控制阀细节分析之11_控制阀空化及损害的评估方法
闪蒸 空化
（c）依附硬表面的半球状气泡破裂 波中心 波方向
的参数，在被试验的控制阀出口管道上 测量振动（加速度），并用比较使用条 件和试验条件的方法（运用控制阀公称 通径修正系数SSE和压力刻度修正系数 PSE）确定空化各过程西格玛指数，计 算空化强度I，对空化及损害进行量化 评估。美国的控制阀制造厂商基本上都 使用西格玛方法评估空化及损害。
在（不可压缩的）液体流体通过控 制阀阀芯阀座节流时，缩流截面处的流
速加快，而静压会降低，当该区域的压 力降低到等于或低于流体温度对应下的 饱和蒸汽压Pv时，部分液体就会汽化， 这时有相当数量的蒸汽及溶解在液体中 的气体逸出，形成许多蒸汽与气体混合 的小气泡。当流体流出缩流区域，静压 得以部分恢复，若恢复到该饱和蒸汽压 Pv或高于Pv时，气泡在饱和蒸汽压以上 压力的作用下将迅速凝结而破裂。气泡 破裂的瞬间，在气泡原来占有的空间就 形成具有高真空的空穴，液体在高压差 的作用下，以极高的速度流向空穴，形 成有冲击力的微喷射流和压力波，由于 气泡中的气体和蒸汽来不及在瞬间全部 溶解和凝结，因此在冲击力的作用下又 分成小气泡，再被高压力的流体压缩、 凝结、破裂，如此形成多次反复。这 种气泡产生和破裂的全过程称为空化 （cavitation）。如果这些气泡在阀内流 路阀内件表面处凝结、破裂，就会对材 料表面产生高频冲击，所形成的冲击力 可高达几百甚至上千牛顿（冲击的压强 可高达几千兆帕），冲击频率可达几万 赫兹，从而使材料产生疲劳导致机械剥 蚀的损害。同时，从液体中逸出的活性 气体（如氧气）借助气泡凝结时放出 的热量，也会对金属等材料产生化学 腐蚀。这种由于空化导致金属等材料 因机械剥蚀和化学腐蚀受到损害的现 象，称为控制阀空化气蚀。在空化发
阀门公称通径和压力
控制阀常见故障与解决方法
控制阀常见故障解决方法上海炼油厂郑国跃控制阀是石油、化工、电力、医药、冶金、轻工等各种行业自动化的必用装备。
本人多年来对多种控制阀进行了现场维护检修，现将主要体会整理于后，供大家参考。
本文主要谈以下三个问题。
1．现场开车情况常见故障和解决办法在现场开车生产的情况下，工艺或保养人员发现生产过程中控制不佳，阀门迟钝、缓慢、卡住、无信号输出或有信号阀门不动作等现象，一般采取下列方法处理。
首先要注意的是，阀门修理工到现场调节控制阀必须先取得工艺操作人员同意和配合。
之后，将控制阀由自动改为手动（见图1）。
其具体做法是打开旁路阀2，关闭上、下游切断阀3、4和打开放空阀5、6。
通常我们分析阀门不动作原因时，先把执行机构、电/气转换器和气动定位器分开来，逐一判断。
必须先确定是执行机构问题，还是电/气转换器或定位器问题，否则就会盲目处理，浪费时间。
执行器系统图（见图2）。
对出现的问题会有以下几种情况。
1.1膜头上压力表无气压信号，可能有下列原因（1）定位器的放大器恒节流管孔堵。
（2）定位器输出管线漏。
（3）阀门膜片漏。
1.2 阀门膜头上有信号，而阀不动作，则可能属下列原因（见附图3）（1）阀门上、下导向卡死。
（2）阀体内结垃圾。
（3）执行机构信号输入端三通接头堵。
（4）填料函上压盖长期使用生锈卡死。
（5）阀芯与推杆连接螺母松动。
（6）执行机构故障（弹簧断裂，薄膜盖裂或连接螺母滑牙）。
1.3 阀振荡（有鸣声），可能属于下列原因（1）阀选大了，常在小开度情况使用。
（2）流向与阀的关闭方向相同。
（3）阀压差大。
（4）阀芯与阀座衬套磨损。
1.4阀动作迟钝，可能属下列原因（1）填料太紧。
（2）阀体内结焦、水垢等现象。
1.5 阀关不死（泄漏量大），可能属于下列原因（1）旁路阀漏。
（2）阀芯、阀座磨损或腐蚀。
（3）压差大，执行机构输出力不够。
（4）阀体内有异物。
1.6 阀体漏，可能属下列原因（1）压板松或填料老化或阀杆有损坏而造成填料漏。
控制阀的故障分析及排除
控制阀在工厂的运用非常普遍，尤其在石油化工行业，是流体输送系统中的控制部件，安装在各种管路系统中，主要用于调节介质的流量、压力等。
下面介绍控制阀的几种常见故障及排除方法。
1 气动控制阀常见故障及排除方法1.1 磨损故障1）阀体或阀内部件磨蚀。
产生原因：液体速度太高，液体中有颗粒空化和闪蒸。
消除方法：增大阀内件或阀门尺寸，以降低流体速度；阀体改流线型结构，以减少流体的撞击；阀体、阀内材料增加硬度；改变阀内件结构，以降低流速；避免空带作用，改用低压力恢复的阀门；用不锈钢材料焊接修理。
2）滑动磨损。
产生原因：一般是系统不稳定，接触应力过大，不对称；表面光洁度不好；材料选用不好。
消除方法：改善稳定性；增大轴承尺寸，重新加工修理，重磨表面，选择更好的导向件及材料。
1.2 泄漏故障1）阀芯、阀座之间泄漏。
产生原因：阀芯、阀座表面磨损或被腐蚀；执行机构作用力太小；阀座螺纹被磨损、松动。
消除方法：改善研磨接合面；执行机构和阀杆的连接加以调整；拧紧或更换阀芯、阀座，也可加垫片进行处理。
2）阀座环和阀体之间泄漏。
产生原因：拧紧力矩太小；表面不干净，光洁度差；垫片不合适；阀体有小孔。
消除方法：加大拧力，重新清洗干净处理，更换合适垫片，磨掉后重新焊接处理。
3）填料泄漏。
产生原因：阀杆光洁度不好或弯曲；填料盖没有压紧或填料类型结构不合理；填料层堆得太高；填料腐蚀有坑或盖变形损坏。
消除方法：阀杆磨光、压直，重新拧紧或更换填料；安装间隔环，减少高度，改为性能好的填料，修理更换压盖及相关的法兰螺栓等。
4）活塞环密封处泄漏。
产生原因：气缸光洁度太差；活塞环装配不密封；密封环使用温度过高；使用时间太长，密封件损坏。
消除方法：磨成修理气缸，换密封环并正确安装，根据高温进行选用。
1.3 阀门动作故障1）阀门没有动作。
产生原因：没有气源或气源压力不足；执行机构故障、泄漏；控制阀无输出信号；供气管断裂、变形，接头损坏漏气；流动方向不正确，受力过大，使阀门脱落；阀杆、轴阀内件卡死、损坏；阀门定位器或电一气转换器故障；阀芯在阀座中卡死。
调节阀空化损坏分析及解决方案
炼 油 与 化 工
２０ 年 第 ４期 ０７
ＲＥ耵 ＮＩ ＮＧ ＡＮＤ ＣＨＥＭＩ ＣＡＬ Ｉ ＮＤＵＳ ＴＲＹ
５ １
调 节 阀空化 损坏 分 析 及 解 决 方 案
孙 俊 华 ， 志军 张
（． １ 大庆石化公 司企管法规处 ， 黑龙江 大庆 １３ １ ；． ６７４２ 大庆化 建公 司仪表修造厂 ， 黑龙江 大庆 １３ １ ） ６ ７ ４
图 ２ 流 量 对 压 差 的流 动 曲线
１ 空化 与 汽 蚀 ． ４
力）
空化或空蚀 ，即通常所说的汽蚀 。它是渐变 的破坏过 程。 当高压流体流 经调节阀 的节 流孑 后 ， 出 口压力 等 Ｌ 其 于或高于该液体 的汽化压力 Ｐ 时 ， ｖ 气泡破裂所 释放 出巨大
（ 缳 断向处） 收
图 １ 产生空化的流动 曲线 由图 １ 可知 ，当压力降低至等于或低于该流体在入 口
温度下 的气化压力 Ｐ ｖ时，液体 中的气核 即膨胀形成气泡 ，
带有气泡的液体在宽敞的下游流道 中流速下 降 ， 压力 回升 。 当压力 回升至 Ｐ 或高于 Ｐ ， ｖ ｖ时 气泡破裂 ， 时将 释放 出巨 此 大的能量 ， 对阀座 、 阀芯等阀内件产生破坏 ， 即空蚀 。 的特 它 点在于液体一蒸汽一液体的过程全部是 在调节 阀的小 面积 内并在微秒 时间 内进行的。 空化的破坏力很大 ， 气泡破裂 的
２ 高差压调节阀防空化解决方案
大庆石化仪表安装公 司在多年调节阀维修 及制造过 程
中 ， 累了许多宝贵经验 ， 积 认为防空化解决方案的关键是如 何改变流体在调节 阀内的流动状态 ，使高压流 体在节流降 压过程中不产生空化。 因此核心应为阀内件 的结构。
２１建 立 数 学 模 型 ．
控制阀的分类及优缺点分析说明.doc
控制阀的分类及优缺点分析说明控制阀有蝶阀、闸阀、球阀、安全阀、蒸汽疏水阀、截止阀等多种类型，每种类型的控制阀都有自己的优点与缺点，下面就将多种不同类型的控制阀进行详细分析。
蝶阀：蝶阀是用圆盘式启闭件往复回转90°左右来开启、关闭和调节流体通道的一种阀门。
优点：①结构简单，体积小，重量轻，耗材省，别用于大口径阀门中;②启闭迅速，流阻小;③可用于带悬浮固体颗粒的介质，依据密封面的强度也可用于粉状和颗粒状介质。
可适用于通风除尘管路的双向启闭及调节，广泛用于冶金、轻工、电力、石油化工系统的煤气管道及水道等。
缺点：①流量调节范围不大，当开启达30%时，流量就达到近95%以上。
②由于蝶阀的结构和密封材料的限制，不宜用于高温、高压的管路系统中。
一般工作温度在300℃以下，PN40以下。
③密封性能相对于球阀、截止阀较差，故用于密封要求不是很高的地方。
闸阀：闸阀是指关闭件(闸板)沿通道轴线的垂直方向移动的阀门，在管路上主要作为切断介质用，即全开或全关使用。
一般，闸阀不可作为调节流量使用。
它可以适用低温压也可以适用于高温高压，并可根据阀门的不同材质。
但闸阀一般不用于输送泥浆等介质的管路中。
优点：①流体阻力小;②启、闭所需力矩较小;③可以使用在介质向两方向流动的环网管路上，也就是说介质的流向不受限制;④全开时，密封面受工作介质的冲蚀比截止阀小;⑤形体结构比较简单，制造工艺性较好;⑥结构长度比较短。
缺点：①外形尺寸和开启高度较大，所需安装的空间亦较大;②在启闭过程中，密封面人相对摩擦，摩损较大，甚至要在高温时容易引起擦伤现象;③一般闸阀都有两个密封面，给给加工、研磨和维修增加了一些困难;④启闭时间长。
球阀：是由旋塞阀演变而来，它的启闭件是一个球体，利用球体绕阀杆的轴线旋转90°实现开启和关闭的目的。
球阀在管道上主要用于切断、分配和改变介质流动方向，设计成V形开口的球阀还具有良好的流量调节功能。
优点：①具有最低的流阻(实际为0);②因在工作时不会卡住(在无润滑剂时)，故能可靠地应用于腐蚀性介质和低沸点液体中;③在较大的压力和温度范围内，能实现完全密封;④可实现快速启闭，某些结构的启闭时间仅为0.05~0.1s，以保证能用于试验台的自动化系统中。
阀门维修安全风险评估
阀门维修安全风险评估
阀门维修的安全风险评估主要针对以下几个方面进行评估：
1. 引发火灾和爆炸风险：阀门维修涉及到管道内的介质，如果操作不慎，可能会引发泄漏、溢出、喷射等问题，进而引发火灾和爆炸。
评估时需要考虑介质的性质、压力、温度等因素，并采取适当的防护措施，如泄漏检测、泄漏急停系统、放空装置等。
2. 高温和低温风险：在一些工艺流程中，阀门可能会用于运输高温或低温介质。
维修过程中需要注意防止烫伤和冻伤，评估时要考虑介质温度以及使用适当的防护设施，如绝热手套、防寒服等。
3. 物理伤害风险：阀门维修可能涉及到液压、气动等设备，操作不慎可能会造成物理伤害，如压力释放时的喷溅、夹指、砸伤等。
评估时应注意设备的安全维护和操作规范，并提供适当的个人防护装备，如安全眼镜、手套、安全鞋等。
4. 化学物品暴露风险：某些介质可能对人体有害，比如腐蚀性液体或有毒气体，维修过程中泄漏或泄露可能对工作人员造成化学物品暴露。
评估时需要了解材料的物料安全数据表（MSDS）以及适当的防护措施，如通风设备、呼吸防护装备等。
5. 电气安全风险：阀门维修可能涉及到电气设备，如控制系统、电动驱动等。
评估时应注意遵守电气安全规程，如安全断电、
接地保护、防触电装置等。
6. 操作错误风险：操作人员维修时可能存在错误操作的风险，例如关闭错误的阀门、连接错误的管道等。
评估时需提供操作指导和培训，并设立相应的安全措施，如操作权限限制、工作许可制度等。
调节阀故障现象诊断、分析及处理(PPT)
由于热交换面积减少，使塔底部液体介质因得不到足够热源而蒸发速度减慢，导致塔 温下降，影响正常操作。 此时，如果增加调节阀开度，使阀后蒸汽压力上升一点，蒸汽流量会暂时增大一些，反 映在流量表上指示会向上冲一下，但过一会，由于冷凝液排不出去，随着再沸器内蒸汽 背压升高，流量又会下来。最后再沸器内蒸汽背压与调节阀前压力平衡时，即使阀门开 到最大，也无蒸汽流量通过，造成流量表无指示现象。
发生故障甚至造成 生产事故时只是各 自检查自己的设备 原因，双方都说自
己没有问题
双方跨过专业界面，学习和了解对方专业的 基础知识，在遇到故障时就有可能一起讨论 分析故障原因的共同语言，故障往往就能够 很快查明原因，得到解释。
1、工艺设备上有那些原因会造成精馏塔再沸 器加热蒸汽流量无指示现象？
故障现象： 精馏塔再沸器的加热蒸汽流量表 无指示，
故障现象： 裂介炉稀释蒸汽流量调节回路FIC-102-06C中，发现调节器输出信号
在20~30%这段信号范围内变动时，流量变化特别灵敏，阀位信号稍有 变化，流量变化就很大，使流量调节回路无法投运自控。 现象分析：
图10
处理方法： 采取临时简单措施，将阀芯位置抬高，当阀门全开时，使阀芯头部的导向杆脱
离阀座，不形成环状空隙，使介质排放畅通。不过此时调节阀控制特性变坏。此外 导向杆也不起导向作用。因此最好还是将导向柱杆直径减小，以增大环状空隙，使 阀门的流通能力增大。
11、活塞式执行机构的气缸内加入不适当的润滑 油会造成什么不良影响？
5、 调节阀阀杆卡住为何会引起调节阀振荡？
故障现象：
在调节器的输出信号改变后，调节阀经过 多次振荡后才稳定。
现象分析：
经检查发现这台阀的阀杆有些弯曲，同时， 调节阀填料压盖压得太紧，填料缺少润滑油 等等，使阀杆和填料之间摩擦力增大，阀杆 移动阻力大，小的偏差信号产生的推动力不 能克服摩擦阻力，要信号增大时，定位器输 出信号增大，才能推动阀杆动作，但是一动 作后又超过了信号点目标位置，反过来信号 又减小，企图使阀杆回到目标位置，但由于 摩擦阻力问题，信号又要超过平衡点时阀门 才能动作，阀门就这样上下移动，呈现跳动 现象，引起阀门振荡。
控制阀细节分析之2_阀门导向
控制阀细节分析之二－阀门导向李宝华摘要：控制阀的阀门导向对于流体控制和阀门关闭非常重要，从控制阀导向的设计细节分析入手，看不同厂家对控制阀导向的设计及区别。
关键词：控制阀；阀芯导向；细节分析；区别1 引言控制阀（Control valve，国标GB/T 17213.1-1998定义为控制阀，国内旧称调节阀）是终端控制元件，决定着过程控制是否及时有效，在整个控制回路中较为重要但又是长期以来技术比较薄弱的环节。
控制阀的生产厂家众多，造成控制阀品种多、规格多、参数多，质量参差不齐。
不同厂家的同类型控制阀的设计差异、技术特点和应用情况如何？是笔者近期关注的问题。
现以SAMSON及部分控制阀厂家产品，着重对目前在用量最大、多数厂家都在生产的直通单座球形阀做一些细节分析。
本文针对控制阀导向的技术细节进行分析探讨。
供参考。
2 阀门导向的技术细节作为终端控制元件的控制阀，主要由阀、执行器及附件组成。
阀起流体控制作用，执行器起推动作用。
阀是由阀体、阀盖、阀内件组成。
其中阀内件是指与流体直接接触，有改变流通截面积和截流件导向等作用的零部件的总称。
阀芯(Plug)、阀座(Seat)、减噪器(Flow divider)、抗空化气蚀部件(AC-trim)等都可以叫阀内件，还包括套筒(Cage)、导向(Guide)等。
其中阀门导向用于阀芯和阀座的对中配合。
控制阀的生产厂家很多，产品类型和结构多种多样，随着科技发展和工业过程需求而不断更新换代和变化。
仅阀门导向这个细节而言，不同厂家的产品就有不同的设计和考虑。
直通单座球形控制阀的导向可分为：• 顶部导向• 顶部底部导向• 阀杆导向• 阀芯导向• 阀座导向顶部导向采用阀盖上导向套或阀内件导向部件（带导向套的导向架或支撑架/套筒）实现导向；顶部底部上下导向增加了下阀盖导向套（架）实现导向，对大口径或特殊工况用途常采用顶部底部导向；阀杆导向采用上阀盖上的导向套与阀座环对中，用轴套与阀杆实现导向；阀芯导向是在阀芯上部设导向段，再与导向套/导向架配合，也常被厂家称为顶部导向；阀座导向在小流量控制阀中被采用，它用阀座直接进行对中。
控制阀的常见故障及处理方法
控制阀的常见故障及处理方法1.1 内漏由于使用介质工况复杂，内漏一般有以下两种情况（1）阀芯处的内漏原因a 管道没有吹扫干净，有锈渣铁锈等颗粒杂质损坏密封片造成泄漏，必须更换密封片。
b 如果整个工艺压力操作不当，造成吸附剂粉化粘附在密封片上气流冲蚀而损坏密封片。
c 气缸仪表压力小于0.4Mpa造成阀们关闭不严产生内漏，此时因增大执行机构的气压为0.4Mpa~0.6Mpa范围内。
（2）平衡缸处内漏原因“O”型圈损坏，更换“O”型圈。
1.2 外漏外漏在现场使用中很少发生，一般在每次大修中可根据以下情况更换密封垫。
（1）法兰处泄漏。
密封垫片损坏需更换新的密封片。
（2）填料函与阀杆处泄漏。
V型密封圈磨损，调整纹压紧即可。
（3）气缸泄漏，气缸盖上“O”型圈，顶盖整与铜查处“O”型圈损坏，气缸活塞串气，更换密封圈。
1.3 阀门失控1自控阀阀杆的螺母自行掊落，导致阀门失控，后经检查发现导致掊落的原因是阀门在频繁地开关过程中自己会转圈，导致螺母一扣扣松掉。
经过改造在阀杆与阀芯处连接保险锁。
2自控阀不动，经检查电磁阀不动作。
机柜内检查保险是好的，电磁阀也是好的，用万用表测量电磁阀无24V电压，查线发现电缆与电磁阀连接处三线全脱落，接上后恢复正常。
通过对阀门的几次检修和平时对阀门维修中总结一些经验：（1）截止阀的介质流向遵循“高进低出”的原则或按阀体箭头方向安装。
如介质是双向流动的，可根据现场实际情况进行安装。
（2）气动截止阀应在允许温度和压差范围内使用，若温度过高或过低，会使密封原件老化或变脆，若超出压差范围，则会压坏密封材料或无法关闭阀门，导致阀门泄漏或动作失灵。
（3）气动截止阀，只允许安装在水平管道上，即气体执行机构在阀体和管道上方。
（4）在使用过程中填料函上的螺纹一般不需要经常调整。
如泄漏每次调整量不能太大，只需调整到不泄漏为止，而且还应保持局部的清洁，必要时可用氨气吹扫。
（5）阀杆的外露部分，应注意防锈，防雨罩一定装好以延长阀门的使用寿命。
调节阀的空化现象
调节阀的空化现象cavitation of control valves 当液体通过调节阀时，在调节阀的节流作用下便会产生压力降。
在流束最小截面处(参见图12—49、图12—50)(vena contracta，VC)，流速最快，而静压却最小。
当该处压力Pc低于该液体的气化压力Pv时，则有部分液体闪蒸成为气泡。
流体经过调节阀后，其压力有所恢复。
若恢复后的压力P2仍低于该液体的气化压力Pv时，则会有部分液体气化，这种现象称为闪蒸(flash)。
图12—49 闪蒸状态压力分布曲线 VC为调节阀流束最小截面处闪蒸作用产生的气泡对阀芯、阀座、阀体均无严重的损伤，但当恢复后压力P 2>P1时，必然会使上述气泡被压破，并爆发出强大的爆破力。
调节阀的金属表面在反复不断地受到该冲击力作用后，会产生疲劳而形成剥落、空洞，这就是空化现象，也称空蚀现象。
图12—50 空化状态压力分布曲线 VC为调节阀流束最小截面处空化现象的爆破力足以使阀内部件(特别是阀芯)遭到极其严重的破坏，严重的空化作用只需几小时调节阀就损坏了，以致于调节过程失控，产生重大安全事故。
因此，在进行控制工程设计时，应充分考虑到防止空化现象的出现。
特别对高压力降工况、低挥发性介质控制的场合，在防止空化作用方面要给予足够的重视。
实验证明，调节阀容量曲线折点和空化开始点相一致。
当调节阀发生空化现象时，阀内的压力降叫做是临界压力降△Pc 。
若实际压力降△P>△Pc ，且阀出口压力P 2又高于该液体的气化压力Pv ，则必然产生空化现象。
对不可压缩的流体而言，空化临界流量条件是：△P ≥C f (△Ps) (12—49)式中，C f 是临界流量系数，其数学式为(12—50)而(12—51)对于绝对不允许产生空化的调节阀而言，用初始空化系数Kc 代替临界流量系数C f 的平方值，则防止空化的条件为：△P 初始空化＝Kc △Ps (12—52)当Pv<0．5P 1时，△Ps ＝P 1—Pv ；故判断产生空化的数学式为： 且(12—53)美国Masoneilan 公司生产的不同类型调节阀的C f 、Kc 值见表12—5。
调节阀的空化现象课件
当液体在管道或调节阀中高速流动时，由于压力的降低或温度的升高，使得液体局部区域 的压力低于该液体的饱和蒸气压，从而产生空化现象。
空化现象的分类
根据产生原因和表现形式的不同，可以将空化现象分为两类，即气核空化和蒸汽空化。气 核空化是由于液体中存在微小气泡，在高速流动中受到压力变化而膨胀或破裂；蒸汽空化 是由于液体内部压力低于饱和蒸气压，形成蒸气气泡。
流量和流速
流量和流速的变化会影响调节阀内的压力和速度 分布，进而影响空化现象的产生。
压力和温度
压力和温度的变化会影响流体的物理性质，进而 影响空化现象的产生。
流体物性
流体的物性（如汽化压力、表面张力等）也会影 响空化现象的产生。
03
调节阀的空化现象的预防与控 制
优化调节阀设计
总结词
通过改进调节阀的设计，可以降低空化现象的发生率。
调整操作条件
总结词
通过调整操作条件，可以降低空化现象的发生率。
详细描述
操作条件如压力、温度和流量等对空化现象的发生有影响。可以通过调整这些操作条件来降低空化现 象的发生率。例如，可以适当降低工作压力、升高工作温度或减小流量等方式来减少空化的发生。
04
调节阀的空化现象的实验研究
实验设备与方法
实验设备
调节阀的空化现象课件
• 调节阀的空化现象概述 • 调节阀的空化现象产生原因 • 调节阀的空化现象的预防与控制 • 调节阀的空化现象的实验研究 • 调节阀的空化现象的应用前景
01
调节阀的空化现象概述
空化现象的定义
空化现象
当液体在高速流动中受到强烈的压力变化或温度变化时，会在液体内部形成气泡或蒸气的 现象。
温度变化
空化出现时，调节阀进出口的温度略有降低
浅谈阀门常见故障的控制与处理
浅谈阀门常见故障的控制与处理阀门是随着流体管路的产生而产生的。
人类使用阀门已经有近4000年的历史了。
“阀”的定义是在流体系统中，用来控制流体的方向、压力、流量的装置。
阀门是使配管和设备内的介质（液体、气体、粉末）流动或停止、并能控制其流量的装置。
自从阀门出现后,它就得到了广泛的应用。
大到各行各业的生产，小到人们的居家生活，可以说现在已经离不开了阀门，就比如说我们电厂就是一个很好的例子。
电厂中的大部分设备都是由管道和阀门连接到一块的，缺少了它们，各种生产工作就不能正常进行。
再说的具体一点就是只要阀门出现故障，就会影响正常生产，这就说明阀门检修是一个重要而不可缺少的工作，尤其对电厂来说更不可小觑。
阀门的常见故障类型：上述为秦皇岛热电1999年至2009年的统计结果（借鉴结果）●［外漏］外漏是阀门外部发生的各种各样的泄漏，它是一种看得见的泄漏。
外漏现象（一）——密封填料泄漏处理方法：1、选择高质量的填料现在我们一般均应使用优质的柔性石墨，柔性石墨不是普通的石墨，是以磷石墨为原料，在1000℃左右的高温下层间化合而成，具非常明显的优越性：①、柔性石墨环能耐1650℃的高温，而普通的石墨、石棉制品在4、500℃时内部的结晶水就要分解出来，使自身粉化，失去功效。
②、适用范围广，具有耐强氧化性，适合电厂的绝大多数介质使用。
③、密封性能优异、自润性非常好，我个人认为也可代替四氟填料盘根，原来在一期的低加疏水调整门使用四氟填料盘根经常泄露，我在经常泄露的调整门中加入了柔性石墨环后泄漏得到很好控制。
在选择、使用柔性石墨盘根时，注意检查选择柔韧性好与层压密度大的石墨环。
2、使用正确的填充和紧固方法①、填装柔性石墨环盘根时，盘根应呈45°斜面切开，每层切口错位90°～180°安装；②、拧紧填料压盖前，认真检查螺栓栓应完好，我们班有两次盘根泄漏就是由于未认真检查螺栓完好程度，紧固时感觉力度已够，结果在运行中造成盘根吹空的严重后果；③、拧紧填料压盖时，用力要均匀，随时观察压盖处阀杆四周间隙应保持一致，不得把压盖压偏；压盖压入填料室的深度为其高度的1/4-1/3。
调节阀的空化现象
调节阀的空化现象cavitation of control valves 当液体通过调节阀时，在调节阀的节流作用下便会产生压力降。
在流束最小截面处(参见图12—49、图12—50)(vena contracta，VC)，流速最快，而静压却最小。
当该处压力Pc低于该液体的气化压力Pv时，则有部分液体闪蒸成为气泡。
流体经过调节阀后，其压力有所恢复。
若恢复后的压力P2仍低于该液体的气化压力Pv时，则会有部分液体气化，这种现象称为闪蒸(flash)。
图12—49 闪蒸状态压力分布曲线 VC为调节阀流束最小截面处闪蒸作用产生的气泡对阀芯、阀座、阀体均无严重的损伤，但当恢复后压力P 2>P1时，必然会使上述气泡被压破，并爆发出强大的爆破力。
调节阀的金属表面在反复不断地受到该冲击力作用后，会产生疲劳而形成剥落、空洞，这就是空化现象，也称空蚀现象。
图12—50 空化状态压力分布曲线 VC为调节阀流束最小截面处空化现象的爆破力足以使阀内部件(特别是阀芯)遭到极其严重的破坏，严重的空化作用只需几小时调节阀就损坏了，以致于调节过程失控，产生重大安全事故。
因此，在进行控制工程设计时，应充分考虑到防止空化现象的出现。
特别对高压力降工况、低挥发性介质控制的场合，在防止空化作用方面要给予足够的重视。
实验证明，调节阀容量曲线折点和空化开始点相一致。
当调节阀发生空化现象时，阀内的压力降叫做是临界压力降△Pc 。
若实际压力降△P>△Pc ，且阀出口压力P 2又高于该液体的气化压力Pv ，则必然产生空化现象。
对不可压缩的流体而言，空化临界流量条件是：△P ≥C f (△Ps) (12—49)式中，C f 是临界流量系数，其数学式为(12—50)而(12—51)对于绝对不允许产生空化的调节阀而言，用初始空化系数Kc 代替临界流量系数C f 的平方值，则防止空化的条件为：△P 初始空化＝Kc △Ps (12—52)当Pv<0．5P 1时，△Ps ＝P 1—Pv ；故判断产生空化的数学式为： 且(12—53)美国Masoneilan 公司生产的不同类型调节阀的C f 、Kc 值见表12—5。
截止阀内流道空化形态演变规律及空蚀损伤试验研究
截止阀内流道空化形态演变规律及空蚀损伤试验研究
截止阀内流道空化形态演变规律及空蚀损伤试验研究是指对截止阀内部流道中空化形态的演变规律以及由空化引起的空蚀损伤进行试验研究。
在截止阀的运行过程中，由于介质的流动速度变化、流道结构的特点等因素，可能会引起内部流道中的空化现象。
空化是指介质在流道中出现气泡或蒸汽形成的现象，会导致阀门的流量减小、压力降低甚至无法正常工作。
因此，对截止阀的内部流道空化形态演变规律进行研究，对于提高截止阀的性能和可靠性具有重要意义。
空蚀损伤是由于空化引起的介质流动产生的冲击力对流道表面造成的损伤。
空蚀损伤会导致流道表面的材料疲劳、腐蚀甚至破裂，严重影响截止阀的使用寿命。
因此，研究空蚀损伤的特点和机理，对于设计和改进截止阀的材料和结构具有重要意义。
在研究截止阀内流道空化形态演变规律及空蚀损伤试验方面，可以采用不同的试验方法和测试手段。
例如，可以通过高速摄影技术、压力传感器等设备实时观测和记录流道内空化的形态和演变过程；可以采用材料力学测试仪器对空蚀损伤后的流道表面进行力学性能测试；还可以通过金相显微镜等设备对流道表面的显微结构进行观察和分析。
通过对截止阀内流道空化形态演变规律及空蚀损伤试验的研究，可以为截止阀的设计、使用和维护提供科学依据，提高截止阀的可靠性和安全性。
老工程师总结的控制阀故障检查判断思路
老工程师总结的控制阀故障检查判断思路过程控制的作用最终体现在控制阀的动作上，检查判断故障时要观察控制阀的动作是否正常。
可用手动控制来操作控制阀，阀门不能正常地打开和关闭，或者上、下行程运行卡滞，可以确定是控制阀有故障，控制阀不会动作，先检查供气、供电是否正常，在此基础上再检查其他部件。
了解控制阀的故障特征有助于判断或处理故障。
新安装使用的控制阀故障有：泄漏、油污使传动机构卡涩或动作失灵，或动作不平稳、定位不准确等，可进行调试，把故障逐一排除。
运行到中期的控制阀，通过调试和转动磨合，电气、机械零部件将处于最佳工作状态，其故障率是很低的，但薄弱环节也会出现故障，如间隙加大导致漏油、黏附在管道上的污物、铁锈、杂质脱落会导致阀门出问题。
运行后期，控制阀的各类电气元件、机械零部件因工作时间长了，元件老化及机械部件的磨损，常会出现位置反馈接触不良，定位精度低、稳定性差等故障，需要进行全面的检查和修理。
控制阀有故障应先观察机械部件是否有磨损、腐蚀、损坏等现象。
检查聚四氟乙烯或其他填料是否老化、缺油、变质，填料是否压紧，垫片及口形圈是否老化或裂损。
检查阀杆与阀芯、推杆的连接有无松动，是否产生过大的变形、裂纹和腐蚀。
检查阀座的接合面是否受腐蚀，法兰连接螺钉是否松动。
阀芯直接与工艺介质接触，受介质冲刷、腐蚀最为严重，在高压差、空化情况下更易损坏，拆卸检查时要仔细观察阀芯的磨损、腐蚀，损坏情况，对症进行维修或更换。
气动执行机构动作失常，应检查膜片是否破裂、是否没安装好，膜片绝对不能有泄漏现象，膜片使用时间过长，材料老化很容易出问题；检查推杆是否变形、弯曲、脱落弹簧有没有断裂等。
电动执行机构动作失常，先转动手轮观察阀门能否动作；然后再给信号，观察电动机能否转动，是否发热严重，观察执行机构能否正确执行；否则检查伺服放大器或进行调整。
检查减速机构的齿轮、涡轮、轴承是否磨损或损坏。
智能电动执行器可通过故障自诊断功能的提示信息进行检查和处理。
判断阀门汽蚀损害的三种方法
判断阀门汽蚀损害的三种方法摘要：现今我国社会科技水平迅速发展，工业行业也逐渐成为我国经济水平发展的主要支柱产业，阀门汽蚀损害的问题是现今工业生产加工中急需要解决的问题，会影响生产系统正常使用，也会影响系统使用的安全。
对此，笔者主要对阀门汽蚀损害判断的三种方法进行分析，应对其判断工作的重要性进行探索，为工业系统生产加工安全奠定良好的基础保障。
关键词：阀门汽蚀，损害引言：控制阀在工业生产加工中具有重要的作用，其装置在使用的过程中能够保障工业生产加工的效率和质量，其装置也能够起到节能减排的作用，并保障生产加工系统的稳定运行。
但随着我国工业生产加工系统技术水平逐渐提升，阀门的使用安全、控制技术、售后水平等要求也逐渐提升，控制阀的优化、选择以及使用等工作受到工业行业的重点关注，控制阀如若出现故障，就会直接影响企业生产加工的效率和企业的经济收益，对此，控制阀在选择以及损害判断的工作极为重要，也会直接影响我国工业行业的发展和进步。
1阀门汽蚀损害判断的重要性随着近几年我国工业行业逐渐发展，控制阀技术也逐渐提升，控制阀在使用的过程中也逐渐朝着更高的应用技术方向发展，耐高温、高噪音、汽蚀等情况也较为常见，智能诊断定位器也逐渐应用其中，定位器能够对阀门的使用状况进行实时监控，也能够对其运行状况进行维护报警，对阀门的使用状况也能够起到优化的作用，其技术水平的提升保障了控制阀使用的安全性和稳定性，也减少其装置使用中的薄弱环节，但如何正确选择和使用阀门是较为重要的工作内容。
通过以往的使用经验得以总结，使用环境或者工况较为恶劣的情况下阀门内件经常出现损坏等情况，在其使用中也会出现高噪音、内件出现不规律振动或者阻塞流等问题产生，阀门计算选型的过程中也应该将减少或者避免汽蚀等问题的发生为主要选择的要求标准，现今阀门制造商也对汽蚀问题的评估工作更为重视，其评估的方法也较为多种多样，以下内容主要对判断阀门汽蚀损害问题的方法进行分析，并为工业选择阀门以及避免阀门汽蚀问题产生进行分析，并为工业行业持续性发展奠定良好的基础保障。
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控制阀细节分析之十一——控制阀空化及损害的评估方法李宝华引言控制阀（Control valve ）是终端执行元件，决定着过程控制是否及时有效。
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，已引起业内注意。
控制阀的生产厂家众多，造成控制阀品种多、规格多、参数多，质量参差不齐，应对苛刻工况更有很大差异，尤其表现在液体流体应用时所发生的空化及气蚀损害以及如何进行评估和防治方面。
空化及气蚀损害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，了解和防止空化气蚀发生是控制阀应用中必须注重的问题。
面对这个重点，笔者力求了解，但所能看到和搜集到的国内外有关控制阀空化及评估的论述很有限，业内对此问题的叙述也有不同，同时也注意到ISA 和IEC 的标准对评估空化及损害提出有各自的西格玛方法和压差比方法。
国家标准GB/T 17213.16-2005（等同IEC 60534-8-4：1994）也没有及时修订到汲取有最新研究成果的新版标准IEC 60534-8-4：2005。
本文试对评估控制阀液体流体空化及损害的做一些探讨，以期引起对此问题的关注。
控制阀液体流体的空化控制阀是流体管路中的节流装置，是最终执行元件。
在控制系统的指令下，控制阀不断改变阀内节流部件的流通截面积，形成可调节的缩流，使流体量发生变化，进而达到回路控制目的。
控制阀应用中的流体主要是液体和气体。
对于液体流体，由工程热力学得知，一定的温度对应一定的饱和压力（压强）即饱和蒸汽压p v 。
如果保持该液体温度不变，降低液体的压力，当降低到温度对应下的饱和蒸汽压p v 时，液体就会汽化；若压力不变，提高液体温度，当温度升高到等于或高于该压力对应的饱和温度时，液体也会汽化。
在（不可压缩的）液体流体通过控制阀阀芯阀座节流时，缩流截面处的流速加快，而静压会降低，当该区域的压力降低到等于或低于流体温度对应下的饱和蒸汽压p v 时，部分液体就会汽化，这时有相当数量的蒸汽及溶解在液体中的气体逸出，形成许多蒸汽与气体混合的小汽泡。
当流体流出缩流区域，静压得以部分恢复，若恢复到该饱和蒸汽压p v 或高于p v 时，汽泡在饱和蒸汽压以上压力的作用下将迅速凝结而破裂。
汽泡破裂的瞬间，在汽泡原来占有的空间就形成具有高真空的空穴，周围液体在高压差的作用下，以极高的速度流向空穴，形成有冲击力的微喷射流和压力波，由于汽泡中的气体和蒸汽来不及在瞬间全部溶解和凝结，因此在冲击力的作用下又分成小汽泡，再被高压力的流体压缩、凝结、破裂，如此形成多次反复。
这种汽泡产生和破裂的全过程称为空化（cavitation ）。
如果这些汽泡在阀内流路阀内件表面处凝结、破裂，就会对材料表面产生高频冲击，所形成的冲击力可高达几百甚至上千牛顿（冲击的压强可高达几千兆帕），冲击频率可达几万赫兹，从而使材料产生疲劳导致机械剥蚀的损害。
同时，从液体中逸出的活性气体（如氧气）借助汽泡凝结时放出的热量，也会对金属材料产生图1 流体流经控制阀时的压力变化 -不同饱和蒸汽压情况-Pvc 为缩流处压力闪蒸空化无闪蒸和空化P VCP 1-P VP 1-P V（a）汽泡进入高压力区域破裂 （b）靠近硬表面时汽泡破裂（c）依附硬表面的半球状汽泡破裂 图2 汽泡破裂示意图 （d）微喷射流（e）压力波 波中心波方向化气蚀。
在空化发生之后，还导致出现剧烈振动和高强噪声以及阻塞流。
控制阀液体流体的空化及损害会对控制阀造成降低工作性能、缩短使用寿命、加剧振动和噪声的严重影响，构成安全隐患。
剧烈的空化气蚀将使阀内件材料表面在很短时间内侵蚀损坏，空化气蚀的危害性极大。
参见图1和图2。
一般的理论认为空化的汽泡破裂时产生的微喷射流是气蚀损害的主要原因，微喷射流很微小且与高的流体流速有关，破裂取决于汽泡周围压力与其内部压力差以及汽泡移动速度，这样，p 1 – p v 的压差越高，汽泡破裂就越强烈。
而根据最新研究，相对微喷射流，导致汽泡破裂的压力波对空化气蚀损害的作用更大一些。
还有一种情况：若是流体在流出阀内缩流区域后，流体压力仍然等于或低于流体温度对应下的饱和蒸汽压p v ，则汽化现象依然存在，流体形成气液两相流，这种现象称为闪蒸（flashing ），是不同于空化的现象。
闪蒸的发生形成两相流，会使液体流体流量不再随阀前后压差的增加而增加，出现阻塞流。
闪蒸也会对阀内件及阀后管路造成平滑冲刷，在缩流区域流速最大处的冲刷最为严重。
空化和闪蒸都是液体流体在形式上的实际变化，也都和出现阻塞流现象有关，开始阻塞流的压差△p c 等于F L 2（p 1 – p v ）或者低于（p 1 – p 2）。
闪蒸发生是缩流区域后的压力（阀后压力p 2）仍然小于流体温度对应下的饱和蒸汽压p v 。
空化发生是缩流区域压力p vc 小于流体温度对应下的饱和蒸汽压p v ，而缩流区域后的压力p 2恢复并高于流体温度对应下的饱和蒸汽压p v 。
要了解和防止空化气蚀的发生，在控制阀前后出现高的压差情况，对于三个重要参数要多加考虑：（1）阀门入口压力p 1 （2）阀门出口压力p 2 （3）液体饱和蒸汽压p v空化发生及损害的大小，很大程度上取决于这三个参数之间的相互关系。
西格玛方法西格玛方法是由美国仪表学会标准ISA RP 75.23：1995《关于评估控制阀空化的建议》推荐的，用来预估控制阀空化损害，并详细说明空化的因素和变量。
西格玛方法不采用液体流体在流经阀内件的流速来评估空化的影响，而是基于实验室针对性试验和经验数据，依据阀两端压差、液体的饱和蒸气压、阀门公称通径和其它在实验室对标准阀门进行测试确定的阀门公称通径和压力的参数，在被试验的控制阀出口管道上测量振动（加速度），并用比较使用条件和试验条件的方法（运用控制阀公称通径修正系数SSE 和压力刻度修正系数PSE ）确定空化各过程西格玛指数，计算空化强度I ，对空化及损害进行量化评估。
美国的控制阀制造厂商基本上都使用西格玛方法评估空化及损害。
ISA RP 75.23：1995的西格玛方法中对空化指数（cavitation Index ）σ定义为：式中：σ 为空化指数p 1为控制阀入口流体压力 p 2为控制阀出口流体压力p v 为液体流体在工作温度下的饱和蒸汽压图3 西格玛方法的典型空化指数图（a）ISA RP 75.23典型空化指数图(振动测量) （b）控制阀试验的空化指数图(声压级测量)直通单座阀；NPS 3（3英寸）；Cv=30； 流体：水；p 1 =0.8MPa(a)；p v =0.2MPa闪蒸空化紊流最大 振动状态持续 空化状态初始 空化状态液体振动状态σ加 速 度 制造厂 推荐空化值参见图3，确定不同的西格玛空化系数（cavitation coefficient ）： σi 表示初始空化 σc 表示持续空化 σmv 表示最大振动空化σid 表示初始空化损害（开始对材料产生损害） σch 表示初始阻塞流（≈1/F L 3）；σch =（p 1 – p v ）/ [F L 2（p 1 –F F p v ）] σmr 为制造厂推荐的空化系数从图3中可看出，根据操作条件计算的σ数值较大且大于σi 值时是非空化状态，流体已呈紊流（液体振动状态）；当σ数值小于σi 值时进入初始空化状态，曲线出现拐点，空化振动（噪声）明显快速升高；当σ数值小于σc 值时进入持续空化状态，空化振动（噪声）仍有升高，空化损害加重；当σ数值达到σmv 值时，空化、振动（噪声）均为最大值，空化损害最为严重；当σ数值继续小于σmv 值时，流体状态逐渐呈现闪蒸现象，振动（噪声）有所下降。
ISA RP 75.23推荐方法是在控制阀出口管道上使用加速度计测量振动。
典型图是空化指数σ与加速度dB[A]的关系；若采用测量噪声的方法，如图3（b ）所示的控制阀试验的空化指数σ与声压级L pA,e ,dB[A]的关系，也同样能证明了上述各点情况。
为了评估空化损害，西格玛方法考虑到空化的因素和变量，把空化程度量化为空化强度I 。
例如，初始空化损害σid 时的空化强度I ：其中：式中：F U —基于速度因数，如出口流速5m/s 时为1F T —温度影响，平均值为2（ISA RP 75.23附录C ）F DC —实际应用的影响，如连续运行为2（ISA RP 75.23附录C ） SSE —控制阀公称通径（尺寸）修正系数 PSE —压力刻度修正系数 d —选用控制阀的尺寸d R —试验用标准控制阀的尺寸 （P 1 – Pv ）—选用控制阀的操作条件（P 1 – Pv ）R —试验用标准控制阀的操作条件a —指数，用于压力修正，根据经验数据确定，例如单座球形阀的初始空化损害的a 指数为0.08-0.11b —指数，用于尺寸修正，b = 0.068(C d /N 1d 2)0.125评估空化、计算空化强度都是为了预防空化气蚀对材料的损害。
若能早些知道初始空化损害σid 数值更为重要，但目前ISA 还没有对于评估σid 的详细说明和评估破坏性的标准工作流程，只能依赖复杂的测试材料腐蚀率来确定初始空化损害。
此外，西格玛方法基于经验数据，也存有一些实际操作上的缺憾，再就是经验数据可覆盖的产品阀型范围比较小。
虽然建议制造厂提供空化系数σmr 的推荐值，但很少能在厂商的产品样本中看到。
压差比方法压差比方法最早是VDMA 组织在1979年发布VDMA 24422中提出压差比X F 和初始空化时的特性压力比X FZ （也称为Zy 值），并于1989年对VDMA 24422进行修订。
1994年IEC 组织采纳VDMA 24422：1989有关压差比方法的内容，发布在IEC 60534-8-4：1994 《工业过程控制阀 第8-4部分：噪声的考虑 液动流流经控制阀产生的噪声预测方法》第一版，中国标准GB/T 17213.16-2005就是等同此版本。
此后，德国萨姆森（SAMSON ）公司和同在法兰克福的达姆施塔特科技大学（Darmstadt University of Technology ）进行联合研究实时测试阀门空化气蚀程度的方法，获得更精确的信息，使评估空化及损害取得开拓性进展。
此项科研成果导致IEC 组织对第一版的IEC 60534-8-4：1994进行重新改写，作技术上的重要修订，于2005年8月发布了该标准第二版本（IEC 60534-8-4：2005）。
σss =压差比方法基于声学测量及材料侵蚀相关性确定空化及损害程度、并在液体流体的压差比X F （阀门入出口压差p 1-p 2与阀门入口压力p 1同液体饱和蒸汽压p v 的压差p 1-p v 的比值）上确定初始空化的特性压力比X FZ ，突出特点是X FZ 理论计算值与实际测试值基本吻合，方法的可操作性强，并可使选型计算时能够很方便地确认用户操作条件下的控制阀是否发生空化。