一种新型的避免调节阀发生气蚀的方法——孔板节流法

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)山东华鲁恒升化工股份有限公司电仪车间 作者:岳邦强

  调节阀在现场使用时经常碰到气蚀,发生这种现象应有以下二个过程:一,当液体介质流过阀芯、阀座之间的节流孔后,流速突然加快,其压力急剧下降,以致在缩流处的压力降到低于液体的饱和蒸汽压力,造成部分液体转变成蒸汽状态。二,介质流到下游后流速减慢、压力上升,如果出口压力高于蒸汽压力,气泡被压缩最后溃破又恢复为液体。据国外资料介绍,这些气泡溃破时所产生的局部压力可达105磅/英寸2,相当于700MPa,使阀内件迅速损坏,并伴有噪声和振动。我国JB/T821《8执行器术语》把液体—汽化—恢复为液体的过程定义为“空化”,把空化对材料造成的损害定义为“气蚀”。在日常工作中经常把二者统称为气蚀。以数学计算来判断是否发生气蚀,必须同时满足下面二个条件:

  1、作压差大于或等于初始气蚀压差,即△P≥KC(△PS)。

  2、阀出口压力大于液体介质的饱和蒸汽压力,即P2>PV(进口温度下)。

  2006年,我公司的原料煤本地化和20万吨甲醇项目投产,灰水系统中LV-0847/0877二个位号,都使用上海某阀门厂的Class300、DN250的气动偏心旋转调节阀。使用了2~3个月后,发现阀门的泄漏量严重超标,拆开检查发现阀芯的球表面、阀座半个园周表面布满了小坑,半个园周上已找不到完整的密封面,当然无法再使用。我们要求原制造厂提供备品换上,并一起分析损坏的原因。经双方技术人员观察,一致认为这是气蚀造成的。但是上海某阀门厂的工程师根据工况数据来计算,这二个阀不可能发生气蚀,现以位号LV-0847为例,原技术规格书上有关的数据如表1。

一种新型的避免调节阀发生气蚀的方法

  以原数据计算:

  阀前压力:P1=4+1=5 bar(公式要求用bar,绝对压力)

  阀后压力:P2=3.3+1=4.3 bar(绝对压力)

  工作压差:△P=5-4.3=0.7 bar

  初始气蚀压差为:KC(△PS),式中:

  KC为偏心阀、流关方向,开始气蚀系数,查表可得KC=0.36。

一种新型的避免调节阀发生气蚀的方法

  PV为阀进口灰水温度57.8℃时饱和蒸汽压力,查表得0.156bar。

  PS为水的临界压力,查表得221bar

一种新型的避免调节阀发生气蚀的方法

  初始气蚀压差为:KC(△PS)=0.36×4.85=1.75 bar

  因为工作压差△P(0.7 bar)

  但是事实说明一切,双方技术人员看过损坏的阀芯、阀座是典型的气蚀破坏;所以怀疑现场操作的工艺参数与原来技术规格书上数据不符。后来与项目设计院的工程师联系,获讯这二个位号的压力数据均已改变,见上表中的“实际数据”,用这组压力值再计算,首先计算工作压差△P。

  P1=5+1=6 bar(绝对压力)

  P2=1。5+1=2.5 bar(绝对压力)

  △P=6-2.5=3.5 bar

  计算初始气蚀压差值KC(△PS)

  偏心阀、流关方向,前面已查得KC=0.36

一种新型的避免调节阀发生气蚀的方法

  由于△P(3.5 bar)>K(△P)(2.1 bar),另外P2(2.5bar)>PV(0.156bar),即阀的出口压力又大于57.8℃下的蒸汽压力;发生气蚀的二个条件都存在,这样可以解释以前发生的气蚀损坏现象。为防止阀芯、阀座等阀内件遭受破坏,双方一致认为必须避免发生气蚀。当时提到二种办法,一个办法是改变流向,改用流开方向,这样初始气蚀系数KC从0.36提高到0.56,则发生初始气蚀的压差为0.56(△PS)=0.56×5.85=3.28bar,比原来的2.1bar提高了1.18bar;而工作压差没有变化仍为△P=3.5bar;二者比较:

  △P(3.5bar)>KC△PS(3.28 bar)

  仍然会发生气蚀,这说明仅仅改变流向还不能避免气蚀。为保证不发生气蚀,则要求工作压差小于初始气蚀压差,即:

  △P<3.28 bar

  为此加用第二个办法,在阀的出口处加孔板节流,使阀后压力升高,这样阀的前后压差减少到低于3。28bar。由于事先没有料想到加装孔板,要割短口径DN250的管道,再焊上法兰也是相当麻烦的事情;所以我们就在调节阀的出口法兰中夹一块钢板,在板上开了一个园孔,充当节流孔板,如图1。

一种新型的避免调节阀发生气蚀的方法

  从图中可见,加装孔板后,事实上从原来的一级降压变成了二级降压,孔板后的压力是原来阀的出口压力2.5bar,因孔板的节流阻力,偏心阀的出口压力P2升高,而阀的进口压力不变仍为6bar,则阀前后压差必然减小。问题在于孔板上究竟开多大的节流孔呢?既要阀的工作压差△P一直小于3.28bar,不会发生气蚀,又要满足各个工况的流量要求。众所周知,孔板的阻力与流量成平方关系,在最小工作流量49m3/h时孔板的流阻最小,阀后压力为最小值,若此时阀的工作压差小于初始气蚀压差;当流量增大后,因孔板的流阻升高,阀前后压差更小;这样可保证不发生气蚀。我们按孔板的阻力系数计算,在孔板上开一个直径ф60的孔,为防止灰水的冲蚀,在孔内烧结碳化钨,已使用了三年多,效果很好,困扰了多时的问题终于解决。

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