化工调节阀闪蒸及空化 化工调节阀闪蒸 化工调节阀空化 化工调节阀 调节阀空化 化工阀

之前介绍JIS日标不锈钢截止阀标准，现在介绍化工调节阀闪蒸及空化本文详细论述调节阀闪蒸、空化及阻塞流的成因及其对生产所带来的影响和危害，分别阐述如何通过计算判断分析调节阀是否出现了这3种现象，以及发生的是其中的哪一种或几种，并结合实例对其进行判断分析并提出解决方案。给工程设计人员的阀门选型提供参考。
关键词：调节阀；闪蒸；空化；阻塞流；选型
1 化工调节阀闪蒸及空化什么是调节阀的闪蒸、空化及阻塞流
上海申弘阀门有限公司主营阀门有：截止阀,电动截止阀在调节阀内流动的液体，常常出现闪蒸和空化两种现象。它们的发生不但影响口径 的选择和计算，而且将导致严重的噪声、振动、材质的破坏等，直接影响调节阀的使用寿 命。因此在阀门的计算和选择过程中是不可忽视的问题。
当压力为p1的液体流经节流孔时，流速突然急剧增加，而静压力骤然下降，当孔后压力p2达到或者低于该流体所在情况下的饱和蒸汽压pv蒸时，对阀芯等材质已七成为气体，形成汽液两相共存的现象，这种现象称为闪蒸。产生闪蒸时，对阀芯等材质已开始有侵蚀破坏作用，而且影响液体计算公式的正确性，使计算复杂化。如 果产生闪蒸之后,p2不是保持在饱和蒸汽压以下，在离开节流孔之后又急骤上升，这时气 泡产生破裂并转化为液态，这个过程即为空化作用。所以，空化作用是一种两阶段现象， *阶段是液体内部形成空腔或气泡，即闪蒸阶段；第二阶段是这些气泡的破裂，即空化 阶段。 在调节阀内流动的液体，常常出现闪蒸和空化两种现象。它们的发生不但影响口径的选择和计算，而且将导致严重的噪声、振动、材质的破坏等，直接影响调节阀的使用寿命。因此在阀门的计算和选择过程中是不可忽视的问题。
在化工生产工艺流程中的管路和设备中，有大量的流体流量调节阀对保证设备的正常运行起着至关重要的作用。它们有多种结构形式，分别适用于不同场合。其主要作用即用于调节流量，以保证设备的稳定运行。它们有操作简单、方便，易于控制等特点，故受到广泛的应用。但也有消耗能量过大、阀门元件易损等缺陷，若设计使用不当，会给生产带来影响。本文主要讨论的是对管路流量调节过大、输送流体温度过高，可能会产生的汽蚀和闪蒸现象以及其对调节阀的破坏及防止方法。

1.出现蚀和闪蒸的原因分析
1.1 流体在调节阀中的流动过程
液体在调节阀的流道中的流动过程是极其复杂的，根据连续性方程：
uAp=常数
式中u——截面平均流速，m/s；
A—— 流道截面积，m2；
p—流体介质的密度，kg/m3。
对于不可压缩的流体，p=常数，因此uA=常数，亦即流体的流速和通过该截面的截面积成反比。
同时，又根据伯努利方程式[1]：
式中z——位置标高，m；
p——静压强，Pa；
g—— 重力加速度，kg•m/s2。
忽略管道进出口流体的位置标高差别，如果通过截面时的流速增大，则意味着断面的压力将下降，当流体的压力下降到该温度下的饱和压力Pv时，液体将出现汽化，同时发生汽蚀或闪蒸现象。
由于汽蚀现象和闪蒸现象对设备有较大的破坏力。我们以前仅对离心泵的汽蚀现象研究较多，而对管路中调节阀可能产生的汽蚀和闪蒸现象造成的破坏未引起足够重视，因此研究防止液体在流动过程中产生汽蚀和闪蒸的机理将显得更加重要。

图1 节流孔后的空化作用
如图1所示，当压力为p1的液体流经节流孔时，流速突然急剧增加，而静压力骤然下降，当孔后压力p2达到或者低于该流体所在情况下的饱和蒸汽压pv蒸 时，对阀芯等材质已七成为气体，形成汽液两相共存的现象，这种现象称为闪蒸。产生闪蒸时，对阀芯等材质已开始有侵蚀破坏作用，而且影响液体计算公式的正确 性，使计算复杂化。如果产生闪蒸之后,p2不是保持在饱和蒸汽压以下，在离开节流孔之后又急骤上升，这时气泡产生破裂并转化为液态，这个过程即为空化作 用。所以，空化作用是一种两阶段现象，*阶段是液体内部形成空腔或气泡，即闪蒸阶段；第二阶段是这些气泡的破裂，即空化阶段。
 
图1就是一个在节流孔后产生空化作用的示意图。许多气泡集中在节流孔阀后，自然影响了流量的增加，产生了阻塞情况，因此，闪蒸和空化作用产生的前后的计 算公式必然不同。在产生空化作用时，在缩流处的后面，由于压力恢复，升高的压力压缩气泡，达到临界尺寸的气泡开始变为椭圆形，接着，在上游表面开始变平， 然后突然爆裂，所有的能量集中在破裂点上，产生极大的冲击力。
1.1 不可压缩流体的闪蒸、空化及阻塞流现象
当不可压缩流体（通常指液体），通过调节阀时，根据伯努利方程可知，流道变化，截面积越小流速越大，静压越低。根据图2，当阀前压力P1一定，而阀后压力P2逐渐降低时，缩流断面的压力Pvc低于该流体在入口温度下的饱和蒸汽压时，就会产生汽泡出现两相流，缩流断面后伴随着流道截面积的扩大，动压越来越大，如果阀后压力不能恢复到饱和蒸汽压以上，则汽泡不会破裂，并伴随液体流出调节阀，这个过程叫做闪蒸；若P2恢复到饱和蒸汽压以上，则阀后汽泡破裂，这个过程叫做空化或者汽蚀；如果缩流断面的压力Pvc继续降低，阀后的气相将继续增加，到某一时刻，流量将达到极限值，此时，无论如何降低阀后压力都不能增加流量大小，此时的流动状况称为阻塞流[1]。
通俗地说，阻塞流就是阀后气相迅速增加，导致物料体积快速膨胀，在管道管径的限制下，无法及时流通即为阻塞流。由于闪蒸、空化的这种特点，某些工段工艺会利用阀门的闪蒸和空化来达到雾化或者将物料气化的目的。
1.2 可压缩流体的闪蒸、空化及阻塞流现象
气体在低流速时属于不可以压缩流体，其热力状态的变化可以忽略，但在高速流动下（如大于0.3马赫时），气体的压缩效应不能忽略，其热力状态也发生明显变化，气体运动既要满足流体力学定律，也要满足热力学定律。当可压缩流体通过调节阀时，根据伯努利方程，由于流道的变化，截面积越小流速越大，静压越低；但是如果当缩流口已经达到临界流速时，此时伯努利方程不再适用，根据气体动力学，此时情况恰恰相反，阀后截面越大，流速越快，气体膨胀，此时无论阀门两端压差怎样提升，流量也不会改变，而是恒定不变，这种现象称为可压缩流体的阻塞流。由于可压缩流体本身就是气态，所以没有闪蒸和空化现象。
2 闪蒸、空化及阻塞流的危害与处理
2.1 调节阀闪蒸、空化及阻塞流的危害

阀门的闪蒸、空化zui重要的特点是流体伴随着两相流，而气泡在发生破裂或者向内爆炸的瞬间，气泡原来占据的空间就会形成高真空空穴，液相在这种差压作用下，以*的速度填充气泡原来的空间，形成具有冲击力的微喷射和压力波，而阀门的流道往往不会是直通的，由于这种阀芯的阻挡，很多没有来得及溶解、凝结和破裂的气泡，在撞击的作用下，变成更多的小气泡，这些气泡在阀门的流路和阀内件表面被压缩、凝结和破裂，并产生一种砂石流过阀门的噪声，这种周而复始的能量释放，犹如水滴石穿，会慢慢撕裂材料或者造成材料的剥落。闪蒸破坏的特点是受冲刷表面有平滑抛光的外形，而空化则会造成流道或者阀内件类似于煤渣的粗糙表面。阻塞流工况下常常伴随高噪音，在现实工况环境下，还往往伴随着流体的腐蚀作用，这种多重作用下的损害往往比单一作用产生的危害更加强大[2,3]。

闪蒸和汽蚀现象可能出现阻塞流，而当阀门出现阻塞流的情况下，肯定伴随着阀门的闪蒸，如果阀后压力高于入口温度下的饱和蒸汽压，还会出现空化。阀门的闪蒸、空化产生噪音的物理过程中也会引起振动，如果阀门安装位置、零部件固定等对振动敏感的因素比较突出，那么在这种现场剧烈的地方可能会对阀门产生严重的影响，甚至引发安全事故。由图1可以清楚地看到，在阀门的选型计算中，如果不考虑阻塞流的情况，那么计算出来的流量与情况将严重不符，这将直接导致选型不准。所以对阀门的闪蒸、空化及阻塞流的判断分析，并采取适当的措施来减小和排除它们的危害对于工程设计至关重要。与本文相关的产品有化工调节阀压力恢复系数FL