选择调压阀
调压阀在许多工业流体和仪表系统中起着至关重要的作用，其有助于保持或控制所需的压力和流量，响应系统变化。出于上述原因，选择和安装能够满足您应用特定要求的调压阀非常重要。但由于有多种类型的调压阀可供选择，而且每种都具有特定的功能，因此并非总是能够凭直觉作出合理的选择。在本白皮书中，我们将概述您可以遵循的简化的五步流程，以帮助您评估自己的压力需求并作出优化的调压阀选择。
正确压力调节的重要性
工业流体系统工艺依靠精确的流体温度、流量和压力设置来按预期运行。许多系统组件在维持所需的工艺条件方面起着重要作用，其中非常重要的组件之一是调压阀。
由于有各种各样的调压阀可供选择，因此作出合理的选择以保持工艺流体或分析系统按预期安全运行至关重要。选择不当可能导致系统效率低下、性能不佳、频繁故障排查以及安全隐患。
为能够选择合适的调压阀，您需要了解不同类型的调压阀、它们是如何工作的以及如何能够利用它们来满足您的系统需求。有了这些知识，您将能够更好地作出明智而有效的选择。
为帮助您作出正确的选择，我们开发了可应用于大多数工业流体和分析系统的简化的五步流程。
如果安装了不合适的调压阀会怎样？
调压阀设计用来控制系统压力，同时考虑系统参数的变化。如果安装了不合适的调压阀，您可能会看到下游压力增大或减小。
其中每种情况都可能影响工艺的质量和安全性。不希望的压降会导致系统效率低下或工艺问题。不希望的压力增大可能会损坏敏感的分析设备，或者在极端情况下，会对设施人员造成安全隐患。
第 1 步：了解工艺条件
要选择合适的调压阀，首先应充分了解系统的压力、温度和流量，以及所选调压阀与系统介质的材料相容性。
工艺流体的成分
液体和气体工艺流体具有可能会影响调压阀选择的不同特性。例如，与高密度气体相比，调压阀可以处理更多的低密度气体流量。此类细节将决定调压阀尺寸的调整（见图 1）。
压力额定值
由于调压阀的主要功能是管理系统压力，因此确保您的调压阀选型适合最大、最小和有规律的预期系统运行压力是至关重要。
由于对正确选择调压阀很重要，因此在调压阀产品规范中，通常会列出压力控制范围（由其相应的流量曲线显示）。在作出选择之前，需要考虑以下两个重要问题：
1. 出口压力与预期流量有何关系？
2. 在最小、正常和最大流量下，出口压力是否相同？
温度
流体系统的工作温度也会影响调压阀的选择和运行。在作出选择时，请务必了解预期工作温度及其如何受其他环境因素的影响。
某些类型的系统介质在经受压力变化时会发生显著的温度变化，而调压阀的预期功能是改变压力。这种现象称为焦耳-汤姆逊效应。例如，压缩天然气在经受压降时会从 20ºC 降至 –65ºC（见图 2）。如果您未在流体系统中作出适当的调整，那么如此剧烈的变化可能会导致调压阀冻结，从而妨碍其发挥作用。在这种情况下，您可能需要安装辅助加热元件以防止冻结情况。可以使用工具来计算系统中的焦耳-汤姆逊效应，并且您通常可以与调压阀供应商合作来预测潜在的影响。
材料兼容性
确保系统介质与调压阀的所有部件相兼容也很重要。如果不相容，则可能损害组件的使用寿命，并且可能导致长时间的系统停机。
例如，尽管调压阀的外部看起来完全正常，但调压阀的某些内部组件可能会受到系统介质的不利影响。尽管橡胶和弹性体部件会出现一些自然退化，但某些系统介质可能会导致退化加速和调压阀过早出现故障（见图 3）。
现在，在评估所有预期的系统工况之后，您可以转至第 2 步。
第 2 步：确定控制需求
调压阀主要有两种类型：减压阀和背压阀。调压阀选择将取决于您需要它实现的功能。
减压阀通过感应出口压力并控制下游压力来控制流向工艺的压力。
背压阀通过感应进口压力并控制来自上游的压力来控制来自工艺的压力。
适合您应用的选择取决于工艺要求。如果您需要在系统介质到达主工艺之前降低来自高压源的压力，则减压阀将是合适的选择。相比之下，背压阀可在系统条件导致压力高于所需水平时，通过释放多余的压力来帮助控制和保持上游压力（见图 4）。
如果在正确的环境中使用，每种类型均可帮助您在整个系统中保持所需的压力。
调压阀工作原理
确定调压阀需要执行的功能后，了解协同工作实现功能的元件有非常大帮助。
调压阀由以下部件组成：
• 加载元件，通常为弹簧或圆顶，具体取决于应用需求。加载元件会在隔膜顶部施加向下的平衡力
• 传感元件，通常为隔膜或活塞。传感元件可使提升阀芯在阀座中升降，从而控制进口或出口压力
• 控制元件，包括阀座和提升阀芯。阀座有助于控制压力并防止在关闭流体时流体泄漏到调压阀的另一侧。在系统正在流动的时候，提升阀芯与阀座共同完成密封过程
这些元件共同工作，以创建所需的压力控制。活塞或隔膜可感应下游（出口）压力。然后，传感元件寻求与来自加载元件的设定力之间的平衡，设定压力由用户通过手柄或其他转动机构进行调节。传感元件将使提升阀芯能够从阀座打开或关闭。这些元件共同工作，以保持平衡并达到设定压力。如果一个力发生变化，其他一些力也必须发生变化才能恢复平衡。
在减压阀中，必须平衡四种不同的力（见图 5）。其中包括加载力 (F1)、进口弹簧力 (F2)、出口压力 (F3) 和进口压力 (F4)。总加载力必须等于进口弹簧力、出口压力和进口压力的组合。
背压阀运行方式相似。它们必须平衡弹簧力 (F1)、进口压力 (F2) 和出口压力 ( F3)，如图 6 所示。在这里，弹簧力必须等于进口压力和出口压力的合力。
确定适合您用途的调压阀类型后，请转至第 3 步。
第 3 步：了解调压阀行为
安装调压阀后，请务必考虑实际因素。谨记：调压阀是一种机械装置，并没有用于控制或检测的电子输入信号。这意味着我们需要密切了解在现场条件下调压阀常见的几种自然行为。
流量曲线
流量曲线代表一组给定系统参数下的调压阀的实际性能（见图 7）。纵轴表示出口压力，横轴表示下游流量。曲线最平坦（或最水平）的部分表示调压阀将保持一致压力的情况。在该部分，即使流量出现显著变化，调压阀仍将保持一致的压力。曲线最右侧表示调压阀将完全打开而无法保持一致压力的情况。在压力开始快速下降到压力接近零的这个区域，提升阀芯将达到其行程的极限，导致失去控制。此时，调压阀的作用更像是一个节流孔，而不像是压力控制装置。
锁定
锁定发生在流量曲线的初始，是指从略高于设定点的特定压力下降，这是完全关断调压阀并截断流量所必需的。开启流量后（例如打开阀门时），调压阀的流量曲线将显示压力下降至设定点。锁定是调压阀行为的一个典型部分，但良好的调压阀设计应有助于将其保持在最低限度。
压力衰减
压力衰减是常见调压阀行为的一部分，并在锁定后立即开始。当流量要求导致调压阀的提升阀芯打开更大时，就会发生压力衰减。弹簧将伸长直至逐渐失去弹力，从而导致压力损失或衰减。每个调压阀在某些流量下都会发生压力衰减，但在压力下降之前，保持尽可能平坦的流量曲线是理想的选择。这就是为什么选择符合您应用需求的调压阀配置如此重要的原因。
供压效应 (SPE)
SPE也称为进口压力依赖性，指因进口压力或供压的改变而造成的出口压力的变化（见图 8）。在这种有悖常理的现象下，进口与出口压力的变化互成反比。如果进口压力降低，出口压力会相应升高。相反，如果进口压力升高，出口压力则会降低。
调压阀的预期 SPE 通常由制造商提供。SPE 通常用一个比值或百分比表示，用来描述进口压力变化造成的出口压力的变化。例如，如果某款调压阀说明 SPE 为 1:100 或 1%，则进口压力每下降 100 psi，出口压力将升高 1 psi。调压阀的出口压力变化程度可采用以下公式估算：
要降低 SPE，特别是在提升阀芯一般较大的高流量应用场合，常用的方法是使用带平衡提升阀芯设计的调压阀。也可以通过安装两级调压阀系统来缓解 SPE。第一个调压阀降低高进口压力，从而使第二个调压阀的压降最小。但是，并非每个应用都需要采取此措施。您应该可以咨询您的调压阀供应商，以确定满足您特定需求的合适配置。
既然您已经了解了这些重要的调压阀行为，就可以转至第 4 步了。
第 4 步：确定合适的加载元件
如前所述，调压阀中的加载元件在传感元件顶部施加向下的平衡力，以帮助控制压力。常见的加载元件有两种类型：弹簧加载和圆顶加载。
弹簧加载调压阀
弹簧加载调压阀是常见的，并且往往是操作人员最熟悉的。在这种情况下，弹簧对传感元件（隔膜或活塞）施加加载力，推动提升阀芯更靠近或更远离孔口，从而控制下游压力。对于许多一般应用来说，它们是一种可靠的选择。
• 由操作员通过转动外部旋转手柄进行控制，该旋转手柄可控制传感元件上的弹簧力。
• 使用弹簧在调压阀的传感元件（通常为隔膜或活塞）上施加向下的平衡力以调节压力
• 是适合一般应用的有效选择
减压型弹簧加载调压阀：
• 通过感应出口压力并控制下游压力来控制流向工艺的压力
• 帮助降低来自高压源的压力
背压型弹簧加载调压阀：
• 通过感应进口压力并控制上游压力控制来自工艺的压力。
• 可以通过释放多余的压力来帮助控制和保持上游压力
圆顶加载调压阀
圆顶加载调压阀可以实现更加动态的压力控制，以便在流量需求变化时提供更稳定的压力。在这类调压阀内，加载力不是由弹簧控制，而是由圆顶室封装的加压气体控制。气体使隔膜弯曲，从而推动提升阀芯远离孔口并控制压力。它们提供了多种优势，包括提高精确性、降低 SPE 和减少压力衰减。
• 配有圆顶元件，可在调压阀的传感元件（通常为隔膜或活塞）上施加向下的平衡力以调节压力
• 利用系统内部的流体压力提供作用在传感元件上的设定压力
• 可以在敏感应用中提供更高的精度
减压型圆顶加载调压阀：
• 通过感应出口压力并控制下游压力来控制流向工艺的压力
• 帮助降低来自高压源的压力
背压型圆顶加载调压阀：
• 通过感应进口压力并控制上游压力控制来自工艺的压力。
• 可以通过释放多余的压力来帮助控制和保持上游压力
圆顶加载调压阀可以融入多种不同的配置中，保持非常平坦的流量曲线。它们可以与先导调压阀和外部反馈管路相结合，以在应用需要时实现高度精确的压力调节。
谨记：任何调压阀均存在一定程度的压力衰减。压力衰减可能是可以接受的，这取决于您的系统。但若要让压力随流量变化而保持恒定，在这一点十分关键的情况下，更复杂的调压阀配置有助于解决问题。
到目前为止，您应该更好地了解哪种类型的调压阀适合您的系统需求。您还应该更好地预测调压阀的自然行为对系统性能的影响。并且您应该能够确定适当的加载机构以获得所需的结果。现在，调压阀投入运行后，遵循一些既定的优秀实践非常重要，我们将在第 5 步中介绍这些实践。
第 5 步：遵循运行优秀实践
要顺利使用调压阀，不仅需要正确选型，还需要在调压阀的整个生命周期内遵循优秀的维护实践。与任何其他工业设备一样，您的调压阀在其生命周期中会受到自然磨损。但良好的维护实践将有助于尽可能地提高其有用性以及流体系统的安全性。
不良维护实践导致的常见问题是一种称为蠕变的现象。蠕变不是调压阀的自然行为，而是污染物在调压阀的阀座与提升阀芯之间形成细小的间隙时产生的（见图 9）。因此，系统介质会无意间流过阀座，从而导致不必要的下游压力增加。如果下游组件无法适应通过阀座的蠕变压力，则这种情况可能会带来问题和危险。
应采取多种措施来减轻蠕变及其影响：
过滤
调压阀上游的合适过滤器有助于确保调压阀仅允许干净的流体流过。应定期清洁过滤器，或在需要时更换过滤器以实现适当的过滤。
卸荷阀
如果确实发生蠕变，可以在调压阀的下游安装一个卸荷阀，以帮助减轻影响。
备件
维护调压阀的备件套件可让您快速解决任何问题。如果您手头没有备件，则在出现问题后等待更换件到达时，可能会导致较长的停机时间。
更多资源
遵循这些步骤，可以帮助指导您选择合适的调压阀。但是，这些考量可能无法满足您所有独特的系统需求。如果出现问题，您的调压阀供应商应能够帮助提供进一步的指导。
经验丰富的世伟洛克专家可以提供指导，利用全面的应用和工程知识为您的系统推荐合适的选择。我们提供可用于优化流体系统性能的多种资源，其中包括：
• 调压阀基础知识培训，我们深入探讨如何通过选择调压阀来改善安全性并提高系统效率
• 世伟洛克® 现场服务，我们将自己的技术专长、应用经验和行业知识带到您的设施中，以帮助使用合适的组件来增强流体系统
• 世伟洛克博客，提供业界专业人士的见解和分析，旨在帮助减少停机时间、提高效率、解决问题并维持安全的工作场所
• 世伟洛克 YouTube 频道，您可以找到有关流体系统优秀实践的实用视频
是否对优化调压阀性能感兴趣？请与我们的压力控制专家团队联系，开始进行谈论。