在自動調節系統的設計中,進口調節閥的選擇是一個十分重要的問題。由于調節閥選用不當而使整個自動調節系統失去自動調節功能的例子是屢見不鮮的。 調節閥的口徑是根據工藝要求的流通能力C來確定的。在工程計算中,為了合理選取調節閥的尺寸,就應正確計算流通能力,否則將會使調節閥的尺寸選得過大或過小。如選得過大,將使閥門經常工作在小開度位置,造成調宵質量不好和經濟效果較差,如選得過小,即使處于全開位置也不能適應負荷的需要,使調節系統失調。因此必須掌握調節閥用于各種流體時的流通能力的計算公式。
調節閥在穩定生產、優化控制、維護及檢修成本控制等方面都起著舉足輕重的作用。因此,如何選擇和應用好調節閥,使調節閥在一個高水平狀態下運行是一個關鍵的問題。以下主要對調節閥的閃蒸、氣蝕、防止堵塞、噪音等問題做分析探討。1調節閥的閃蒸和氣蝕氣蝕是一種水力流動現象,氣蝕的直接原因是管道流體因阻力的突變產生了閃蒸及空化。當流體流經調節閥節流口時,流速突然急劇增加,根據流體能量守恒定律,流速增加靜壓力便驟然下降,出口壓力達到或者低于該流體所在情況下的飽和蒸汽壓時,部分液體就汽化為氣體,形成蒸汽與氣體混合的小汽泡,氣液兩相共存的現象,此既為閃蒸的形成。如果下游壓力恢復到高于液體的飽和蒸汽壓力,汽泡在高壓的作用下,迅速凝結而破裂,汽泡破裂的瞬間形成一個沖擊力,此沖擊力沖撞在閥芯、閥座和閥體上,使其表面產生塑性變形,形成一個個粗糙的蜂窩渣孔,此種現象即是空化,這便是氣蝕形成的過程。因此氣蝕現象將導致嚴重的噪音、振動、材質的破壞等。1.1選型(1)選用壓力恢復系數小的閥門在工藝條件允許的情況下盡量選用壓力恢復系數小的閥門,如球閥、蝶閥等。如果工藝條件必須使調節閥的壓差△P>△PT(產生空化的臨界壓差),可以將兩個調節閥串聯起來使用,這樣每個調節閥的壓差△P都小于△PT,空化便不會產生。如果閥的壓差△P小于2.5Mpa,一般不會產生氣蝕,即使有氣蝕的產生也不會對材料造成嚴重的損壞。(2)選用角形調節閥由于角形閥中的介質直接流向閥體內部下游管道的中心,而不是直接沖擊體壁,所以可大大減少沖擊閥體體壁的飽和氣泡數量,從而減弱了閃蒸破壞力。1.2材料的抗氣蝕性能從氣蝕的直接結果看,造成損傷是因為材料硬度不足以抵抗氣泡破裂而釋放的沖擊力,所以從這個角度我們可以考慮采用高硬度材料,一般常用的方法是在不銹鋼基體上進行堆焊或噴焊司太萊合金,在流體氣蝕沖刷處形成硬化表面。當硬化表面出現損傷后,可以進行二次堆焊或噴焊,這樣便能增加設備的使用壽命,同時也減少了企業的維修費用。1.3調節閥結構既然空化是因為壓力的突變所引起,而系統要求的壓降又不能降低,可以采用將一次大的壓力突變分解為若干次的多級閥芯結構(如圖1),這種結構的閥芯可以把總壓差分成幾個小壓差,逐級降壓,使每一級都不超過臨界壓差。或設計成特殊結構的閥芯、閥座,如迷宮式閥芯、疊片式閥芯等,都可以使高速流體在通過閥芯、閥座時每一點的壓力都高于在該溫度下的飽和蒸氣壓,或使液體本身相互沖撞,在通道間導致高度紊流,使液體的動能由于相互摩擦而變為熱能,可減少氣泡的形成。1.4氣蝕系數不同結構形式的閥門有其不同的氣蝕系數,計算公式如下:δ=H1+H2△P+V2g≈H1+10△P式中:H1—閥后(出口)壓力mH2—大氣壓與其溫度相對應的飽和蒸氣壓力之差mΔP—閥門前后的壓差m各種閥門由于構造不同,因此允許的氣蝕系數δ也不同,如計算的氣蝕系數大于容許氣蝕系數,則說明可用,不會發生氣蝕。如蝶閥容許氣蝕系數為2.5,則:圖1多級降壓閥芯結構當δ>2.5,則不會發生氣蝕。當2.5>δ>1.5時,會發生輕微氣蝕。當δ<1.5時,產生振動。當δ<0.5的情況繼續使用時,則會損傷閥門和下游配管,閥門的基本特性曲線和操作特性曲線,對閥門在什么時候發生氣蝕是看不出來的,更指不出來在那個點上達到操作極限。通過上述計算則一目了然。從上述計算中,不難看出產生氣蝕和閥后壓強H1有極大關系,加大H1顯然會使情況改變,改善方法:a.把閥門安裝在管道較低點。b.在閥門后管道上裝孔板增加阻力。c.閥門出口開放,直接蓄水池,使氣泡炸裂的空間增大,氣蝕減小2調節閥的堵塞在泥漿、紙漿、礦漿、燒堿等場合應用時,閥門堵塞是常見的故障之一。除介質不干凈造成堵卡外,管道內的焊渣,鐵屑等也會造成閥門堵卡,因此,在這些工況下的調節閥選型必須考慮到不同閥型的防堵功能。大體要考慮以下幾個方面:(1)流路越光滑,越平穩過渡越好;(2)根據計算,必要時應縮小閥座直徑,以提高節流速度來提高“自潔”性能;(3)足夠剛度和推力(力矩)的執行機構;(4)角行程類的閥遠遠好于直行程類的閥。角行程的閥克服了直行程閥流路復雜和上下導向易堵卡的問題,介質流經角行程類的閥,似乎是直接流進流出,最典型的就為“O”型球閥,就象直管道一樣,其防堵性能,(見圖2);其次就是全功能超輕型閥、蝶閥等。圖2 O形球閥流路示意圖3調節閥的噪音調節閥上的噪音是石油化工生產中的主要污染源。防止調節閥噪音應從三方面入手。3.1振動產生的噪音振動產生的噪音一般來源于閥芯的振動。如當閥芯在套筒內水平運動時,可以使閥芯與套筒的間隙盡量小或者使用硬質表面的套筒。如閥芯或者其它的組件,它們都有一個固有振動頻率,對此,可以通過專門的鑄造或鍛造處理來改變閥芯的特性,如有必要也可以更換其他類型的閥芯。如由于閥芯振蕩性位移引起流體的壓力波動而產生的噪音,這種情況一般是由于調節回路執行器等的阻尼因素引起的,對此可以重新調節阻尼系數或者在閥芯位移方向上加上減振設施。3.2因高速氣流而產生的氣體動力學噪音目前避免氣體動力學噪音有3種方法。首先,要消除噪音源,,限制通過調節閥的流體速度;其次,采用特殊結構的閥體,使流體通過閥芯閥座的曲折流路逐漸減速;第3,應采用多孔限流板,它吸收調節閥后的部分壓降,從而降低通過調節閥的流速,從而達到降噪的目的。3.3防止液體動力學噪音氣蝕發生的同時還出現噪音和(下轉第117頁)(上接第124頁)振動,這種噪音,也叫液體動力學噪音,如何避免氣蝕現象的發生在前面已有闡述。總之,調節閥的選擇要因地制宜,要在實踐的過程中不斷總結和創新,使被調參數得到較好地控制效果,也使調節閥的使用壽命大大增長。調節閥選型問題分析
