發布日期：2022-04-26 點擊率：118
關鍵詞： 調節閥 氣蝕
摘要：分析調節閥在流量控制過程中產生氣蝕的機理及其危害性，提出調節閥氣蝕破壞有效防護的方法，延長調節閥的使用壽命，保證調節閥的可靠性能，保證安全生產。
1概述
芳烴裝置于2005年10月投產，已運行多年。在運行過程中發現蒸汽凝液調節閥氣蝕嚴重，先后出現了內漏和外漏現象，在調節閥下線檢修期間，工藝操作人員需不斷的調整副線閥開度，控制換熱器溫度，導致產品質量波動現象發生。此裝置蒸汽凝液調節閥8臺（蒸汽凝水從2.3Mpa減到0.7Mpa），在2008年發現存在問題的調節閥5臺，占總量的62.5％。其中外漏的兩臺更換了白鋼閥體，剩余內漏的3臺帶病運行，給正常生產帶來隱患，縮短了調節閥使用壽命。利用2009年停車大檢修期間，采用提高材質及多級降壓等方法，更換了全部蒸汽凝液調節閥，現運行正常，沒發生內漏和外漏現象，提高了產品質量，有效保證了安全平穩生產。
2 氣蝕的產生原因
現裝置65%負荷情況下（設計能力是120％），8臺調節閥的閥位基本在全行程的50%以下進行調節，有的甚至在5%~20%之間，致使調節控制過程中冷凝水由液態變為氣態，產生了閃蒸和氣蝕現象。
2.1氣蝕產生原因
?、?閃蒸與氣蝕
如果調節閥上的前后壓差（P1-P2）大于了介質的最大飽和壓差（△Pmax），那么就會產生閃蒸，由此再產生氣蝕，并對閥內件及相鄰近的管道結構造成破壞。
介質通過截面最小的節流口時流速是最大的，流速（或動能）的增加伴隨著壓力（或勢能）的大大降低，當壓力低于介質飽和蒸汽壓時，氣泡就會在介質中形成，隨著節流口處壓力的進一步下降，氣泡會大量地形成，在此階段閃蒸和氣蝕之間沒有本質的差別，但是對閥門的結構產生了一定的破壞力，其特點是受沖刷表面有平滑拋光的外形，沖刷最嚴重的地方是一般是在流速最高處，通常位于閥芯和閥座的接觸線上或附近（圖1）。
圖1閃蒸、汽蝕產生過程
②閃蒸與沖蝕
如果介質通過節流口后，壓力仍低于介質飽和蒸汽壓力，氣泡將保留在節流口后的流束中，我們稱之為閃蒸。閃蒸對閥門的閥芯會產生嚴重的沖刷破壞，其特點是受沖刷的表面有平滑拋光的外形，沖刷破壞最嚴重的地方一般是流速最高的地方，通常位于閥芯和閥座的接觸線上或附近。尤其是在小開度，節流間隙小，流速高的環境下，沖蝕破壞也最嚴重。因此，調節閥應盡量避免小開度工作。再好的調節閥，若長期處于小開度工作，其壽命將成倍減小。
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氣蝕是材料在液體的壓力和溫度達到臨界值時產生破壞的一種形式，是一種水力流動現象，這種現象既能引起調節閥流通能力kV減小，又能產生噪音、振動及對設備的損害，進而嚴重影響調節閥的使用性能和壽命。也就是介質流經節流口后介質壓力恢復到介質飽和蒸汽壓力以上時，氣泡會破裂或向內爆炸，從而產生氣蝕。
氣蝕包括閃蒸和空化兩個階段。閃蒸階段，當液體壓力低于液體蒸汽壓時，在液體中形成蒸汽泡，由液體攜帶氣泡的邊緣層向下游移動。閃蒸是一種系統現象，調節閥不能避免閃蒸的產生，閃蒸產生侵蝕破壞作用，在零件表面形成光滑的磨痕，通過表面硬化處理就可以解決?？栈A段，如果出口壓力大于液體蒸汽壓力，氣泡就會破裂或爆破，同時產生巨大的壓力沖擊波，并通過液體向外傳播，集中撞擊管道壁和閥內零件，沖擊到相近的金屬表面上。氣泡破裂對金屬表面的沖擊類似于微流噴射，它能以104MPa的壓力，振動和碰撞管壁。在液體內，當氣泡遠離金屬表面破裂時，產生球形壓力波，此時，碰撞壓力約為103MPa，且微流噴射的影響未達到金屬固體壁。如果氣泡接近金屬表面破裂，微流噴射將直接沖擊金屬表面。
由于，蒸汽氣泡破裂釋放出能量，并產生一種類似于砂石流過閥門的噪音。如果氣泡在接近閥門內的固體表面破裂，釋放出的能量會慢慢撕裂材料，留下蜂窩狀的小孔。氣蝕的破壞作用可能會延伸到鄰近的下游管道，導致了外漏現象的發生。雖然調節閥的閥芯與閥座在出廠時已做表面硬化處理，但對于氣蝕現象起不到任何防護作用（圖2）。
圖2汽蝕對金屬表面的影響
?、荛W蒸與氣蝕、沖蝕之間的關系
調節閥在小開度工作時，節流口流速更快，壓力更低，介質中氣泡含量更多，因此，此時閃蒸破壞更嚴重，沖刷破壞是主要矛盾。在大開度工作時，主要矛盾是系統壓力恢復到飽和壓力以上時造成的氣蝕破壞。所以，在使用調節閥時應盡量避免小開度工作，否則，閥很快會因氣蝕、沖蝕作用而破壞。
3 氣蝕對安全生產的影響
?、俨荒芷椒€生產。
由于調節閥在小開度下工作，氣蝕的破壞起主要作用，調節閥很快會出現內漏和外漏現象，不僅增加泄漏點而且也給裝置的正常生產帶來不穩定因素。
②影響產品質量。
調節閥出現氣蝕現象時，需下線檢修，此時外操人員需在現場手動操作原閥的蒸汽加熱量，不但造成蒸汽的浪費同時換熱器溫度也控制不穩定，給產品質量帶來影響。
③產生噪音和震動
當蒸汽凝水流經調節閥時，會在閥芯和閥座之間產生噪音和震動，造成管線晃動，嚴重的造成焊口斷裂，致使蒸汽凝水噴出傷人，給人身、設備安全帶來極大隱患。
4 保證安全生產的措施
4.1 閥體選用不銹鋼材質，杜絕外漏發生。
氣蝕破壞與金屬的機械性能和抗腐蝕能力有關，因為抗氣蝕破壞主要是材料抵抗氣泡破裂時形成重疊凹坑的能力，它隨材料吸收能量的能力而改變。抗氣蝕破壞較好的材料應具備堅實和均勻的細晶粒結構、變形能力大、抗拉強度和硬度高、加工硬化性好、疲勞極限和抗腐蝕疲勞極限強度高。韌性材料抗氣蝕能力要高于脆性材料，因此，氣蝕調節閥的閥體選用不銹鋼，提高了抗氣蝕能力，杜絕了外漏現象的發生，有效保證了安全生產。
4.2多級壓降分布，減低氣蝕的危害。
采用多級壓降和增加流體出口面積，可以有效地控制流體速度?？刂屏黧w速度(相當于控制閥內的壓力)是避免氣蝕的有效手段，其目的是使閥內壓力高于流體最低壓力蒸汽壓，避免蒸汽氣泡破裂，較好的避免了閥內的氣蝕，閥內的壓降可以分成幾段來實現。當調節閥上的壓降產生在多級閥瓣上時，總壓降被劃分成幾個較小的連續壓降，在下一個節流級之前，流體壓力被允許恢復到中間壓力，一直到最后的壓降，使氣蝕消除在一個較大的延伸區內，避免了氣蝕現象的發生。
4.3調節閥選型是解決氣蝕的主要因素。
調節閥的選型將影響其對氣蝕的敏感性。調節閥一般有兩種形式，即低復原閥門(如截止閥等)和高復原閥門(如球閥和蝶閥等)。這兩種形式的閥門在進口壓力和壓降相同的情況下，流體通過收縮截面時，高復原閥門的閥后出口壓力恢復遠大于低復原閥門。對截止閥而言，其通道的幾何形狀和湍流存在，會產生很大的流體阻力，因此，在閥后出口壓力不會恢復很多。而對球閥而言，其進口流體阻力不大，在閥后出口壓力恢復很多，如圖3所示。
圖3高低壓力恢復閥門的壓力比較
調節閥在安裝使用之前，做好選型工作，可以最大限度避免氣蝕現象的發生，延長調節閥的使用壽命，使調節閥在自動狀態下進行遠程操作控制，節約蒸汽用量，提高產品質量，有效保證人身、設備安全，為安全生產提供有力保障。
5 結束語
芳烴裝置蒸汽凝水調節閥產生的氣蝕現象，縮短了設備的使用壽命，耗費了大量的人力和物力，通過合理的選擇閥體材質、閥門結構、閥開度大小，有效地控制氣蝕所帶來的破壞，確保了設備安全、穩定、長周期、經濟運行。
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