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调节阀在小开度下工作的危害及解决对策

0 引言 

调节阀在小开度下工作的危害,开祥精细化工在BDO一期项目建设过程当中订了一台调节阀(FV2001)主要用来 调节PH值浓度,当时设计院给的工艺参数:工艺介质为25%NaOH,最大流量为0.05T/H,正常流量为0.03T/H,压 差为0.16MPa;但在实际生产过程当中,该调节阀压差经常 在0.5MPa以上,导致阀门刻度经常控制在3%以内,阀门 开度稍微开大到10%,流量计就达到满量程,给控制带来很大不便,如果调节阀经常在小刻度下工作时,会使压力、 流速、流阻等发生重大变化,导致调节阀多种问题出现:

1)流道间隙过小,介质流速过大,对调节阀阀芯、 阀座冲刷非常厉害,短期内可使调节阀报废。

2)剧烈的压力、流速变化,超过调节阀的刚度时, 导致调节阀产生剧烈震荡。

3)流关状态下工作的调节阀,会出现跳跃关闭和跳 跃启动现象,调节阀在这个开度内是不能进行正常调节的。

阀门开度如果在3%左右,阀门阀芯密封面距离节流口太近,对于阀芯的密封面损伤很大。本单位BDO装置低压加 氢工段反应器进料自调阀采用山武气动薄膜调节阀,由于 介质BYD含有镍催化剂颗粒,由于设计原因,阀门若开度 在10%,流量经常失控。所以,平时该阀门控制在3%左右, 使用不到半年,尽管阀芯喷涂有碳化物,大阀门冲刷的仍 然很严重。

4) 有些阀不适合于小开度工作。如蝶阀,小开度时 不平衡力矩大,会产生跳开、跳关现象。再如气动薄膜调 节阀如果是直通双座调节阀,由于该类型阀门有两个阀芯 两个阀座,平时一个阀芯处于流开状态,另一个阀芯处于 流闭状态,这种阀门虽然对于泄漏量要求不严,但是阀门 处于小刻度时,阀门稳定性变得很差,并且容易产生震荡。

总之,如果调节阀能够正常工作,不被经常冲刷,提 高阀的使用寿命,调节阀应避免在小开度下工作。根据实际经验,阀门刻度通常至少应大于8%~12%,但对于高压阀、 双座阀、蝶阀、处于流闭状态的调节阀而言,应大于20%(线性阀)~30%(对数阀)

1 调节阀在小开度下工作的解决对策

解决小开度下调节阀工作问题有好多种方法,常见的 大概有如下几种。

1)降低调节阀前后压差△P

由流量方程式Q=C√△P/ρ 可知,当△P减小时,Q也减小,为保持阀的流量不变,就要增大阀的开度,处理 方法。

①工艺管道上与调节阀相串联的手动阀门,关闭至调节阀需要的工作开度为止。

②在调节阀后增加限流孔板消耗部分压降。这两种方法都是增加管路上的压降,以便减少阀上的压降,因为系 统总压降等于管路压降加上调节阀上的压降,由于系统总 压降不变,所以当管路压降增大时,阀上压降必然减小。 本单位的调节阀后来在停车的过程中做了改造,在阀后增 加了一台限流孔板,可以控制在40%以内。

2)缩小调节阀的口径。由流量方程式 Q=C √△P/ρ 可知,C值减小,Q值也减小,为保持通过调节阀的流量 不变,就必然要加大开度,这样也可避免阀在小开度下工作。C值与阀的口径、阀座的直径有关,减小C值的办法如下:

①换一台小档口径的阀,比如将DN32换成DN25。

②内部 缩 径,阀体不 变,换小档的阀芯阀 座,比 如将阀座 为10的换为阀座 为8.调节阀的开度控制在

15% ~65%之间,彻底消除了小开度的危害。

以上是在BDO装置中遇到的问题和解决方案,但在实 际工作中调节阀处在小刻度调节还会遇到破坏力更加严重 的闪蒸、空化问题。

2 液体介质的空化、闪蒸现象及解决办法

闪蒸、空化的定义:“在节流中,由于流体经过调节阀时, 节流口处流速快速上升,根据能量守恒定理,速度上升必 然引起压力下降,若此时压力下降到低于液体在该温度下的饱和蒸气压时,介质便气化,分解出气体,形成气液双向流动,阀门出现闪蒸现象。”

当介质经过调节阀节流后速度下降,介质压力开始回 升,当回升后的压力值超过饱和蒸汽压后,介质不再继续 气化,同时液体中的气泡重新变为液体, 由流体动力学可 知,此时气泡内的压力接近于无穷大,它迫使气泡破裂, 并形成强大的压力冲击波,阀门出现空化现象。

3 闪蒸、空化的危害与处理

3.1 调节阀闪蒸、空化的危害

“空化的形成使气泡破裂形成强大冲击波,该力高达几千牛顿,强大的爆破压冲击调节阀内件,短时间内使芯阀座表面被冲刷成不规则的凹凸蜂窝状,并引起剧烈的振 动和高频噪声,这种现象称为气蚀 。”由于气蚀的作用, 调节阀阀芯会引起严重的破坏,调节阀在运行时会产生剧 烈振动和噪声,一般不锈钢材质只能用几天,硬质合金也只能用3~6个月足见气蚀的破坏力的强大。

此外,空化还能引起阀门阀芯的振动,加大阀芯的机 械磨损,缩短阀芯使用寿命。空化还能引起阀产生噪音,影响环境。

3.2 调节阀闪蒸、空化的处理方法

1)选用结构合理的调节阀消弱闪蒸的破坏力,消除 空化形成。在闪蒸不可避免的工艺条件下,采用角型调节阀,使闪蒸产生的高速饱和气泡冲击力直接流向阀体内部 下流管道中心,而不是强大的冲击力直接作用在球形阀内件上,减弱了闪蒸的破坏程度。“如果阀门的压差大于等 于6500KPa即使产生气蚀,选用多级降压调节阀,以增大节流阻力,减小压力恢复程度,改变阀门前后压差,改善工艺条件消除空化气蚀形成。

2)提高阀内件材质硬度,增强调节阀抗冲蚀性和耐磨 性,根据现场情况阀内件选用渗氮处理、堆焊司太莱合金 或喷涂碳化物等方法延长调节阀使用寿命,本单位的气化 装置高压进水阀阀芯材质316SS,由于空化汽蚀阀门使用 寿命不足一年,后阀芯改为全碳化物使用至今3年有余, 现仍正常使用。

3)改变介质流向,将流开型改为流闭型,选用单座阀降低压力恢复系数,更好地控制阀后气相,从而减轻或防止出现空化。

4)选择更大流通系数的阀门抑制介质气化,防止闪蒸或气蚀发生。

5)调节阀后增加限流孔板,增加阀后压力控制调节阀 前后压力有效控制闪蒸、空化发生。

4 结束语

以上分析了调节阀在小开度下工作的危害的方法及解 决策略。事实上,解决此问题的方法远不止这些,这需要 在实际工作中逐步摸索,调节阀在自动化生产过程当中占 据很重要的位置,要加强自身的学习,不断培养自己的动 手能力,不断地在实践中提高自己的业务水平。

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