電動調節閥在化工芳烴裝置氣蝕防護 調節閥在化工氣蝕防護  電動調節閥氣蝕防護

之前介紹JIS日標不銹鋼截止閥標準，現在介紹電動調節閥在化工芳烴裝置氣蝕防護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。在運作效率及節省能源消耗方面，自動控制閥的運用是*的一環，傳統產業界常用的手動閥、氣動閥，在安裝成本及效率上均不及電動閥。業內有關人士表示，閥類在工業流程上，大多用來控制各種流體的行進及流量，如水、油、化學液體等，所依據的參數有溫度、壓力及流量等。而工廠常用的控制閥有減壓閥、氣動式定溫閥、電磁閥定溫系統、比例式控制閥定溫系統、溫度控制閥等幾種類型。在選用各類自動閥時，應考慮熱機的種類、要求的精度、控制閥的品質、壓降、流量及其構造、故障率、廠家信用和售后服務等因素，才能達到經濟實用的目的。就產品本身而言，因電動閥具備裝配容易、故障率低以及符合業界自動化需求的優點，是業者較劃算的選擇。因為使用一般傳統氣動閥，免不了要有配管、電磁閥及壓縮機等才能匹配，而電動閥是以馬達驅動，安裝簡易省事，且電動閥安裝配合工廠原有的自控線路即可，可節省其他成本支出。此外，以馬達驅動方式開閉較平順，無瞬間沖力過大的缺點，故障率可大幅降低。不少人都認為電動閥貴，使用成本高，其實不然，如果以整體計算，傳統閥要加上許多配件及管路安裝，價格并未占優勢，反而要承擔較多的保養費用。

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 電動調節閥在化工芳烴裝置氣蝕防護氣蝕的產生原因

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

① 閃蒸與氣蝕

如果調節閥上的前后壓差（P1-P2）大于了介質的zui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zui小的節流口時流速是zui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zui嚴重的地方是一般是在流速zui高處，通常位于閥芯和閥座的接觸線上或附近（圖1）。

汽蝕是材料在液體的壓力和溫度達到臨界值時產生的一種破壞形式，分為閃蒸和空化兩個階段。當流體流經調節閥時，由于閥座和閥瓣形成局部收縮的流通面積，產生局部阻力，使流體的壓力和速度發生變化（圖1）。當壓力為P1的流體流經節流孔時，流速突然急劇增加，靜壓驟然下降，當孔后壓力P2達到或低于該流體所在情況下的飽和蒸汽壓力PV時，部分流體汽化成氣體，產生氣泡，形成汽液兩相共存現象，稱為閃蒸階段。在節流處后面，壓力逐漸恢復，升高的壓力壓縮氣泡，使氣泡突然破裂，稱為空化階段。氣泡破裂時所有的能量集中在破裂點上，產生幾千N的沖擊力，沖擊波的壓力高達2×103MPa，大大超過了大部分金屬的疲勞破壞極限，同時，局部溫度高達幾千℃。這些“過熱點”引起的熱應力是產生汽蝕破壞作用的主要原因。

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zui嚴重的地方一般是流速zui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zui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。

③氣蝕

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。空化階段，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

④閃蒸與氣蝕、沖蝕之間的關系

上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥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

①不能平穩生產。

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。控制流體速度(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zui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zui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zui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。與本文相關的產品有不銹鋼波紋管密封安全閥