調(diào)節(jié)閥空化現(xiàn)象危害及預(yù)防

作者： 2015年10月21日 來源：互聯(lián)網(wǎng) 瀏覽量：
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閥門用于節(jié)流液體時壓力參數(shù)與閥內(nèi)件流體流速比較的權(quán)衡。 　　控制閥選型時，壓力參數(shù)的效率是否比閥內(nèi)件流體流速重要？近來閥門制造行業(yè)對此問題的爭論一直持續(xù)不斷。 　　閥內(nèi)件出口流體流速盡管在控制閥選型時
調(diào)節(jié)閥空化現(xiàn)象危害及預(yù)防
　　閥門用于節(jié)流液體時壓力參數(shù)與閥內(nèi)件流體流速比較的權(quán)衡。
 
　　控制閥選型時，壓力參數(shù)的效率是否比閥內(nèi)件流體流速重要？近來閥門制造行業(yè)對此問題的爭論一直持續(xù)不斷。
 
　　閥內(nèi)件出口流體流速盡管在控制閥選型時是需要考慮的一個參數(shù)，但是它不會描述控制閥內(nèi)發(fā)生的整個物理現(xiàn)象。因此，運用閥內(nèi)件流體流速方法解決控制閥內(nèi)可能出現(xiàn)的許多問題是靠不住的，在很多情況下，并不能提供最經(jīng)濟(jì)的解決方案。
 
　　空化
 
　　當(dāng)純液體通過控制閥節(jié)流后，如果流動液體的靜壓降低到低于該液體的飽和蒸汽壓時，可能出現(xiàn)空化。此時，液體流動的連續(xù)性因部分液體氣化形成氣泡被打破了。由于控制閥都會表現(xiàn)某一壓力恢復(fù)的特性，最終的下游壓力通常高于節(jié)流孔喉口的靜壓。當(dāng)下游壓力高于流體的飽和蒸汽壓時，蒸汽氣泡潰裂回復(fù)為液體。這一兩級轉(zhuǎn)化的過程被稱為空化。
 
　　蒸汽氣泡的破裂可能引起高達(dá)100000psi的局部壓力波。同樣，在閥內(nèi)出現(xiàn)空化期間，由于氣泡的破裂是不均勻的，流體會形成微小噴射。高密度壓力波與微小噴射對閥門表面的沖擊同時發(fā)生，能夠引發(fā)嚴(yán)重危害?？栈奈：?dǎo)致閥芯和閥座面很快損壞，也會對閥體造成損壞（見照片）。它還會帶來噪音和振動問題，構(gòu)成安全隱患。因此必須了解和防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，特別是遇到高壓降情況時。在對控制閥內(nèi)是否會出現(xiàn)空化進(jìn)行預(yù)測時，有三個參數(shù)應(yīng)當(dāng)加以考慮：閥門入口壓力（P1）、閥門出口壓力（P2）和液體飽和蒸汽壓（Pv）。空化危害的大小，很大程度上取決于這三個參數(shù)之間的相互關(guān)系。閥門兩端的壓降越高，Pv越是接近P2，空化的危害性越大。
 
　　阻塞流
 
　　閥門內(nèi)的壓力恢復(fù)是其特殊的內(nèi)部幾何條件的一個功能。一般來說，閥內(nèi)結(jié)構(gòu)流線型的條件越好，壓力恢復(fù)會更頻繁，從而增加了空化發(fā)生的可能性。空化開始時閥內(nèi)的壓降被稱為臨界壓降。如果實際壓降高于臨界壓降且下游壓力高于液體的飽和蒸汽壓時，會形成完全阻塞流。
 
　　在控制閥的ISA S75.01和IEC534-2標(biāo)準(zhǔn)中，完全阻塞流情況下閥門兩端的臨界壓降可以根據(jù)圖1的公式計算。公式清晰地描述，閥內(nèi)件內(nèi)的液體流速不是用來預(yù)測和確定完全阻塞流或完全空化的參數(shù)。閥門壓降、液體飽和蒸汽壓和閥門壓力恢復(fù)系數(shù)是通常用來確定完全阻塞流和空化條件的參數(shù)。
　　西格瑪方法
 
　　用來預(yù)測控制閥內(nèi)空化危害的方法被稱為“西格瑪方法”。它是由ISA 75.23推薦的，并且以實驗室試驗和經(jīng)驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。這種方法將“使用條件s值”與“閥門s值”比較，這是根據(jù)實驗室針對危害的特殊的幾何臨界值的試驗確定的（見圖2）。
 
　　使用西格瑪方法后，流體在閥內(nèi)件內(nèi)的流速不能用來預(yù)測空化的危害。西格瑪方法依靠閥門兩端的壓降、液體的飽和蒸汽壓、閥門尺寸和其他在實驗室內(nèi)對標(biāo)準(zhǔn)閥門進(jìn)行測試確定的壓力和閥門尺寸參數(shù)。
 
　　液體流速
 
　　流體在閥內(nèi)件內(nèi)的流速是通過圖3所示公式計算得出的。對于多級閥內(nèi)件而言，可利用每級閥內(nèi)件兩端的壓降確定液體經(jīng)過每級閥內(nèi)件各自的流速。
 
　　閥內(nèi)件內(nèi)液體流速雖然由壓降而定，但是由于液體飽和蒸汽壓不包括在內(nèi)，因此不能預(yù)測空化的發(fā)生和它造成的危害。換句話說，完成空化和它對閥門造成的危害的預(yù)測，必須參考臨界壓降計算和西格瑪方法。
 
　　舉例
 
　　假設(shè)閥內(nèi)件液體流速分析不能解決控制閥內(nèi)的空化問題。例如，假設(shè)水流過閥門有兩個條件：
 
　　條件1－流量為900gpm，入口壓力為2000psig，出口壓力為1000psig，液體飽和蒸汽壓為1psia。
 
　　條件2－流量為900gpm，入口壓力為500psig，出口壓力為3psig，液體飽和蒸汽壓為1psia。
 
　　條件1中的壓降（1000psi）高于條件2中的壓降（497psi）。因此，根據(jù)閥內(nèi)件液體流速分析和使用圖3內(nèi)的公式，條件1中所需的閥內(nèi)件(閥內(nèi)件內(nèi)的彎道和分級更多)系數(shù)K比條件2的高，使閥內(nèi)件液體流速達(dá)到理想的低流速，使閥內(nèi)件避免受損害。
 
　　然而，條件2的空化比條件1的嚴(yán)重得多，因為條件2中的出口壓力（3psig）比條件1中的出口壓力（1000psig）更加接近液體的飽和蒸汽壓（1psia）。
 
　　這說明閥內(nèi)件液體流速分析不能預(yù)測控制閥內(nèi)空化的危害，因為它完全依賴（P1-P2），缺少液體飽和蒸汽壓參數(shù)（Pv）和P1、P2、Pv之間的關(guān)系。
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