
调节阀内发生的气蚀,是指阀内局部压力下降至饱和蒸气压时产生气泡,而在下游压力恢复时气泡溃灭的现象。这些气泡的溃灭持续冲击金属表面,从而引起壊蚀(侵蚀)以及异响、振动。应对的基本原则有三点:不在单级内取过大差压的设计、选定能使气泡溃灭远离阀芯表面的阀内件(Trim)结构,以及采用耐蚀性高的材质。首先,从本管线的入口压力、出口压力和液温来判断发生的可能性,是着手的起点。
本文要点
- 气蚀按”阀内减压产生气泡→下游压力恢复时溃灭”这两个阶段推进,溃灭时的冲击是壊蚀、异响、振动的主要成因。
- 应对措施并非单一的万能之策,而是以差压的分级、阀内件结构的选定、耐蚀材质的组合来加以抑制为基本思路。
- 发生的可能性可根据入口压力、出口压力和液温(饱和蒸气压)以一定的判断标准来评估,在设计阶段进行甄别十分有效。
气蚀发生的机理与辨别方法
在调节阀中,阀芯与阀座之间的间隙使流道收窄时,流速升高,静压随之下降。当该局部压力低于液体的饱和蒸气压时,一部分液体会气化并产生微细气泡。此后,在阀的下游流道扩大、压力恢复时,气泡急剧溃灭,此时产生的高局部压力会反复冲击金属表面。
异响会表现为如砂砾流动般的声音或连续的高频声,有时还伴随振动及管路系统的噪声。它与闪蒸(Flashing,即在下游气泡也不恢复、以气液两相状态继续流动的现象)的推进方式不同,因此结合声音、振动、损伤部位的倾向一并观察,可作为区分的线索。
壊蚀(侵蚀)易集中的部位
气泡易在压力恢复的部位,即阀芯下游侧、阀座附近以及下游管道内壁溃灭,损伤也倾向于集中在这些部位附近。若观察到由分散的细小凹坑聚集而成的海绵状、麻面状壊蚀面,可作为怀疑气蚀的一个判断标准。将损伤部位与流动方向相对照,有助于推断成因。
抑制发生的设计与选型判断标准
发生的可能性可根据入口压力与出口压力之差(差压),以及与液温相对应的饱和蒸气压之间的关系,在一定程度上事先加以判断。一般而言,出口压力越接近饱和蒸气压、差压越大,就越容易发生。对于高温液体,由于饱和蒸气压升高,即使在相同的压力条件下也更易发生,这一点需要注意。
应对的思路大致有三点。第一,不在单级阀内取尽差压,而是通过多级减压或并用节流孔板,将压力下降加以分散,缓解局部压力的骤降。第二,选用如将流动分为多条路径逐级减压的多级阀内件等,使气泡的产生与溃灭远离阀芯表面的结构。第三,在无法避免溃灭的条件下,采用耐蚀性高的硬质材料或司太立(Stellite)系堆焊等,抑制损伤的发展。
运用方面可采取的缓解措施与局限
不仅在新建管线,即使是既有管线,也有可能通过重新审视运行条件来降低负荷。例如,确认是否将出口压力收得过紧(超过必要程度)、研究阀的安装位置(能够确保下游背压的位置)等。不过,这些措施视条件而定,效果有限,在差压条件根本严苛的情况下,仍需通过阀的结构与材质来应对。若持续勉强进行节流运行,损伤会加剧,因此建议尽早梳理条件。
常见问题
Q1. 气蚀与闪蒸有何不同?
A1. 两者都在减压时产生气泡这一点相同,但在下游压力恢复、气泡溃灭的是气蚀,压力不恢复、以气液两相状态继续流动的是闪蒸。损伤的发生方式也不同。
Q2. 只要出现异响就一定是气蚀吗?
A2. 不能说一定。闪蒸、流速过大、共振等其他因素也会产生异响。除声音的性质外,结合压力条件、损伤部位一并确认,可作为判断标准。
Q3. 把材质加硬就能解决吗?
A3. 耐蚀材质是延缓损伤发展的有效手段,但并不能阻止气蚀本身的发生。以其与差压的分散及阀内件结构一并考量为基本思路。
Q4. 从多大的差压开始需要注意?
A4. 无法给出统一的阈值。因出口压力与饱和蒸气压的接近程度、液温、阀的压力恢复特性而异,需按各条件进行试算来判断。一般而言,温度越高、差压越大越需注意。
Q5. 既有阀已在发生壊蚀,首先应做什么?
A5. 记录损伤部位与流动方向、运行时的入口与出口压力、液温,先区分是否为气蚀。在此基础上,再研究通过缓解条件是否足够,还是需要变更结构与材质。
Q6. 计算发生条件需要哪些信息?
A6. 入口压力、出口压力、液温(饱和蒸气压)、流量、液体种类为基本信息。齐备后,便能较易以一定的判断标准来评估发生的可能性及所需对策的方向。
总结
调节阀的气蚀应对,首先要从入口压力、出口压力、液温来评估发生的可能性,在此基础上,再根据条件组合运用差压的分散、使气泡溃灭远离表面的阀内件结构,以及耐蚀材质。上述各项均以”判断标准”为起点,如何落实到本管线的实际条件,将左右其精度。
如果您遇到诸如”出现了异响、振动,但无法判断成因是否为气蚀””入口压力、出口压力已知,但在应对用阀的选型上举棋不定””既有阀壊蚀加剧,希望就相同条件下的更新方法进行咨询”等困扰,敬请在梳理好压力、液温、流量等条件后,善加利用 Yoshitake 的技术咨询与选型咨询。我们将根据运行条件,与您一同研究选定合适结构与材质的阀门。
