试论试验中调节阀泄漏量的确定

    1 引言

    在现代大型化工业生产中，为了实现自动化控制，需要用到大量的调节阀，调节阀的组成主要包括两部分，分别是执行机构和阀门。作为一种控制元件，调节阀所调节的多为介质的压力或流量，而调节这些参数主要是借助调控单元，通过改变其输出信号来对动力操作进行调控来完成的。安装调节阀时，为了保证阀体的调节精度，应首先对调节阀进行泄漏量试验，为此，本文将结合调节阀的泄漏量标准（GB4213-2008），总结出如何通过试验确定出单体调节阀的泄漏量。

    2 泄漏量的计算公式

    在确定调节阀的泄漏量时，主要是利用压力试验的方法来实现的，最大阀座泄漏量越大，其泄露等级越小，反之等级越大。在进行泄漏量试验时，其试验程序主要分为两种，其所用试验介质均为水或氮气，不同之处在于试验程序1的试验压力为0.35Mpa，若△P<0.35MPa时，应采用调节阀的设计规定压差，其对气开阀信号为零，气关阀为输入信号上限加始动信号，对切断阀则为信号的上限值。而试验程序2中的试验压力等于阀的工作压差。

表1 不同等级阀门泄漏量计算公式

表2 VI级阀门泄漏量表

    从表1中可以看出，除Ⅵ级阀门外，其他等级的泄漏量均受阀额定容量影响。参照GB/T4213《气动调节阀》标准，以下为阀额定容量的计算公式。

    （1）介质为液体

    当阀额定容量

    当阀额定容量

    （2）介质为气体

    当X<F_Y×X_T时，阀额定容量Q_g=0.28X1/2Yp1Kv；

    当X≥F_Y×X_T时，阀额定容量Q_g=0.19XT1/2p1Kv。

    式中Q₁-液体流量，m³/h；Q_g-标准状态下的气体流量，m³/h；Kv额定流量系数；F₁-无附接管件控制阀的液体压力恢复系数,无量纲（F₁值在GB/T17213.2中可查到典型值）；F_F-液体临界压力比系数（规定温度范围内水的FF=0.96），无量纲；Pv-入口温度下液体、蒸汽的绝对压力（规定温度范围内水的Pv=2.34KPa），KPa；X-压差与入口绝对压力之比（△p/p1），无量纲；Y-膨胀系数，Y=1-X/（3XT）（当X>F_YX_T时，Y取值0.667），无量纲；F_Y-比热比系数（规定温度范围内空气的F_Y=1），无量纲；X_T-阻塞流条件下无附接管件控制阀的压差比系数，无量纲；p₁-阀前绝对压力，KPa；p₂-阀后绝对压力，KPa；△p-阀前后的压差，KPa；t-试验介质温度，取20℃；ρ/ρ₀-相对密度（规定温度范围内水的ρ/ρ₀=1）。

    3 泄漏量的计算步骤

    3.1 试验条件

    温度：（20±2）℃；相对湿度：60%-70%；大气压力：100Mpa；试验介质：5-40℃的清洁水或氮气。

    3.2 根据条件判别式进行相应计算

    设定试验对象为单座阀，PN16（1.6MPa），DN=50mm，Kv=40，查表得X_T=0.72，F₁=0.9，试验介质流向为流开，试验时，阀后为排空（通大气）。分别采用试验程序1和试验程序2进行计算。

    （1）选用试验程序 1，试验介质选用水，阀前绝对压力p₁=450KMa，取试验压差△p=350KMa 时，条件判别式 F₁²(p₁-F_fp_v)=0.9²（450-0.96×2.34）=362.6KMa。由于△p=350Kma<362.6KMa，为非阻塞流状况，按公式Q₁=，计算得Q₁=73m³/h。

    （2）选用试验程序2，试验介质选用水，阀前绝对压力p₁=1100KMa，取试验压差△p=1000Kma时，条件判别式F₁²(p₁-F_fp_v)=0.92（1000-0.96×2.34）=889.2Kma。由于△p=1000Kma<889.2KMa，为阻塞流状况，按公式计算得Q₁=119m³/h。

    （3）当采用试验程序1，用氮气作试验介质，阀前绝对压力p₁=450KMa，取试验压差△p=350KMa，条件判别式F_YX_T=1×0.72=0.72，由于X=△p/p₁=350/450=0.78，X=0.78>0.72，为阻塞流状况，按公式Qg=0.19X_T^V2p₁Kv计算得Qg=0.19×0.72^1/2×450×40=2901m³/h。

    （4）当采用试验程序2，用氮气作试验介质，阀前绝对压力p₁=1100KMa，取试验压差△p=1000Kma，条件判别式F_YX_T=1×0.72=0.72，由于X=△p/p₁=1000/1100=0.91，X=0.91>0.72，为阻塞流状况，按公式Qg=0.19X_T ^1/2p₁K_v计算得Qg=0.19×0.72^1/2×1100×40=7094m³/h。

    3.3 根据阀额定容量确定调节阀的泄漏量

    通过上述步骤可以得到水或氮气在两种不同试验程序下的阀额定容量，然后便可计算出不同泄漏等级下的调节阀泄漏量。

    以选定的泄漏量等级为Ⅳ级（10^-4×阀额定容量）为例：（1）试验介质为水。上述试验程序1时的泄漏量值为0.0075m³/h；上述试验程序2时的泄漏量值为0.0119m³/h。（2）试验介质为氮气。上述试验程序1时的泄漏量值为0.2901m³/h；上述试验程序2时的泄漏量值为0.7094m³/h。

    通过上述计算可知，处于不同试验条件下的调节阀，其泄漏量是不一样的，在计算出相应试验条件下泄漏量标准后，可再通过试验，用量杯对泄漏的水或者排水集气产生的气体进行收集，然后在比较计算所得标准泄漏量，以确定调节阀是否符合规范。

    4 调节阀的泄漏原因分析及处理方法

    4.1 阀体泄漏的原因及对策

    调节阀的阀体本身多由铸造而成，极易在铸造过程中产生砂眼，这些砂眼可能会引起调节阀的介质渗漏，这种泄露可经水压试验查找出来。通过优化调节阀本身的设计及制造工艺能够有效解决阀体泄露的问题。

    4.2 阀杆泄漏的原因及对策

    阀杆泄漏多由其材料强度不足引起，致使阀杆极易卡在某处，进而导致阀门关闭不够严密，介质便可从中泄漏。解决阀杆泄漏须选用韧性较好的材料，且此种材料还需具备耐腐蚀性、耐磨损性，为此，可选用耐缝隙腐蚀性较强的奥氏体-铁素体双相不锈钢。

    4.3 填料函泄漏的原因及对策

    填料函主要由以下部分组成，分别是填料箱、填料以及填料垫。填料箱用于填装填料，通常安置在阀体上。填料垫用于支撑填料，通常安置在填料箱底部。而传统填料多使用软质填料，其密封应力主要依靠压盖的轴向力，这无疑增大了阀杆和填料间的摩擦，久而久之，极易降低密封效果。为了有效解决填料函泄漏问题，可将成型填料替换软质填料，其具备较好的弹性，且结构紧凑，因此具有较好的密封性，现阶段应用较为广泛的成型填料为柔性石墨环填料。

    4.4 阀体连接处泄漏的原因及对策

    阀体连接处主要指阀体和阀盖之间的部位，其密封主要通过法兰实现。阀体连接处出现泄漏主要由法兰密封面不符合标准、垫片尺寸或材质有违要求、连接螺栓没有拧紧等原因引起。

    为有效解决阀体连接部位泄漏的问题，可采用桦槽式平垫片“、O”形密封圈或凹凸式平垫片进行密封。禅槽式指将平垫片放在封闭槽中，其密封比压较高，一般用于中高压调节阀。“O”形密封圈在不通过轴向加载的方式下便可产生较大的径向压力，多用于密封法兰连接处，可以有效缩小法兰尺寸，进而降低调节阀自重。凹凸式指将平垫片放在凹凸面法兰上，因其密封槽为阶梯状，因此有助于调节阀的拆装。

    5 结束语

    调节阀在仪器仪表领域中拥有重要的地位，作为影响调节阀性能的一个重要因素，泄漏量能否符合应用标准便显得尤为重要。因此，业内相关人员有必要对调节阀泄漏量的确定方法有一定的掌握。并且针对调节阀生产厂商，若能在试验的基础上，能够分析出调节阀的泄漏原因，并提出相应的对策，对于提升自身产品的性能而言非常有帮助。