上海滬工閥門廠（集團）有限公司

生產(chǎn)過程自動化是大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中保證效益和質(zhì)量的重要手段。在生產(chǎn)過程自動化中，用來控制流體流量的調(diào)節(jié)閥已遍及石油、化工、電站、輕工、造紙、醫(yī)藥、船舶、市政等行業(yè)的工業(yè)自動化系統(tǒng)中。調(diào)節(jié)閥在穩(wěn)定生產(chǎn)、優(yōu)化控制、維護(hù)及檢修成本控制等方面都起著舉足輕重的作用。因此，如何選擇和應(yīng)用好調(diào)節(jié)閥，使調(diào)節(jié)閥在一個高水平狀態(tài)下運行是一個關(guān)鍵的問題。以下主要對調(diào)節(jié)閥的閃蒸、氣蝕、防止堵塞、嗓音等間題做分析探討。

1 調(diào)節(jié)閥的閃蒸和氣蝕

氣蝕是一種水力流動現(xiàn)象，氣蝕的直接原因是管道流體因阻力的突變產(chǎn)生了閃蒸及空化。當(dāng)流體流經(jīng)調(diào)節(jié)閥節(jié)流口時，流速突然急劇增加，根據(jù)流體能量守恒定律，流速增加靜壓力便驟然下降，出口壓力達(dá)到或者低于該流體所在情況下的飽和蒸汽壓時，部分液體就汽化為氣體，形成蒸汽與氣體混合的小汽泡，氣液兩相共存的現(xiàn)象，此既為閃蒸的形成。如果下游壓力恢復(fù)到高于液體的飽和蒸汽壓力，汽泡在高壓的作用下，迅速凝結(jié)而破裂，汽泡破裂的瞬間形成一個沖擊力，此沖擊力沖撞在閥芯、閥座和閥體上，使其表面產(chǎn)生塑性變形，形成一個個粗糙的蜂窩渣孔，此種現(xiàn)象即是空化，這便是氣蝕形成的過程。因此氣蝕現(xiàn)象將導(dǎo)致嚴(yán)重的噪音、振動、材質(zhì)的破壞等。

1.1 選型

（1）選用壓力恢復(fù)系數(shù)小的閥門

在工藝條件允許的情況下盡量選用壓力恢復(fù)系數(shù)小的閥門，如球閥、蝶閥等。如果工藝條件必須使調(diào)節(jié)閥的壓差 △P＞△P_T（產(chǎn)生空化的臨界壓差），可以將兩個調(diào)節(jié)閥串聯(lián)起來使用，這樣每個調(diào)節(jié)閥的壓差 △P 都小于 △P_T，空化便不會產(chǎn)生。如果閥的壓差 △P 小于 2.5MPa，一般不會產(chǎn)生氣蝕，即使有氣蝕的產(chǎn)生也不會對材料造成嚴(yán)重的損壞。

（2）選用角形調(diào)節(jié)閥

由于角形閥中的介質(zhì)直接流向閥體內(nèi)部下游管道的中心，而不是直接沖擊體壁，所以可大大減少沖擊閥體體壁的飽和氣泡數(shù)量，從而減弱了閃蒸破壞力。

1.2 材料的抗氣蝕性能

從氣蝕的直接結(jié)果看，造成損傷是因為材料硬度不足以抵抗氣泡破裂而釋放的沖擊力，所以從這個角度我們可以考慮采用高硬度材料，一般常用的方法是在不銹鋼基體上進(jìn)行堆焊或噴焊司太萊合金，在流體氣蝕沖刷處形成硬化表面。當(dāng)硬化表面出現(xiàn)損傷后，可以進(jìn)行二次堆焊或噴焊，這樣便能增加設(shè)備的使用壽命，同時也減少了企業(yè)的維修費用。

1.3 調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)

既然空化是因為壓力的突變所引起，而系統(tǒng)要求的壓降又不能降低，可以采用將一次大的壓力突變分解為若干次的多級閥芯結(jié)構(gòu)（如圖 1），這種結(jié)構(gòu)的閥芯可以把總壓差分成幾個小壓差，逐級降壓，使每一級都不超過臨界壓差�；蛟O(shè)計成特殊結(jié)構(gòu)的閥芯、閥座，如迷宮式閥芯、疊片式閥芯等，都可以使高速流體在通過閥芯、閥座時每一點的壓力都高于在該溫度下的飽和蒸汽壓，或使液體本身相互沖撞，在通道間導(dǎo)致高度紊流，使液體的動能由于相互摩擦而變?yōu)闊崮�，可減少氣泡的形成。

圖 1 多級降壓閥芯結(jié)構(gòu)示意圖

1.4 氣蝕系數(shù)

不同結(jié)構(gòu)形式的閥門有其不同的氣蝕系數(shù)，計算公式如下：

式中：H₁——閥后（出口）壓力 m；
H₂——大氣壓與其溫度相對應(yīng)的飽和蒸氣壓力之差 m；
△P——閥門前后的壓差 m。

各種閥門由于構(gòu)造不同，因此允許的氣蝕系數(shù) δ 也不同，如計算的氣蝕系數(shù)大于容許氣蝕系數(shù)，則說明可用，不會發(fā)生氣蝕。如蝶閥容許氣蝕系數(shù)為 2.5，則：

當(dāng) δ＞2.5，則不會發(fā)生氣蝕。

當(dāng) 2.5＞δ＞1.5 時，會發(fā)生輕微氣蝕。

當(dāng) δ＜1.5 時，產(chǎn)生振動。

當(dāng) δ＜0.5 的情況繼續(xù)使用時，則會損傷閥門和下游配管，閥門的基本特性曲線和操作特性曲線，對閥門在什么時候發(fā)生氣蝕是看不出來的，更指不出來在那個點上達(dá)到操作極限。通過上述計算則一目了然。從上述計算中，不難看出產(chǎn)生氣蝕和閥后壓強 H₁ 有極大關(guān)系，加大 H₁ 顯然會使情況改變，改善方法：

1. 把閥門安裝在管道較低點。
2. 在閥門后管道上裝孔板增加阻力。
3. 閥門出口開放，直接蓄水池，使氣泡炸裂的空間增大，氣蝕減小

2 調(diào)節(jié)閥的堵塞

在泥漿、紙漿、礦漿、燒堿等場合應(yīng)用時，閥門堵塞是常見的故障之一。除介質(zhì)不干凈造成堵卡外，管道內(nèi)的焊渣，鐵屑等也會造成閥門堵卡，因此，在這些工況下的調(diào)節(jié)閥選型必須考慮到不同閥型的防堵功能。大體要考慮以下幾個方面：

（1）流路越光滑，越平穩(wěn)過渡越好；

（2）根據(jù)計算，必要時應(yīng)縮小閥座直徑，以提高節(jié)流速度來提高“自潔”性能；

（3）足夠剛度和推力（力矩）的執(zhí)行機構(gòu)；

（4）角行程類的閥遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于直行程類的閥。角行程的閥克服了直行程閥流路復(fù)雜和上下導(dǎo)向易堵卡的問題，介質(zhì)流經(jīng)角行程類的閥，似乎是直接流進(jìn)流出，最典型的就為“O”型球閥，就象直管道一樣，其防堵性能最好，（見圖 2）；其次就是全功能超輕型閥、蝶閥等。

圖 2 O形球閥流路示意圖

3 調(diào)節(jié)閥的噪音

調(diào)節(jié)閥上的噪音是石油化工生產(chǎn)中的主要污染源。防止調(diào)節(jié)閥噪音應(yīng)從三方面人手。

3.1 振動產(chǎn)生的噪音

振動產(chǎn)生的噪音一般來源于閥芯的振動。如當(dāng)閥芯在套筒內(nèi)水平運動時，可以使閥芯與套簡的間隙盡里小或者使用硬質(zhì)表面的套筒。如閥芯或者其它的組件，它們都有一個固有振動頻率，對此，可以通過專門的鑄造或鍛造處理來改變閥芯的特性，如有必要也可以更換其他類型的閥芯。如由于閥芯振蕩性位移引起流體的壓力波動而產(chǎn)生的噪音，這種情況一般是由于調(diào)節(jié)回路執(zhí)行器等的阻尼因素引起的，對此可以重新調(diào)節(jié)阻尼系數(shù)或者在閥芯位移方向上加上減振設(shè)施。

3.2 因高速氣流而產(chǎn)生的氣體動力學(xué)嗓音

目前避免氣體動力學(xué)噪音有 3 種方法。首先，要消除噪音源，限制通過調(diào)節(jié)閥的流體速度；其次，采用特殊結(jié)構(gòu)的閥體，使流體通過閥芯閥座的曲折流路逐漸減速；第 3，應(yīng)采用多孔限流板，它吸收調(diào)節(jié)閥后的部分壓降，從而降低通過調(diào)節(jié)閥的流速，從而達(dá)到降噪的目的。

3.3 防止液體動力學(xué)噪音

氣蝕發(fā)生的同時還出現(xiàn)噪音和振動，這種噪音，也叫液體動力學(xué)噪音，如何避免氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生在前面已有闡述。

總之，調(diào)節(jié)閥的選擇要因地制宜，要在實踐的過程中不斷總結(jié)和創(chuàng)新，使被調(diào)參數(shù)得到較好地控制效果，也使調(diào)節(jié)閥的使用壽命大大增長。