李宝华，中石化仪征化纤股份有限公司仪表工程师。参加工作39年，先后在引进大化肥、大化纤、国产化大型聚酯从事仪表自控工作32年。曾为仪表工段长、车间电仪主任、厂仪表科长。2001~2004年为浙江桐昆集团仪表总工。曾写有多套企业仪表自控教材，发表论文数十篇。

在流程工业认识到过程强化、功能安全、控制有效、降低成本的时候，作为控制回路的终端执行元件的控制阀凸显其重要性，也暴露出控制阀长期以来技术比较薄弱的一面。近十年来，控制阀制造业随过程控制快速发展而发展，积极应对挑战，开展国际标准化工作、引入先进制造技术、研发应用苛刻工况产品、推出数字解决方案、完善从设计、选型、定制到调试检维修的全过程技术服务，技术进展很快，出现可喜变化。百年传承、十年创新、一阀掌控。控制阀技术发展的主要趋势是标准化、模块化、网络化，高集成、高性能、高智能，低成本地全面满足控制需求。

控制阀技术发展状况

流程工业的一个显著特征是单系列、装置大、流程长、集中监控、自动化程度高。在流程工业认识到过程强化、功能安全、控制有效、降低成本的时候，作为控制回路的终端执行元件的控制阀凸显其重要性，也暴露出控制阀长期以来技术比较薄弱的一面。存在的问题主要表现：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；控制阀的体积大、噪声大、耗能大，不符合环保和能源战略；等等。

近十年来工业领域高速发展，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，也使控制阀市场整体业务得以保持稳定和高速增长趋势，同时国际国内竞争加剧，控制阀生产商纷纷组合品牌、整合技术优势，追随流程工业不断增长的应用需求，引入先进制造技术、研发应用苛刻工况产品、推出数字解决方案、完善从设计选型定制到调试检维修的全过程技术服务。国际知名品牌大量进入中国，如Fisher、Dresser、Flowserve、Tyco、Koso、Samson、abzil 、Metso、CCI、Gemü、Burket、Leslie，等等。这些全球控制阀主要生产商在中国牢牢占据着高端市场和收揽了大部分中间层次，并不断建立独资或合资工厂实施本土战略。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200多家控制阀生产商，大多数是仿制早期阀型和简单加工，在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、川仪十一厂、中核苏阀、上海阀特、天津津通、无锡智能、大连亨利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，生产出国产模块化智能控制阀系列、核级控制阀、滑板型控制阀等，市场份额稳步提升，并有出口海外业绩。

图1 ESD阀门应用现场。

控制阀标准化

工业发展历程证明，必须要有相应的标准化作为发展产业的支撑条件，标准先行，控制阀制造业亦不例外。标准用来衡量产品质量、实现不同厂商间协调和信息交换，在确定技术体制、促进技术融合、加强科学管理、提高产品质量等方面发挥重要作用，并日趋国际化。

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，名为“工业过程测量和控制”）负责，任务是制订工业过程测量和控制系统与系统元件的国际标准，协调影响测量和控制系统匹配的有关标准化工作。TC65下属的SC65B小组“系统的元件”中的第9工作组（WG9）负责工业过程控制阀的标准制订工作，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。1997年IEC所有标准改为60000系列，工业过程控制阀其标准序号为IEC 60534，目前为止已发布有18个标准，其中新增2-5和9两个标准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流通能力计算和噪声预估。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。

中国于2001年开始全面采用国际标准，对于工业过程控制阀标准首先等效采用了IEC 60534的1、5、7、8-1四个标准，标准号是GB/T 17213。中国国家标准化委员会2005年第12号公报又公布了等同采用IEC60534的14个标准（GB/T 17213），于2006年4月1日开始实施。至此，国标已有16个工业过程控制阀现行标准。虽然IEC又有5个标准进行了修订，国标跟随动作慢一些，而且还有2-5和9这两个新标准没有纳入，甚至标准内容滞后并与IEC标准有冲突的GB/T 4213：1992还在使用，国内控制阀制造厂商采纳标准的还很有限，符合标准的产品还不多。尽管如此，毋宁置疑，近年来我国工业过程控制阀的标准化工作还是有实质性进展，进步很大，等同和等效IEC 60534标准有利于中国控制阀的产品研发、提高技术含量和市场拓展。

图2 艾默生过程控制公司DVC6000数字阀门控制器。

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。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。近十年来，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。多数厂商都在运用先进制造工艺，大量更新设备投用数控机床高精度磨床实现加工自动化，采用高效精密成型技术、高效高精度加工工艺、特种加工和材料改性技术，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、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、超超高临界电厂专用控制阀；从大推力的气动执行机构到快速响应的电动执行机构；从保证过程安全的紧密关闭到保证环境的超低泄漏等等。控制阀与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，基本满足了工业上的控制要求。

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SAMSON（240/250系列）、ARCA（08C系列）、Fisher（GX型）等领军厂商推出。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。吴忠仪表也引进并融入自有技术推出模块化“爱客超（ECOTROL）”系列。

控制阀绿色设计也初步展开，通过金属波纹管或膜片密封实现零泄漏或设计特殊结构填料满足环保要求，以及产品自身全生命周期的绿色考虑。

控制阀数字化应用

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。

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重大薄弱环节，严重制约了过程控制的发展。近年来，以数字式阀门定位器为核心的控制阀数字解决方案，极大提升了控制阀使用性能，使之有一个质的飞跃，进而成为工业现场的智能设备。

数字式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数字式阀门定位器时，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通信和Profibus-PA、FF现场总线和集成各种工程工具软件，且不断融入新的功能。

中国市场上的数字式阀门定位器绝大多数出自少数国外知名品牌：Fisher的DVC6000、DVC2000和DVC5000；Siemens的SIPART PS2；SAMSON的378x型和3730/3731系列；DRESSER-Masoneilan的SVI II/SVI II AP；ABB（H&B）的TZID-C；abzil（Yamatake）的SVP3000；等。国内还是刚刚起步，温州、南京、重庆等地已有相应产品推出，但技术差距较大，尤其是在气动部件上。

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。

近十年控制阀预测性维护技术进展非常快，随着数字式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。利用智能化控制阀（数字式阀门定位器）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，对流程工业有显著的经济效益。

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，不断升级数字式阀门定位器及完善预测性维护诊断软件。FISHER有 DVC系列和AMS ValveLink诊断软件、SAMSON有3730/3731系列和本机EXPERT/EXPERT+/EXPERT Plus诊断软件、Masoneilan有SVI II/SVI II AP和Valvue诊断软件、Foxboro有SRD960/991和VALcareTM诊断软件、azbil有SVP 3000alphaplus和Valstaff诊断软件。

控制阀空化及损害的评估与预防

控制阀苛刻工况应用是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，抗空化气蚀办法限于计算复杂、加工难度大的迷宫式阀内件和结构复杂的多级阀芯。

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，SAMSON和法兰克福的达姆施塔特科技大学联合进行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组织据此成果修订了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、微喷射流参数以及空化噪声功率等。IEC组织还在2003年和2007年快步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标准（IEC 60534-2-5和IEC 60534-9）。

SAMSON在能够有效评估控制阀的空化及损害后，基本可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，使常规阀型也能适用一定程度的苛刻工况，同时开发出简洁新颖、型式多样的抗空化气蚀阀内件AC-Trim。近几年在流程工业重点装置上就应用了超过628台配置AC-Trim的控制阀。

Masoneilan则继续在超高压差工况应用、多级阀方面居领先地位。

控制阀技术发展趋势

控制阀技术在过程控制、信息技术和自动化技术推动下，以及智能化控制阀巨大市场需求的拉动下，必有更大进展，发展趋势体现在：标准化、模块化、网络化，高集成、高性能、高智能，低成本地全面满足控制需求。

标准化

寻求、完善和执行统一的控制阀标准，使不同厂商生产的控制阀能够实现互换性、互操作性。整合计算选型程序，采用标准化软件，从分散的不通用的各自计算到根据过程数据和指定功能、性能和成本就能够正确计算选型、确定所需流量系数、通径和管路配合、适合的阀体阀内件材质、针对性的密封型式等。建立标准化的软件平台，使用标准化的计算机辅助故障识别和专家诊断软件，使不同制造商的控制阀可进行性能监测和故障诊断。标准化也使得控制阀的低成本和可维修性达到目的。

模块化

从产品的集中设计到模块化分散设计是一种创新，模块化设计遵守从系统结构入手，将整个控制阀系列产品按照功能切分成有限多的通用模块（不变部分）和专用模块（变化部分），分散的相对独立的模块遵守共同的明确规则，以保证这些模块能够组合成一个完整的系统，并能够随时加入新的模块增加系统功能。各模块独立开发并要求具有更多更好的性能，优化设计并尽可能多地在不同口径的阀门中采用相同的零部件，基于大部分部件确定使用通用模块、少部分按用户技术条件选择专用模块，缩短了产品生产周期能够快速响应市场，组合成满足需求的控制阀产品。模块化设计的控制阀将以其开放式架构、全新的系统结构、优化的模块部件、简便的计算与选型、高安全性和可靠性，以及产品紧凑坚固、号型齐全多样、部件通用可换、易于维护检修，带来控制阀整体功能和性能的明显提升。

网络化

网络化支持控制阀技术，以信息化网络灵活而迅速地组织资源，建立虚拟制造和虚拟设备（仪表），形成快速反应和高效集成，产生整体经济效益。数字化应用的控制阀成为现场智能设备，支持总线协议并融入网络，在运作的网络化下更好地协同工作、有效控制、在线诊断和便捷维护。

高集成

高集成基于信息化，包括企业资源的集成化研发管理和产品制造、开放性技术和标准化的产品。利用先进制造技术进行控制阀产品集成化，运用制造执行系统MES和企业资源计划系统ERP。注重全息集成、有效利用与整合、提升制造智能、优化系统和控制阀产品，使控制阀生产商有效管理全生命周期和提供优质有效、低成本、绿色产品。控制阀本身的高集成也使产品功能多样化、复杂化，单台控制阀具有应对多种控制要求的能力。

高性能

开发控制阀的高性能处理能力，彻底摆脱产品仅有单一技术特征，在控制流体量的简单执行功能之上，同时具备本机显示、组态、检测、控制、运算、诊断、通信以及安全、绿色等功能和兼容性，实现按需求控制。在推进控制阀高性能过程中，要适时开展控制阀性能的标准化以及功能认证工作。

高智能

控制阀利用人工智能技术和计算机技术，嵌入式数字解决方案实现智能化，更多表现在控制阀自适应、自校准、自诊断和远程通信上，更好体现在实现强化性能和分散风险，提高可用性和可靠性上。综合神经网络、模糊逻辑、广义专家系统的计算机故障识别与性能诊断将是推动控制阀高智能化的主要因素，数字式阀门定位器普及应用到控制阀和电动执行机构智能一体化设计以及智能的预测性维护是未来主流。