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調(diào)節(jié)閥閃蒸和氣蝕現(xiàn)象及防護措施

文檔作者：秦猛文檔來源：中國石化塔河煉化有限責任公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年10月14日
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2014年第3期 工業(yè)儀表與自動化裝置 ·59·
調(diào)節(jié)閥閃蒸和氣蝕現(xiàn)象及防護措施
秦猛
(中國石化塔河煉化有限責任公司，新疆庫車842000)
摘要：分析了閃蒸和氣蝕產(chǎn)生的原因，帶來的影響和危害，介紹了調(diào)節(jié)閥使用過程中有效防止
閃蒸和汽蝕影響的方法。
關(guān)鍵詞：調(diào)節(jié)閥；閃蒸；氣蝕；蒸汽壓力；阻塞流
中圖分類號：TP214 文獻標志碼：B 文章編號：1000—0682(2014)03—0059—03
The study of control valve flash and cavitation phenomenon
QIN Meng
(Sinopec Tahe Refining＆Chemical Co．，Ltd．，Xinjiang Kuche 842000，China)
Abstract：Analysis of the causes，impact and harm of flash and cavitation，introduces the method to
prevent effectively flash and cavitation of control valve in using．
Key words：control valve；flash；cavitation；vapour pressure；blocking flow
0 引言
調(diào)節(jié)閥是自控系統(tǒng)中的終端現(xiàn)場調(diào)節(jié)儀表。它
安裝在工藝管道上，調(diào)節(jié)介質(zhì)的流量，按設定要求控
制工藝參數(shù)。調(diào)節(jié)閥直接接觸高溫、高壓、深冷、腐
蝕等工藝流體介質(zhì)，因而是最容易被腐蝕、沖蝕、氣
蝕、老化、損壞的儀表，往往給生產(chǎn)過程的控制造成
困難。尤其是在液體工況下，如果調(diào)節(jié)閥上的壓差
AP(P 一P )大于最大允許計算壓力降△P ，那么
就會產(chǎn)生閃蒸或氣蝕，這種現(xiàn)象會引起調(diào)節(jié)閥或相
鄰管道結(jié)構(gòu)上的損壞，同時還可能引起整個系統(tǒng)的
振動和噪音，嚴重影響調(diào)節(jié)閥的使用壽命和整個自
控系統(tǒng)的精確性，給裝置生產(chǎn)帶來極大的隱患。
1 阻塞流引起閃蒸和氣蝕
閃蒸和氣蝕是一個物理現(xiàn)象名詞，因為它描述
了流體介質(zhì)在形式上的實際變化。這種變化是從液
態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，由于通常是在閥座口的最大流道縮徑
處或其下游的流體速度的增加而引起的。隨著流體
通過縮徑，流束會變細或收縮。流束的最小橫斷面
出現(xiàn)在實際縮徑的下游被稱為縮流斷面處，如圖1
所示。
為維持流體穩(wěn)定地流過調(diào)節(jié)閥，在截面最小的
收稿日期：2014—01一O8
作者簡介：秦猛(1980)，男，重慶人，2003年畢業(yè)于西安理工大
學測控技術(shù)與儀器專業(yè)，工學學士學位，現(xiàn)任中國石化塔河煉化有
限責任公司物資供應中心采購副科長，工程師。
縮流斷面處，流速是最大的。流速(或動能)的增加
伴隨著縮流斷面處壓力(或勢能)大大的降低。再
往下游，隨著流束擴展進入更大的區(qū)域，流速下降，
壓力增加；但下游壓力不會完全恢復到與調(diào)節(jié)閥上
游相等的壓力，調(diào)節(jié)閥兩側(cè)的壓差△P表示閥門中
消耗的能量。圖2為高壓力恢復和低壓力恢復調(diào)節(jié)
閥的壓力變化曲線，反映了由于較大的內(nèi)部紊流和
能量消耗，一個流線型高壓力恢復調(diào)節(jié)閥如球閥與
一個低壓力恢復調(diào)節(jié)閥的不同性能。
流向—__+
t
圖1 縮流斷面示意圖
流向— 。
圖2 高壓力恢復和低壓力恢復調(diào)節(jié)閥的壓力變化曲線比較
· 6O· 工業(yè)儀表與自動化裝置 2014年第3期
不管閥門的恢復特性如何，值得注意的是與閃
蒸和氣蝕有關(guān)的壓差就是調(diào)節(jié)閥入口狀態(tài)下液體的
蒸汽壓力與縮流斷面之間的壓差。用P 表示縮流
斷面處的壓力；用P 表示調(diào)節(jié)閥入口狀態(tài)下液體的
蒸汽壓力；F 表示臨界壓力比，它是由流體性質(zhì)決
定的小于1的常數(shù)。如果P 明顯低于P ，即
P 
P 氣泡將會破裂或向內(nèi)爆炸，從而產(chǎn)生“氣蝕”。
2 閃蒸和氣蝕的影響
閃蒸的影響主要是物理損害，閃蒸對調(diào)節(jié)閥的
閥芯會產(chǎn)生嚴重的沖刷破壞，其特點是受沖刷表面
有平滑拋光的外形，如圖4所示，這種損壞過程非常
類似于噴砂過程。就流體而言，蒸汽體積常常大于
液體體積，以至于使液滴趨向于蒸汽的流速，液滴沖
擊表面如同固體顆粒沖擊表面一樣，足以使表面材
料損壞脫落。沖刷最嚴重的一般是在流速最高處，
通常位于閥芯和閥座環(huán)的接觸線上或附近。
圖4 閃蒸破壞的典型外形
氣蝕的損害發(fā)生在非常接近氣泡破裂的地方。
曾有研究者發(fā)現(xiàn)，在氣泡破裂時壓力高達689 MPa。
一種理論認為，從每個氣泡破裂產(chǎn)生的沖擊波會向
四周發(fā)射，當這些沖擊波發(fā)生于鄰近的固體邊界層
時，就產(chǎn)生一種高度擠壓和連續(xù)不斷的小撞擊，任何
一個確定的固體表面都會受到重復沖擊趨向于疲
勞，直至達到疲勞極限，導致表層脫落。氣泡在離開
固體表面有足夠距離的地方破裂，可以認為不會產(chǎn)
生物理損壞，因為，它們的能量被流動的流體吸收
了。因此在實際中，經(jīng)常出現(xiàn)閥內(nèi)件遭嚴重損害的
現(xiàn)象也就不足為奇了。氣蝕損害具有煤渣似的粗糙
外形的特點，這種損壞與大多數(shù)其他類型的流動損
壞有明顯的區(qū)別¨ ，如圖5所示。如果在鄰近的下
游管道仍存在壓力恢復和氣泡破裂的現(xiàn)象，氣蝕造
成的損壞可能延伸至鄰近的下游管道。很明顯，高
壓力恢復閥門比較容易發(fā)生氣蝕，因為它的下游壓
力更有可能上升至液體蒸汽壓力以上。
圖5 氣蝕破壞的典型外形
閃蒸和氣蝕都可能帶來閥芯的振動，包括垂直
振動和水平振動，它們分別來自流體對閥芯的垂直
撞擊和水平撞擊，其結(jié)果是造成機械磨損和破壞，調(diào)
節(jié)閥性能變差，甚至閥桿折斷 J。某公司1#動力
裝置曾經(jīng)就發(fā)生過因為閃蒸引起振動致使閥桿斷裂
的情況。另外，氣蝕產(chǎn)生時，蒸汽氣泡破裂釋放出能
量，并產(chǎn)生一種類似于砂石在管道內(nèi)流動的噪聲。
3 閃蒸和氣蝕現(xiàn)象的防護措施
3．1 閃蒸的防護措施
閃蒸的產(chǎn)生是因為P

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