一種新型的避免調節(jié)閥發(fā)生氣蝕的方法——孔板節(jié)流法

　　調節(jié)閥在現(xiàn)場使用時經常碰到氣蝕，發(fā)生這種現(xiàn)象應有以下二個過程：一，當液體介質流過閥芯、閥座之間的節(jié)流孔后，流速突然加快，其壓力急劇下降，以致在縮流處的壓力降到低于液體的飽和蒸汽壓力，造成部分液體轉變成蒸汽狀態(tài)。二，介質流到下游后流速減慢、壓力上升，如果出口壓力高于蒸汽壓力，氣泡被壓縮最后潰破又恢復為液體。據(jù)國外資料介紹，這些氣泡潰破時所產生的局部壓力可達105磅/英寸2，相當于700MPa，使閥內件迅速損壞，并伴有噪聲和振動。我國JB/T821《8執(zhí)行器術語》把液體—汽化—恢復為液體的過程定義為“空化”，把空化對材料造成的損害定義為“氣蝕”。在日常工作中經常把二者統(tǒng)稱為氣蝕。以數(shù)學計算來判斷是否發(fā)生氣蝕，必須同時滿足下面二個條件：

　　1、作壓差大于或等于初始氣蝕壓差，即△P≥KC(△PS)。

　　2、閥出口壓力大于液體介質的飽和蒸汽壓力，即P2>PV(進口溫度下)。

　　2006年，我公司的原料煤本地化和20萬噸甲醇項目投產，灰水系統(tǒng)中LV-0847/0877二個位號，都使用上海某閥門廠的Class300、DN250的氣動偏心旋轉調節(jié)閥。使用了2～3個月后，發(fā)現(xiàn)閥門的泄漏量嚴重超標，拆開檢查發(fā)現(xiàn)閥芯的球表面、閥座半個園周表面布滿了小坑，半個園周上已找不到完整的密封面，當然無法再使用。我們要求原制造廠提供備品換上，并一起分析損壞的原因。經雙方技術人員觀察，一致認為這是氣蝕造成的。但是上海某閥門廠的工程師根據(jù)工況數(shù)據(jù)來計算，這二個閥不可能發(fā)生氣蝕，現(xiàn)以位號LV-0847為例，原技術規(guī)格書上有關的數(shù)據(jù)如表1。

　　以原數(shù)據(jù)計算：

　　閥前壓力：P1=4+1=5 bar(公式要求用bar，絕對壓力)

　　閥后壓力：P2=3.3+1=4.3 bar(絕對壓力)

　　工作壓差：△P=5-4.3=0.7 bar

　　初始氣蝕壓差為：KC(△PS)，式中：

　　KC為偏心閥、流關方向，開始氣蝕系數(shù)，查表可得KC=0.36。

　　PV為閥進口灰水溫度57.8℃時飽和蒸汽壓力，查表得0.156bar。

　　PS為水的臨界壓力，查表得221bar

　　初始氣蝕壓差為：KC(△PS)=0.36×4.85=1.75 bar

　　因為工作壓差△P(0.7 bar)

　　但是事實說明一切，雙方技術人員看過損壞的閥芯、閥座是典型的氣蝕破壞;所以懷疑現(xiàn)場操作的工藝參數(shù)與原來技術規(guī)格書上數(shù)據(jù)不符。后來與項目設計院的工程師聯(lián)系，獲訊這二個位號的壓力數(shù)據(jù)均已改變，見上表中的“實際數(shù)據(jù)”，用這組壓力值再計算，首先計算工作壓差△P。

　　P1=5+1=6 bar(絕對壓力)

　　P2=1。5+1=2.5 bar(絕對壓力)

　　△P=6-2.5=3.5 bar

　　計算初始氣蝕壓差值KC(△PS)

　　偏心閥、流關方向，前面已查得KC=0.36

　　由于△P(3.5 bar)>K(△P)(2.1 bar)，另外P2(2.5bar)>PV(0.156bar)，即閥的出口壓力又大于57.8℃下的蒸汽壓力;發(fā)生氣蝕的二個條件都存在，這樣可以解釋以前發(fā)生的氣蝕損壞現(xiàn)象。為防止閥芯、閥座等閥內件遭受破壞，雙方一致認為必須避免發(fā)生氣蝕。當時提到二種辦法，一個辦法是改變流向，改用流開方向，這樣初始氣蝕系數(shù)KC從0.36提高到0.56，則發(fā)生初始氣蝕的壓差為0.56(△PS)=0.56×5.85=3.28bar，比原來的2.1bar提高了1.18bar;而工作壓差沒有變化仍為△P=3.5bar;二者比較：

　　△P(3.5bar)>KC△PS(3.28 bar)

　　仍然會發(fā)生氣蝕，這說明僅僅改變流向還不能避免氣蝕。為保證不發(fā)生氣蝕，則要求工作壓差小于初始氣蝕壓差，即：

　　△P<3.28 bar

　　為此加用第二個辦法，在閥的出口處加孔板節(jié)流，使閥后壓力升高，這樣閥的前后壓差減少到低于3。28bar。由于事先沒有料想到加裝孔板，要割短口徑DN250的管道，再焊上法蘭也是相當麻煩的事情;所以我們就在調節(jié)閥的出口法蘭中夾一塊鋼板，在板上開了一個園孔，充當節(jié)流孔板，如圖1。

　　從圖中可見，加裝孔板后，事實上從原來的一級降壓變成了二級降壓，孔板后的壓力是原來閥的出口壓力2.5bar，因孔板的節(jié)流阻力，偏心閥的出口壓力P2升高，而閥的進口壓力不變仍為6bar，則閥前后壓差必然減小。問題在于孔板上究竟開多大的節(jié)流孔呢?既要閥的工作壓差△P一直小于3.28bar，不會發(fā)生氣蝕，又要滿足各個工況的流量要求。眾所周知，孔板的阻力與流量成平方關系，在最小工作流量49m³/h時孔板的流阻最小，閥后壓力為最小值，若此時閥的工作壓差小于初始氣蝕壓差;當流量增大后，因孔板的流阻升高，閥前后壓差更小;這樣可保證不發(fā)生氣蝕。我們按孔板的阻力系數(shù)計算，在孔板上開一個直徑ф60的孔，為防止灰水的沖蝕，在孔內燒結碳化鎢，已使用了三年多，效果很好，困擾了多時的問題終于解決。