【世伟洛克博客文章】背压型调压阀设置：取样系统工程师技巧

Jon Kestner，世伟洛克产品经理

为了正确使用背压型调压阀，取样系统工程师必须警惕这些常见的取样系统设计错误：

忽视上游限流装置的重要性

允许过多的流量通过分析仪

在减压型调压阀与背压型调压阀之间没有流阻的情况下串联放置两个装置。 

在这篇文章中，世伟洛克将讨论使用背压型调压阀设计和构建取样系统的方法，以及如何避免这些常见的设计错误。

设置背压型调压阀

与减压型调压阀不同，背压型调压阀控制进口压力，通常安装在管道末端。另一方面，减压型调压阀控制出口压力，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进出口的力和建立设定压力时所产生的弹簧加载力。

世伟洛克认为，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。根据阀门动作的特点，这将允许流量或多或少地通过调压阀的孔口，直到调压阀重新建立平衡。 

图 1 显示了典型的背压型调压阀设置。调压阀通过调节分流到旁路的流量来保证分析仪 (A) 的进口压力的恒定。流量限制器（R1 和 R2）使调压阀能够正确控制压力  Image © 2013 "Industrial Sampling Systems"

图 1 显示了分析取样系统典型的背压型调压阀设置。当存在分析仪无需使用的流量时（见图 1 中的 A），调压阀的工作是将该流量分流到旁路。随着源压力的变化，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，并且有恒定流量通过分析仪。

背压型调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）如果背压型调压阀和系统之间没有限流设备（即使很长的管道可能在气体系统中具有很小的压降），背压型调压阀将大开，试图以通过足够的气体来降低上游压力，但不会有效。在适当的限流设施下，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。

世伟洛克认为，取样系统设计者经常犯的一个错误是省去限流设备，认为背压型调压阀可以直接控制上游压力。但是如果没有限流设备，当系统流量改变时，压力几乎没有变化。调压阀将继续浪费工艺流体以试图增加流量，因为它试图控制的进口压力不会有任何变化。这可能导致调压阀大开。

允许大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) 的尺寸应允许一些流量通过调压阀，即使是在分析仪的最大流速下。

为了建立如图 1 所示的功能系统，世伟洛克建议系统设计者应该从关闭 R2 开始，调整 R1 以充分允许所需分析响应时间的旁通流量，然后微调所需分析仪流量的 R2。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。这将允许调压阀在源压力变化时控制其进口压力。如果预计源压力会发生很大变化，可调整R 1，在最低预期源压力下产生少许旁通流量。

由于背压型调压阀控制旁通流量，旁通排放管中不需要针阀或其他限流设备。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。

图 2。该图显示了一个常见错误，即串联安装的减压型调压阀和背压型调压阀相互竞争，导致系统中的压力控制无效  Image © 2013 "Industrial Sampling Systems”

串联使用减压型和背压型调压阀

如图 2 所示，当背压型调压阀紧接着减压型调压阀放置时，世伟洛克认为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，如果背压型调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背压提升阀芯从阀座上提起并允许流过背压型调压阀。在这种情况下，不会有旁通流量，因为背压型调压阀将保持关闭。 

第二种情况是背压型调压阀的设定点较低。由于流量上升，来自减压型调压阀的输送压力将以上游调压阀流量特性曲线的速率下降。流速急剧增加，向上推动背压型调压阀的流量特性曲线，并增加其进口压力。

世伟洛克认为，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。

图 3 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但高流量。  Image © 2013 "Industrial Sampling Systems”

旁通流速取决于两个设定点之间的差异。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，并保护分析仪免受源压力和排放压力变化的影响。

图 4 显示了如何在两个调压阀（背压型和减压型调压阀）之间使用限流设备，可以确保有效的压力流量和控制 Image © 2013 “Industrial Sampling Systems”

正常运转的系统

世伟洛克认为，为了保证背压型调压阀的正常运行，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。为了确保取样系统向分析仪提供可靠和一致的压力和流量控制，工程师应遵循上述指南。