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石油化工苛刻工况下的控制阀选用
石油化工苛刻工况下的调节阀选用
摘要:苛刻工况是指生产过程的操作条件为高温、高压,且易燃易爆。石化化工装置长周期运行在这种高
温、高压差以及多相流等操作条件下,极易产生大能量冲击、振动、腐蚀、磨蚀和空化气蚀以及高
噪声。普通的调节阀常常无法承受苛刻工况而导致阀内件或阀体损坏。为使调节阀能够在石油化工
苛刻工况下长周期安全可靠运行,必须应用优化设计的调节阀以及和选用降压减噪新技术,以及开
展预防性维护和预测性维护、提高调节阀使用效果及生命周期。
关键词:苛刻工况;高温高压;空化气蚀;噪声;调节阀选用
1 引言
在石油化工自动化中,控制回路的终端元件主要是调节阀等执行装置。调节阀安装在流程管道上,直
接与工艺流体接触并进行流体量控制,决定着过程控制是否及时有效和装置安全,是重要的现场设备,又
是相对技术薄弱的环节。
苛刻工况是指生产过程的操作条件为高温、高压,且易燃易爆。石化化工装置长周期运行在这种高温、
高压差以及多相流等操作条件下,极易产生大能量冲击、振动、腐蚀、磨蚀和空化气蚀以及高噪声。普通
的调节阀常常无法承受苛刻工况而导致阀内件或阀体损坏。为使调节阀能够在石油化工苛刻工况下长周期
安全可靠运行,必须应用优化设计的调节阀以及和选用降压减噪新技术,以及开展预防性维护和预测性维
护、提高调节阀使用效果及生命周期。
石油化工生产过程的工艺条件是选择调节阀的主要考虑问题,如何应对高温、高压、易燃易爆、腐蚀、
磨蚀、空化气蚀的苛刻工况,应综合调节阀的结构、性能、材料、特殊设计等方面,以适用工况为出发点、
整体进行优化,再结合国际上成熟的计算软件进行计算选型、预估分析以及成功的应用经验进行调节阀的
选用。
2 液体流体高压差应用时防空化气蚀
调节阀本身是管路截流元件,通过改变流通截面积及流体阻力来进行调节流体量。在液体流体高压差
工况应用时,调节阀内部流动的液体介质由于截流原因导致急剧降压,则容易引起液体闪蒸和空化现象。
闪蒸和空化的发生既影响调节阀口径的选择和计算,更是能导致严重的噪声、振动及气蚀对材料的破坏等
等,直接影响使用。
当高压液体流体通过调节阀阀芯阀座形成的截流区时,流速会突然增加而静压力骤然下降,若截流区
的压力骤然降到介质饱和蒸汽压及以下时,液体流体将产生闪蒸现象,夹有大量气泡,体积急剧膨胀,同
时对阀内件有很强的侵蚀作用。若截流后的液体压力又回复到饱和蒸汽压之上时,在压力作用下挤压气泡
产生空化现象,空化形成的气蚀有极大的冲击力,可高达几千牛顿,严重地冲撞和破坏阀芯阀座和阀体,
有如猛烈喷沙的效果,实验证明即使高硬度合金在强烈空化气蚀下也只能承受很短时间。
对于上述工况,调节阀的选用主要考虑阀前后压差(流体流速)、阀体阀内件材料和结构(角型阀、多
级阀),以及采取有效的特殊设计和防空化措施。
a.考虑调节阀前后压差
设计选用时不能使调节阀前后压差过大,不要使阀芯阀座最小截流区的压力下降到流体的饱和蒸汽压
以下,选择阀前后压差∆pmax 小于 2.5MPa 和控制合理流速。可通过改变调节阀口径或增加管道流通面积,
来减小调节阀出口流速。
b.考虑调节阀材料
要选用抗蚀能力强的金属材料,如在不锈钢阀芯阀座基体上再用硬质合金(钴铬钨合金或碳化钨)对
密封面进行硬化处理(堆焊或高温喷涂)。部分材料选择参见表 1。
表 1 材料的选择
阀部件名称 材 料 温度℃
阀体、阀盖 WCB -29~425
WC6 、WC9 -29~595
CF8、CF8M、CF3M -254~600
阀芯、阀座 440B 、A182-F11 -29~595
304、316 堆焊司太莱合金
套筒 304 、316、440B 、630 -254~600
c.考虑阀门结构
选用特殊设计防空化气蚀阀内件,以避免气蚀的破坏作用。使流体在通过阀芯阀座时每一点的压力都
高于该温度下的饱和蒸汽压,或采用迷宫阀内件、多级套筒、多级阀芯等多级降压减噪处理措施。还可选
择在阀芯阀座流出处加减噪器的方法,使液体本身相互冲撞呈高度紊流而减少气泡(闪蒸现象)的产生。
图 1 为迷宫阀内件,采用曲折路径方法,使流动介质通过一个含有曲折路径的阀内件旨在减小压力恢
复。曲折路径可以有小孔、放射状
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