电动调节阀在化工芳烃装置气蚀防护 调节阀在化工气蚀防护  电动调节阀气蚀防护

之前介绍JIS日标不锈钢截止阀标准，现在介绍电动调节阀在化工芳烃装置气蚀防护分析调节阀在流量控制过程中产生气蚀的机理及其危害性，提出调节阀气蚀破坏有效防护的方法，延长调节阀的使用寿命，保证调节阀的可靠性能，保证安全生产。在运作效率及节省能源消耗方面，自动控制阀的运用是*的一环，传统产业界常用的手动阀、气动阀，在安装成本及效率上均不及电动阀。业内有关人士表示，阀类在工业流程上，大多用来控制各种流体的行进及流量，如水、油、化学液体等，所依据的参数有温度、压力及流量等。而工厂常用的控制阀有减压阀、气动式定温阀、电磁阀定温系统、比例式控制阀定温系统、温度控制阀等几种类型。在选用各类自动阀时，应考虑热机的种类、要求的精度、控制阀的品质、压降、流量及其构造、故障率、厂家信用和售后服务等因素，才能达到经济实用的目的。就产品本身而言，因电动阀具备装配容易、故障率低以及符合业界自动化需求的优点，是业者较划算的选择。因为使用一般传统气动阀，免不了要有配管、电磁阀及压缩机等才能匹配，而电动阀是以马达驱动，安装简易省事，且电动阀安装配合工厂原有的自控线路即可，可节省其他成本支出。此外，以马达驱动方式开闭较平顺，无瞬间冲力过大的缺点，故障率可大幅降低。不少人都认为电动阀贵，使用成本高，其实不然，如果以整体计算，传统阀要加上许多配件及管路安装，价格并未占优势，反而要承担较多的保养费用。

1概述

芳烃装置于2005年10月投产，已运行多年。在运行过程中发现蒸汽凝液调节阀气蚀严重，先后出现了内漏和外漏现象，在调节阀下线检修期间，工艺操作人员需不断的调整副线阀开度，控制换热器温度，导致产品质量波动现象发生。此装置蒸汽凝液调节阀8台（蒸汽凝水从2.3Mpa减到0.7Mpa），在2008年发现存在问题的调节阀5台，占总量的62.5％。其中外漏的两台更换了白钢阀体，剩余内漏的3台带病运行，给正常生产带来隐患，缩短了调节阀使用寿命。利用2009年停车大检修期间，采用提高材质及多级降压等方法，更换了全部蒸汽凝液调节阀，现运行正常，没发生内漏和外漏现象，提高了产品质量，有效保证了安全平稳生产。

2 电动调节阀在化工芳烃装置气蚀防护气蚀的产生原因

现装置65%负荷情况下（设计能力是120％），8台调节阀的阀位基本在全行程的50%以下进行调节，有的甚至在5%~20%之间，致使调节控制过程中冷凝水由液态变为气态，产生了闪蒸和气蚀现象。

2.1气蚀产生原因

① 闪蒸与气蚀

如果调节阀上的前后压差（P1-P2）大于了介质的zui大饱和压差（△Pmax），那么就会产生闪蒸，由此再产生气蚀，并对阀内件及相邻近的管道结构造成破坏。

介质通过截面zui小的节流口时流速是zui大的，流速（或动能）的增加伴随着压力（或势能）的大大降低，当压力低于介质饱和蒸汽压时，气泡就会在介质中形成，随着节流口处压力的进一步下降，气泡会大量地形成，在此阶段闪蒸和气蚀之间没有本质的差别，但是对阀门的结构产生了一定的破坏力，其特点是受冲刷表面有平滑抛光的外形，冲刷zui严重的地方是一般是在流速zui高处，通常位于阀芯和阀座的接触线上或附近（图1）。

汽蚀是材料在液体的压力和温度达到临界值时产生的一种破坏形式，分为闪蒸和空化两个阶段。当流体流经调节阀时，由于阀座和阀瓣形成局部收缩的流通面积，产生局部阻力，使流体的压力和速度发生变化（图1）。当压力为P1的流体流经节流孔时，流速突然急剧增加，静压骤然下降，当孔后压力P2达到或低于该流体所在情况下的饱和蒸汽压力PV时，部分流体汽化成气体，产生气泡，形成汽液两相共存现象，称为闪蒸阶段。在节流处后面，压力逐渐恢复，升高的压力压缩气泡，使气泡突然破裂，称为空化阶段。气泡破裂时所有的能量集中在破裂点上，产生几千N的冲击力，冲击波的压力高达2×103MPa，大大超过了大部分金属的疲劳破坏极限，同时，局部温度高达几千℃。这些“过热点”引起的热应力是产生汽蚀破坏作用的主要原因。

图1闪蒸、汽蚀产生过程

②闪蒸与冲蚀

如果介质通过节流口后，压力仍低于介质饱和蒸汽压力，气泡将保留在节流口后的流束中，我们称之为闪蒸。闪蒸对阀门的阀芯会产生严重的冲刷破坏，其特点是受冲刷的表面有平滑抛光的外形，冲刷破坏zui严重的地方一般是流速zui高的地方，通常位于阀芯和阀座的接触线上或附近。尤其是在小开度，节流间隙小，流速高的环境下，冲蚀破坏也zui严重。因此，调节阀应尽量避免小开度工作。再好的调节阀，若长期处于小开度工作，其寿命将成倍减小。

③气蚀

气蚀是材料在液体的压力和温度达到临界值时产生破坏的一种形式，是一种水力流动现象，这种现象既能引起调节阀流通能力kV减小，又能产生噪音、振动及对设备的损害，进而严重影响调节阀的使用性能和寿命。也就是介质流经节流口后介质压力恢复到介质饱和蒸汽压力以上时，气泡会破裂或向内爆炸，从而产生气蚀。

气蚀包括闪蒸和空化两个阶段。闪蒸阶段，当液体压力低于液体蒸汽压时，在液体中形成蒸汽泡，由液体携带气泡的边缘层向下游移动。闪蒸是一种系统现象，调节阀不能避免闪蒸的产生，闪蒸产生侵蚀破坏作用，在零件表面形成光滑的磨痕，通过表面硬化处理就可以解决。空化阶段，如果出口压力大于液体蒸汽压力，气泡就会破裂或爆破，同时产生巨大的压力冲击波，并通过液体向外传播，集中撞击管道壁和阀内零件，冲击到相近的金属表面上。气泡破裂对金属表面的冲击类似于微流喷射，它能以104MPa的压力，振动和碰撞管壁。在液体内，当气泡远离金属表面破裂时，产生球形压力波，此时，碰撞压力约为103MPa，且微流喷射的影响未达到金属固体壁。如果气泡接近金属表面破裂，微流喷射将直接冲击金属表面。

由于，蒸汽气泡破裂释放出能量，并产生一种类似于砂石流过阀门的噪音。如果气泡在接近阀门内的固体表面破裂，释放出的能量会慢慢撕裂材料，留下蜂窝状的小孔。气蚀的破坏作用可能会延伸到邻近的下游管道，导致了外漏现象的发生。虽然调节阀的阀芯与阀座在出厂时已做表面硬化处理，但对于气蚀现象起不到任何防护作用（图2）。

图2汽蚀对金属表面的影响

④闪蒸与气蚀、冲蚀之间的关系

上海申弘阀门有限公司主营阀门有：截止阀,电动截止阀调节阀在小开度工作时，节流口流速更快，压力更低，介质中气泡含量更多，因此，此时闪蒸破坏更严重，冲刷破坏是主要矛盾。在大开度工作时，主要矛盾是系统压力恢复到饱和压力以上时造成的气蚀破坏。所以，在使用调节阀时应尽量避免小开度工作，否则，阀很快会因气蚀、冲蚀作用而破坏。

3 气蚀对安全生产的影响

①不能平稳生产。

由于调节阀在小开度下工作，气蚀的破坏起主要作用，调节阀很快会出现内漏和外漏现象，不仅增加泄漏点而且也给装置的正常生产带来不稳定因素。

②影响产品质量。

调节阀出现气蚀现象时，需下线检修，此时外操人员需在现场手动操作原阀的蒸汽加热量，不但造成蒸汽的浪费同时换热器温度也控制不稳定，给产品质量带来影响。

③产生噪音和震动

当蒸汽凝水流经调节阀时，会在阀芯和阀座之间产生噪音和震动，造成管线晃动，严重的造成焊口断裂，致使蒸汽凝水喷出伤人，给人身、设备安全带来极大隐患。

4 保证安全生产的措施

4.1 阀体选用不锈钢材质，杜绝外漏发生。

气蚀破坏与金属的机械性能和抗腐蚀能力有关，因为抗气蚀破坏主要是材料抵抗气泡破裂时形成重叠凹坑的能力，它随材料吸收能量的能力而改变。抗气蚀破坏较好的材料应具备坚实和均匀的细晶粒结构、变形能力大、抗拉强度和硬度高、加工硬化性好、疲劳极限和抗腐蚀疲劳极限强度高。韧性材料抗气蚀能力要高于脆性材料，因此，气蚀调节阀的阀体选用不锈钢，提高了抗气蚀能力，杜绝了外漏现象的发生，有效保证了安全生产。

4.2多级压降分布，减低气蚀的危害。

采用多级压降和增加流体出口面积，可以有效地控制流体速度。控制流体速度(相当于控制阀内的压力)是避免气蚀的有效手段，其目的是使阀内压力高于流体zui低压力蒸汽压，避免蒸汽气泡破裂，较好的避免了阀内的气蚀，阀内的压降可以分成几段来实现。当调节阀上的压降产生在多级阀瓣上时，总压降被划分成几个较小的连续压降，在下一个节流级之前，流体压力被允许恢复到中间压力，一直到zui后的压降，使气蚀消除在一个较大的延伸区内，避免了气蚀现象的发生。

4.3调节阀选型是解决气蚀的主要因素。

调节阀的选型将影响其对气蚀的敏感性。调节阀一般有两种形式，即低复原阀门(如截止阀等)和高复原阀门(如球阀和蝶阀等)。这两种形式的阀门在进口压力和压降相同的情况下，流体通过收缩截面时，高复原阀门的阀后出口压力恢复远大于低复原阀门。对截止阀而言，其通道的几何形状和湍流存在，会产生很大的流体阻力，因此，在阀后出口压力不会恢复很多。而对球阀而言，其进口流体阻力不大，在阀后出口压力恢复很多，如图3所示。

图3高低压力恢复阀门的压力比较

调节阀在安装使用之前，做好选型工作，可以zui大限度避免气蚀现象的发生，延长调节阀的使用寿命，使调节阀在自动状态下进行远程操作控制，节约蒸汽用量，提高产品质量，有效保证人身、设备安全，为安全生产提供有力保障。

5 结束语

芳烃装置蒸汽凝水调节阀产生的气蚀现象，缩短了设备的使用寿命，耗费了大量的人力和物力，通过合理的选择阀体材质、阀门结构、阀开度大小，有效地控制气蚀所带来的破坏，确保了设备安全、稳定、长周期、经济运行。与本文相关的产品有不锈钢波纹管密封安全阀