Jon Kestner，世偉洛克產品經理

為了正確使用背壓型調壓閥，取樣系統工程師必須警惕這些常見的取樣系統設計錯誤：

忽視上游限流裝置的重要性

允許過多的流量通過分析儀

在減壓型調壓閥與背壓型調壓閥之間沒有流阻的情況下串聯放置兩個裝置。 

在這篇文章中，世偉洛克將討論使用背壓型調壓閥設計和構建取樣系統的方法，以及如何避免這些常見的設計錯誤。

設置背壓型調壓閥

與減壓型調壓閥不同，背壓型調壓閥控制進口壓力，通常安裝在管道末端。另一方面，減壓型調壓閥控制出口壓力，通常安裝在管道起始端。兩種類型的調壓閥的作用都是平衡系統進出口的力和建立設定壓力時所產生的彈簧加載力。

世偉洛克認為，如果這種平衡由于外部壓力的增加或減少而被打破，調壓閥的閥門或提升閥芯將移近或遠離閥座。根據閥門動作的特點，這將允許流量或多或少地通過調壓閥的孔口，直到調壓閥重新建立平衡。 

圖 1 顯示了典型的背壓型調壓閥設置。調壓閥通過調節分流到旁路的流量來保證分析儀 (A) 的進口壓力的恒定。流量限制器（R1 和 R2）使調壓閥能夠正確控制壓力  Image © 2013 "Industrial Sampling Systems"

圖 1 顯示了分析取樣系統典型的背壓型調壓閥設置。當存在分析儀無需使用的流量時（見圖 1 中的 A），調壓閥的工作是將該流量分流到旁路。隨著源壓力的變化，調壓閥也隨之改變分流流量，以確保調壓閥進口處保持恒定壓力，并且有恒定流量通過分析儀。

背壓型調壓閥在上游需要一些流量限制（通常是 針閥），以幫助控制進口壓力（見圖 1 中的 R1）如果背壓型調壓閥和系統之間沒有限流設備（即使很長的管道可能在氣體系統中具有很小的壓降），背壓型調壓閥將大開，試圖以通過足夠的氣體來降低上游壓力，但不會有效。在適當的限流設施下，增大的流速將導致流經該限流設備的壓降增加，有助于降低下游壓力。

世偉洛克認為，取樣系統設計者經常犯的一個錯誤是省去限流設備，認為背壓型調壓閥可以直接控制上游壓力。但是如果沒有限流設備，當系統流量改變時，壓力幾乎沒有變化。調壓閥將繼續浪費工藝流體以試圖增加流量，因為它試圖控制的進口壓力不會有任何變化。這可能導致調壓閥大開。

允許大流量通過分析儀限流設備（見圖 1 中的 R2）是另一個設計錯誤，因為它會導致調壓閥的進口壓力下降到設定壓力以下。這可能導致調壓閥完全關閉，限制排放流量。為了更好地控制，上游限流設備 (R1) 的尺寸應允許一些流量通過調壓閥，即使是在分析儀的最大流速下。

為了建立如圖 1 所示的功能系統，世偉洛克建議系統設計者應該從關閉 R2 開始，調整 R1 以充分允許所需分析響應時間的旁通流量，然后微調所需分析儀流量的 R2。旁通流量應自動下降相同的量。必要時慢慢打開 R1，直到旁通流量至少與分析儀排放流量一樣快。這將允許調壓閥在源壓力變化時控制其進口壓力。如果預計源壓力會發生很大變化，可調整R 1，在最低預期源壓力下產生少許旁通流量。

由于背壓型調壓閥控制旁通流量，旁通排放管中不需要針閥或其他限流設備。然而，沒有針閥的旁通流量計有助于確認調壓閥正在通過一些流量并控制其進口壓力。

圖 2。該圖顯示了一個常見錯誤，即串聯安裝的減壓型調壓閥和背壓型調壓閥相互競爭，導致系統中的壓力控制無效  Image © 2013 "Industrial Sampling Systems”

串聯使用減壓型和背壓型調壓閥

如圖 2 所示，當背壓型調壓閥緊接著減壓型調壓閥放置時，世偉洛克認為會出現另一個設計錯誤。因為兩個調壓閥無法控制相同的壓力——其中一個必然失效。 

為了證明這種失效，考慮兩種情況。首先，如果背壓型調壓閥的設定點高于從上游調壓閥進入它的壓力，它將保持關閉，因為沒有足夠的力將背壓提升閥芯從閥座上提起并允許流過背壓型調壓閥。在這種情況下，不會有旁通流量，因為背壓型調壓閥將保持關閉。 

第二種情況是背壓型調壓閥的設定點較低。由于流量上升，來自減壓型調壓閥的輸送壓力將以上游調壓閥流量特性曲線的速率下降。流速急劇增加，向上推動背壓型調壓閥的流量特性曲線，并增加其進口壓力。

世偉洛克認為，這種增加的結果取決于兩個調壓閥的設置：

如果兩個設定值接近，則流速將上升，直到第一個調壓閥的壓力下降與第二個調壓閥的壓力上升相匹配。但是這導致了非常高的流速。

如果兩個設定值相差較大，則流速將會上升，直到調壓閥失去控制。一個調壓閥將控制壓力，另一個將成為限流設備。

圖 3 顯示了圖 2 中的系統設計錯誤如何使兩個調壓閥在它們的設定點之間保持中間壓力但高流量。  Image © 2013 "Industrial Sampling Systems”

旁通流速取決于兩個設定點之間的差異。在調壓閥停止工作之前，該流速一直上升。當上游壓力變化或流向分析儀的流量變化時，兩個調壓閥試圖保持設定點之間的中間壓力，但結果不確定。如圖 3 所示。

這并不意味著兩個調壓閥不能串聯工作，但成功實現這一方案的唯一辦法是在它們之間設置一個限流設備。圖 4 表示了這種方案，在正確的設置下，兩個調壓閥都能正常工作，兩個限流設備兩端的壓力保持不變。該壓力的一致性使流量保持穩定，并保護分析儀免受源壓力和排放壓力變化的影響。

圖 4 顯示了如何在兩個調壓閥（背壓型和減壓型調壓閥）之間使用限流設備，可以確保有效的壓力流量和控制 Image © 2013 “Industrial Sampling Systems”

正常運轉的系統

世偉洛克認為，為了保證背壓型調壓閥的正常運行，取樣系統必須仔細設計，以確保調壓閥在控制壓力方面發揮作用。壓力過高或過低都會導致系統損壞或延遲。為了確保取樣系統向分析儀提供可靠和一致的壓力和流量控制，工程師應遵循上述指南。