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(lái)源：互聯(lián)網(wǎng) 瀏覽量：
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閥門用于節(jié)流液體時(shí)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(shí)，壓力參數(shù)的效率是否比閥內(nèi)件流體流速重要？近來(lái)閥門制造行業(yè)對(duì)此問題的爭(zhēng)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(shí)
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(shí)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(shí)，壓力參數(shù)的效率是否比閥內(nèi)件流體流速重要？近來(lái)閥門制造行業(yè)對(duì)此問題的爭(zhēng)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(shí)是需要考慮的一個(gè)參數(shù)，但是它不會(huì)描述控制閥內(nèi)發(fā)生的整個(gè)物理現(xiàn)象。因此，運(yùn)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(dòng)液體的靜壓降低到低于該液體的飽和蒸汽壓時(shí)，可能出現(xiàn)空化。此時(shí)，液體流動(dòng)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(huì)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(shí)，蒸汽氣泡潰裂回復(fù)為液體。這一兩級(jí)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(huì)形成微小噴射。高密度壓力波與微小噴射對(duì)閥門表面的沖擊同時(shí)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(huì)對(duì)閥體造成損壞（見照片）。它還會(huì)帶來(lái)噪音和振動(dòng)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(shí)。在對(duì)控制閥內(nèi)是否會(huì)出現(xiàn)空化進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，有三個(gè)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）?？栈：Φ拇笮?，很大程度上取決于這三個(gè)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(gè)功能。一般來(lái)說，閥內(nèi)結(jié)構(gòu)流線型的條件越好，壓力恢復(fù)會(huì)更頻繁，從而增加了空化發(fā)生的可能性?？栈_始時(shí)閥內(nèi)的壓降被稱為臨界壓降。如果實(shí)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(shí)，會(huì)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(jì)算。公式清晰地描述，閥內(nèi)件內(nèi)的液體流速不是用來(lái)預(yù)測(cè)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(lái)確定完全阻塞流和空化條件的參數(shù)。
　　西格瑪方法
 
　　用來(lái)預(yù)測(cè)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(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室針對(duì)危害的特殊的幾何臨界值的試驗(yàn)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(lái)預(yù)測(cè)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(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)閥門進(jìn)行測(cè)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(jì)算得出的。對(duì)于多級(jí)閥內(nèi)件而言，可利用每級(jí)閥內(nèi)件兩端的壓降確定液體經(jīng)過每級(jí)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(cè)空化的發(fā)生和它造成的危害。換句話說，完成空化和它對(duì)閥門造成的危害的預(yù)測(cè)，必須參考臨界壓降計(jì)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(gè)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(jí)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?yàn)闂l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(cè)控制閥內(nèi)空化的危害，因?yàn)樗耆蕾嚕≒1-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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