調節閥空化現象危害及預防
作者： 2015年10月21日 來源：互聯網 瀏覽量：
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閥門用于節流液體時壓力參數與閥內件流體流速比較的權衡。 控制閥選型時，壓力參數的效率是否比閥內件流體流速重要？近來閥門制造行業對此問題的爭論一直持續不斷。 閥內件出口流體流速盡管在控制閥選型時
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閥門用于節流液體時壓力參數與閥內件流體流速比較的權衡。
控制閥選型時，壓力參數的效率是否比閥內件流體流速重要？近來閥門制造行業對此問題的爭論一直持續不斷。
閥內件出口流體流速盡管在控制閥選型時是需要考慮的一個參數，但是它不會描述控制閥內發生的整個物理現象。因此，運用閥內件流體流速方法解決控制閥內可能出現的許多問題是靠不住的，在很多情況下，并不能提供最經濟的解決方案。
空化
當純液體通過控制閥節流后，如果流動液體的靜壓降低到低于該液體的飽和蒸汽壓時，可能出現空化。此時，液體流動的連續性因部分液體氣化形成氣泡被打破了。由于控制閥都會表現某一壓力恢復的特性，最終的下游壓力通常高于節流孔喉口的靜壓。當下游壓力高于流體的飽和蒸汽壓時，蒸汽氣泡潰裂回復為液體。這一兩級轉化的過程被稱為空化。
蒸汽氣泡的破裂可能引起高達100000psi的局部壓力波。同樣，在閥內出現空化期間，由于氣泡的破裂是不均勻的，流體會形成微小噴射。高密度壓力波與微小噴射對閥門表面的沖擊同時發生，能夠引發嚴重危害。空化的危害導致閥芯和閥座面很快損壞，也會對閥體造成損壞（見照片）。它還會帶來噪音和振動問題，構成安全隱患。因此必須了解和防止這種現象的發生，特別是遇到高壓降情況時。在對控制閥內是否會出現空化進行預測時，有三個參數應當加以考慮：閥門入口壓力（P1）、閥門出口壓力（P2）和液體飽和蒸汽壓（Pv）。空化危害的大小，很大程度上取決于這三個參數之間的相互關系。閥門兩端的壓降越高，Pv越是接近P2，空化的危害性越大。
阻塞流
閥門內的壓力恢復是其特殊的內部幾何條件的一個功能。一般來說，閥內結構流線型的條件越好，壓力恢復會更頻繁，從而增加了空化發生的可能性。空化開始時閥內的壓降被稱為臨界壓降。如果實際壓降高于臨界壓降且下游壓力高于液體的飽和蒸汽壓時，會形成完全阻塞流。
在控制閥的ISA S75.01和IEC534-2標準中，完全阻塞流情況下閥門兩端的臨界壓降可以根據圖1的公式計算。公式清晰地描述，閥內件內的液體流速不是用來預測和確定完全阻塞流或完全空化的參數。閥門壓降、液體飽和蒸汽壓和閥門壓力恢復系數是通常用來確定完全阻塞流和空化條件的參數。
西格瑪方法
用來預測控制閥內空化危害的方法被稱為“西格瑪方法”。它是由ISA 75.23推薦的，并且以實驗室試驗和經驗數據為基礎。這種方法將“使用條件s值”與“閥門s值”比較，這是根據實驗室針對危害的特殊的幾何臨界值的試驗確定的（見圖2）。
使用西格瑪方法后，流體在閥內件內的流速不能用來預測空化的危害。西格瑪方法依靠閥門兩端的壓降、液體的飽和蒸汽壓、閥門尺寸和其他在實驗室內對標準閥門進行測試確定的壓力和閥門尺寸參數。
液體流速
流體在閥內件內的流速是通過圖3所示公式計算得出的。對于多級閥內件而言，可利用每級閥內件兩端的壓降確定液體經過每級閥內件各自的流速。
閥內件內液體流速雖然由壓降而定，但是由于液體飽和蒸汽壓不包括在內，因此不能預測空化的發生和它造成的危害。換句話說，完成空化和它對閥門造成的危害的預測，必須參考臨界壓降計算和西格瑪方法。
舉例
假設閥內件液體流速分析不能解決控制閥內的空化問題。例如，假設水流過閥門有兩個條件：
條件1－流量為900gpm，入口壓力為2000psig，出口壓力為1000psig，液體飽和蒸汽壓為1psia。
條件2－流量為900gpm，入口壓力為500psig，出口壓力為3psig，液體飽和蒸汽壓為1psia。
條件1中的壓降（1000psi）高于條件2中的壓降（497psi）。因此，根據閥內件液體流速分析和使用圖3內的公式，條件1中所需的閥內件(閥內件內的彎道和分級更多)系數K比條件2的高，使閥內件液體流速達到理想的低流速，使閥內件避免受損害。
然而，條件2的空化比條件1的嚴重得多，因為條件2中的出口壓力（3psig）比條件1中的出口壓力（1000psig）更加接近液體的飽和蒸汽壓（1psia）。
這說明閥內件液體流速分析不能預測控制閥內空化的危害，因為它完全依賴（P1-P2），缺少液體飽和蒸汽壓參數（Pv）和P1、P2、Pv之間的關系。
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標簽：調節閥空化現象
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