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气动调节阀国内外技术现状分析

编辑:佚名     发布日期:2015-5-27      点击:   

摘要:

  先容了调节阀先进的设计理念和高效率高质量的加工技术、实行标准趋于统一的趋势和防止调节阀空化及气蚀危害的新方法,论述了提高阀门技术性能、可靠性能、降低阀门故障率的新型阀门定位器和预测性维护技术,探讨了制约我国调节阀行业发展的不利因素,上海明精提出了我国调节阀未来的发展方向。

  关键字:调节阀 油气管道 定位器 标准

  1 概述

  调节阀(亦称控制阀)是流体输送系统中的控制装置,用于调节输送介质的压力和流量,上海明精广泛应用于石油、天然气、化工等领域。近年来,随着石油资源结构的不断变化,已开始将浓度高、杂质多的原油产品列入输送范围,加大了输送工艺的难度。另一方面,随着对油气管道的安全性和环保性要求不断的提高,已对阀门的性能要求也愈加严格。为满足安全稳定的输送工艺要求,调节阀在设计、制造过程中应具有更高的可靠性、更高的密封性、更高的强度、更长的寿命,确保长输管线各个分输站管线安全可靠运行。

  2 行业现状

  2.1市场分析

  2012年,我国调节阀销售总额达到167.56亿元,但其中国产品牌只占54.12亿元。进出口阀门单价差不断增大,出口阀门以低档次为主,主要集中在通用阀门这类劳动密集型产品上,进口阀门则以高端产品为主,在国际市场上还是以价格作为主要竞争手段。

  2.2 企业现状分析

  鉴于中国巨大的市场潜力,以美国、德国和日本为主的国际知名调节阀品牌大量进入中国市场,如EMERSON-Fisher、SAMSON、Flowserve、Tyco和Metso等,这些厂商在高端控制阀市场上占据超过80%的市场,而在巨大的低端调节阀需求的总体占有率上不足20%。国外品牌带来了先进的调节阀技术和多样化的产品,以及技术比较和借鉴的机会。

  美国Fisher-Rosemount企业的调节阀产品占全球市场的25%左右,也是我国高端油气管道调节阀的主要供应商,其产品技术领先、品质优秀、性能稳定。高质量的产品带来了高昂的价格,为了适应比较恶劣的工况,Fisher调节阀的设计结构复杂,零部件数量较多,材质标准选择比较严格,造成了较高的生产成本。而为了保证市场占有率,Fisher在各个行业都参与竞争,并扩大产品线以满足不同的工况需求,这也加重了产品研发、市场推广和成本控制的难度,不但难以保证所有产品都具有竞争力,还给利润的保持带来巨大的压力。而为了缓解利润压力,高昂的售后服务和零备件更换费用成为Fisher提高利润的主要手段。高昂的采购成本和后期运行维护成本无疑是用户的巨大负担,也是Fisher未来在激烈的调节阀市场竞争中的巨大隐患。

  我国从事专业调节阀生产的制造商近300家,然而成立30年以上的生产商不足10%,企业人员在100人以下的生产商占82%,技术人员和研发能力比较薄弱。但是,有些企业通过引进与创新,在竞争中有逐年向上的良好表现,技术层面实现了部分突破,研发出高温差、高压差、耐颗粒冲刷和磨损等苛刻工况以及大口径的调节阀产品,密封性和可靠性不断提高。

  3 技术发展

  流程工业控制中的调节阀存在着品种多、规格多和参数多,不便于选型、安装、维护和管理,维持性能差、可靠性差和耐用性差,不适应过程控制要求,体积大、噪声大和耗能大,不符合环保和节能要求等问题。

  从调节阀技术的发展历程来看,调节阀自20世纪初到现在经过了八九十年的发展。前期发展一直较为缓慢,直到20世纪40年代定位器的出现,各种类型的调节阀相继诞生,调节阀的各种产品趋于齐全。我国于20世纪60年代,对于国外的阀门产品进行了系列化、标准化和规范化的改型设计,拥有了完整的系列产品。在同一时期,国外推出了新型的套筒式调节阀。由于套筒式阀具有通用性强,结构紧凑小巧,不平衡力小,调节能力高和易于维修调整等诸多优点,很快得到了广泛的应用。美国Fish-er的easy-e系列调节阀采用的就是套筒式结构,目前国内大口径油气管道上普遍采用该类型的产品。

  70年代末,我国联合设计了套筒阀,并完善了套筒阀产品系列。套筒阀在我国的应用推广从80年代开始,并走上了智能化、模块化的发展方向。我国调节阀生产厂家通过引进和合资等方式生产欧、美、日类型的调节阀,如CV3000系列和模块化的ECOTROL08C系列(现已融入自有技术推出模块化的爱客超系列调节阀)。

  4 制造

  4.1研发条件

  目前,我国缺少从事阀门类专业研究和检测机构,仅有少数阀门生产商拥有专门的试验设施,且试验分析手段较弱,仅能进行通用阀门的性能试验,缺乏对高性能参数、高温参数和冷热交变的动态模拟试样手段和测试设备。相比之下,国际知名企业普遍拥有企业研究所和试验测试基地,上海明精能够对产品进行热态、动态、耐磨、抗震、防火和可靠性等多方面的性能测试,有限元和计算机辅助设计得到广泛应用,使得阀门结构设计更加合理。

  4.2设计能力

  我国调节阀的选型参数种类较少,许多关键的性能参数和环境条件参数没有纳入,造成了仅有通用性阀门,缺乏为特殊工况制造的特型阀门的情况,这必然导致了阀门的选型不当。另一方面,对阀门的结构设计中的不平衡力考虑的不足,造成阀门使用过程中局部应力过大,导致构件变形,成为阀门的卡塞和泄漏等问题的主要原因,降低了阀门的可靠性和耐久性。近年来,我国阀门厂家为了弥补材料性能和加工工艺的不足,缓解关键元件受力变形也在设计上有了许多改进。如一种双套筒结构设计,通过螺纹将两个套筒连接,提高了加工的精确度、避免阀芯卡塞问题。再如在套筒与阀体之间设计连接受力端,通过螺栓连接,结构简单且加工容易,可以避免套筒和阀座受力挤压,避免套筒变形,这两种设计特别适用于大口径调节阀的套筒结构。

  4.3基础工业

  我国调节阀制造业产品质量的改进,其主要方向在于基础工业的提高。材料的热处理和无损检测、密封面的光洁度,以及结构的精细加工都存在一定差距,其中严重影响调节阀产品性能和质量的主要有钢材、弹簧、螺栓和螺母等制造业最为基本的元件,许多满足特殊需要的高性能钢材仍然无法生产。而调节阀应用最为广泛的石油和化工等行业,其控制的介质种类复杂,化学特性各异,安全性和可靠性要求高,而且许多的工艺状况有高温高压等苛刻的条件,国内的材料无法满足需要。在基础元件方面,由于原材料工艺的不过关,导致元件性能达不到设计要求,影响阀门的整体质量[16]。例如,调节阀实行器中使用最多的弹簧元件,我国产品的使用寿命较低,除了加工工艺方面的原因,弹簧钢材的质量问题是主要原因。存在同样问题的还有密封圈等基础元件,这些元件的性能是决定高性能调节阀质量的关键因素。

  各种因素综合作用,造成了阀门在使用过程中出现元件磨损变形、卡塞、噪声和振动过大及泄漏等问题

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