渣水工况调节阀气蚀问题的解决方法

Ｋ 为０６ ． ４已经 较 大 ， 管 还 有 Ｋ 更 大 的 调 节 尽 值
阀 ， 于介质 中含 有 固体 颗 粒 ， 阀 的 流 道非 常 畅 鉴 角
通 不易堵 塞沉 积 ， 更 换其 他直 通 阀门对 配管 改动 若
更 大且 订货周 期 长 ， 因此仍 保 留该 阀 。
为 避 免 对 现 场 的 配 管 造 成 较 大 的 改 动 ， 节 阀 调 的安 装 位 置 维 持 原 方 案 ， 而 方 法 二 将 不 再 考 虑 。 故
外形 的特 点 ， 而闪蒸 造成 的物理 损坏 其外形 非 常光 滑类 似 于细 的喷砂 表面 。
２ 初 始 气 蚀 指 数
相 关 实 验 表 明 ， 调 节 阀 人 口 Ｐ 和 阀 门 开 度 在
保持 固定 时 ， 节 阀的 流 量 ｑ 与、△ 调 ／ 的 关 系 曲线 ／
如 图 ２所 示 。
第 ４ ７卷
第 ２ 期
石
油
化
工 自 动
化
Ｖｏ． １ ４７，Ｎ ｏ ２ ． Ａｐｒ ｌ ｉ ，２Ｏ１ １
２１ ０ １年 ４月
Ａ Ｕ ＴＯ Ｍ ＡＴＩ Ｎ Ｎ Ｏ Ｉ ＰＥＴＲ（ ＣＨ ＥＭ Ｉ Ｌ ＮＤ ＵＳＴＲ Ｙ ＣＡ Ｉ
渣水 工况 调 节 阀气 蚀 问题 的解 决 方 法
泡 的 破 裂 发 生 在 阀 内 件 的 表 面 处 ， 对 材 料 表 面 造 会
经 查 阅相关文 献 ， 分析该 阀 的损坏 现象与气 蚀
造 成 的损坏 现象相 近 ， 蚀造 成 的典 型损 坏形状 为 气 类 似于煤 渣 的粗糙 表 面 ， 初步 判定该 阀的损坏是 由
气 蚀造成 的 。
系 开始失调 ， 据 实验 的观 察 结 果 ， 门此 时 出 现 根 阀 了损 伤 ， 因此将 此 点定 义 为初 始 气 蚀 点 ， 点 对 应 该 的 Ａ ｐ定 义 为初 始气 蚀 差压 Ａ 用 初 始气 蚀 指 数 ｐ， 来定 义该 点 ：
Ｋ ： 二 一 一 （） １
甘 露
（ 中科 合 成 油 工 程 有 限公 司 ， 北京 １０ ９ ） ０ １ ５
摘 要 ：针对渣水泵的阀芯易损坏 的难题 ， 介绍了气蚀和闪蒸现象 ， 通过分析气蚀的形成原 因， 应用调 节阀串联 限流 板 的 Ｌ
方 法 ， 理 分 配 调 节 阀 与限 流 Ｌ 的压 差 ， 好 地 解 决 ｒ渣 水泵 出 Ｅ稳 压 回流 调 节 阀 的 气 蚀 问题 。 合 板 较 ｌ
收 稿 日 期 ：２ １ ０ ｌ一０ ２—２ 。 １
， ／ ａ ］ ＭＰ ￣ Ａ
图 ２ 入 口 压 力 和 阀 门 开 度 固 定 时
调 节 阀的流量 与
关系
作 者简 介 ：甘
露 （９４ ） １８ 年 毕 业 于 兰州 化 工 学 校 仪 表 １６ ，９ ５
及 自动 化 专业 ， 期 从 事 于 国 内 外 工 程 项 目 的设 计 、 工 管 理 等 工 长 施
作 ， 在 中科 合 成 油工 程 有 限公 司 从 事 自动 化 工程 设 计 、 理工 作 。 现 管
第 ２ 期
甘 露 ．渣 水 工 况 调 节 阀气 蚀 问 题 的 解 决 方 法
从 ａ点开 始直线 开 始弯 曲 ， ｑ 与
的 比例 关
目前 已选 用 的调节 阀为底进 侧 出流 开式角 阀 ，
一
式 中 Ｋ —— 气 蚀 指 数 ； Ｐ —— 阀 门 入 口压 力 ，
ＭＰ ； ， — 阀 门 出 口压 力 ， Ｐ ； — 阀 门 入 口 ａＰ— Ｍ ａＰ—
温度 下液 体 的 饱 和蒸 气 压 ， ａ Ａ ＭＰ ； ｐ —— 初 始 气
蚀 差压 ， Ｐ 。 Ｍ ａ
根据 以上 实验 结 果 ， 以得 出 ， 果作 用 在 调 可 如 节 阀上 的差 压大 于 Ａ 调 节 阀将 开 始 出现 气 蚀或 ｐ， 闪蒸 。
前 后 压 力 和 差 压 见 表 １所 列 。
表 １ 主 副调 节 阀 前 后 压 力 和 差 压 对 比 ＭＰａ
阀 的损 坏原 因 。该 阀的介 质为 渣水 ， 固体 质量分 数 为 ３ ， 余 为 水 。入 口 温 度 为 １ ０ ℃ ， 为 其 ２ Ｐ
７ ５ＭＰ ， ， ０ ４ＭＰ ， 量 范 围 为 １ ０ １ ０ｔｈ ． ａ Ｐ 为 ． ａ 流 ２ ～ ８ 。 ／ 该 阀门为底进侧 出流开式角 阀。 查 阅 相 关 文 献 后 可 得 到 Ｐ 为 ０ ２ＭＰ ， 为 ． ａ Ｋ
０ ６ 。利用 式 （ ） 可求 得 Ａ 一 ４ ６ ２ＭＰ 。 ．４ １， ｐ ． ７ ａ
而实 际 作 用 在 调 节 阀上 的 差 压 Ａ 一 ｐ
７ １ＭＰ ， 大 于初 始 气蚀 差 压 Ａ 且 Ｐ ． ａ 远 ｐ， ＞ Ｐ ，
故 而可 以确定 该 阀的损 坏是 由气蚀 造 成 的。 ３ 气 蚀 问 题 的 处 理
Ｐｌ— Ｐ
Ｐｌ— Ｐ
对 于方法 三 ， 想 提 高 Ｐ 可 以通 过 在 阀 后 串 联 调 若 节 阀或者 限 流孔 板 来 实 现 。而 串联 调 节 阀或 者 限 流孑 板 同样是 采用 多级 降压 的方 法 ， Ｌ 这与抗 气蚀 专 用 调节 阀的原 理是 一致 的 。 如果 采 用调节 阀串联调 节 阀 的方 法 ， 同样需 要 对 每一个 调节 阀的前后 压差 进行 分析 ， 免在任 意 避
若采 用此 方 案 ， 需 要 重新 采 购 ３台调 节 阀 ， 则 成本 将会 非 常 高 ， 同时 现 场 也 没 有 足 够 的安 装 空 问 ， 以该 方案 不适 合 于该工 况 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 所
如果 采用 调节 阀 串联 限流孔 板 的方法 ， 假设 限
流孑 板 的 Ｋ 为 ０ ６ ， Ｌ 也 ． ４ 只需 要将 表 １中 的 ３台 副
关 键 词 ：渣水泵 ； 调节 阀； 气蚀 ； 限流孔板 中 图 分 类 号 ：Ｔ ２ ４ Ｐ １ 文 献 标 志 码 ：Ｂ 文 章 编 号 ：１０ — ３ ４ ２ １ ） ２ ０ ７ — ３ ０ ７ ７ ２ （ ０ １ ０ — ０ ２ ０
０ 引 言
的 压 力 大 于 入 口温 度 下 的流 体 饱 和 蒸 气 压 ， 泡 破 气
压力 的变 化情 况如 图 １所示 。 由节 流 原理 可 知 ， 流 体在节 流时流速增加而静压 降低 ， 在节流 口后流束截 面并不立即扩大 ， 而继 续缩小 到一个 最小值 ， 处 流 此 速最大且静压最低 ， 为缩 流断面。缩流断面后 随着 称 流通截面的扩大 ， 流体 流速减慢 ， 静压 回升 ， 称为压力 恢复 。而 ｐ 一 一 Ａ ｐ为不可恢复 的压力损失 。
在 系统 的较低 点 ， 持 Ａ 维 ｐ不 变 的 情 况 下 ， 高 Ｐ ； 提
４ １ 调 节 阀 与 限 流 孔 板 差 压 分 配 ． 采 用 调 节 阀 串 联 限 流 孔 板 的 方 法 具 有 费 用
低 、 购周 期 短 、 场 整 改 工 作 少 的优 点 ， 是 调 采 现 但 节 阀和 限流 孔 板 的 差 压 分 配 工 作 较 为 烦 琐 。 由 于该 阀 门 的 正 常 流 量 为 １ ０ ｔｈ 最 小 流 量 为 ５ ／ ，
调 节 阀 改 成 ３块 孔 板 即 可 。 限 流 孔 板 的 结 构 简 单 ，
Ａ 则不会 发 生气 蚀 现象 。避 免 气 蚀 现象 产 生 的 ｐ，
最 理想 办法 是采用 抗 气蚀专 用 调节 阀 ， 目前各 大知 名调节 阀制 造厂 均 有专 门用 于 气 蚀 工况 的抗 气 蚀 调节阀， 配有抗 气蚀 阀内件 （ 如多级 迷 宫式套 筒 、 糖
图 １ 不 可 压 缩 流 体 通 过
调 节 阀 的 压 力 变 化
０
缩流 断面处 的压 力 为节 流过程 中最低 的静 压， 如果该 处 的流速 增加 到足够 高 ， 么 将 会 降 那 低 到不 大 于 阀 门入 口温 度 下 的 流 体 饱 和 蒸 气 压 ｐ， 此时部 分液 体 就会 气 化 成 气体 或蒸 气 ， 成 气 形 泡 。流 体流 出节 流 区后 ， 力 回升 ， 压 力 回升 不 压 若 超过 入 口温度 下 的流 体饱 和蒸 气压 （ ≤ ） 那 么 ， 流体 还将继 续气 化 ， 阀门出 口形成 气液共存 的现 在 象 ， 两相 流 ， 种现 象 称 为 闪蒸 。若 压力 回升 后 即 这
１ 气 蚀 和 闪 蒸
成 高频 冲击 ， 形成 的冲击力 可高 达几 百甚至 上千 所 牛顿， 冲击 频率 可 达 几万 赫 兹 ， 而 使 材料 产 生 疲 从
劳并 导致 机械 损 坏 。气 蚀损 坏 具 有 煤 渣似 的粗糙
不可压缩 流体 （ 液体 ） 过调 节 阀的节 流后 ， 通 其
安装 整 改工 作较少 。
４ 差 压 分 配
门的整 体使 用 寿命 。 由于该 工 况 中含 有 较 多 的 固 体颗粒 ， 颗粒 的粒 径 不 确 定 ， 采 用抗 气蚀 专 用 且 若 调节 阀的 风险较 高 ， 且 一 旦 阀 内件 损 坏 ， 修 更 而 维 换 的成 本很 高 。因此 该 工 况 不 太 适 宜采 用 抗 气 蚀 专 用调 节 阀。 分 析式 （ ） 如果要 抑制 气蚀 的产 生 ， 本方 法 １， 根 是使 调节 阀的 Ａ ｐ＜ Ｋ （ 一 Ｐ ） 据 此 可 以得 到 Ｐ ， 三种 方法 ： 用 Ｋ 值 更 大 的 阀 门 ； 调 节 阀安 装 选 将
根 据 气 蚀 指 数 的 定 义 ， 新 分 析 稳 压 回流 调 节 重
级 减压 的过 程 中出现 气蚀 ， 阀 门造 成破 坏 。以 对
Ｋ 一０ ６ ． ４为 例 ， 果 需 要 将 ７ ５Ｍ Ｐ 如 ． ａ的 流 体 平 稳
地减 压 到 ０ ４ ＭＰ ． ａ而 不 产生 气 蚀 ， 要 在 主 调 节 需 阀后 串联 ３个 副 调 节 阀才 能 实 现 。各 个 调 节 阀 的
葫芦 形 阀芯等 ） 对 流体进 行 逐级减 压 ， ， 最终抑 制 了
气 蚀 现 象 的 产 生 ， 免 对 阀 内 件 造 成 损 坏 ， 高 阀 避 提
加工制 造周 期较 短 ， 于 采购 。现 场只需 要将 调节 便
阀后 的管道 切割 掉 一 段 ， 限流 孔 板 重新 焊 接 上 ， 将
某装置 的渣 水泵 （ 渣水 的 固体 颗粒 质量分 数 约
为 ３ ） 口稳 压 回 流 调 节 阀 ， 投 用 ３周 后 便 不 出 在 能 正 常 工 作 。停 车 拆 解 后 ， 现 调 节 阀 的 阀 芯 出 现 发 严 重 的损坏 ， 阀芯 的 前 端 有 很 多 粗 糙 的 凹 坑 。
为避 免气蚀 现 象对调 节 阀造成 损 坏 ， 根本 方 法 是避 免气蚀 现象 的产 生 。闪蒸 与气蚀 不 同 ， 果工 如
艺 的状 况 不 变 ， 要 Ｐ 只 ＜ Ｐ ， 蒸 现 象 必 然 会 发 闪 生 。 而 对 于 气 蚀 现 象 ， 要 在 节 流 时 ， 生 的 Ａ ％ 只 产 ｐ
裂 恢 复为液 体 ， 种现 象称 为气蚀 。在 气泡破 裂 的 这
瞬 间 ， 泡 原 来 占有 的 空 问 就 形 成 具 有 高 真 空 的 空 气
穴 ， 体在 高压差 的作 用 下 ， 液 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 气来 不及 在瞬 间全部 溶解 和凝结 ， 因 而 在 冲击 力 的作用 下又 分成 小气泡 ， 被高压 力 的 再 流 体压缩 、 凝结 、 裂 ， 此形 成多 次反 复 。如 果气 破 如