調(diào)節(jié)閥氣蝕與閃蒸控制介紹

中石油建設(shè)hy

摘 要：分析了氣蝕和閃蒸給調(diào)節(jié)閥帶來的影響和危害，介紹了有效防止氣蝕與閃蒸破壞的閥門結(jié)構(gòu)。
關(guān)鍵字：氣蝕 閃蒸 飽和壓力 氣蝕系數(shù) 壓力恢復(fù)系數(shù)
1 概述
氣蝕和閃蒸是一種水力流動現(xiàn)象，這種現(xiàn)象既能引起調(diào)節(jié)閥流通能力Kv減小，又能產(chǎn)生噪聲、振動及對材料的損害。因此控制和降低調(diào)節(jié)閥受氣蝕和閃蒸的影響是閥門設(shè)計(jì)時要考慮的問題之一。
2 氣蝕和閃蒸
氣蝕和閃蒸產(chǎn)生的條件不同。閃蒸是一種非�？焖俚霓D(zhuǎn)變過程，當(dāng)流動液體的下游壓力低于它的飽和壓力時就會出現(xiàn)閃蒸，因此它是一種系統(tǒng)現(xiàn)象。調(diào)節(jié)閥能夠避免閃蒸的產(chǎn)生，除非系統(tǒng)條件改變。而當(dāng)閥門中液體的下游壓力又升回來，且高于飽和壓力時，就會產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象。在氣蝕過程中飽和氣泡不再存在，而是迅速爆破變回液態(tài)。由于氣泡的體積大多比相同形式的液體大。所以說，氣泡的爆破是從大體積向小體積的轉(zhuǎn)變。氣蝕是一種從液態(tài)→飽和→液態(tài)的轉(zhuǎn)變過程，它不同于閃蒸現(xiàn)象。正確合理地設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)閥能夠避免氣蝕的產(chǎn)生。
3 防止閃蒸的閥門設(shè)計(jì)
在調(diào)節(jié)閥里閃蒸是不能預(yù)防的，所能做到的就是防止閃蒸的破壞。在調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)中影響著閃蒸破壞的因素主要有閥門結(jié)構(gòu)、材料性能和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

閃蒸破壞是高速度的飽和氣泡沖擊閥體表面，并腐蝕閥體表面造成的。由于角形閥中的介質(zhì)直接流向閥體內(nèi)部下游管道的中心，而不是象球形閥一樣直接沖擊體壁，所以大大減少了沖擊閥體體壁的飽和氣泡數(shù)量。從而減弱了閃蒸的破壞力。因此在閃蒸破壞出現(xiàn)的情況下，角形閥體設(shè)計(jì)比球形閥體更為經(jīng)濟(jì)。帶有旋啟式閥瓣的閥門結(jié)構(gòu)（圖2）也是一種有效的防止閃蒸破壞的方法。在閥體內(nèi)部下游的一側(cè)安裝了旋啟式閥瓣，液體的壓力在閥體的下游處降到飽和壓力以下，閃蒸出現(xiàn)在下游管線。在某些情況下，常常采用由一段下游管道承受閃蒸破壞的方法保護(hù)閥門。

3.2 材料選擇
一般情況下，硬度較高的材料更能抵御閃蒸和氣蝕的破壞。所以，硬度高的材料常常用于制造閥體。如電力行業(yè)常選用鉻鉬合金鋼閥門，WC9是常用抵抗腐蝕的材料之一。如果角形閥下游配裝材料硬度高的管道，其閥體可以選用碳鋼材料，因?yàn)閮H僅在閥體下游部分才有閃蒸液體。如果采用球形閥，最好用鉻鉬合金鋼閥體，因?yàn)殚W蒸出現(xiàn)在閥體內(nèi)部。
3.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
閃蒸現(xiàn)象是由系統(tǒng)設(shè)計(jì)所決定的。圖3為加熱排水閥將閃蒸水排向冷凝器的系統(tǒng)。圖3（a）的閃蒸出現(xiàn)在調(diào)節(jié)閥與冷凝器之間的管道里，閃蒸破壞只會出現(xiàn)在這個區(qū)域。圖3（b）的閃蒸現(xiàn)象產(chǎn)生在閥門的下游和冷凝器中。所以冷凝器相對于管道來說必須具有更大的容積防止高速度的氣泡沖擊材料表面。因而良好的系統(tǒng)設(shè)計(jì)能幫助防止閃蒸破壞的發(fā)生。

4 防止氣蝕的閥門設(shè)計(jì)
調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)影響著自身防止氣蝕產(chǎn)生的能力。其主要的結(jié)構(gòu)形式有曲折路徑、多級減壓、擴(kuò)大流動區(qū)域和多孔節(jié)流設(shè)計(jì)等。
4.1 曲折路徑
使流動介質(zhì)通過一個含有曲折路徑的節(jié)流件是減小壓力恢復(fù)的一種方法。盡管這種曲折路徑可以有不同的形式，如小孔、放射狀的流路等。但是每一種設(shè)計(jì)的效果基本上是一樣的。這種曲折路徑在每種控制氣蝕現(xiàn)象發(fā)生的部件設(shè)計(jì)中都是可以利用的。
4.2 多級減壓
多級減壓中的每一級都消耗一部分能量，使得下一級的入口壓力相對較低，減小了下一級的壓差，壓力恢復(fù)低，避免了氣蝕的發(fā)生。一個成功的設(shè)計(jì)可以使閥門在承受較大壓差的同時還能保持縮流后的壓力高于液體的飽和壓力，防止液體氣蝕的產(chǎn)生。因此對于相同的壓力降，一級節(jié)流比多級節(jié)流更易產(chǎn)生氣蝕。
4.3 擴(kuò)大流動區(qū)域
擴(kuò)大流動區(qū)域與多級減壓的理念是類似的。一般要求每一級節(jié)流面積都比前一級的大，第一級節(jié)流承受了大部分的壓差，壓力降通過連續(xù)節(jié)流而逐漸減小。在最后一級節(jié)流區(qū)域壓降僅占總壓差很小的百分比，所以壓力恢復(fù)是很小的。若將每一級設(shè)計(jì)為相等的節(jié)流面積，且為10級節(jié)流，那么最后一級所承受的壓差僅占總壓差的10％，因此即使最后一級產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象，它所造成的氣蝕破壞強(qiáng)度也是微小的。
4.4 多孔節(jié)流設(shè)計(jì)
多孔節(jié)流是一種綜合設(shè)計(jì)方案。每種不同的小孔設(shè)計(jì)都影響著閥門的壓力恢復(fù)程度（圖4）。圖4（a）薄形金屬板式結(jié)構(gòu)流通效率最差，但壓力恢復(fù)系數(shù)Km值較高，具有較低的壓力恢復(fù)，不易產(chǎn)生氣蝕。圖4（b）厚形金屬板式結(jié)構(gòu)流通能力較高，但壓力恢復(fù)系數(shù)Km值較低，具有較高的壓力恢復(fù)，易產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象。圖4（c）復(fù)合式結(jié)構(gòu)是前2種設(shè)計(jì)的綜合與平衡，不但有較高的流通能力而且仍能保持較高的Km值，從而具備較低的壓力恢復(fù)，避免了氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生。此設(shè)計(jì)是流通能力和氣蝕控制應(yīng)用中最典型有效的方案。

5 結(jié)束語
氣蝕和閃蒸是調(diào)節(jié)閥裝置中最為常見的流動現(xiàn)象。但是通過合理的閥門設(shè)計(jì)可以防止氣蝕的發(fā)生，通過優(yōu)化閥門結(jié)構(gòu)和合理地選用閥體材料可以控制閃蒸所帶來的破壞。