由气动执行机构和阀组成的各类气动控制阀广泛应用于工业过程控制中，它们起着调整过程参数和保障工艺进程的重要作用，决定了自动控制是否及时有效和系统是否安全。随着工业生产过程对控制和安全性要求的不断提高，气动控制阀的必要性、重要性以及较高的故障频次已引起业内关注。面对市场和技术双重的挑战，制造厂商正以积极态度应对气动控制阀的技术要求以及最终用户的需求，各级标准委员会也在努力补充和完善控制阀标准。

成套装配的控制阀（Control valve）组件或控制阀装置是工业现场使用最多的执行器，是自动控制的终端控制元件，简称控制阀，亦称调节阀，是一种根据用户操作条件而量身定制的产品，主要由执行机构、阀（调节机构）两大部分以及相关附件组成。执行机构用于力或力矩转换和位移转换，阀将位移转换为阀芯与阀座间的流通截面积的改变，附件能够添加功能和改善性能。由气动执行机构和阀组成的各类气动控制阀广泛应用于工业过程控制中，发挥调整过程参数和保障工艺进程的重要作用，常常决定着自动控制是否及时有效和系统安全。

随着工业领域高速发展，工业领域的总体规模不断扩大，控制阀制造业随过程控制快速发展而发展。气动控制阀制造厂商众多，气动控制阀类型结构各异，质量参差不齐，存在的实际问题有：气动控制阀品种、规格、参数多，不便于选型、安装、维护和管理；气动控制阀性、可靠性及耐用性差，不能满足过程控制要求；气动控制阀的体积、噪声、耗能大，不符合环保和能源战略要求等等。在工业生产过程对控制要求及安全性不断提高的情况下，气动控制阀的必要性、重要性以及较高的故障频次已引起业内注意。在市场和技术的双重挑战中，先进的制造厂商正以积极态度面对气动控制阀的技术要求以及最终用户的需求，各级标准委员会也在努力补充和完善控制阀标准。

本文专注气动控制阀的技术要求，试对其进行探讨。

国际标准对控制阀的技术要求

气动控制阀是种类多样化的用户定制的通用产品，制定产品标准和提出技术/质量要求都有很大难度，国际电工委员会（IEC）组织根据工业过程控制阀产品的共性问题（共同属性、本质和普遍规律）来制订国际标准，并不针对某具体产品，重点统一定义、试验方法、计算方法、联结形式、安装尺寸等，更多地体现了用户的要求，这与中国原有制定产品标准的注重具体产品的基点有所不同。IEC发布的IEC 60534工业过程控制阀标准体系，现已有9个部分18个标准。目前，国际区域和大多数国家都采用了IEC 60534系列标准，各级标准化组织依据此标准修订了相关标准；中国也已等同或等效采用了IEC 60534系列标准中的16个，标准号为GB/T 17213。制造厂商和用户采用的GB/T 17213国家标准也是间接应用了国际标准。

在国际标准IEC 60534中根据工业过程控制阀总体对象提出的技术要求主要包括对阀组件的技术要求、性能的技术要求和附加的技术要求。

对阀组件的技术要求

对阀组件的技术要求包括阀体静压承受力、阀座泄漏量、填料密封性、阀端面间距、阀的噪声预测等，其中阀体静压承受力、阀座泄漏量这两项是强制性要求。

阀体静压承受力的要求需要对每个阀组件做壳体静压试验。试验压力可根据阀体的设计规范或标准确定，或者为不低于20℃时额定压力的1.5倍，取两者中较为合适的值。试验介质为常温下的液体或气体，通常选用常温水作为实验介质。试验最短持续时间根据阀的公称通径的不同而不同，公称通径小于等于DN 50/NPS 2的为15s，公称通径为DN 65-200/NPS 2.5-8的为60s，公称通径大于等于DN 250/NPS 10的为180s。对阀组件做型式试验的阀体静压承受力时，试验最短持续时间为600s。壳体静压试验时可以暂时拆除试验压力可能损坏的部件，如金属波纹管密封、膜片、阀杆密封填料等。带阀杆密封填料做壳体静压试验时允许其有泄漏，但其在常温下的额定压力时不应有肉眼可以观察到的泄漏。

阀杆（轴）的密封填料应符合使用的要求，保证一定的密封性和防止外泄漏及逸散性泄漏、保证阀杆的正常提升、轴的正常转动以及维持控制阀静态和动态特性。

对于控制阀阀座泄漏量，是一项强制的技术要求，也是重要的出厂检验、型式检验的规定项目，更是控制阀安装前的试验重点和在线运行功能安全的保障基础。控制阀阀座泄漏量是指在规定的试验条件下，试验介质流过关闭状态控制阀。试验介质为常温下的液体（水）或气体（清洁的空气或氮气）。试验条件包括执行机构调整到符合规定的工作条件并施加所需的关阀推力或扭矩、试验介质施加在阀体的正常或规定入口、阀体出口通大气或连接低压损并出口通大气的测量装置等。控制阀阀座泄漏量与泄漏等级、试验介质和试验程序、阀额定流量系数和阀额定容量有关。对此，国际标准有有明确的规定，规范了泄漏等级、试验介质、试验程序和阀座最大泄漏量。IEC 60534.4-2006规定的控制阀各泄漏等级的最大阀座泄漏量如表1所示（GB/T 17213.4-2005是等同IEC 60534-4-1999的，略有不同）。

考虑到控制阀安装在过程管道中的尺寸及规范不同，国际标准对阀端面间距做了一致性的约束，明确规定给定公称通径和公称压力时的端面间距，包括直通阀型法兰端面到法兰端面（FTF）的尺寸、角型阀法兰中心线到法兰端面（CTF）的尺寸。

阀的噪声预测是近来新增加的技术要求，这一要求促使控制阀在使用时由流体流态所产生的噪声符合相关环保规定。控制阀制造厂应对产品在使用时由于气体动力流或液体动力流流经控制阀时产生的噪声进行预测计算，计算的结果应符合相关规定，预测的方法参见GB/T 17213.15/IEC 60534-8-3及GB/T 17213.16/IEC 60534-8-4。

对控制阀性能的技术要求

控制阀性能的技术要求包括行程、死区，其中额定行程是强制要求。

控制阀的额定行程由制造厂商提出，应能满足在规定的输入信号范围内实现全行程动作。国际标准并没有给出确切指标，只是要求带有阀门定位器的控制阀在输入信号0%~3%之间时控制阀行程启动（或关闭）、在输入信号97%~100%之间时控制阀关闭（或行程启动）。

控制阀行程的死区即不灵敏区，是输入信号改变方向但没有引起行程出现可以观察到的变化时，输入信号的可变化范围。控制阀行程死区的最大推荐值在不带阀门定位器的控制阀时为6%、在带阀门定位器的控制阀时为1%。

附加的技术要求

附加的技术要求包括流通能力、流量特性、行程时间、回差，这是控制阀选型计算、量身定制时可由制造厂商和用户共同商定的技术要求。

制造厂商的控制阀产品样本（数据表）通常会给出详细的流通能力、不同类型不同公称通径控制阀的额定流量系数Kv或Cv，并按用户操作条件计算后加以选择。

控制阀流量特性用以补偿过程被调对象的特性，使回路总动态特性能满足控制系统稳定运行。理想的流量特性主要有线性、等百分比、抛物线及快开等四种，可在阀内件上决定流量特性，或通过阀门定位器改变流量特性，具体选择依据以工程设计者或制造厂商为主。

行程时间主要根据用户需求确定，并可通过配置阀门定位器、气动继动器、电磁阀等附件进行改善。

回差也称变差、滞环误差，是指由于施加输入值的方向不同（上行程或下行程），气动控制阀对应于同一输入值给出不同响应值的特性。在检验时将规定的输入信号平稳地按增大或减小方向输入执行机构气室（或定位器），测量各点所对应的行程值，同一输入信号上所测得的正反行程的最大差值的绝对值即为回差。

国家标准GB/T 4213-2008对气动控制阀的技术要求

中国国家标准化委员会对气动控制阀（气动调节阀）制定有单独的GB/T 4213标准《气动调节阀》。在1984年3月发布的GB/T 4213-84国标，名为《气动调节阀通用技术条件》。国标于1992年依据IEC国际标准，并结合中国国情修订出GB/T 4213-92，更名为《气动调节阀》。到2008年，国标再次修订并发布了GB/T 4213-2008《气动调节阀（Pneumatic industrial process control valves）》，更新规范性引用文件和修改部分技术要求及增加噪声的预测，进一步缩小了与国标GB/T 17213（IEC 60534）的差异。GB/T 4213-2008在标准范围中规定了工业过程控制系统用气动调节阀（气动控制阀）的产品分类、技术要求、试验方法和检验规则等，适用于气动执行机构与阀组成的各类气动调节阀，同时该国标也适用于独立的气动执行机构和阀组件，但不适用于国家有特定要求工作条件的气动调节阀。

相对于国标GB/T 17213（IEC 60534）标准体系，国标GB/T 4213-2008适用的产品范围更具体，因而提出了很多具体的要求。对于由气动执行机构与阀组成的各类气动控制阀，在国标GB/T 4213-2008中的技术要求有基本误差、回差、死区、始终点偏差、额定行程偏差、泄漏量、填料函及其他连接处的密封性、气室的密封性、耐压强度、额定流量系数、固有流量特性、耐工作振动性能、动作寿命、外观、噪声的预测等十五项。表2给出了国标GB/T 4213-2008规定的部分技术要求的指标数据。

基本误差

基本误差亦称固有误差，是指在标准条件下所确定的气动控制阀本身所具有的误差。这种误差主要来源于自气动控制阀自身结构、原理、组件组成、使用条件、安装位置等造成的误差。国标GB/T 4213-2008要求气动控制阀应符合的基本误差的规定如表2所示，符合国标的气动控制阀应不超过规定的基本误差。基本误差用控制阀额定行程的百分数表示，气动执行机构弹簧压力范围在20kPa~100kPa、40kPa~200kPa、60kPa~300kPa以外的控制阀及切断型控制阀不在此要求内。在检验时将规定的输入信号平稳地按增大或减小方向输入执行机构气室（或定位器），测量各点所对应的行程值，并按公式计算实际“信号-行程”关系与理论关系之间的各点误差，其最大值即为基本误差。除非另有规定，试验点应至少包括信号范围的0%、25%、50%、75%、100%五个点。检验使用的测量仪表的基本误差限应不超过被试气动控制阀基本误差限的四分之一。

回差、死区、始终点偏差、额定行程偏差

这几项静特性指标是依据国际标准和中国国情给出的气动控制阀量化指标和技术要求，参见表2。

泄漏量

与国际标准相同，特别强调了在计算确定泄漏量的允许值时，阀的额定容量应按GB/T 17213.2（等同IEC 60534-2）规定的方法计算，要使用阻塞流判定的计算公式。

填料函及其他连接处的密封性

要求控制阀的填料函及其他连接处应保证在1.1倍公称压力下无渗漏现象。特殊用途控制阀的试验压力值由制造厂和用户（订购方）商定。

气室的密封性

对于气动控制阀配置的气动执行机构的气室应保证气密。在额定气源压力下，5min内薄膜气室内的压力下降值不得大于2.5kPa；气缸各气室内的压力不得大于5kPa。

耐压强度

国标对耐压强度的技术要求是以1.5倍公称压力的试验压力进行不少于3min的耐压强度试验，试验期间不应有肉眼可见的渗漏。

额定流量系数

控制阀额定流量系数的数值由制造厂规定，控制阀额定流量系数的实测值与规定值的偏差应不超过规定值±10%。当额定流量系数Kv≤5时，应不超过规定值的±20%。

固有流量特性

要求制造厂应以图或表的形式规定Kv＞1的各种规格、型式和节流组件结构的调节型控制阀的固有流量特性，应进行线性、等百分比流量特性斜率偏差的试验和其他流量特性偏差的试验。

耐工作振动性能

控制阀应进行振动频率为10~55Hz，位移幅值为0.15mm和振动频率应为55~150Hz，加速度幅值为20m/s2的正弦扫频振动试验，并在谐振频率上进行30min的耐振试验。试验后控制阀的基本误差、回差、气室密封性和填料函及其他连接处的密封性仍应符合国家标准要求。

动作寿命

控制阀在规定条件下以加速动作进行寿命试验，试验后其基本误差、回差、气室密封性和填料函及其他连接处的密封性仍应符合国家标准的要求；动作次数可选2500次、4000次、1万次、2万次、4万次、10万次、16万次；对于额定压力PN≤6.4MPa、公称通径DN≤300mm、配有气动薄膜执行机构、聚四氟乙烯成型填料、非弹性密封的各类调节型控制阀，其动作寿命次数不得低于10万次。特殊用途控制阀的动作寿命，可由制造厂与用户商定。

外观

控制阀的气动执行机构和阀的外表应涂漆或其他涂料，不锈钢或铜制的阀可不涂漆。表面涂层应光洁、完好，不得有剥落、碰伤及斑痕等缺点，紧固件不得有松动、损伤等现象。阀上应有标尺行程指针或其他阀位标志。

控制阀噪声的预测

这是国标GB/T 4213-2008依据国际标准新增加的技术要求，目的是使气动控制阀在使用时所产生的噪声符合相关环保规定。

结语

本文探讨了气动控制阀的技术要求及性能指标，了解国际标准、国家标准在总体对象共性问题和分类产品具体问题上的不同考虑，结合制造厂商的解决方案和最终用户的实际需求，研究如何规范和完善控制阀的设计和制造、强化检验和维护，提升产品质量、可用性及可靠性，使气动控制阀能够应用在各种操作条件下、满足过程控制需要。