调节阀选型中气蚀、堵塞、噪音问题的解决办法

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＞△P_T（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 △P_T，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。

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：

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：

1. 把阀门安装在管道较低点。
2. 在阀门后管道上装孔板增加阻力。
3. 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。

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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