调节阀气蚀对安全生产影响论述

　　1概述

　　芳烃装置于2005年10月投产，已运行多年。在运行过程中发现蒸汽凝液调节阀气蚀严重，先后出现了内漏和外漏现象，在调节阀下线检修期间，工艺操作人员需不断的调整副线阀开度，控制换热器温度，导致产品质量波动现象发生。此装置蒸汽凝液调节阀8台（蒸汽凝水从2.3Mpa减到0.7Mpa），在2008年发现存在问题的调节阀5台，占总量的62.5％。其中外漏的两台更换了白钢阀体，剩余内漏的3台带病运行，给正常生产带来隐患，缩短了调节阀使用寿命。利用2009年停车大检修期间，采用提高材质及多级降压等方法，更换了全部蒸汽凝液调节阀，现运行正常，没发生内漏和外漏现象，提高了产品质量，有效保证了安全平稳生产。

　　2 气蚀的产生原因

　　现装置65%负荷情况下（设计能力是120％），8台调节阀的阀位基本在全行程的50%以下进行调节，有的甚至在5%~20%之间，致使调节控制过程中冷凝水由液态变为气态，产生了闪蒸和气蚀现象。

　　2.1气蚀产生原因

　　① 闪蒸与气蚀

　　如果调节阀上的前后压差（P1-P2）大于了介质的最大饱和压差（△Pmax），那么就会产生闪蒸，由此再产生气蚀，并对阀内件及相邻近的管道结构造成破坏。

　　介质通过截面最小的节流口时流速是最大的，流速（或动能）的增加伴随着压力（或势能）的大大降低，当压力低于介质饱和蒸汽压时，气泡就会在介质中形成，随着节流口处压力的进一步下降，气泡会大量地形成，在此阶段闪蒸和气蚀之间没有本质的差别，但是对阀门的结构产生了一定的破坏力，其特点是受冲刷表面有平滑抛光的外形，冲刷最严重的地方是一般是在流速最高处，通常位于阀芯和阀座的接触线上或附近（图1）。

图1闪蒸、汽蚀产生过程

　　②闪蒸与冲蚀

　　如果介质通过节流口后，压力仍低于介质饱和蒸汽压力，气泡将保留在节流口后的流束中，我们称之为闪蒸。闪蒸对阀门的阀芯会产生严重的冲刷破坏，其特点是受冲刷的表面有平滑抛光的外形，冲刷破坏最严重的地方一般是流速最高的地方，通常位于阀芯和阀座的接触线上或附近。尤其是在小开度，节流间隙小，流速高的环境下，冲蚀破坏也最严重。因此，调节阀应尽量避免小开度工作。再好的调节阀，若长期处于小开度工作，其寿命将成倍减小。

　　③气蚀

　　气蚀是材料在液体的压力和温度达到临界值时产生破坏的一种形式，是一种水力流动现象，这种现象既能引起调节阀流通能力kV减小，又能产生噪音、振动及对设备的损害，进而严重影响调节阀的使用性能和寿命。也就是介质流经节流口后介质压力恢复到介质饱和蒸汽压力以上时，气泡会破裂或向内爆炸，从而产生气蚀。

　　气蚀包括闪蒸和空化两个阶段。闪蒸阶段，当液体压力低于液体蒸汽压时，在液体中形成蒸汽泡，由液体携带气泡的边缘层向下游移动。闪蒸是一种系统现象，调节阀不能避免闪蒸的产生，闪蒸产生侵蚀破坏作用，在零件表面形成光滑的磨痕，通过表面硬化处理就可以解决。空化阶段，如果出口压力大于液体蒸汽压力，气泡就会破裂或爆破，同时产生巨大的压力冲击波，并通过液体向外传播，集中撞击管道壁和阀内零件，冲击到相近的金属表面上。气泡破裂对金属表面的冲击类似于微流喷射，它能以104MPa的压力，振动和碰撞管壁。在液体内，当气泡远离金属表面破裂时，产生球形压力波，此时，碰撞压力约为103MPa，且微流喷射的影响未达到金属固体壁。如果气泡接近金属表面破裂，微流喷射将直接冲击金属表面。

　　由于，蒸汽气泡破裂释放出能量，并产生一种类似于砂石流过阀门的噪音。如果气泡在接近阀门内的固体表面破裂，释放出的能量会慢慢撕裂材料，留下蜂窝状的小孔。气蚀的破坏作用可能会延伸到邻近的下游管道，导致了外漏现象的发生。虽然调节阀的阀芯与阀座在出厂时已做表面硬化处理，但对于气蚀现象起不到任何防护作用（图2）。

图2汽蚀对金属表面的影响

　　④闪蒸与气蚀、冲蚀之间的关系

　　调节阀在小开度工作时，节流口流速更快，压力更低，介质中气泡含量更多，因此，此时闪蒸破坏更严重，冲刷破坏是主要矛盾。在大开度工作时，主要矛盾是系统压力恢复到饱和压力以上时造成的气蚀破坏。所以，在使用调节阀时应尽量避免小开度工作，否则，阀很快会因气蚀、冲蚀作用而破坏。

　　3 气蚀对安全生产的影响

　　①不能平稳生产。

　　由于调节阀在小开度下工作，气蚀的破坏起主要作用，调节阀很快会出现内漏和外漏现象，不仅增加泄漏点而且也给装置的正常生产带来不稳定因素。

　　②影响产品质量。

　　调节阀出现气蚀现象时，需下线检修，此时外操人员需在现场手动操作原阀的蒸汽加热量，不但造成蒸汽的浪费同时换热器温度也控制不稳定，给产品质量带来影响。

　　③产生噪音和震动

　　当蒸汽凝水流经调节阀时，会在阀芯和阀座之间产生噪音和震动，造成管线晃动，严重的造成焊口断裂，致使蒸汽凝水喷出伤人，给人身、设备安全带来极大隐患。

　　4 保证安全生产的措施

　　4.1 阀体选用不锈钢材质，杜绝外漏发生。

　　气蚀破坏与金属的机械性能和抗腐蚀能力有关，因为抗气蚀破坏主要是材料抵抗气泡破裂时形成重叠凹坑的能力，它随材料吸收能量的能力而改变。抗气蚀破坏较好的材料应具备坚实和均匀的细晶粒结构、变形能力大、抗拉强度和硬度高、加工硬化性好、疲劳极限和抗腐蚀疲劳极限强度高。韧性材料抗气蚀能力要高于脆性材料，因此，气蚀调节阀的阀体选用不锈钢，提高了抗气蚀能力，杜绝了外漏现象的发生，有效保证了安全生产。

　　4.2多级压降分布，减低气蚀的危害。

　　采用多级压降和增加流体出口面积，可以有效地控制流体速度。控制流体速度(相当于控制阀内的压力)是避免气蚀的有效手段，其目的是使阀内压力高于流体最低压力蒸汽压，避免蒸汽气泡破裂，较好的避免了阀内的气蚀，阀内的压降可以分成几段来实现。当调节阀上的压降产生在多级阀瓣上时，总压降被划分成几个较小的连续压降，在下一个节流级之前，流体压力被允许恢复到中间压力，一直到最后的压降，使气蚀消除在一个较大的延伸区内，避免了气蚀现象的发生。

　　4.3调节阀选型是解决气蚀的主要因素。

　　调节阀的选型将影响其对气蚀的敏感性。调节阀一般有两种形式，即低复原阀门(如截止阀等)和高复原阀门(如球阀和蝶阀等)。这两种形式的阀门在进口压力和压降相同的情况下，流体通过收缩截面时，高复原阀门的阀后出口压力恢复远大于低复原阀门。对截止阀而言，其通道的几何形状和湍流存在，会产生很大的流体阻力，因此，在阀后出口压力不会恢复很多。而对球阀而言，其进口流体阻力不大，在阀后出口压力恢复很多，如图3所示。

图3高低压力恢复阀门的压力比较

　　调节阀在安装使用之前，做好选型工作，可以最大限度避免气蚀现象的发生，延长调节阀的使用寿命，使调节阀在自动状态下进行远程操作控制，节约蒸汽用量，提高产品质量，有效保证人身、设备安全，为安全生产提供有力保障。

　　5 结束语

　　芳烃装置蒸汽凝水调节阀产生的气蚀现象，缩短了设备的使用寿命，耗费了大量的人力和物力，通过合理的选择阀体材质、阀门结构、阀开度大小，有效地控制气蚀所带来的破坏，确保了设备安全、稳定、长周期、经济运行。