如何避免發生控制閥閃蒸？(圖文)

如何避免發生控制閥閃蒸？

什么是控制閥閃蒸？

當工藝流體流經控制閥 時，介質流體的速度會增加，閃蒸可通過連續性方程（ ρ 1 A 1 V 1 =ρ 2 A 2 V 2 ）進行預測，連續性方程指出：“對于任何流速，流體密度、流通面積和流速的乘積都保持不變”。

當流體通過控制閥收縮通道的速度增加時，流體分子的動能就會增加。勢能則以流體壓力的形式相應減少。流體壓力在閥門內的流動過程中會發生變化，從而使流體壓力在控制閥的收縮通道內降低，在閥體收縮后，流體在更寬的區域恢復流動。

當液體被閥門節流時，液體的絕對壓力總是低于蒸汽壓力，此時液體開始沸騰。這種現象被稱為閃蒸。調節閥閃蒸是一種意外情況。

當液體迅速膨脹為蒸汽時，流經閥門的流量會因液體在最大收縮處沸騰而窒息。閃蒸對控制閥的閥內件有害。當液體開始沸騰時，高速形成的微小液滴會腐蝕閥芯和閥座表面，從而破壞金屬。

閥門中的閃蒸效應聽起來像是沙粒流經閥門，壓力恢復系數是預測閥門閃蒸的一個重要參數。

壓力恢復因數是通過比較入口到出口的總壓降與入口到最低壓力的壓降而計算得出的。壓力恢復因數的數學計算方法是上游與下游壓力差的平方根與上游與收縮靜脈壓力差的比值。

其中：

F L = 壓力恢復因數。

P 1 = 上游壓力

P 2 = 下游壓力

P vc = 收縮靜脈壓力

以下條件定義了不同控制閥在相同壓降下的各種壓力恢復系數。

見上圖中：

1、 控制閥1表示在壓力恢復因數最低時，收縮靜脈的流體壓力向下游增加。 此處的收縮腔壓力過低，因此該閥在液體工況下會發生閃蒸。

2、 控制閥3最適合避免閥門閃蒸 ，因為它的壓力恢復次數最少，高壓恢復系數接近于 1。

● 蝶閥、球閥和直通控制閥的壓力恢復系數最大。

● 與市場上其他類型的閥門相比，這些閥門中流體的流動路徑更為復雜。

● 在湍流運動中，流動的流體有機會消耗能量，從而導致更高的壓降。

現在我們來看看哪種閥門的壓力恢復系數最小，哪種閥門最容易發生閃蒸。現在讓我們比較一下蝶閥和直通控制閥。

● 直通控制閥最適合在整個流量中平均分配壓力損失。 但蝶閥的壓力降僅在閥瓣和閥體之間的收縮處，這是一條提供最小限制的直線路徑。

● 對于任何壓力損失， 蝶閥都比直通控制閥具有更高的壓力恢復能力和更低的壓力恢復系數。

● 蝶閥比直通控制閥更容易發生閃蒸。

造成控制閥閃蒸的問題有哪些？

造成閃蒸的兩個主要問題是：

1、腐蝕

在閃蒸過程中，出口流為液體和蒸汽。當閃蒸加劇時，蒸汽液滴會攜帶液體。流動的液體在撞擊閥體內部時就像固體顆粒一樣。通過增大閥門開度，可將閥門出口處的流體速度降至最低，從而減少對閥體的損壞。 角閥適用于發生在閥門下游的閃蒸。 一個眾所周知的事實是，含有水或液滴的濕蒸汽高速流經閥門，是造成閥門沖蝕的原因。

2、減少容量

在閃蒸情況下，所需的空間會增加，因流體介質會汽化。由于面積減小，閥門控制最大流量的能力受到限制。當流量能力受到限制時，就會出現 “窒流 ”現象。

窒息流：是指當下游壓力降低時，通過閥門的流量保持恒定或固定。

氣蝕和閃蒸是控制閥用于液體應用時，在特定流量條件下可能出現的常見現象。當流體通過閥門的流速較高時，流體中的壓力下降，此時流體開始產生氣泡或閃蒸。

為了說明閃蒸的概念，可以參考下圖，為氣蝕和閃蒸過程中流體壓力和流速的變化。

氣蝕和閃蒸條件下控制閥壓力和速度變化的簡化模型

當控制閥下游壓力降至蒸汽壓力以下時，下游側的部分液體被汽化并保持蒸汽狀態。控制閥下游側的流體為部分液體和蒸汽。隨后流經閥門的流體被阻塞。當下游壓力降低時，流速不會增加。

閃蒸會造成一些機械問題，如侵蝕和振動。 與液體相比，蒸汽體積較大，因此流速較高。必須使用耐腐蝕性更強的材料，因為較高的流體速度會造成侵蝕，并有可能在閥門中產生閃蒸。

如何最大限度地減少控制閥中的閃蒸損壞？

最大限度地減少控制閥中的閃蒸損壞，一般使用硬質合金堆焊或鎢來實現。使用耐腐蝕的閥體材料，通過增大閥門開度來降低流速，使用角型控制閥或旋塞閥。

閃蒸和氣蝕有什么影響？

如果閥門維護不當，閃蒸和氣蝕都會對控制閥和工藝流程造成有害影響。

調節閥中的閃蒸和氣蝕有什么區別？

氣蝕和閃蒸條件下控制閥壓力和速度變化的簡化模型在上圖中已有展示，其他具體影響如下：

閃蒸：

1、流量減少，壓力降低。

2、液體必須加速以保持連續性，因為液體流經的區域減少，以保持恒定的容積流量。

3、閃蒸也會對閥瓣表面造成有害損害，表現為閥栓的侵蝕。

氣蝕：

1、造成閥門磨損。

2、噪音和振動損壞周圍設備

3、蒸汽氣泡潰散時會損壞閥門表面。

4、在系統中產生高壓沖擊波。

5、導致微射流以更高的速度撞擊閥門表面，造成點蝕。

如何預測閥門中閃蒸和氣蝕的發生？

每個工業流程的設計和構造都必須盡量減少或消除可預測區域內的閃蒸和氣蝕。但是，這些情況會出乎意料地發生。希望能發現侵蝕和點蝕的跡象，確定閃蒸和氣蝕影響的唯一方法就是聽聲音，閃光聽起來像嘶嘶聲，空化聽起來像爆裂聲，請注意，與霧化器相比，這兩種聲音都可能相當響亮。

如何防止閃蒸和氣蝕？

保護閥門和工藝設備是防止閃蒸和氣蝕損壞的最重要任務。可使用防氣蝕蝶閥、防氣蝕調節閥、流體動力噪音控制閥、溫度控制器、直通控制閥，這3 個系統級控制裝置和 2 個控制閥級控制裝置均可。

系統級控制

將控制閥安裝在高壓區域，以提高流體壓力和蒸汽壓力。在下游使用孔板或第二個閥門來限制流量并增加背壓。這樣可以增加流體壓力并降低流體速度。在氣流中建立非冷凝氣體管道，以防止氣泡潰散造成點蝕和侵蝕。

控制閥液位控制

選擇可將氣蝕損害降至最低的閥門材料。使用防氣蝕內件設計。這些內件設計可通過各種方式處理氣蝕，例如壓降分期、將氣流分為多路以及將氣流重新導向遠離表面的方向。