrial Sampling Systems”

旁通流速取決于兩個(gè)設(shè)定點(diǎn)之間的差異。在調(diào)壓閥停止工作之前，該流速一直上升。當(dāng)上游壓力變化或流向分析儀的流量變化時(shí)，兩個(gè)調(diào)壓閥試圖保持設(shè)定點(diǎn)之間的中間壓力，但結(jié)果不確定。如圖 3 所示。

這并不意味著兩個(gè)調(diào)壓閥不能串聯(lián)工作，但成功實(shí)現(xiàn)這一方案的唯一辦法是在它們之間設(shè)置一個(gè)限流設(shè)備。圖 4 表示了這種方案，在正確的設(shè)置下，兩個(gè)調(diào)壓閥都能正常工作，兩個(gè)限流設(shè)備兩端的壓力保持不變。該壓力的一致性使流量保持穩(wěn)定，并保護(hù)分析儀免受源壓力和排放壓力變化的影響。

圖 4 顯示了如何在兩個(gè)調(diào)壓閥（背壓型和減壓型調(diào)壓閥）之間使用限流設(shè)備，可以確保有效的壓力流量和控制 Image © 2013 “Industrial Sampling Systems”

正常運(yùn)轉(zhuǎn)的系統(tǒng)

世偉洛克認(rèn)為，為了保證背壓型調(diào)壓閥的正常運(yùn)行，取樣系統(tǒng)必須仔細(xì)設(shè)計(jì)，以確保調(diào)壓閥在控制壓力方面發(fā)揮作用。壓力過(guò)高或過(guò)低都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)損壞或延遲。為了確保取樣系統(tǒng)向分析儀提供可靠和一致的壓力和流量控制，工程師應(yīng)遵循上述指南。