自力式差压控制阀的研制及在循环压缩机上的应用

      1 前言

     我院改建的中型试验装置上，为控制氢气循环压缩机进出口的压差，原设计采用了下述的控制流程（见图1）。该流程的工作过程简述如下：

     循环氢和新氢经氢气循环压缩机增压至P₁后，经调节阀1调节后，维持一定的系统氢气流量。当反应系统的条件改变而引起系统氢气流量变化后，调节阀1调节节流面积以维持系统氢气流量的恒定。由于压缩机的流量没有变化，P₁将随着调节阀1节流面积的变化而变化，当P₁超过压力变送器的给定压力后，调节阀2开启，使多余的氢气返回压缩机入口。原设计控制差压的系统需使用气动调节阀、压力变送器及配套仪表，投资约为1.5万元左右。笔者经研究认为，可以用一个自力式的差压控制阀取代，但目前国内尚无此类定型产品。为此，笔者设计了一种高压差压控制阀，投资仅数百元，且可完全满足使用要求。

      2 差压控制阀的设计

     工作条件压力20MPa，介质为氢气、少量硫化氢及油气，zui大工作差压0~1MPa，流量范围0~60Nm³/h。

     差压控制阀采用上、下游压力平衡的原理设计，差压控制靠调节弹簧的压缩量控制。一般文献或所见的差压控制阀都采用滑阀结构，本文的应用场合是高压，且气体中含有少量杂质，采用滑阀结构很容易堵塞，笔者设计成锥阀结构（见图2）。差压控制阀的阀芯为锥型，调差压弹簧放在流体中，弹簧与手柄之间用O形圈密封。

     对锥型阀芯略去液动力外，其力平衡方程为

     1/4πd²×（P₁- P）=F

     式中：d——阀孔直径；F——弹簧力

     增大弹簧压缩量即增大循环压缩机进出口压差，缩小弹簧压缩量即缩小循环压缩机进出口压差。为防止腐蚀，弹簧采用不锈钢材质。由于弹簧的刚度直接影响差压控制阀的差压控制精度，在满足zui大工作差压的条件下，应尽量降低弹簧的刚度。弹簧的刚度和阀孔的大小也有直接的关系，阀孔直径越大，弹簧刚度越大，反之越小，因此，在满足zui大流量的条件下．尽量减少阀孔的直径。其它设计本文不再赘述。

      3 应用

     应用前，笔者对该阀进行了简单测试。差压控制阀主要的性能有两个：一个是流量特性，即流经该阀的流量发生变化时，该阀控制的差压变化范围；另一个是压力特性，即该阀的出口压力或入口压力变化时该阀控制的差压变化范围。测试条件是在zui大流量时变动35%，压力在zui大压力为10MPa时变动30%。

     经初步测试，该阀的差压控制精度分别达到4%和2%以内。将该阀装入系统内，控制流程见图3。操作时可根据该阀的上下游压力表设定差压。在设计的工作范围内，该阀工作正常，控制差压精度完全可以满足系统要求，且较原来的控制方案节省了许多资金。除控制循环压缩机的循环流量外，该阀还可以应用在需要控制差压的其它领域，尤其是高压场合。

      参考文献

     [1]杨源泉．阀门设计手册[M]．北京：机械工业出版社，1995．      [2]吴国熙．调节阀使用与维护手册[M]．北京：化学工业出版社，1999．