1.扩大调节阀的可调范围

在过程控制中，有些场合需要调节阀的可调范围很宽。如果仅用1个大口径的调节阀，当调节阀工作在小开度时，阀门前后的压差很大，流体对阀芯、阀座的冲蚀严重，并会使阀门剧烈振荡，影响阀门寿命，破坏阀门的流量特性，从而影响控制系统的稳定。若将调节阀换小，其可调范围又满足不了生产需要，致使系统不能正常工作。在这种情况下，可将大小2个阀并联分程后当作1个阀使用，从而扩大可调比，改善阀的工作特性，使得在小流量时有更精确的控制。假定并联的2个阀中，小阀A的流通能力为C A＝4；大阀B的流通能力为C B＝100。2个阀的可调比相同，即R A＝R B＝30。根据可调比的定义，可以算出小阀A的最小流通能力为C Amin＝C A/R A＝4/30＝0.133。那么2个阀并联组合在一起的可调比为R AB＝（C A＋C B）/C Amin＝（4＋100）/0.133＝782。可见，2个阀组合后的可调比为1个阀可调比的26倍多。

图9-21为锅炉主蒸汽减压分程控制系统，当主蒸汽压力由于某些原因（如突然甩负荷）突然升高时，系统通过把高压蒸汽向低压侧泄放达到保护高压管网的目的。当高压侧压力升高是由于负荷略微减少或燃烧系统扰动引起时，则稍加泄放就能将压力调回安全值以内；而如果是由于保护等原因，造成高压负荷突然全部甩掉，则需要大量地向低压侧泄放才能满足高压管网安全的要求。如果采用单只调节阀，根据可能出现的最大流量，则需要安装一口径很大的调节阀。而该阀在正常的生产条件下开度就很小，再加上压差大、温度高，不平衡力使调节阀振荡剧烈，会严重影响调节阀的寿命和控制系统品质。为此，改为一小阀和一大阀分程控制，在正常的小流量时，只有小阀进行控制，大阀处于关闭状态，如果流量增大到小阀全开时还不够，则在分程控制信号的操纵下，大阀打开参与控制。从而扩大了调节阀的可调范围，改善控制品质，保证控制精度。

图9-21　蒸汽减压分程控制系统

2.满足工艺操作过程中的特殊要求

在某些间歇式生产的化学反应过程中，当反应物投入设备后，为了使其达到反应的起始温度，往往在反应开始前需要给它提供一定的热量。一旦达到反应温度后，就会随着化学反应的进行而不断释放出热量，这些放出的热量如不及时移走，反应就会越来越剧烈，会有发生爆炸的危险。因此，对这种间歇式化学反应器，既要考虑反应前的预热问题，又要考虑反应过程中及时移走反应热的问题。为此，针对该化学反应器可设计如图9-22所示的分程控制系统。

从安全的角度考虑，图9-22中冷水控制阀A选用气关式，蒸汽控制阀B选用气开式，控制器选用反作用的比例积分控制器，用一控制器带动2个调节阀进行分程控制。这一分程控制系统，既能满足生产上的控制要求，也能满足紧急情况下的安全要求，即当供气突然中断时，B阀关闭蒸汽，A阀打开冷水，使生产处于安全状态。

A、B控制阀的关系是异向动作的，它们的动作过程如图9-23所示。当控制信号从0.02 MPa增大到0.06 MPa时，A阀由全开到全关。当控制信号从0.06 MPa增大到0.1 MPa时，B阀由全关到全开。

图9-22　反应器温度分程控制系统(www.daowen.com)

图9-23　反应器温度分程控制系统中控制阀的动作图

针对该分程控制系统，当反应器配料工作完成以后，在进行化学反应前的升温阶段，由于起始温度低于设定值，因此反作用的控制器输出信号将逐渐增大，A阀逐渐关小至完全关闭，而B阀则逐渐打开。此时，蒸汽通过热交换器使循环水被加热，再通过夹套对反应器进行加热、升温，以便使反应物温度逐渐升高。当反应物温度达到反应温度时，化学反应发生，于是就有热量放出，反应物的温度将继续升高。当反应物温度升高至超过设定值后，控制器的输出将减小，随着控制器输出的减小，B阀将逐渐关闭，而A阀则逐渐打开。这时反应器夹套中流过的将不再是热水而是冷水，反应所产生的热量就被冷水带走，从而达到维持反应物温度的目的。

3.用于安全生产的防护措施

在炼油厂或石油化工厂中，有许多储罐存放着各种油品或石油化工产品。这些储罐建造在室外，为使这些油品或产品不与空气中的氧气接触（氧气接触可能会使产品被氧化变质，或引起爆炸危险），常采用罐顶充氮气（N2）的办法，使其与外界空气隔绝，如图9-24所示的罐顶氮气封分程控制系统。实行氮气封的技术要求是要始终保持罐内的N2气压为微量正压。储罐内储存的物料量增减时，将引起罐顶压力的升降，应及时进行控制，否则将会造成储罐变形。因此，当储罐内液位上升时，应停止继续补充N2，并将罐顶压缩的N2适量排出。反之，当液位下降时，应停止排放N2而继续补充N2。只有这样才能达到既隔绝空气，又保证储罐不变形的目的。

图9.24　罐顶氮气封分程控制系统

在罐顶氮气封分程控制系统中，PT为压力变送器，PC为压力控制器，选择PI控制，具有反作用；充气阀A选择气开式，排气阀B选择气关式。当罐顶压力减小时，控制器输出增大，从而将打开充气阀而关闭排气阀。反之，当罐顶压力增大时，控制器输出减小，将关闭充气阀，打开排气阀。

为了避免A、B阀频繁开关并有效地节省氮气，针对一般罐顶空隙较大，压力对象时间常数较大，同时对压力的控制精度要求又不高的情况，设置B阀的控制信号为0.02～0.058 MPa，A阀的控制信号为0.062～0.1 MPa，中间存在一间歇区或称为不灵敏区，如图9-25所示。

图9-25　氮气封分程控制系统中控制阀的动作图