黑水调节角阀腐蚀、气蚀与震荡分析

管一据

     最初对FV-1405的改造采用了FISHER公司的657/40-3”ET笼式阀，阀体采用CFSMSSTCast材质，阀内件采用17-4PHSST及416SST材质，运行效果良好，有效地降低了气蚀并消除了振动，无故障运行时间达到了4个月以上。通过对阀内件的仔细观察发现，仍有少量气蚀现象发生。换句话说，阀笼对流体在通过节流口之前，对流体能量的消耗能力不够。

     在流体收缩断面，部分流体的压力仍低于工作温度下的饱和蒸汽压。 在1406-3泵和1406-4泵项目上，回流阀采用双层笼式阀，分阶段地压力降使闪蒸受到抑制，由于控制了流体的运动速率及减轻了流体的冲撞，调节角阀内部构件的寿命大大延长，流关式的结构不但消除固体颗粒的危害，而且使阀门关闭更加严密。目前，FV-1404A调节阀、FV-1404B调节阀的无故障运行周期至少在一年以上。  

第一，黑水调节角阀腐蚀与气蚀的原因分析
造成FV-1404和FV-1405灰水调节角阀损坏的原因主要有两个，第一是腐蚀，第二是气蚀。通过调节角阀的介质是含有细灰的灰水，工作压力7.4MPa，压差7.26MPa，调节角阀出口压力0.14MPa，介质温度为11O℃，灰水通过调节角阀恰恰处于这一温度下的饱和蒸汽压力附近(0.15MPa)，经过节流后闪蒸流体，在压力恢复区气泡炸裂，释放出强大的能量气蚀了阀体的内壁。  
另外，洗涤水呈碱性，pH值为9.0~9.6。而原设计中调节阀铸件阀体的材料是ASTMA217Gr-WC9，属于一种合金结构钢的铸件形式，相当于国产钢的ZG15CrMo1V钢号，是非耐酸钢，对碱性介质缺乏足够的耐蚀能力，因此导致了阀体及内件的快速腐蚀。  

第二，黑水调节角阀操作产生振荡  
研究FV-1404、FV-1405的腐蚀与气蚀现象与操作过程中产生振荡的问题，对后来新增P-1406的3号、4号泵出口回流阀的选型有很好的指导意义。  
1）消防水泵设计条件  
工艺介质：灰水；  
最大流量：85m3/h；  
工作温度：110℃；  
上游压力：7.4MPa；  
下游压力：0.14MPa；  
阀关压差：8.9MPa；  
比重：0.950；  
原设计调节阀型号：37-21125(执行机构隔膜的有效直径为De=33cm，气关阀)；形式：GLOBE阀，非平衡柱塞型阀内件，4B×1-1/2：供气压力：250kPa；流向：流开。  
2）黑水调节阀有效输出力计算  
执行机构输出力与作用于阀内件的最大不平衡力的计算如下。  
执行机构的最大输出力Fmax：  
Fmax=Ae•(Pe–Po–Pt–Pf)•10-4•103  
=(33)2/4•π•[(250-20)-20-80-15]•10-4•103  
=9830.95(N)  
式中Ae——表示隔膜的有效面积(m3)；  
Pe——表示供气压力(kPa)；  
Po——弹簧启动压力(kPa)；  
Pt——弹簧范围(kPa)；  
Pf——填料摩擦力的等效压力损失；  
气源管路及阀门定位器压力损失不计。阀关压差下的最大不平衡力Ft：  
Ft=π/4•(dg2•△Pmax+ds2•2)•10-4•103  
=π/4•[(3.8)2•(8.9×103-0.14×103)+(1.3)2×0.14×103]•10-4•103  
=9948.40(N)  
式中dg——阀座通径(cm)；  
ds——阀杆直径(cm)。  

根据计算，执行机构的有效输出力Fe为：  
Fe=F-Ft  
=9830.95-9948.40  
=-117.45(N)  
根据计算，有效输出力为负值，其结果是由于执行机构输出力的不足，产生阀位上下振荡。

第三，解决问题的办法
1）提高阀门定位器的供气压力  
为了消除阀位上下振荡，在没有对调节角阀实施改造的情况下，唯一的办法是提高阀门定位器的供气压力，以达到提高输出力的目的。所以，将供气压力提高到280kPa(净提高量为30kPa)。此时执行机构的输出力为：  
F'=F+30×104×103•Ae  
=9830.95+30×10-4×103×(33)2/4•π  
=12395.545(N)  
因为|F'|>|Ft|，所以阀位不会产生振荡。  
2）回流调节角阀的技术改造  
通过对FV-1404和FV-1405运行状况的论证分析，再根据计算得出的结果，可以得出原设计对FV-1404和FV-1405调节角阀选型错误的结论。为了增强其抵抗气蚀与腐蚀的能力，提高调节质量与可靠性，必须实施技术改造。  
笼式调节角阀，是专门针对存在气蚀与噪声的工况而设计的一种调节角阀。采用平衡型阀内件的笼式阀，不仅能够有效地克服静态与动态不平衡力，而且通过对阀笼的巧妙设计，可以把高压差流体携带的能量，分级降低或抵消在笼内，减少或消灭闪蒸与气蚀产生的条件。除此之外，合理选择阀体及阀内件材料，达到耐蚀的目的。