调节阀主要阀型浅析之—高压调节阀

    通常高压调节阀是指刚PN≥16MPa的调节阀，该调节阀使用中主要存在的问题不是压力大，而是压差特别大时，便对阀芯、阀座产生严重的汽蚀和冲蚀，导致整阀的寿命极短，一般的阀仅能用上1～2个月。为了解决高压调节阀的寿命短的问题，国内外的厂家均作了很多工作，分别在材质和结构上作了大量探索，形成了形形色色的产品。从结构上划分，主要分为多级式高压调节阀、迷宫式高压调节阀、单座套筒负荷式高压调节阀等。阀体结构型式有直通式、笼式（套筒式）、角型式，但归根结底，目的都只一个：提高高压调节阀的使用寿命。这里，笔者不去一一介绍这些产品，现仅从提高可靠性和使用寿命上，介绍一种结构最简单、安装方便、尺寸小且寿命长的一种产品，从而达到解决高压调节阀寿命短的这一根本目的。
1、高压调节阀寿命短的原因
    高压调节阀的使用寿命短是众所周知的，概括起来，引起高压调节阀寿命短的主要原因有两个。
    （1）冲蚀
    在节流口介质高速流动，具有强大动能，它可以很快将阀芯、阀座表面冲出流线形的细槽，这就是所谓的冲蚀。尤其在小开度工作，节流间隙小，节流速度达到最大值，冲刷破坏也相应达到最大值，巨大的冲刷将使阀的寿命成倍下降，这就是高压调节阀为什么要避免小开度工作的原因。
    （2）汽蚀
   在节流口介质的高速流动，其速度能急剧增加，根据能量守恒原理，压力能必将急剧下降，当压力低于饱和蒸汽压（Pv）后，液体就会分裂出气体来，形成气液双相流动，这就是所谓的闪蒸；当介质流经节流口后，节流速度开始逐渐下降，压力开始逐步恢复，当压力恢复到大于饱和蒸气压时，汽泡破裂回到液态，就在破裂的瞬间，产生强大的压力冲击波，使作用的阀芯、阀座表面的材料冲击成蜂窝状的小孔，并引起振动和噪音，这就是所谓的汽蚀。引起闪蒸的压差条件是：△P＝F_L²（P₁－P_V），其中F_L为压力恢复系数，P₁为阀前压力，Pv外为人口温度下饱和蒸汽压。汽蚀的产生过程见4－28图：

 图4-28 汽蚀产生过程
    （3）汽蚀与冲蚀的主次关系
    小开度工作时，冲蚀是主要矛盾；大开度工作时，汽蚀是主要矛盾。所以，用户使用时要尽量避免小开度工作；生产厂家制造的高压调节阀必须有较好的反汽蚀措施，否则，阀很快造成汽蚀破坏，图4-28为汽蚀的产生过程。
2、反汽蚀高压调节阀及反汽蚀措施
    （1）反汽蚀高压调节阀结构
    通过以上措施形成的新型高压调节阀结构见4－29图，该阀的主要特点是多次节流分摊压差：
   ①一次节流――接管缩径（A处，相当于孔板节流，约占总压降的10％）。                            
   ②二次节流――单座节流（主节流、B   处单座调节阀的结构，约占总压降30％）。
   ③三次节流――套筒节流（C处，套筒结构，约占总压降的60％）。
    本高压调节阀结构相当于：孔板＋单座阀＋套筒调节阀
   （2）反汽蚀措施
    ①过去用硬质合金是不可取的，因为太硬反而脆，代之的是硬度和韧性综合性能更好的耐汽蚀、抗冲刷材料；
    ②七十年代，在阀后设置孔板，降低阀上压降，借用此思想，我们在阀内设置阻力，达到较好的效果；
    ③多级高压调节阀是通过多级阀芯分担压差来提高寿命，借用此思想，我们按多级原理进行反汽蚀改进；
    ④挠流会产生局部严重冲蚀，我们用分散节流的办法来克服它；
    ⑤彻底根治了导向衬套偶尔有松落的问题；
    ⑥增大刚度，防止阀杆断裂；
    ⑦大口径、大压差时，选配强力活塞执行机构。

       图4-29
3、正确使用的注意事项    
   （1）防止小开度工作是应用的关键，小开度工作会成倍地缩短寿命，遇此应立即缩小DN或dg；
   （2）对大口径阀，必须仔细计算不平衡力，选好执行机构和工作弹簧范围，防止阀关不到位；
   （3）对口径小、压差又特别大的阀，最好备有节流件，以便需要时及时换上；
   （4）1995年化工部通报某化工厂因阀芯断裂造成的事故，阀为流闭型（侧出底出），阀芯头自动关闭，压力高，导致其它设备爆炸，造成了严重死亡事故。因此，从完全第一的角度考虑，还是选用流开型（底进侧出）好。
4、使用效果
    该结构于1992年获得国家专利，通过这七八年的使用，证明该结构是非常成功的，其寿命可达2～3年（若阀门计算有误处于小开度工作除外），使高压调节阀寿命短的老大难已成为历史，在国内的合成氨装置的液位调节中、尿素装置中的P₄阀中有数十家使用（如宜化、郴化集团、洞氮、鲁西化肥厂、黑龙江浩良河化肥厂……）。

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