石油化工苛刻工况下的控制阀选用.pdfVIP

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