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关于耐侵蚀耐空化高压调节阀的选择

【摘要】目前在控制高静压、高差压流体的场合里,通常是采用常规的单座高压角型调节阀,流向是底进侧出(即流开式)者居多。近几年,国内一些工厂相继引进了一些不同类型的调节阀。下面拟介绍几种调节阀的使用情况。

      1单座角型阀

     1)国产的:ZMAS-220/320型,用作铜洗塔氨冷器、氨分离器的液位调节阀P=125~275kgf/cm2t=-5~35,工作介质为铜氨液/氨液,Dg=15~25mmdg=6~16mm,阀芯、阀座材料为2Cr13,表面渗铬。使用1~3个月便损坏,其损坏前后情况对比见图1

国产单座角型阀损坏前后对比图

1

     2)引进的:

      UHDE(西德),用作尿素合成塔的压力调节阀。P=200kgf/cm2t=185,工作介质为尿素溶液Kv=11Dg=32mmdg=20mm,阀芯、阀座材料为Nr1.4435。使用约3个月损坏,其损坏前后情况对比见图2

进口单座角型阀损坏前后对比图

2

      UHDE(西德),用作尿素汽提塔的液位调节阀。P=138kgf/cm2t=170,工作介质为尿素溶液,Kv=24Dg=4"dg=32mm,流量特性为线性,阀芯、阀座材料为HVD1合金,经过两年大负荷运行后才发现损坏,其损坏前后情况对比见图3

进口单座角型阀损坏前后对比图2

3

      2套筒式阀

      PIGNONESUD(意大利),系高压蒸汽阀。P=63~79kgf/cm2t=510,工作介质为高压蒸汽(P1=101~117kgf/cm2),Cv=210Dg=8"dg=6",流量特性为线性,双套筒式,材料为17-4PH。使用4个月后发现严重损坏,其损坏前后情况对比见图4

套筒调节阀损坏前后对比图

4

     3、多级速度头损失式阀

     1MOTOYAMA(日本本山),用作尿素合成塔的压力调节阀P=203kgf/cm2t=185,工作介质为尿素溶液,Dg=3"MPP型,阀芯、阀座材料为SUS316L,表面堆焊史太莱(Stellite)合金,使用约半年发现损坏,其损坏前后情况对比见图5

多级速度头损失式阀损坏前后对比图

5

     2)新泻—MASONEILAN(日、美),79000型调节阀如图6所示。其工作条件同上,Cv=15Dg=2",阀芯、阀座材料为SUS316L,表面经硬化处理,使用时间已超过了一年,尚未发现损坏。

79000型调节阀图

6

      对于上述调节阀的损坏现象,普遍认为是由于在高静压、高差压的场合下使用的调节阀,常常在流体流经阀芯与阀座间的节流段时,会连续地产生闪蒸和空化现象所致。其中闪蒸对阀并无损坏作用,但对调节阀流通能力C值的计算则有影响。在实际应用时,一般而论按非闪蒸计算得到的C值加上25%后所选得的阀径再放大一级;或按C=2C来选定阀径。而空化现象则是引起调节阀损坏的最重要原因之一。与此同时,闪蒸和空化均会产生有损人体健康的噪音。

     如果工作介质对阀芯、阀座有侵蚀作用(主要是化学和电化学作用),将加速阀门的损坏,使其失去调节的功能。

     近几年来,对流体、流经调节阀的闪蒸空化现象及其噪音估计和介质的侵蚀作用,国内外均有不少文献详细地阐述,在此就不赘述了。

     综上所述,笔者认为合理选用材料、正确地选择调节阀和安装维护,是延长调节阀使用寿命,以确保调节系统连续正常运行的几项重要工作。

     一、 选用合适的材料

     一般为防止侵蚀作用,多按工作条件选用相应牌号的不锈钢制造阀芯、阀座。如果考虑有空化现象产生的场合,则还得从材料的屈服点、抗拉强度的疲劳极限、硬度、韧性、合金成分和分布状态、晶粒粗细和结晶状态及杂质等因素来选择。硬度是表征金属材料耐空化性能的重要指标之一,硬度愈高,愈耐空化。因此,国内外已普遍采用高硬度合金材料制造耐侵蚀、耐空化的阀芯组件,如硬质合金、A4合金钢(含氮不锈钢)、含铌不锈钢和纯锆低合金等。

    18-82Cr13是制造阀芯、阀座的常用不锈钢,而Mo2TiA4合金钢则是用于有强腐蚀性介质(如尿液)场合的特殊材料。国内常用渗铬或堆焊硬质合金的办法,对阀芯、阀座表面进行硬化处理,其中钨铬钴合金(即Stellite合金)是目前普遍采用的抗空化作用最好材料之一,A4合金钢也是耐侵蚀和耐空化的一种较理想材料。有的文献介绍,碳化钨合金较钨铬钴合金更耐用,其缺点是性脆难加工。表1是几种材料耐空化性能的比较。

          牌号              抗空化性能
     
钨铬钴合金                 
     
硬质合金                    
     A4
合金钢                   
     ANSI440C                

     17-4
17-7PH          
     ANSI316
316L        
     
-铅钢                      
     
铸铁                          
      
碳钢                          

     二、正确地选择调节阀的型式

     正确地选择调节阀的型式,是避免或减少空化破坏的有效措施之一。实践证明,流体流经调节阀的流动状态,特别是在高差压时的压力分布,对空化的产生有很大的影响。其差压可由下式来确定:

     Pmax=Cf2P1—Ff•Pv

     式中

     Pmax 允许最大差压,kgf/cm2
     Cf         
临界流量系数,又叫阀的压力恢复系数;
     P1         —
调节阀前压力,kgf/cm2(绝);
     Ft         
临界压力比,又叫闪蒸系数;
     Pv         
工作状态下液体对应于入口温度的饱和蒸汽压力,kgf/cm2

     在实际应用时,可用起始空化作用系数Kc代替Cf2,则得:

     P起始空化=KcP1-Pv

     式中:

     P起始空化流体在阀内开始发生空化作用时的差压,kgf/cm2

      K           —起始空化作用系数,又叫空化系数,它因介质种类、阀芯与阀座的形状结构和流向的不同而不同,一般取Kc=0.17~0.80

     当阀的P<P起始空化,流体为亚临界状态;当在P起始空化<P≤Pc(临界差压)时,流体为发生空化作用的初始状态;当P>Pv时,流体处于全空化的临界状态。这可从图7得到说明。

图7

      由此可见,选用Cf值或Kc值较大的调节阀,使其P<PmaxP<P起始空化,从而使调节阀始终在亚临界区内工作,就可有效地避免空化作用的发生。

        如果不能避免出现P>PC时,过去是串接两个或两个以上的阀,以减少每个阀所承受的差压,使每个阀的P<PC,以防止空化现象的产生。但这样不仅给安装、维护带来不少麻烦,而且可能反而降低调节品质,现在可选用下列能避免或减少空化和噪音的调节阀

 

摘自互联网