背压阀：工作原理及工程师的使用技巧
取样系统背压阀设置：工程师指导
产品经理 David Rodriguez
背压阀在许多工业设施使用的采样系统中，在维持进口压力（上游压力）和保护敏感设备方面发挥着重要作用。但是，为了正确使用背压调压阀，取样系统工程师必须警惕一些常见的取样系统设计错误。其中包括：
- 忽视上游-限流装置的重要性
- 允许过多的流量通过分析仪
- 在减压阀与背压阀之间没有流阻的情况下，将减压阀和背压阀串联。
背压阀的核心功能和组件
背压阀的工作原理是什么？
与减压阀不同，背压阀控制进口压力（上游压力），通常安装在管道末端。另一方面，减压阀控制出口压力（下游压力），通常安装在管道起始端。两种类型的调压阀的作用都是平衡系统压力产生的作用力和建立设定压力时所产生的弹簧加载力。
如果这种平衡由于外部压力的增加或减少而被打破，调压阀的阀门或提升阀芯将移近或远离阀座。根据阀门动作的性质，这将允许流量更容易或更不容易通过调压阀的阀孔，直到调压阀重新建立平衡。
背压阀的主要部件有哪些？
调压阀通过调节分流到旁路的流量来保证分析仪（图 1 - A）的进口压力的恒定。流量限制器（图 R1 和 R2）使调压阀能够正确控制压力。
图 1 显示了分析取样系统中典型的背压阀设置。当分析仪未使用某些流量时（图 1 A），调压阀的作用是将该流量分流到旁路。随着压力源的变化，调压阀也随之改变分流流量，以确保调压阀进口处保持恒定压力，从而有一致的流量到达分析仪。
图 1。典型的背压阀设置 图片选自© 2013 “工业取样系统”
背压阀在上游需要一些流量限制（通常是针阀），以帮助控制进口压力（见图 1 中的 R1）。如果背压阀和系统之间没有限流设备，背压阀将完全打开，试图输送足够的气体以降低上游压力。这不会有效。但是，如果装配有限流设备，增大的流速将导致流经该限流设备的压降增加，有助于降低下游压力。
如何获得调压阀、压力表等的校准或测试服务？
注意：确保背压调节阀的精确校准对于取样系统的完整性至关重要。世伟洛克提供专业的评估和测试服务，帮助您保持精确的压力控制。
背压阀常见的问题有哪些？
取样系统设计人员经常遇到的一个问题是忽略流量限制器，他们想当然地认为背压阀本身就能控制上游压力。如果没有流量限制器，系统流量的变化几乎不会引起压力变化，导致调压阀在试图增加流量时浪费工艺流体。控制进口压力保持不变，这可能导致调压阀一直处于全开状态。
允许大量流量通过分析仪限流设备（见图 1 中的 R2）是另一个设计错误，因为它会导致调压阀的进口压力下降到设定压力以下。这可能导致调压阀完全关闭，限制排放流量。为了更好地控制，上游限流设备 (R1) 的尺寸应该能够保证即使分析仪在最大流速下，仍有一些流量能通过调压阀。
如何设置背压阀？
为了建立如图 1 所示的功能系统，系统设计者应该从关闭 R2 开始，调整 R1 以充分允许旁通流量满足分析仪期望的响应时间，然后微调R2满足分析仪所需流量。旁通流量应自动下降相同的量。必要时慢慢打开 R1，直到旁通流量至少与分析仪排放流量一样快。这将允许调压阀在压力源变化时控制其进口压力。如果您预计压力源会发生很大变化，调整R1，在最低预期压力源下产生少许旁通流量。
通过背压阀与限流器 R1 和 R2 相结合来控制压力，我们可以控制流向分析仪和排放管线的流量。
由于这三个组件控制流向分析仪的流量和旁通流量，因此旁通排放管线中不需要设置针阀或其他限制装置。然而，没有针阀的旁通流量计有助于确认调压阀正在通过一些流量并控制其进口压力。
如何串联使用减压阀和背压阀？
图 2。一个减压阀和一个背压阀串联安装，没有流量限制器。 图片选自© 2013 “工业取样系统”
如图 2 所示，当背压阀紧接着减压阀布置时，会出现另一个设计错误。因为两个调压阀无法控制相同的压力——其中一个必然失效。
为了证明这种失效，考虑两种情况。首先，如果背压阀的设定点高于从上游调压阀进入它的压力，它将保持关闭，因为没有足够的力将提升阀芯从阀座上提起并允许流过背压阀。在这种情况下，不会有旁通流量，因为背压阀将保持关闭。
第二种情况是背压阀的设定点较低。由于流量增加，来自减压阀的输送压力将按照上游调压阀的衰减曲线的速度下降。。流速急剧增加，背压阀的进口压力按照累积曲线的速度提升。
这种增加的结果取决于两个调压阀的设置：
- 如果两个设定值接近，则流速将上升，直到第一个调压阀的压力下降与第二个调压阀的压力上升相匹配。但是这导致了非常高的流速。
- 如果两个设定值相差较大，则流速将会上升，直到调压阀失去控制。一个调压阀将控制压力，另一个将成为限流设备。
哪些因素会影响背压阀的性能？
选择合适的背压阀需要权衡流量稳定性、材料兼容性等性能因素。世伟洛克提供多种可靠的背压阀，专为分析实验室取样系统而设计。
图 3.此图显示了图 2 中的系统设计错误如何使两个调压阀在它们的设定点之间保持中间压力且保持高流量。 图片选自© 2013 “工业取样系统”
旁通流速取决于两个设定值之间的差异。在调压阀“停止工作”之前，该流速一直上升。当上游压力变化或流向分析仪的流量变化时，两个调压阀试图保持设定点之间的中间压力，但结果不确定。如图 3 所示。
这并不意味着两个调压阀不能串联工作，但成功实现这一方案的唯一办法是在它们之间设置一个限流设备。图 4 表示了这种方案，在正确的设置下，两个调压阀都能正常工作，两个限流设备两端的压力保持不变。该压力的一致性使流量保持稳定，并保护分析仪免受压力源和排放压力变化的影响。
图 4。此图显示了如何在两个调压阀（背压阀和减压阀）之间使用限流设备，可以确保有效的压力流量和控制。图片选自© 2013 “工业取样系统”
维护背压阀以确保其可靠性
为了保证背压阀的正常运行，取样系统必须仔细设计，以确保调压阀在控制压力方面发挥作用。压力过高或过低都会导致系统损坏或延迟。
如果您在设置取样系统中的调压阀时有任何疑问，我们可以提供帮助。世伟洛克现场工程师可以造访您的设施以评估您的取样系统，提供设计建议或解决问题。或者，您可以通过我们的工艺分析仪取样系统 (PASS) 或取样系统问题解决与维护 (SSM) 培训课程学习更多取样系统设计和使用的知识。
