控制閥在苛刻工況下的選擇應用

摘要：

關鍵詞：苛刻工況；空化氣蝕；噪聲；控制閥選擇

1 引言

    工業過程以生產自動化作為其先進性的標志，過程控制技術隨工業發展而日新月異。在控制回路中，終端控制元件（控制閥、執行裝置）直接與被控流體接觸并進行調節，決定著控制是否及時有效和過程安全，是zui關鍵的，又是相對技術薄弱的環節。 在石化、化工裝置中，生產過程大部分操作條件都是在高溫、高壓下進行，且易燃易爆。苛刻工況就是指這種生產過程為長時間運行在高溫、高壓差、兩相流等操作條件下。在此工況下，極易產生大能量沖擊、振動、空化氣蝕和高噪聲，普通的控制閥無法承受沖刷而導致閥內件損壞。為使控制閥能夠在苛刻工況下安全可靠運行，必須選用優化設計的新型控制閥和選擇降壓減噪新技術，以及維護預測、提高控制閥生命周期。

    生產過程的工藝條件是控制閥選擇時主要考慮的問題，對于特殊的苛刻工況如何應對，應該綜合控制閥的設計結構、性能、選材等方面，以適用為主、整體優化，再結合成熟的計算軟件（如CONVAL控制閥軟件）進行計算選型和預估分析。

2 防止空化氣蝕

    由于控制閥本身是管路節流元件，在其內部流動的液體介質，由于節流原因常常出現閃蒸和空化現象，苛刻工況下的高壓差場合更為嚴重。閃蒸和空化的發生既影響控制閥口徑的選擇和計算，更是能導致嚴重的噪聲、振動及氣蝕對材料的破壞等等，直接影響使用。 在流體通過控制閥閥芯閥座形成的節流端面時，流速突然急劇增加而靜壓力驟然下降，若節流端面后的壓力驟然降到介質飽和蒸汽壓及以下，將產生閃蒸，對閥內件有侵蝕作用。當節流后的壓力又回復到飽和蒸汽壓之上時，空化形成的氣蝕有極大的沖擊力，可高達幾千牛頓，嚴重地沖撞和破壞閥芯閥座和閥體，有如猛烈噴沙的效果，即使高硬度的合金也只能承受很短時間。 對此情況，控制閥的選擇要考慮壓差（流速）、材料和結構，并采取特殊設計和措施。

（1）考慮壓差，不能使控制閥前后壓差過大，不使zui小節流端面的壓力下降到流體的飽和蒸汽壓以下，應當使閥上壓差△pmax<2.5MPa和控制流速（可增加控制閥及管路的流通面積，減小流速）。

（2）考慮材料，選用抗蝕能力強的金屬材料，如選1Cr18Ni9Ti不銹鋼閥芯閥座基體用Site（鈷鉻鎢合金）或碳化鎢對密封面進行硬化處理。

（3）考慮控制閥結構，選用特殊設計的抗空化氣蝕的閥內件，以避免氣蝕的破壞作用。使流體在通過閥芯閥座時每一點的壓力都高于該溫度下的飽和蒸汽壓，或采用多級降壓減噪處理。選擇在閥芯閥座流出處加減噪器的措施，使液體本身相互沖撞呈高度紊流而減少氣泡（閃蒸現象）的產生。 圖1為德國某廠家的抗空化氣蝕的閥內件AC Trim.

特殊設計閥芯閥座的    特殊設計閥芯閥座的    3級降壓減噪的抗空化氣蝕    5級降壓減噪的抗空化氣蝕

一級抗空化氣蝕    加減噪板的二級抗空化氣蝕    （多級軸閥芯）    （多級軸閥芯）

 3 噪聲的抑制

    控制閥產生的噪聲一般為機械噪聲、液體動力噪聲和氣體動力噪聲。

    機械噪聲主要來自控制閥的閥芯、閥桿及一些可動部件，由于受到流體壓力波動的影響或流體的沖擊而機械振動而產生。噪聲是明顯的金屬響聲和敲擊聲，頻帶較寬，振動頻率一般小于1500Hz。減小機械噪聲的方法主要是改進閥門結構尤其是閥芯閥座、導向的結構。

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