浅析耐空化耐侵蚀高压调节阀的选用

发布时间:2010-09-04  点击数:2821
    目前,我国在控制高差压、高静压流体的场合里,通常是采用常规的单座高压角型调节阀,流向是底进侧出(即流开式)者居多。近几年,国内一些工厂相继引进了一些不同类型的调节阀。下面拟介绍几种调节阀的使用情况。 1、单座角型阀
    (1)国产的:ZMAS-220/320型,用作铜洗塔氨冷器、氨分离器的液位调节阀。△P=125~275kgf/cm2,t=-5~35℃,工作介质为铜氨液/氨液,Dg=15~25mm,dg=6~16mm,阀芯、阀座材料为2Cr13,表面渗铬。使用1~3个月便损坏,其损坏前后情况对比见图1。

      图 1
     (2)引进的:
    ①UHDE(西德),用作尿素合成塔的压力调节阀。△P=200kgf/cm2,t=185℃,工作介质为尿素溶液Kv=11,Dg=32mm,dg=20mm,阀芯、阀座材料为Nr1.4435。使用约3个月损坏,其损坏前后情况对比见图2。
 图 2
     ②UHDE(西德),用作尿素汽提塔的液位调节阀。△P=138kgf/cm2,t=170℃,工作介质为尿素溶液,Kv=24,Dg=4",dg=32mm,流量特性为线性,阀芯、阀座材料为HVD1合金,经过两年大负荷运行后才发现损坏,其损坏前后情况对比见图3。
图 3
2、套筒式调节阀
     PIGNONESUD(意大利),系高压蒸汽阀。△P=63~79kgf/cm2,t=510℃,工作介质为高压蒸汽(P1=101~117kgf/cm2),Cv=210,Dg=8",dg=6",流量特性为线性,双套筒式,材料为17-4PH。使用4个月后发现严重损坏,其损坏前后情况对比见图4。
图 4
     3、多级速度头损失式阀
     (1)MOTOYAMA(日本本山),用作尿素合成塔的压力调节阀,△P=203kgf/cm2,t=185℃,工作介质为尿素溶液,Dg=3",MPP型,阀芯、阀座材料为SUS316L,表面堆焊史太莱(Stellite)合金,使用约半年发现损坏,其损坏前后情况对比见图5。
图 5
     (2)新泻—MASONEILAN(日、美),79000型调节阀如图6所示。其工作条件同上,Cv=15,Dg=2",阀芯、阀座材料为SUS316L,表面经硬化处理,使用时间已超过了一年,尚未发现损坏。
图6
     对于上述调节阀的损坏现象,普遍认为是由于在高静压、高差压的场合下使用的调节阀,常常在流体流经阀芯与阀座间的节流段时,会连续地产生闪蒸和空化现象所致。其中闪蒸对阀并无损坏作用,但对调节阀流通能力C值的计算则有影响。在实际应用时,一般而论按非闪蒸计算得到的C值加上25%后所选得的阀径再放大一级;或按C选=2C来选定阀径。而空化现象则是引起调节阀损坏的最重要原因之一。与此同时,闪蒸和空化均会产生有损人体健康的噪音。如果工作介质对阀芯、阀座有侵蚀作用(主要是化学和电化学作用),将加速阀门的损坏,使其失去调节的功能。
    近几年来,对流体、流经调节阀的闪蒸空化现象及其噪音估计和介质的侵蚀作用,国内外均有不少文献详细地阐述,在此就不赘述了。
     综上所述,笔者认为合理选用材料、正确地选择调节阀和安装维护,是延长调节阀使用寿命,以确保调节系统连续正常运行的几项重要工作。
    一、 选用合适的材料
     一般为防止侵蚀作用,多按工作条件选用相应牌号的不锈钢制造阀芯、阀座。如果考虑有空化现象产生的场合,则还得从材料的屈服点、抗拉强度的疲劳极限、硬度、韧性、合金成分和分布状态、晶粒粗细和结晶状态及杂质等因素来选择。硬度是表征金属材料耐空化性能的重要指标之一,硬度愈高,愈耐空化。因此,国内外已普遍采用高硬度合金材料制造耐侵蚀、耐空化的阀芯组件,如硬质合金、A4合金钢(含氮不锈钢)、含铌不锈钢和纯锆低合金等。
     18-8、2Cr13是制造阀芯、阀座的常用不锈钢,而Mo2Ti和A4合金钢则是用于有强腐蚀性介质(如尿液)场合的特殊材料。国内常用渗铬或堆焊硬质合金的办法,对阀芯、阀座表面进行硬化处理,其中钨铬钴合金(即Stellite合金)是目前普遍采用的抗空化作用最好材料之一,A4合金钢也是耐侵蚀和耐空化的一种较理想材料。有的文献介绍,碳化钨合金较钨铬钴合金更耐用,其缺点是性脆难加工。表1是几种材料耐空化性能的比较。
          牌号              抗空化性能
     钨铬钴合金                 优
     硬质合金                    优
     A4合金钢                   优
     ANSI440C                优
     17-4或17-7PH          良
     ANSI316或316L         良
     铬-铅钢                      可
     铸铁                          可
      碳钢                          劣
   二、正确地选择调节阀的型式
     正确地选择调节阀的型式,是避免或减少空化破坏的有效措施之一。实践证明,流体流经调节阀的流动状态,特别是在高差压时的压力分布,对空化的产生有很大的影响。其差压可由下式来确定:
     △Pmax=Cf2(P1—Ff•Pv)      式中      △Pmax  — 允许最大差压,kgf/cm2
     Cf         — 临界流量系数,又叫阀的压力恢复系数;
     P1         —调节阀前压力,kgf/cm²(绝);
     Ft         — 临界压力比,又叫闪蒸系数;
     Pv         —工作状态下液体对应于入口温度的饱和蒸汽压力,kgf/cm²。
     在实际应用时,可用起始空化作用系数Kc代替Cf2,则得:
     △P起始空化=Kc(P1-Pv
     式中:
     △P起始空化 — 流体在阀内开始发生空化作用时的差压,kgf/cm2
      K   —起始空化作用系数,又叫空化系数,它因介质种类、阀芯与阀座的形状结构和流向的不同而不同,一般取Kc=0.17~0.80。
     当阀的△P<△P起始空化时,流体为亚临界状态;当在△P起始空化<△P≤△Pc(临界差压)时,流体为发生空化作用的初始状态;当△P>Pv时,流体处于全空化的临界状态。这可从图7得到说明。

    由此可见,选用Cf值或Kc值较大的调节阀,使其△P<△Pmax或△P<△P起始空化,从而使调节阀始终在亚临界区内工作,就可有效地避免空化作用的发生。
    如果不能避免出现△P>△PC时,过去是串接两个或两个以上的阀,以减少每个阀门所承受的差压,使每个阀门的△P<△PC,以防止空化现象的产生。但这样不仅给安装、维护带来不少麻烦,而且可能反而降低调节品质,现在则可以选用下列能避免或减少噪音和空化的调节阀。