在流程工业生产装置上，经常会遇到一些特殊工况条件，这些特殊的工况条件对控制阀的选择带来了很多问题。

例如：在同一条管道上要求实现从小流量到大流量输送控制的工况条件，这样的工况条件对控制阀选型提出的要求是：既要满足在小流量工况下流量或压力的稳定控制，又要适合大流量工况下流量或压力平稳调节。

按照通常的控制阀选型思路，一般都会考虑采用分程控制回路，用二台控制阀来实现这一目标；但这样会导致设备投资的增加和工况切换时流量和压力波动较大的问题；不符合自控设计的规范要求。

用一台直通单座调节阀来完成实现这个控制目的，可能会出现控制系统不太稳定，控制系统的精度不理想以及阀门振荡损坏的情况。当在小流量工况时，直通式调节阀的开度偏小，在此时阀芯所受不平衡力却为最大值因此导致阀芯不稳定。另外直通阀的阀芯和阀座在小开度时，阀芯和阀座间的节流间隙很小，最易发生摩擦撞击而损坏密封面，因此对直通单座调节阀的选择原则是：满足可控流量的前提下，尽可能地避开调节阀在小开度的情况下工作，同时也必须留有一定的可控富余量，即调节阀主要动作区间在阀开度的15％～90％，实际可调比为6.

GS滑板式控制阀具有受流体的不平衡力小，控制稳定性好，在全行程范围内都能实现正常控制，阀门开启与关闭是利用节流槽的滑动来实现等的优点。当滑板式控制阀配置智能阀门定位器时，最小可控开度可以从4％开始，最大可到96%（实际可调比为24），而不影响阀门使用寿命和控制精度。

1.S&S公司的滑板式控制阀加工精良，同时还具有了微小流量控制阀所具有的Cv值（流通能力系数）；

2. S&S公司的滑板式控制阀由于受到流体介质的不平衡力只是常规直通单座阀的1／10，因此可以在小开度的情况下也能正常运转使用；

3. S&S公司的滑板式控制阀开启与关闭没有直通单座阀那样的阀芯阀座密封面的碰撞，并且还能在流体介质的压差作用下在开关动作的过程中作自研磨，所以控制阀的泄漏小，密封能得到长期的保证。

4. S&S公司滑板式控制阀的动滑板和定滑板的节流面和密封面完全分开，大幅延长密封面的使用寿命。

GS滑板式控制阀为什么具有受流体不平衡力小的特点？主要是由滑板式控制阀的特殊结构所决定的。见下图。

滑板式控制阀的节流原理：GS滑板式控制阀阀内件结构是由两块开有相同宽度节流槽孔的平板组成的，一块开有节流槽孔的平板是固定不动的，我们称之为定滑板，另一块开有节流槽孔的平板在固定环内与阀杆相连，受阀杆的上下移动而滑动我们称之为动滑板；当动滑板随阀杆的上下移动时，动滑板与定滑板上的节流槽孔会发生位置上的相对变化，从而达到改变节流面积，起到调节流体的流量的作用。

GS滑板式控制阀阀内件的节流槽孔是垂直截断流体，流体流经节流槽孔时会产生对节流槽孔四周一个作用力，就是我们通常所说的控制阀的不平衡力。这个不平衡力可以用计算公式表述如下：

F A=△P × A slot × μ式中的△P是指阀前后压力差；A slot是指流体作用的有效面积；μ是指两块滑板之间的摩擦系数。

GS滑板式控制阀内的动滑板的A slot不等同于我们常见的直通单座调节阀的阀芯A slot。因为滑板式控制阀的节流槽孔有上下两条边，在实际应用时都会受到流体的向上和向下的作用力，因此GS滑板式控制阀动滑板的A slot是一个矢量和，它远比直通单座控制阀阀芯受不平衡力有效面积A slot要小得多。下面是德国舒伯特公司的技术人员，将同口径和压力等级、相近流通能力系数Cv的直通单座控制阀和GS滑板式控制阀在实验室经过大量的试验对比所得到的模拟数据计算。

这个计算得到的结论是：在相同的工况下，流体介质对滑板式控制阀阀芯（动滑板）作用的不平衡力约是直通单座控制阀阀芯所受到流体介质作用不平衡力的十分之一。

当然，克服控制阀所受的不平衡力，可以通过提高执行机构的输出力来实现，但必需增大执行机构得尺寸同时加粗阀杆以提高阀杆的强度；但是直通单座控制阀在关闭时阀芯与阀座的撞击和摩擦还是不可避免的，泄漏密封难以得到长期保证。而GS滑板式控制阀只需较小的执行机构就可以轻松克服不平衡力对控制阀的影响（流体对滑板式控制阀所产生的不平衡力只是直通单座控制阀的1/10），在微小开度时不会因不平衡力特别大而引起控制波动，同时在控制阀关闭时只是动滑板与定滑板之间的节流槽孔位置的错开，没有撞击，并且在阀前压力的作用下使得动滑板能更紧密地与定滑板贴在一起，再也不用担心传统直通阀的阀芯阀座关闭时所产生的撞击带来的阀座损坏和密封泄漏问题。

以下通过几个滑板式控制阀实际应用案例分别作简单介绍。

应用案例1——宁夏阳光硅业

2010年在宁夏阳光硅业的还原装置，工况条件为：

流体介质：TCS 液体；管道口径：DN25；

阀前压力：1.2MPa(G)，阀后压力：0.95MPa(G)；

最大流量：2m3/h，正常流量：1.5m3/h, 最小流量：0.05m3/h

操作温度：50℃。

用户以前使用的是某品牌的直通单座控制阀，小流量时控制阀的工作不稳定，流体介质的流量也时大时小，不能使控制系统投入自动运转，而且影响多晶硅产品质量。

上海源冠自控设备有限公司依据特定的工况条件，经计算，对应最大流量时的Cv值为：1.72，控制阀的开度为％；对应正常流量时的Cv值为：1.28，控制阀的开度为77％；最小流量的Cv值为：0.043，控制阀的开度为10％。选择滑板式控制阀，其公称口径DN15，额定Cv值选择了2。

经过一年的实际运转使用，滑板式控制阀的控制稳定而有效。

应用案例2——苏州化工厂

在苏州化工厂的工况条件为：

流体介质：蒸汽；管道口径：DN15；

阀前压力：0.6MPa(G)，阀后压力：0.5MPa(G)；

最大流量：10Kg/h，正常流量：5Kg/h,最小流量：1kg/h

操作温度：150℃。

用户以前使用直通单座控制阀，实际工况下的开度很小，均在10％开度以下，因此控制阀的工作极不稳定，就是采用手动控制流量也常难以得到保证，更不能使控制系统投入自动运转，投运使用一段时间后控制阀的泄漏增大，经常对该阀都要进行多次的维修工作。

上海源冠自控设备有限公司依据苏州化工厂这一特定的工况条件，经计算，对应最大流量时的Cv值为：0.09431，控制阀的开度为59.6％；对应正常流量时的Cv值为：0.05091控制阀的开度为32.9％；对应最小流量时的Cv值为：0.05091控制阀的开度为7.5％。选择滑板式控制阀，其公称口径DN15，额定Cv值选择了0.16。

经过四年多的实际运转使用，滑板式控制阀的控制稳定而有效，自控系统也投入了自动，四年来一次也没有做过对控制阀的维修维护工作。

应用案例3——独山子石化公司

2007年加氢裂化高压氮气管网的氮气流量控制回路。管道口径DN80。

工况1：最大流量；10000Kg /h，正常流量：6500Kg/h，最小流量：4000Kg/h，操作温度：20℃，阀前压力：10 MPa，阀后压力: 5 MPa；

工况2：最大流量；6500kg /h，正常流量：4000Kg/h，操作温度：20℃，阀前压力：5.1 MPa，阀后压力：5 MPa。

用户要去在同一根管道上要求实现两种不同的工况条件，这样的组合工况条件对控制阀选型提出的要求是：既要满足在较低的压差工况下流量稳定控制，又要适合高压差下流量平稳调节。

按照通常的控制阀选型思路，一般都会考虑选择用二台控制阀通过分程控制来实现这一目标；但这样会导致设备投资的增加和控制的复杂化；显然这是不符合自控设计的规范要求了。

用一台直通单座调节阀来完成实现这个控制目的，可能会出现控制系统不稳定，控制系统的精度不理想的情况。我们可以通过控制阀的选型计算来分析：

先计算工况1，经过计算有

在阀前压力为10MPa，阀后压力为5MPa，流量特性为等百分比的先决条件下，

对应最小流量4000Kg/h时的Cv值是2.011；

对应正常流量6500Kg/h时的Cv值是3.781；

对应最大流量10000Kg/h时的Cv值是6.325。

再计算工况2的条件，完成初选。经过计算有：

在阀前压力为5.1MPa，阀后压力为5MPa，流量特性为等百分比的先决条件下，

对应正常流量4000Kg/h时的Cv值是17.99；

对应最大流量6500Kg/h时的Cv值是31.12。

通过上述计算，工况2的最大Cv值是31.12，而工况1的最大Cv值是6.325；只要选择Cv值在40左右满足工况2的条件就可以了。

再根据确定的Cv值计算控制阀的口径和对应的阀开度：

Cv值在40左右，等百分比的流量特性，控制阀的口径可以选择DN65或DN80，对应的阀开度见下表：

工况条件1 工况条件2 压差Mpa 阀前P1：10 阀后P2：5 阀后P2：5 阀前P1：5.1 阀后P2：5 流量Kg/h 最大：10000 正常：6500 最小：4000 最大：6500 正常：4000阀开度％ 30.3 20.8 13.7 80 60.7

表1：流量与阀开度对照表

从以上的计算结果中可以看出，当在工况1的时候，调节阀的开度偏小，对直通单座调节阀来说，因其受流体介质的不平衡力的影响而有可能控制不稳定。通常对直通单座调节阀的选择原则是：满足可控流量的前提下，尽可能地避开调节阀在小开度的情况下工作，同时也必须留有一定的可控富余量。（即对可控最小流量到最大流量对应调节阀主要动作区间在阀开度的20％～85％。）

用户以前是配置的一台DN80口径的直通单座调节阀，经过一段时间的运行使用，发现在工况2的条件运行还是很正常的；当工艺过程切换到工况1时，在最小流量到正常流量值范围内控制系统很不稳定，调节阀的开度也是波动很大，并时常伴有关闭时的阀芯阀座的撞击，最后导致了调节阀的泄漏。每年的检修时必须的安排这台DN80/PN100的调节阀下线解体检维修，工作量也较大。

工况1控制不稳定的原因分析：在工况条件1时，其实导致控制不稳定的原因可以从表1中就能够看出，最小流量时，阀的开度只有13.7％，由单座阀的结构可知，在20%开度以下时，控制阀受到流体得不平衡力是最大的，该不平衡力就会使控制阀的阀位产生波动，超出了直通单座控制阀能够正常动作的区域而导致的。

这是选择控制阀结构形式上的问题, 解决的方法只有采用使2个工况分开分别实现控制，这样对管道变化改动大，增设的控制器可以在DCS系统的备用控制卡中调用，可肯定还得再敷设电缆用于连接新设的控制阀和控制器。不论怎样，均会产生设备购置成本大幅增加和管道施工费用的增加。

上海源冠自控设备有限公司依据用户的两个工况条件，用滑板式控制阀选型软件经过计算，数据如下：

选用滑板式控制阀，选择口径：DN50，选择流通能力系数Cv：52，流量特性：线性。

工况2：

正常流量：4000Kg/h 最大流量：6500Kg/h

计算Cv 18.56 32.23

阀开度 50.2% 70.0%

工况1：

最小流量：2950Kg/h 正常流量：6500Kg/h 最大流量：10000Kg/h

计算Cv 1.154 3.204 5.932

阀开度 5.0% 12.1% 20.4%

该替换改造自2007年投运至今四年多来稳定运行，以前使用直通单座控制阀的故障现象已完全消除。

应用案例4——航天某试验装置

2009年在某航天测试装置，一共12组工况，均是可调比非常大，其中一组工况条件为：流体介质：航天机油；管道口径：DN80；

阀前压力：0.1-0.4MPa(G)，阀后压力：0.04MPa(G)；

最大流量：21600L/H，最小流量：1000L/H

操作温度：20℃

上海源冠自控设备有限公司经计算，对应阀前压力为0.1MPa时，最大流量时控制阀的开度为84％；最小流量时控制阀的开度为12％。对应阀前压力为0.4MPa时，最大流量时控制阀的开度为54％；最小流量时控制阀的开度为8％。选择滑板式控制阀，其公称口径DN65，额定Cv值选择了35。

实现了用一台阀稳定、精确控制，替换了原计划的两台分程控制方案。下载本文