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

　　調(diào)節(jié)閥在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)經(jīng)常碰到氣蝕，發(fā)生這種現(xiàn)象應(yīng)有以下二個(gè)過程：一，當(dāng)液體介質(zhì)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(zhuǎn)變成蒸汽狀態(tài)。二，介質(zhì)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(fù)為液體。據(jù)國(guó)外資料介紹，這些氣泡潰破時(shí)所產(chǎn)生的局部壓力可達(dá)105磅/英寸2，相當(dāng)于700MPa，使閥內(nèi)件迅速損壞，并伴有噪聲和振動(dòng)。我國(guó)JB/T821《8執(zhí)行器術(shù)語(yǔ)》把液體—汽化—恢復(fù)為液體的過程定義為“空化”，把空化對(duì)材料造成的損害定義為“氣蝕”。在日常工作中經(jīng)常把二者統(tǒng)稱為氣蝕。以數(shù)學(xué)計(jì)算來判斷是否發(fā)生氣蝕，必須同時(shí)滿足下面二個(gè)條件：

　　1、作壓差大于或等于初始?xì)馕g壓差，即△P≥KC(△PS)。

　　2、閥出口壓力大于液體介質(zhì)的飽和蒸汽壓力，即P2>PV(進(jìn)口溫度下)。

　　2006年，我公司的原料煤本地化和20萬噸甲醇項(xiàng)目投產(chǎn)，灰水系統(tǒng)中LV-0847/0877二個(gè)位號(hào)，都使用上海某閥門廠的Class300、DN250的氣動(dòng)偏心旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥。使用了2～3個(gè)月后，發(fā)現(xiàn)閥門的泄漏量嚴(yán)重超標(biāo)，拆開檢查發(fā)現(xiàn)閥芯的球表面、閥座半個(gè)園周表面布滿了小坑，半個(gè)園周上已找不到完整的密封面，當(dāng)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(jīng)雙方技術(shù)人員觀察，一致認(rèn)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(jì)算，這二個(gè)閥不可能發(fā)生氣蝕，現(xiàn)以位號(hào)LV-0847為例，原技術(shù)規(guī)格書上有關(guān)的數(shù)據(jù)如表1。

　　以原數(shù)據(jù)計(jì)算：

　　閥前壓力：P1=4+1=5 bar(公式要求用bar，絕對(duì)壓力)

　　閥后壓力：P2=3.3+1=4.3 bar(絕對(duì)壓力)

　　工作壓差：△P=5-4.3=0.7 bar

　　初始?xì)馕g壓差為：KC(△PS)，式中：

　　KC為偏心閥、流關(guān)方向，開始?xì)馕g系數(shù)，查表可得KC=0.36。

　　PV為閥進(jìn)口灰水溫度57.8℃時(shí)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?xì)馕g壓差為：KC(△PS)=0.36×4.85=1.75 bar

　　因?yàn)楣ぷ鲏翰睢鱌(0.7 bar)

　　但是事實(shí)說明一切，雙方技術(shù)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(chǎng)操作的工藝參數(shù)與原來技術(shù)規(guī)格書上數(shù)據(jù)不符。后來與項(xiàng)目設(shè)計(jì)院的工程師聯(lián)系，獲訊這二個(gè)位號(hào)的壓力數(shù)據(jù)均已改變，見上表中的“實(shí)際數(shù)據(jù)”，用這組壓力值再計(jì)算，首先計(jì)算工作壓差△P。

　　P1=5+1=6 bar(絕對(duì)壓力)

　　P2=1。5+1=2.5 bar(絕對(duì)壓力)

　　△P=6-2.5=3.5 bar

　　計(jì)算初始?xì)馕g壓差值KC(△PS)

　　偏心閥、流關(guān)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(gè)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(nèi)件遭受破壞，雙方一致認(rèn)為必須避免發(fā)生氣蝕。當(dāng)時(shí)提到二種辦法，一個(gè)辦法是改變流向，改用流開方向，這樣初始?xì)馕g系數(shù)KC從0.36提高到0.56，則發(fā)生初始?xì)馕g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(huì)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?xì)馕g壓差，即：

　　△P<3.28 bar

　　為此加用第二個(gè)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(dāng)麻煩的事情;所以我們就在調(diào)節(jié)閥的出口法蘭中夾一塊鋼板，在板上開了一個(gè)園孔，充當(dāng)節(jié)流孔板，如圖1。

　　從圖中可見，加裝孔板后，事實(shí)上從原來的一級(jí)降壓變成了二級(jí)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(jìn)口壓力不變?nèi)詾?bar，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(huì)發(fā)生氣蝕，又要滿足各個(gè)工況的流量要求。眾所周知，孔板的阻力與流量成平方關(guān)系，在最小工作流量49m³/h時(shí)孔板的流阻最小，閥后壓力為最小值，若此時(shí)閥的工作壓差小于初始?xì)馕g壓差;當(dāng)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(jì)算，在孔板上開一個(gè)直徑ф60的孔，為防止灰水的沖蝕，在孔內(nèi)燒結(jié)碳化鎢，已使用了三年多，效果很好，困擾了多時(shí)的問題終于解決。