李宝华，从事工业自动化仪表和控制系统的技术工作38年，曾任国企电仪主任、仪表科长，民企仪表总工，外企市场部经理。2006年后较多关注工业过程控制阀。

1998~2013年的十五年，中国制造业的高速发展，拉动了对工业自动化仪表和控制系统的需求。生产过程控制需要大量控制阀及其预测性维护以实现过程强化、功能安全和能效管理。作为控制回路终端执行元件的控制阀（亦称调节阀）凸显了其重要性。

1998~2013年的十五年，我国制造业的高速发展，拉动了对工业自动化仪表和控制系统的需求。随着世界范围内工业生产技术不断进步，流程工业正朝着大型化、一体化、智能化和清洁化等方向发展，同时要求工业自动化仪表和控制系统从工厂生产操作、管理、维护的角度出发具有开放性、高可靠性、互操作性和易维护性。智能化的要求使工业企业加大对自动化控制设备的投入，生产过程控制需要大量控制阀及其预测性维护以实现过程强化、功能安全和能效管理。目前我国流程工业的大型项目（装置）的自动化先进程度已经处于世界领先水平，但苛刻工况应用的控制阀产品基本依赖进口，国产控制阀和执行机构及其附件与国际水平仍有较大差距。

基本现状

作为控制回路终端执行元件的控制阀（亦称调节阀）在流程工业过程控制中凸显重要，同时也是长期以来技术比较薄弱的短板。存在的问题主要表现在：控制阀的品种多、规格多、参数多，不便于选型、安装、维护、管理；控制阀的维持性能差、可靠性差、耐用性差，不适应过程控制要求；控制阀的技术研发缓慢，难以应对苛刻工况应用以及特种需求；控制阀的体积大、噪声大、耗能大，不符合环保和能源战略；国产控制阀及其执行机构性能和功能落后、智能化程度低、技术更新周期长，生产厂家新技术发展的积极性明显不如流程工业控制阀用户高；大型项目关键部位选用的产品仍以国外控制阀为主；高端产品受制于人，特种材料仍是瓶颈，核心技术还未掌握。

图1  IMI Severe Service旗下的大容量数字定位器FasTrak

中国成为全球最为关注的市场，控制阀国际知名品牌大量进入中国，如EMERSON-Fisher、GE Enregy -Masoneilan、IMI Severe Service （包括CCI）、KOSO、SAMSON、Azbil（Yamatake）、Flowserve、Tyco、Metso、ARCA等等。这些国际跨国公司起初依据“二八理论”，主要占据前20%的高端市场，现在则以“长尾理论”侵入其余的80%市场，建立独资或合资工厂实施本土战略以及收购中国的中小企业专门生产适合中低端市场的产品。EMERSON-Fisher在天津武清建立控制阀研发中心和组装工厂，KOSO在无锡形成制造基地，SAMSON在北京亦庄设有生产中心，GE Enregy –Masoneilan在苏州建厂，IMI Severe Service在北京经济技术开发区成立了服务中心等。这种竞争策略压缩了国内企业的市场空间和提出了严峻的挑战，这些国外品牌更带来了先进的控制阀技术和多样化的产品，以及技术比较、借鉴的机会。

国内近300家控制阀生产商，大多数是仿制基型产品和简单加工，在可细分的控制阀中低端市场进行低价格无序竞争。相比之下，吴忠仪表、上仪七厂、重庆川仪、无锡智能、大连亨利、浙江三方、上海大通、苏州纽威、中核苏阀、重庆南坪、重庆华林、徐州阿卡、浙江派沃等厂商能够引进与创新、技术进步，在竞争中也有逐年向上的良好表现，技术层面实现部分突破，研发出高温深冷、高压差、多相流、颗粒冲刷和磨损等苛刻工况以及大口径的控制阀产品和大推力、大扭矩的执行机构，推出旨在控制阀预测性维护的数字解决方案。在新建的大型流程工业项目尤其石油石化和煤化工装置中应用国产控制阀的比例已有显著提升。在2012年10月投产的仪征化纤新建聚酯装置上的全部控制阀都选用了国产的无锡智能控制阀，包括主流程中关键的带热夹套的熔体特种控制阀。中核苏阀、上仪七厂和浙江三方的控制阀产品成功进入三代核电AP1000。

技术发展

控制阀先进制造技术

控制阀制造涉及产品设计、材料选择、生产计划、生产过程、质量保证、市场营销和技术服务的一系列工作。全球的控制阀历史可追溯到1880年，相当长时间内的制造技术和装备器具还很落后，蹒跚在机械加工与装配过程的狭义制造中。近年来，随着工业技术大环境改变，先进制造技术急切进入控制阀制造领域。国际知名品牌生产厂商都在运用先进制造工艺，大量更新设备投用生产执行系统和数控机床实现加工自动化，采用压铸、全模等高效精密成型技术、高精度磨床的高效高精度加工工艺、表面改性和涂层的特种加工及材料改性技术，生产出精致、精良、可用、可靠的高质量产品：从微小流量控制阀到超大通径控制阀；从传统单座阀型到偏心旋转阀型、V型球阀、滑板罚、轴流阀；从防喘振、抗空化气蚀、耐磨蚀控制阀到高温高压特种控制阀、专用控制阀；从大推力的气动执行机构到快速响应的电动执行机构；从保证过程安全的控制阀紧密关闭到保证环境的超低泄漏等等。控制阀与流程工业过程控制的发展同步进行，品种增加、功能扩展、不同工况应用、各种解决方案，形成全过程、大范围、高参数，基本满足了工业生产的控制要求和控制阀市场需求。

图2  IMI Severe Service旗下的智能型数字式阀门控制器QuickTrak

在先进设计技术方面，计算机辅助数字化设计和快速设计技术改变了控制阀设计落后的局面。模块化设计及产品已在EMERSON-Fisher（GX型）、SAMSON（240/250/290系列）、ARCA（ECOTROL 08C系列）等领军厂商推出多年。这些模块化设计的控制阀面对产品整体，体现于产品系统的标准化、组合化，结构合理、部件优化。以控制阀两大组成部分（执行机构和阀）及附件为出发点，进行功能分析，划分出功能模块，并使有限多的模块实现功能最优化、通用化。

控制阀绿色制造（GM）也初步展开，面向环境的设计制造，具体通过新设计新阀内件减少控制阀噪声、采用金属波纹管或膜片密封实现阀杆环径零泄漏或设计特殊结构填料满足环保要求，并从设计、制造、使用到报废产品自身全生命周期不产生环境污染或环境污染最小化进行绿色考虑，提高能效，降低能耗，减少危害。

控制阀标准国际化

国际上的控制阀标准化工作由IEC组织第65技术委员会（缩写TC65）下属的SC65B小组“系统的元件”中的第9工作组（WG9）负责，任务是为工业过程控制用的各种控制阀阀体组件、执行机构和定位器制订基本要求、端面距和相关尺寸、额定压力、泄漏和其他性能要求、尺寸计算方法和评定方法方面的标准。IEC的工业过程控制阀系列标准的序号为IEC 60534，该族现行标准已有9个部分17个标准，其中第九部分是适应控制阀制造的最新发展，专用于多级降压、级间压力恢复的多级阀芯类型的噪声预估；2010年以后IEC更新了2-1流量计算、8-2和8-3实验室测量噪声标准和撤销了2-5多级阀流量计算。国际上的控制阀生产商都已接受上述IEC标准，在设计、制造、计算中采用的是基本统一的流量公式、阻塞流公式以及噪声预估方法，控制阀公称通径、公称压力、泄漏等级、端间距等都已按IEC标准执行，阀门定位器等附件与控制阀的连接基本上符合标准可实现通用性互换性。模拟型和智能型阀门定位器分别有IEC 61514和IEC 61514-2标准。

中国于2001年开始全面采用国际标准，对于IEC工业过程控制阀系列标准目前已等同或等效了16个。另有用于阀门定位器的等同IEC 61514和IEC 61514-2的GB/T 22137.1-2008和GB/T 22137.2-2008标准，还单独有一个GB/T 4213-2008《气动调节阀》标准。虽然还有部分IEC 60534标准需要更新升级，但国产控制阀产品的总体技术要求方面不再落后国际水平。另一方面，国内控制阀制造厂商真正采纳标准的还非常有限，符合控制阀标准的产品不多。还有部分行业的设计院和用户习惯采用美国ANSI/ISA标准及API标准；有的厂商仍在使用已作废的标准（如ASME 16.104、GB/T 4213-92）。

智能控制阀应用

控制阀是控制回路的终端执行元件，接受控制指令并由阀门定位器自身闭合回路实现阀位的反馈控制。阀门定位器这一控制阀的重要附件，长期采用机械式的模拟技术，结构复杂、功能单一且故障率高，也使控制阀整体性能低下，常常不能实现有效控制。

流程工业生产装置在控制系统、测量仪表率先数字化、智能化后，控制阀更显现为控制回路中的薄弱环节，严重制约了过程控制的发展。十五年来，以智能电气阀门定位器为核心的控制阀数字解决方案，使控制阀转换为工业现场的智能化设备，进入信息化整合。

智能阀门定位器是新一代高性能的电气阀门定位器，采用在板微处理器、应用软件和功能模块，可实现定位功能的自校准、自适应、阀位控制和控制阀的在线自诊断及离线测试，本机显示或附加更多功能，以及数字通信和集成到控制系统/资产管理系统，还具有免维护运行特征。

控制阀制造厂商在研发智能电气阀门定位器时，主要是为本公司的控制阀产品配套，也考虑到遵从相关的阀门定位器与控制阀连接的IEC60534-6-1/-6-2标准或行业标准，使不同厂商的阀门定位器与控制阀/执行机构之间组合连接成为可能；而在设计上都是基于定位功能的自校准、自适应、阀位控制和执行机构性能的自诊断功能及免维护运行，并支持HART通信/无线通信和Profibus-PA、Ff现场总线和集成各种工程工具软件，可互操作的技术主要有功能块、EDDL、FDT/DTM。但是，流程工业用户对已有的智能电气阀门定位器设计的许多创新功能也未得到充分理解和应用。

流程工业中尤其大型项目过程控制中选用的智能电气阀门定位器绝大多数出自少数国外知名品牌：EMERSON-Fisher的DVC6000、DVC6200、DVC2000系列；Siemens的SIPART PS2系列；SAMSON的3730/3731系列；GE Enregy -Masoneilan的SVI II AP；ABB（H&B）的TZID-C；azbil的SVP3000；Metso-Neles的ND9000；IMI Severe Service旗下的STI也推出了大容量的数字定位器FasTrak（见图1）及智能型数字式阀门控制器QuickTrak（见图2）等。国内相关产品还是刚刚起步，吴忠、重庆、温州、南京等地已有相应产品推出，但技术差距较大，尤其是在电气转换和气动部件上以及可互操作问题。

控制阀预测性维护

预测性维护注重动态管理和监测以及设备良好运行的可持续性。发展控制阀预测性维护，实现执行机构自校准、自适应、状态监测、在线动态特性分析和设备故障诊断，在控制阀还没有产生故障前就通过计算机辅助故障识别和诊断技术以及广义专家系统对状态参数预测可能出现的情况和预期的时间，通过预测控制阀设备的功能安全和时间依存性来进行维护。国际上普遍认可NAMUR有关《现场设备的自监控和诊断》的NE 107规范，内部诊断归类为4个浓缩状态，操作人员只看到状态，维护人员查看到细节。浓缩状态表明超程或故障，要求维护（已发生故障）/需要维护（已到或超过维护周期），以及功能检查，无浓缩状态则设备正常。

流程工业大型装置的管控一体化及资产管理系统促进了控制阀预测性维护的技术发展，随着智能电气阀门定位器的深入研发，所需的状态监测和诊断功能逐渐转移到控制阀本机设备上的诊断体系。利用智能电气阀门定位器自带阀位（行程）、输出、气源等参量传感器直接进行状态监测，以故障识别、逻辑思维推理、鲁棒性的广义专家系统进行在线预测性维护，提升并维持了性能，减少了运行故障和提高了使用寿命，对工业生产有显著的经济效益。

全球控制阀主要生产商也是推行控制阀预测性维护的先行者，不断升级智能电气阀门定位器及完善预测性维护诊断软件。EMERSON-Fisher有 DVC6000/6200/2000系列和AMS ValveLink诊断软件、SAMSON有3730/3731系列和EXPERT Plus诊断软件及TROVIS-VIEW、GE Enregy-Masoneilan有SVI II AP和Valvue诊断软件、Foxboro有SRD960/991和VALcareTM诊断软件、azbil有SVP 3000 alphaplus和Valstaff诊断软件等等。

控制阀空化及损害的评估与预防

控制阀苛刻工况应用是流程工业过程控制重点关注的技术问题，控制阀液体流体应用时发生的空化会对阀内件和阀体及阀后管件造成很大破坏，严重影响控制阀的工作性能和使用寿命以及加剧噪声、振动，构成安全隐患。空化及损害的评估长期止步不前，抗空化气蚀方案多限于计算复杂、加工难度大、应用局限大的迷宫式阀内件。

在基于经验指数的西格玛方法难以指导普遍问题下，近年来，在对控制阀液体流体应用时发生的空化及损害的评估和防治上有了技术突破，根据实时测试阀门空化气蚀程度的方法研究，通过声压级测试和材料测试建立相关性，获得更精确的信息，取得开拓性进展，IEC组织据此发布了IEC 60534-8-4：2005年第2版，在液体流体噪声预估中提出XF压差比方法，可由理论公式计算出接近实测值的初始空化特性压力比XFZ、微喷射流参数以及空化噪声功率等。2007年又发布了具有抗空化气蚀功效的多级降压级间压力恢复控制阀的IEC 60534-9标准，2010年以后又更新了IEC 60534-8-2和-8-3实验室测量噪声标准，能够指导控制阀厂家有效评估控制阀的空化及损害，进而基本掌握各种阀型不同通径不同流量系数下的初始空化、初始空化损害的相关数据，以及结合阻塞流计算与测试、噪声预估与测试，保证控制阀适用于苛刻工况。GE Enregy-Masoneilan、IMI Severe Service、EMERSON-Fisher和SAMSON继续在控制阀苛刻工况应用、抗控制阀空化及损害、超高压差工况应用、多级阀设计计算和制造方面居行业领先地位。