调节阀选型中气蚀、堵塞、噪音问题的解决办法

泸图木木

生产过程自动化是大规模工业生产中保证效益和质量的重要手段。在生产过程自动化中，用来控制流体流量的调节阀已遍及石油、化工、电站、轻工、造纸、医药、船舶、市政等行业的工业自动化系统中。调节阀在稳定生产、优化控制、维护及检修成本控制等方面都起着举足轻重的作用。因此，如何选择和应用好调节阀，使调节阀在一个高水平状态下运行是一个关键的问题。以下主要对调节阀的闪蒸、气蚀、防止堵塞、嗓音等间题做分析探讨。

1 调节阀的闪蒸和气蚀

气蚀是一种水力流动现象，气蚀的直接原因是管道流体因阻力的突变产生了闪蒸及空化。当流体流经调节阀节流口时，流速突然急剧增加，根据流体能量守恒定律，流速增加静压力便骤然下降，出口压力达到或者低于该流体所在情况下的饱和蒸汽压时，部分液体就汽化为气体，形成蒸汽与气体混合的小汽泡，气液两相共存的现象，此既为闪蒸的形成。如果下游压力恢复到高于液体的饱和蒸汽压力，汽泡在高压的作用下，迅速凝结而破裂，汽泡破裂的瞬间形成一个冲击力，此冲击力冲撞在阀芯、阀座和阀体上，使其表面产生塑性变形，形成一个个粗糙的蜂窝渣孔，此种现象即是空化，这便是气蚀形成的过程。因此气蚀现象将导致严重的噪音、振动、材质的破坏等。

1.1 选型

（1）选用压力恢复系数小的阀门

在工艺条件允许的情况下尽量选用压力恢复系数小的阀门，如球阀、蝶阀等。如果工艺条件必须使调节阀的压差 △P＞△PT（产生空化的临界压差），可以将两个调节阀串联起来使用，这样每个调节阀的压差 △P 都小于 △PT，空化便不会产生。如果阀的压差 △P 小于 2.5MPa，一般不会产生气蚀，即使有气蚀的产生也不会对材料造成严重的损坏。

（2）选用角形调节阀

由于角形阀中的介质直接流向阀体内部下游管道的中心，而不是直接冲击体壁，所以可大大减少冲击阀体体壁的饱和气泡数量，从而减弱了闪蒸破坏力。

1.2 材料的抗气蚀性能

从气蚀的直接结果看，造成损伤是因为材料硬度不足以抵抗气泡破裂而释放的冲击力，所以从这个角度我们可以考虑采用高硬度材料，一般常用的方法是在不锈钢基体上进行堆焊或喷焊司太莱合金，在流体气蚀冲刷处形成硬化表面。当硬化表面出现损伤后，可以进行二次堆焊或喷焊，这样便能增加设备的使用寿命，同时也减少了企业的维修费用。

1.3 调节阀结构

既然空化是因为压力的突变所引起，而系统要求的压降又不能降低，可以采用将一次大的压力突变分解为若干次的多级阀芯结构（如图 1），这种结构的阀芯可以把总压差分成几个小压差，逐级降压，使每一级都不超过临界压差。或设计成特殊结构的阀芯、阀座，如迷宫式阀芯、叠片式阀芯等，都可以使高速流体在通过阀芯、阀座时每一点的压力都高于在该温度下的饱和蒸汽压，或使液体本身相互冲撞，在通道间导致高度紊流，使液体的动能由于相互摩擦而变为热能，可减少气泡的形成。

图 1 多级降压阀芯结构示意图

1.4 气蚀系数

不同结构形式的阀门有其不同的气蚀系数，计算公式如下：

式中：H1——阀后（出口）压力 m；
H2——大气压与其温度相对应的饱和蒸气压力之差 m；
△P——阀门前后的压差 m。

各种阀门由于构造不同，因此允许的气蚀系数 δ 也不同，如计算的气蚀系数大于容许气蚀系数，则说明可用，不会发生气蚀。如蝶阀容许气蚀系数为 2.5，则：

当 δ＞2.5，则不会发生气蚀。

当 2.5＞δ＞1.5 时，会发生轻微气蚀。

当 δ＜1.5 时，产生振动。

当 δ＜0.5 的情况继续使用时，则会损伤阀门和下游配管，阀门的基本特性曲线和操作特性曲线，对阀门在什么时候发生气蚀是看不出来的，更指不出来在那个点上达到操作极限。通过上述计算则一目了然。从上述计算中，不难看出产生气蚀和阀后压强 H1 有极大关系，加大 H1 显然会使情况改变，改善方法：

• 把阀门安装在管道较低点。
• 在阀门后管道上装孔板增加阻力。
• 阀门出口开放，直接蓄水池，使气泡炸裂的空间增大，气蚀减小
  

2 调节阀的堵塞

在泥浆、纸浆、矿浆、烧碱等场合应用时，阀门堵塞是常见的故障之一。除介质不干净造成堵卡外，管道内的焊渣，铁屑等也会造成阀门堵卡，因此，在这些工况下的调节阀选型必须考虑到不同阀型的防堵功能。大体要考虑以下几个方面：

（1）流路越光滑，越平稳过渡越好；

（2）根据计算，必要时应缩小阀座直径，以提高节流速度来提高“自洁”性能；

（3）足够刚度和推力（力矩）的执行机构；

（4）角行程类的阀远远好于直行程类的阀。角行程的阀克服了直行程阀流路复杂和上下导向易堵卡的问题，介质流经角行程类的阀，似乎是直接流进流出，最典型的就为“O”型球阀，就象直管道一样，其防堵性能最好，（见图 2）；其次就是全功能超轻型阀、蝶阀等。

图 2 O形球阀流路示意图

3 调节阀的噪音

调节阀上的噪音是石油化工生产中的主要污染源。防止调节阀噪音应从三方面人手。

3.1 振动产生的噪音

振动产生的噪音一般来源于阀芯的振动。如当阀芯在套筒内水平运动时，可以使阀芯与套简的间隙尽里小或者使用硬质表面的套筒。如阀芯或者其它的组件，它们都有一个固有振动频率，对此，可以通过专门的铸造或锻造处理来改变阀芯的特性，如有必要也可以更换其他类型的阀芯。如由于阀芯振荡性位移引起流体的压力波动而产生的噪音，这种情况一般是由于调节回路执行器等的阻尼因素引起的，对此可以重新调节阻尼系数或者在阀芯位移方向上加上减振设施。

3.2 因高速气流而产生的气体动力学嗓音

目前避免气体动力学噪音有 3 种方法。首先，要消除噪音源，限制通过调节阀的流体速度；其次，采用特殊结构的阀体，使流体通过阀芯阀座的曲折流路逐渐减速；第 3，应采用多孔限流板，它吸收调节阀后的部分压降，从而降低通过调节阀的流速，从而达到降噪的目的。

3.3 防止液体动力学噪音

气蚀发生的同时还出现噪音和振动，这种噪音，也叫液体动力学噪音，如何避免气蚀现象的发生在前面已有阐述。

总之，调节阀的选择要因地制宜，要在实践的过程中不断总结和创新，使被调参数得到较好地控制效果，也使调节阀的使用寿命大大增长。