蒸汽控制阀的选型应用
为何过程控制中需要使用蒸汽控制阀?如何降低蒸汽压力?
减压阀有什么优势?蒸汽减压阀有什么类型？
在受到加热作用时，水分子不断地被破坏、结合。加热作用使分子间的结合变得脆弱，终一些分子会在高温下断裂，产生蒸汽或干蒸汽。当一些水分子释放其潜热并形成微小的水滴时，就会形成湿蒸汽。
蒸汽在许多工业应用中使用。常见的应用是工艺加热和驱动蒸汽轮机发电。除此之外，蒸汽还用于雾化、清洁、保湿和加湿。但使用蒸汽时，大多数情况需要进行一些参数控制，蒸汽控制阀就自然而然地成为过程控制工程的一部分。
为何过程控制中需要使用蒸汽控制阀
从技术上讲，阀门是任何系统中用来控制液体或蒸汽流量的装置。蒸汽控制阀主要的目的是降低工艺环节中的入口蒸汽压力。除了控制压力外，蒸汽控制阀还控制温度。
锅炉通常会在高压下工作，因为低压操作会导致水被携带在蒸汽中。高压蒸汽的比容较低，有助于减少管道承载的重量。实际上，由于管道和保温材料成本降低，蒸汽的分配变得更容易、更便宜。
工业过程会在较低压力下使用蒸汽。其原因在于低压蒸汽具有较高的潜热，这在很大程度上提高了能源效率。蒸汽压力和温度相关，因此控制蒸汽压力就可以自动调节温度。降低蒸汽压力也与工厂的安全需求有关。蒸汽压力可以通过蒸汽控制阀来控制。
在使用蒸汽的设备中，蒸汽通常在高压下产生，并通过局部减压来为每个蒸汽用户提供热量。减压阀的通常是为了尽量减小蒸汽输送管道的直径，并使蒸汽输送更具成本效益。
如何降低蒸汽压力
降低压力的一种常见方法是通过节流来减小蒸汽通道的尺寸。对于基本的减压，可以简单地在固定的、部分开启的位置，安装传统的截止阀，或者在蒸汽流中插入孔板。然而，任何流量的波动都会伴随相应的压力波动。为了避免出现这种情况，可以使用减压阀（prv）来控制下游的压力。这些减压阀能自动调节阀门开度，以确保即使流量产生波动，压力也保持不变。
减压阀的优势
通过使用启动控制阀、压力传感器和控制器的组合方式，可保持压力的恒定，然而，减压阀却具备通过*自动的独立操作来控制压力的优势，无需任何类型的外部动力。它可以通过基于对下游压力的即刻感知和调整，做出极快的响应动作。
图1：让加热工艺能在低于锅炉压力的条件下使用蒸汽，从而使之受益。因此，减压阀通常被用于将蒸汽压力降低到工艺所需的设定值。
图注：
boiler：锅炉
pressure reducing valve：减压阀
jacketed kettle：双层锅
trap:疏水阀
蒸汽减压阀的类型
在减压阀中，自动调节下游压力的机构通常会利用蒸汽压力与调节弹簧之间达到的力的平衡。目前，这几乎是所有减压阀所采用的通用概念。但是有两种不同的方法可实现该机制以控制阀门开度：
无先导、直接作用式减压阀：调节弹簧将下调压力设定力直接施加在主阀上。
先导式减压阀：调节弹簧将下调压力设定力直接施加在先导阀上，该阀较小且不同于主阀。
以下是每种类型的prv的特性概述。
直接作用式减压阀（无先导）
用于不必进行非常的压力控制的小负荷。
优点：体积小，价格低，易于安装。
缺点：比先导式prv更高的压降（与设定压力的变化）。
图2：通过直接作用于阀门本身的平衡力来调节输出蒸汽压力：压缩调节弹簧所产生的向下的力，抵抗作用于波纹管或隔膜底部的来自二次压力的向上的力。
图注：
direct acting pressure reducing valve直接作用式减压阀
adjustment handle：调节手柄
adjustment spring：调节弹簧
primary pressure:一次压力
main valve:主阀
belows:波纹管
secondary pressure:二次压力
在直接作用式减压阀中，阀门的开度直接取决于调节弹簧的移动。如果弹簧被压缩，它会在阀门上产生开启力，从而增加流量。
当压力向下游积聚时，则下游压力会被传递到调节弹簧的底面（通常是紧靠着波纹管或隔膜），在那里，这一向上的力与弹簧压缩力之间取得相互平衡。开启阀门的弹簧压力受到限制，以便在达到足够弹簧灵敏度的同时，抵消下游压力的变化。终的结果是通过阀孔板简单地控制会导致压力下降的高流速处的压力。
先导式减压阀
用于必须进行非常的压力控制的较大负荷。
优点：与直接作用式相比，能以的压力控制、对负载变化的快速响应，可在更大的流量范围内使用。
缺点：尺寸大，价格高。
图3：输出蒸汽压力的调节方式与直接作用式prv类似，但通过先导阀进行间接调节。
当先导阀启动时，向较大的主阀提供比先导阀本身高得多的开启流量。然后，先导阀通过二次压力实现平衡，从而相应地控制通向主阀的开启流量。
图注：
adjustment spring 调整弹簧
pilot valve 先导阀
primary pressure一次压力
main valve主阀
supply of primary pressure to the piston
向活塞提供一次压力
intermediate control pressure to the piston
对活塞的中间控制压力
piston活塞
secondary pressure 二次压力
在先导式减压阀中，先导阀用于向活塞或隔膜加载，从而增加用于开启较大的主阀的向下作用力。这样就可以在较低的压力补偿（降压）下提高流量。先导阀的开启和关闭由调节弹簧和二次压力之间的力平衡来控制，作用方式与直接作用式阀的相同。
但在先导式prv中，先导阀的这种开启和关闭会有目的地向主阀活塞或隔膜传递压力。接着，先导流量压力会产生向下的作用力，活塞或隔膜表面会放大该力，从而使主阀开启得更大，流量因此达到很高的水平。
由于使用活塞或隔膜会放大向下的作用力，先导阀开口的细微变化会导致通过主阀的流量以及下游压力的较大变化，因此，为了在较大的蒸汽流量范围内实现快速响应，调节阀上的弹簧力几乎不需要改变。与直接作用式相比，快速响应和紧密传递的压力控制是这种阀门的主要优点。
总结
从以上特点可以看出，无先导直接作用式减压阀的功能和应用与先导式减压阀有很大的不同。简而言之：
当负载较小时，可使用直接作用式减压阀，并可以允许下游压力有一定的下降。它们通常用于轻负载工况。
先导式减压阀能够快速响应不同的负载条件，同时在需要压力控制的地方保持稳定的二次压力。它们通常用于负载较大的工况。
蒸汽使用装置的典型应用：
小负荷应用，如灭菌器、单元加热器、加湿器和小型工艺设备，通常可使用简单的直接作用式prv来进行减压。
如果流量较大，例如蒸汽输送管道，负载可能会根据接收设备的运行状态而产生大幅波动。
这种负载变化和大容量要求使用先导式减压阀来降低压力。此外，某些设备所使用的蒸汽量可能在启动时与正常运行期间存在很大差异。
如此大的变化也可能需要使用先导式prv来进行减压。
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蒸汽在许多工业应用中使用。常见的应用是工艺加热和驱动蒸汽轮机发电。除此之外，蒸汽还用于雾化、清洁、保湿和加湿。但使用蒸汽时，大多数情况需要进行一些参数控制，蒸汽控制阀就自然而然地成为过程控制工程的一部分。
为何过程控制中需要使用蒸汽控制阀
从技术上讲，阀门是任何系统中用来控制液体或蒸汽流量的装置。蒸汽控制阀主要的目的是降低工艺环节中的入口蒸汽压力。除了控制压力外，蒸汽控制阀还控制温度。
锅炉通常会在高压下工作，因为低压操作会导致水被携带在蒸汽中。高压蒸汽的比容较低，有助于减少管道承载的重量。实际上，由于管道和保温材料成本降低，蒸汽的分配变得更容易、更便宜。
工业过程会在较低压力下使用蒸汽。其原因在于低压蒸汽具有较高的潜热，这在很大程度上提高了能源效率。蒸汽压力和温度相关，因此控制蒸汽压力就可以自动调节温度。降低蒸汽压力也与工厂的安全需求有关。蒸汽压力可以通过蒸汽控制阀来控制。
在使用蒸汽的设备中，蒸汽通常在高压下产生，并通过局部减压来为每个蒸汽用户提供热量。减压阀的通常是为了尽量减小蒸汽输送管道的直径，并使蒸汽输送更具成本效益。
如何降低蒸汽压力
降低压力的一种常见方法是通过节流来减小蒸汽通道的尺寸。对于基本的减压，可以简单地在固定的、部分开启的位置，安装传统的截止阀，或者在蒸汽流中插入孔板。然而，任何流量的波动都会伴随相应的压力波动。为了避免出现这种情况，可以使用减压阀（prv）来控制下游的压力。这些减压阀能自动调节阀门开度，以确保即使流量产生波动，压力也保持不变。
减压阀的优势
通过使用启动控制阀、压力传感器和控制器的组合方式，可保持压力的恒定，然而，减压阀却具备通过*自动的独立操作来控制压力的优势，无需任何类型的外部动力。它可以通过基于对下游压力的即刻感知和调整，做出极快的响应动作。
图1：让加热工艺能在低于锅炉压力的条件下使用蒸汽，从而使之受益。因此，减压阀通常被用于将蒸汽压力降低到工艺所需的设定值。
图注：
boiler：锅炉
pressure reducing valve：减压阀
jacketed kettle：双层锅
trap:疏水阀
蒸汽减压阀的类型
在减压阀中，自动调节下游压力的机构通常会利用蒸汽压力与调节弹簧之间达到的力的平衡。目前，这几乎是所有减压阀所采用的通用概念。但是有两种不同的方法可实现该机制以控制阀门开度：
无先导、直接作用式减压阀：调节弹簧将下调压力设定力直接施加在主阀上。
先导式减压阀：调节弹簧将下调压力设定力直接施加在先导阀上，该阀较小且不同于主阀。
以下是每种类型的prv的特性概述。
直接作用式减压阀（无先导）
用于不必进行非常的压力控制的小负荷。
优点：体积小，价格低，易于安装。
缺点：比先导式prv更高的压降（与设定压力的变化）。
图2：通过直接作用于阀门本身的平衡力来调节输出蒸汽压力：压缩调节弹簧所产生的向下的力，抵抗作用于波纹管或隔膜底部的来自二次压力的向上的力。
图注：
direct acting pressure reducing valve直接作用式减压阀
adjustment handle：调节手柄
adjustment spring：调节弹簧
primary pressure:一次压力
main valve:主阀
belows:波纹管
secondary pressure:二次压力
在直接作用式减压阀中，阀门的开度直接取决于调节弹簧的移动。如果弹簧被压缩，它会在阀门上产生开启力，从而增加流量。
当压力向下游积聚时，则下游压力会被传递到调节弹簧的底面（通常是紧靠着波纹管或隔膜），在那里，这一向上的力与弹簧压缩力之间取得相互平衡。开启阀门的弹簧压力受到限制，以便在达到足够弹簧灵敏度的同时，抵消下游压力的变化。终的结果是通过阀孔板简单地控制会导致压力下降的高流速处的压力。
先导式减压阀
用于必须进行非常的压力控制的较大负荷。
优点：与直接作用式相比，能以的压力控制、对负载变化的快速响应，可在更大的流量范围内使用。
缺点：尺寸大，价格高。
图3：输出蒸汽压力的调节方式与直接作用式prv类似，但通过先导阀进行间接调节。
当先导阀启动时，向较大的主阀提供比先导阀本身高得多的开启流量。然后，先导阀通过二次压力实现平衡，从而相应地控制通向主阀的开启流量。
图注：
adjustment spring 调整弹簧
pilot valve 先导阀
primary pressure一次压力
main valve主阀
supply of primary pressure to the piston
向活塞提供一次压力
intermediate control pressure to the piston
对活塞的中间控制压力
piston活塞
secondary pressure 二次压力
在先导式减压阀中，先导阀用于向活塞或隔膜加载，从而增加用于开启较大的主阀的向下作用力。这样就可以在较低的压力补偿（降压）下提高流量。先导阀的开启和关闭由调节弹簧和二次压力之间的力平衡来控制，作用方式与直接作用式阀的相同。
但在先导式prv中，先导阀的这种开启和关闭会有目的地向主阀活塞或隔膜传递压力。接着，先导流量压力会产生向下的作用力，活塞或隔膜表面会放大该力，从而使主阀开启得更大，流量因此达到很高的水平。
由于使用活塞或隔膜会放大向下的作用力，先导阀开口的细微变化会导致通过主阀的流量以及下游压力的较大变化，因此，为了在较大的蒸汽流量范围内实现快速响应，调节阀上的弹簧力几乎不需要改变。与直接作用式相比，快速响应和紧密传递的压力控制是这种阀门的主要优点。
总结
从以上特点可以看出，无先导直接作用式减压阀的功能和应用与先导式减压阀有很大的不同。简而言之：
当负载较小时，可使用直接作用式减压阀，并可以允许下游压力有一定的下降。它们通常用于轻负载工况。
先导式减压阀能够快速响应不同的负载条件，同时在需要压力控制的地方保持稳定的二次压力。它们通常用于负载较大的工况。
蒸汽使用装置的典型应用：
小负荷应用，如灭菌器、单元加热器、加湿器和小型工艺设备，通常可使用简单的直接作用式prv来进行减压。
如果流量较大，例如蒸汽输送管道，负载可能会根据接收设备的运行状态而产生大幅波动。
这种负载变化和大容量要求使用先导式减压阀来降低压力。此外，某些设备所使用的蒸汽量可能在启动时与正常运行期间存在很大差异。
如此大的变化也可能需要使用先导式prv来进行减压。
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