化工調(diào)節(jié)閥閃蒸及空化 化工調(diào)節(jié)閥閃蒸 化工調(diào)節(jié)閥空化 化工調(diào)節(jié)閥 調(diào)節(jié)閥空化 化工閥 之前介紹JIS日標(biāo)不銹鋼截止閥標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在介紹化工調(diào)節(jié)閥閃蒸及空化本文詳細(xì)論述調(diào)節(jié)閥閃蒸、空化及阻塞流的成因及其對(duì)生產(chǎn)所帶來(lái)的影響和危害，分別闡述如何通過(guò)計(jì)算判斷分析調(diào)節(jié)閥是否出現(xiàn)了這3種現(xiàn)象，以及發(fā)生的是其中的哪一種或幾種，并結(jié)合實(shí)例對(duì)其進(jìn)行判斷分析并提出解決方案。給工程設(shè)計(jì)人員的閥門選型提供參考。
關(guān)鍵詞：調(diào)節(jié)閥；閃蒸；空化；阻塞流；選型
1 化工調(diào)節(jié)閥閃蒸及空化什么是調(diào)節(jié)閥的閃蒸、空化及阻塞流
上海申弘閥門有限公司主營(yíng)閥門有：截止閥,電動(dòng)截止閥在調(diào)節(jié)閥內(nèi)流動(dòng)的液體，常常出現(xiàn)閃蒸和空化兩種現(xiàn)象。它們的發(fā)生不但影響口徑 的選擇和計(jì)算，而且將導(dǎo)致嚴(yán)重的噪聲、振動(dòng)、材質(zhì)的破壞等，直接影響調(diào)節(jié)閥的使用壽 命。因此在閥門的計(jì)算和選擇過(guò)程中是不可忽視的問(wèn)題。
當(dāng)壓力為p1的液體流經(jīng)節(jié)流孔時(shí)，流速突然急劇增加，而靜壓力驟然下降，當(dāng)孔后壓力p2達(dá)到或者低于該流體所在情況下的飽和蒸汽壓pv蒸時(shí)，對(duì)閥芯等材質(zhì)已七成為氣體，形成汽液兩相共存的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為閃蒸。產(chǎn)生閃蒸時(shí)，對(duì)閥芯等材質(zhì)已開(kāi)始有侵蝕破壞作用，而且影響液體計(jì)算公式的正確性，使計(jì)算復(fù)雜化。如 果產(chǎn)生閃蒸之后,p2不是保持在飽和蒸汽壓以下，在離開(kāi)節(jié)流孔之后又急驟上升，這時(shí)氣 泡產(chǎn)生破裂并轉(zhuǎn)化為液態(tài)，這個(gè)過(guò)程即為空化作用。所以，空化作用是一種兩階段現(xiàn)象， *階段是液體內(nèi)部形成空腔或氣泡，即閃蒸階段；第二階段是這些氣泡的破裂，即空化 階段。 在調(diào)節(jié)閥內(nèi)流動(dòng)的液體，常常出現(xiàn)閃蒸和空化兩種現(xiàn)象。它們的發(fā)生不但影響口徑的選擇和計(jì)算，而且將導(dǎo)致嚴(yán)重的噪聲、振動(dòng)、材質(zhì)的破壞等，直接影響調(diào)節(jié)閥的使用壽命。因此在閥門的計(jì)算和選擇過(guò)程中是不可忽視的問(wèn)題。
在化工生產(chǎn)工藝流程中的管路和設(shè)備中，有大量的流體流量調(diào)節(jié)閥對(duì)保證設(shè)備的正常運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。它們有多種結(jié)構(gòu)形式，分別適用于不同場(chǎng)合。其主要作用即用于調(diào)節(jié)流量，以保證設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。它們有操作簡(jiǎn)單、方便，易于控制等特點(diǎn)，故受到廣泛的應(yīng)用。但也有消耗能量過(guò)大、閥門元件易損等缺陷，若設(shè)計(jì)使用不當(dāng)，會(huì)給生產(chǎn)帶來(lái)影響。本文主要討論的是對(duì)管路流量調(diào)節(jié)過(guò)大、輸送流體溫度過(guò)高，可能會(huì)產(chǎn)生的汽蝕和閃蒸現(xiàn)象以及其對(duì)調(diào)節(jié)閥的破壞及防止方法。 
1.出現(xiàn)蝕和閃蒸的原因分析
1.1 流體在調(diào)節(jié)閥中的流動(dòng)過(guò)程
液體在調(diào)節(jié)閥的流道中的流動(dòng)過(guò)程是極其復(fù)雜的，根據(jù)連續(xù)性方程：
uAp=常數(shù)
式中u——截面平均流速，m/s；
A—— 流道截面積，m2；
p—流體介質(zhì)的密度，kg/m3。
對(duì)于不可壓縮的流體，p=常數(shù)，因此uA=常數(shù)，亦即流體的流速和通過(guò)該截面的截面積成反比。
同時(shí)，又根據(jù)伯努利方程式[1]：
式中z——位置標(biāo)高，m；
p——靜壓強(qiáng)，Pa；
g—— 重力加速度，kg•m/s2。
忽略管道進(jìn)出口流體的位置標(biāo)高差別，如果通過(guò)截面時(shí)的流速增大，則意味著斷面的壓力將下降，當(dāng)流體的壓力下降到該溫度下的飽和壓力Pv時(shí)，液體將出現(xiàn)汽化，同時(shí)發(fā)生汽蝕或閃蒸現(xiàn)象。
由于汽蝕現(xiàn)象和閃蒸現(xiàn)象對(duì)設(shè)備有較大的破壞力。我們以前僅對(duì)離心泵的汽蝕現(xiàn)象研究較多，而對(duì)管路中調(diào)節(jié)閥可能產(chǎn)生的汽蝕和閃蒸現(xiàn)象造成的破壞未引起足夠重視，因此研究防止液體在流動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生汽蝕和閃蒸的機(jī)理將顯得更加重要。
圖1 節(jié)流孔后的空化作用
如圖1所示，當(dāng)壓力為p1的液體流經(jīng)節(jié)流孔時(shí)，流速突然急劇增加，而靜壓力驟然下降，當(dāng)孔后壓力p2達(dá)到或者低于該流體所在情況下的飽和蒸汽壓pv蒸 時(shí)，對(duì)閥芯等材質(zhì)已七成為氣體，形成汽液兩相共存的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為閃蒸。產(chǎn)生閃蒸時(shí)，對(duì)閥芯等材質(zhì)已開(kāi)始有侵蝕破壞作用，而且影響液體計(jì)算公式的正確 性，使計(jì)算復(fù)雜化。如果產(chǎn)生閃蒸之后,p2不是保持在飽和蒸汽壓以下，在離開(kāi)節(jié)流孔之后又急驟上升，這時(shí)氣泡產(chǎn)生破裂并轉(zhuǎn)化為液態(tài)，這個(gè)過(guò)程即為空化作 用。所以，空化作用是一種兩階段現(xiàn)象，*階段是液體內(nèi)部形成空腔或氣泡，即閃蒸階段；第二階段是這些氣泡的破裂，即空化階段。
圖1就是一個(gè)在節(jié)流孔后產(chǎn)生空化作用的示意圖。許多氣泡集中在節(jié)流孔閥后，自然影響了流量的增加，產(chǎn)生了阻塞情況，因此，閃蒸和空化作用產(chǎn)生的前后的計(jì) 算公式必然不同。在產(chǎn)生空化作用時(shí)，在縮流處的后面，由于壓力恢復(fù)，升高的壓力壓縮氣泡，達(dá)到臨界尺寸的氣泡開(kāi)始變?yōu)闄E圓形，接著，在上游表面開(kāi)始變平， 然后突然爆裂，所有的能量集中在破裂點(diǎn)上，產(chǎn)生極大的沖擊力。
1.1 不可壓縮流體的閃蒸、空化及阻塞流現(xiàn)象
當(dāng)不可壓縮流體（通常指液體），通過(guò)調(diào)節(jié)閥時(shí)，根據(jù)伯努利方程可知，流道變化，截面積越小流速越大，靜壓越低。根據(jù)圖2，當(dāng)閥前壓力P1一定，而閥后壓力P2逐漸降低時(shí)，縮流斷面的壓力Pvc低于該流體在入口溫度下的飽和蒸汽壓時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生汽泡出現(xiàn)兩相流，縮流斷面后伴隨著流道截面積的擴(kuò)大，動(dòng)壓越來(lái)越大，如果閥后壓力不能恢復(fù)到飽和蒸汽壓以上，則汽泡不會(huì)破裂，并伴隨液體流出調(diào)節(jié)閥，這個(gè)過(guò)程叫做閃蒸；若P2恢復(fù)到飽和蒸汽壓以上，則閥后汽泡破裂，這個(gè)過(guò)程叫做空化或者汽蝕；如果縮流斷面的壓力Pvc繼續(xù)降低，閥后的氣相將繼續(xù)增加，到某一時(shí)刻，流量將達(dá)到極限值，此時(shí)，無(wú)論如何降低閥后壓力都不能增加流量大小，此時(shí)的流動(dòng)狀況稱為阻塞流[1]。
通俗地說(shuō)，阻塞流就是閥后氣相迅速增加，導(dǎo)致物料體積快速膨脹，在管道管徑的限制下，無(wú)法及時(shí)流通即為阻塞流。由于閃蒸、空化的這種特點(diǎn)，某些工段工藝會(huì)利用閥門的閃蒸和空化來(lái)達(dá)到霧化或者將物料氣化的目的。
1.2 可壓縮流體的閃蒸、空化及阻塞流現(xiàn)象
氣體在低流速時(shí)屬于不可以壓縮流體，其熱力狀態(tài)的變化可以忽略，但在高速流動(dòng)下（如大于0.3馬赫時(shí)），氣體的壓縮效應(yīng)不能忽略，其熱力狀態(tài)也發(fā)生明顯變化，氣體運(yùn)動(dòng)既要滿足流體力學(xué)定律，也要滿足熱力學(xué)定律。當(dāng)可壓縮流體通過(guò)調(diào)節(jié)閥時(shí)，根據(jù)伯努利方程，由于流道的變化，截面積越小流速越大，靜壓越低；但是如果當(dāng)縮流口已經(jīng)達(dá)到臨界流速時(shí)，此時(shí)伯努利方程不再適用，根據(jù)氣體動(dòng)力學(xué)，此時(shí)情況恰恰相反，閥后截面越大，流速越快，氣體膨脹，此時(shí)無(wú)論閥門兩端壓差怎樣提升，流量也不會(huì)改變，而是恒定不變，這種現(xiàn)象稱為可壓縮流體的阻塞流。由于可壓縮流體本身就是氣態(tài)，所以沒(méi)有閃蒸和空化現(xiàn)象。
2 閃蒸、空化及阻塞流的危害與處理
2.1 調(diào)節(jié)閥閃蒸、空化及阻塞流的危害 
閥門的閃蒸、空化zui重要的特點(diǎn)是流體伴隨著兩相流，而氣泡在發(fā)生破裂或者向內(nèi)爆炸的瞬間，氣泡原來(lái)占據(jù)的空間就會(huì)形成高真空空穴，液相在這種差壓作用下，以*的速度填充氣泡原來(lái)的空間，形成具有沖擊力的微噴射和壓力波，而閥門的流道往往不會(huì)是直通的，由于這種閥芯的阻擋，很多沒(méi)有來(lái)得及溶解、凝結(jié)和破裂的氣泡，在撞擊的作用下，變成更多的小氣泡，這些氣泡在閥門的流路和閥內(nèi)件表面被壓縮、凝結(jié)和破裂，并產(chǎn)生一種砂石流過(guò)閥門的噪聲，這種周而復(fù)始的能量釋放，猶如水滴石穿，會(huì)慢慢撕裂材料或者造成材料的剝落。閃蒸破壞的特點(diǎn)是受沖刷表面有平滑拋光的外形，而空化則會(huì)造成流道或者閥內(nèi)件類似于煤渣的粗糙表面。阻塞流工況下常常伴隨高噪音，在現(xiàn)實(shí)工況環(huán)境下，還往往伴隨著流體的腐蝕作用，這種多重作用下的損害往往比單一作用產(chǎn)生的危害更加強(qiáng)大[2,3]。
閃蒸和汽蝕現(xiàn)象可能出現(xiàn)阻塞流，而當(dāng)閥門出現(xiàn)阻塞流的情況下，肯定伴隨著閥門的閃蒸，如果閥后壓力高于入口溫度下的飽和蒸汽壓，還會(huì)出現(xiàn)空化。閥門的閃蒸、空化產(chǎn)生噪音的物理過(guò)程中也會(huì)引起振動(dòng)，如果閥門安裝位置、零部件固定等對(duì)振動(dòng)敏感的因素比較突出，那么在這種現(xiàn)場(chǎng)劇烈的地方可能會(huì)對(duì)閥門產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，甚至引發(fā)安全事故。由圖1可以清楚地看到，在閥門的選型計(jì)算中，如果不考慮阻塞流的情況，那么計(jì)算出來(lái)的流量與情況將嚴(yán)重不符，這將直接導(dǎo)致選型不準(zhǔn)。所以對(duì)閥門的閃蒸、空化及阻塞流的判斷分析，并采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)減小和排除它們的危害對(duì)于工程設(shè)計(jì)至關(guān)重要。與本文相關(guān)的產(chǎn)品有化工調(diào)節(jié)閥壓力恢復(fù)系數(shù)FL
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