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调节阀选型问题分析
点击次数:501 来源网站:http://www.wtfm.cc 发布时间:2019-09-28

生产过程自动化是大规模工业生产中保证效益和质量的重要手段。在生产过程自动化中,用来控制流体流量的调节阀已遍及石油、化工、电站、轻工、造纸、医药、船舶、市政等行业的工业自动化系统中。调节阀在稳定生产、优化控制、维护及检修成本控制等方面都起着举足轻重的作用。因此,如何选择和应用好调节阀,使调节阀在一个高水平状态下运行是一个关键的问题。以下主要对调节阀的闪蒸、气蚀、防止堵塞、嗓音等间题做分析探讨。

1 调节阀的闪蒸和气蚀

气蚀是一种水力流动现象,气蚀的直接原因是管道流体因阻力的突变产生了闪蒸及空化。当流体流经调节阀节流口时,流速突然急剧增加,根据流体能量守恒定律,流速增加静压力便骤然下降,出口压力达到或者低于该流体所在情况下的饱和蒸汽压时,部分液体就汽化为气体,形成蒸汽与气体混合的小汽泡,气液两相共存的现象,此既为闪蒸的形成。如果下游压力恢复到高于液体的饱和蒸汽压力,汽泡在高压的作用下,迅速凝结而破裂,汽泡破裂的瞬间形成一个冲击力,此冲击力冲撞在阀芯、阀座和阀体上,使其表面产生塑性变形,形成一个个粗糙的蜂窝渣孔,此种现象即是空化,这便是气蚀形成的过程。因此气蚀现象将导致严重的噪音、振动、材质的破坏等。

1.1 选型

(1)选用压力恢复系数小的阀门

在工艺条件允许的情况下尽量选用压力恢复系数小的阀门,如球阀、蝶阀等。如果工艺条件必须使调节阀的压差△P>△PT(产生空化的临界压差),可以将两个调节阀串联起来使用,这样每个调节阀的压差△P都小于△PT,空化便不会产生。如果阀的压差△P小于2.5MPa,一般不会产生气蚀,即使有气蚀的产生也不会对材料造成严重的损坏。

(2)选用角形调节阀

由于角形阀中的介质直接流向阀体内部下游管道的中心,而不是直接冲击体壁,所以可大大减少冲击阀体体壁的饱和气泡数量,从而减弱了闪蒸破坏力。

1.2 材料的抗气蚀性能

从气蚀的直接结果看,造成损伤是因为材料硬度不足以抵抗气泡破裂而释放的冲击力,所以从这个角度我们可以考虑采用高硬度材料,一般常用的方法是在不锈钢基体上进行堆焊或喷焊司太莱合金,在流体气蚀冲刷处形成硬化表面。当硬化表面出现损伤后,可以进行二次堆焊或喷焊,这样便能增加设备的使用寿命,同时也减少了企业的维修费用。

1.3 调节阀结构

既然空化是因为压力的突变所引起,而系统要求的压降又不能降低,可以采用将一次大的压力突变分解为若干次的多级阀芯结构(如图 1),这种结构的阀芯可以把总压差分成几个小压差,逐级降压,使每一级都不超过临界压差。或设计成特殊结构的阀芯、阀座,如迷宫式阀芯、叠片式阀芯等,都可以使高速流体在通过阀芯、阀座时每一点的压力都高于在该温度下的饱和蒸汽压,或使液体本身相互冲撞,在通道间导致高度紊流,使液体的动能由于相互摩擦而变为热能,可减少气泡的形成。

1.png

图 1 多级降压阀芯结构示意图

1.4 气蚀系数

不同结构形式的阀门有其不同的气蚀系数,计算公式如下:

气蚀系数计算公式

式中:H1——阀后(出口)压力m;

H2——大气压与其温度相对应的饱和蒸气压力之差m;

△P——阀门前后的压差m。

各种阀门由于构造不同,因此允许的气蚀系数δ也不同,如计算的气蚀系数大于容许气蚀系数,则说明可用,不会发生气蚀。如蝶阀容许气蚀系数为2.5,则:

当δ>2.5,则不会发生气蚀。

当2.5>δ>1.5时,会发生轻微气蚀。

当δ<1.5时,产生振动。

当δ<0.5的情况继续使用时,则会损伤阀门和下游配管,阀门的基本特性曲线和操作特性曲线,对阀门在什么时候发生气蚀是看不出来的,更指不出来在那个点上达到操作极限。通过上述计算则一目了然。从上述计算中,不难看出产生气蚀和阀后压强 H1 有极大关系,加大 H1 显然会使情况改变,改善方法:

把阀门安装在管道较低点。

在阀门后管道上装孔板增加阻力。

阀门出口开放,直接蓄水池,使气泡炸裂的空间增大,气蚀减小

2 调节阀的堵塞

在泥浆、纸浆、矿浆、烧碱等场合应用时,阀门堵塞是常见的故障之一。除介质不干净造成堵卡外,管道内的焊渣,铁屑等也会造成阀门堵卡,因此,在这些工况下的调节阀选型必须考虑到不同阀型的防堵功能。大体要考虑以下几个方面:

(1)流路越光滑,越平稳过渡越好;

(2)根据计算,必要时应缩小阀座直径,以提高节流速度来提高“自洁”性能;

(3)足够刚度和推力(力矩)的执行机构;

(4)角行程类的阀远远好于直行程类的阀。角行程的阀克服了直行程阀流路复杂和上下导向易堵卡的问题,介质流经角行程类的阀,似乎是直接流进流出,最典型的就为“O”型球阀,就象直管道一样,其防堵性能最好,(见图 2);其次就是全功能超轻型阀、蝶阀等。

2.png

图 2 O形球阀流路示意图

3 调节阀的噪音

调节阀上的噪音是石油化工生产中的主要污染源。防止调节阀噪音应从三方面人手。

3.1 振动产生的噪音

振动产生的噪音一般来源于阀芯的振动。如当阀芯在套筒内水平运动时,可以使阀芯与套简的间隙尽里小或者使用硬质表面的套筒。如阀芯或者其它的组件,它们都有一个固有振动频率,对此,可以通过专门的铸造或锻造处理来改变阀芯的特性,如有必要也可以更换其他类型的阀芯。如由于阀芯振荡性位移引起流体的压力波动而产生的噪音,这种情况一般是由于调节回路执行器等的阻尼因素引起的,对此可以重新调节阻尼系数或者在阀芯位移方向上加上减振设施。

3.2 因高速气流而产生的气体动力学嗓音

目前避免气体动力学噪音有3种方法。首先,要消除噪音源,限制通过调节阀的流体速度;其次,采用特殊结构的阀体,使流体通过阀芯阀座的曲折流路逐渐减速;第3,应采用多孔限流板,它吸收调节阀后的部分压降,从而降低通过调节阀的流速,从而达到降噪的目的。

3.3 防止液体动力学噪音

气蚀发生的同时还出现噪音和振动,这种噪音,也叫液体动力学噪音,如何避免气蚀现象的发生在前面已有阐述。

总之,调节阀的选择要因地制宜,要在实践的过程中不断总结和创新,使被调参数得到较好地控制效果,也使调节阀的使用寿命大大增长。

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