ZZYYP-16B自力式压力调节阀闪蒸和气蚀现象分析

    1 闪蒸和气蚀现象的原因

    1.1 闪蒸和气蚀的简单判定

    闪蒸和气蚀与调节阀的阻塞流密切相关，为了更好的理解闪蒸和气蚀现象，我们首先需要了解什么是阻塞流。在GB/T17213.1-1998《工业过程控制阀第1部分控制阀术语和总则》中指出，阻塞流是指不可压缩或可压缩流体在流过控制阀时，所能达到的极限或*大流量状态。无论何种流体，在入口压力P1固定的情况下，随着出口压力P2的逐渐减小，流过调节阀的流量逐渐增加。当出口压力P2减小到某一个临界压力Pc以后，调节阀的流量不再增加，这个极限流量就是阻塞流。

    为了分析问题的方便，我们可以简单的认为阀门的*大允许计算压力降ΔPmax=P1-Pc，如果阀门上的压差（P1-P2）大于ΔPmax，那么就会产生闪蒸或气蚀。

    1.2 闪蒸和气蚀与调节阀缩流断面处的压力以及阀门两侧压差有关

    调节阀实际上是一个节流缩径元件。随着液体通过缩径，流束会变细或收缩。流束的*小横断面出现在实际缩径的下游，该*小断面称为缩流断面，如图1所示。

图1 调节阀的缩流断面

    为维持流体稳定地流过阀门，在截面*小的缩流断面处，流速必须是*大的。流速（或动能）的增加伴随着缩流断面处压力（或势能）的大大降低。再往下游，随着流束扩展进入更大的区域，速度下降，压力增加；但下游压力P2不会完全恢复到与阀门上游P1相等的压力，阀门两侧的压差（ΔP=P1-P2）表示阀门中消耗的能量。

    下面分3种情况来说明闪蒸和气蚀现象。

    （1）如果缩流断面处的压力降到液体的饱和蒸汽压力以下（由于该点处速度增加），气泡就会在流束中形成。随着缩流断面处的压力进一步降到液体的饱和蒸汽压力以下，气泡会大量地形成。在此阶段，闪蒸和气蚀之间没有差别，但是对阀门结构损坏的可能性肯定存在。

    （2）如果阀门出口的压力仍低于液体的饱和蒸汽压力，气泡将保持在阀门的下游，我们就说过程发生了“闪蒸”。

    （3）如果下游压力恢复使得阀门出口压力高于液体的饱和蒸汽压力，气泡会破裂或向内爆炸，从而产生“气蚀”。

    很明显，高恢复阀门比较容易发生气蚀，因为它的下游压力更有可能升至液体饱和蒸汽压力之上。
  2 阀门结构

    阀门结构与闪蒸无关，但是却能控制闪蒸的破坏。选择流体方向改变尽可能少的阀门可以使颗粒冲击数量减到*小。比如：

    （1）采用介质自上而下流动的角形阀。由于角形阀中的介质直接流向阀体内部下游管道的中心，而不是像球形阀一样直接冲击体壁，所以大大减少了冲击阀体体壁的饱和蒸汽气泡数量。

    （2）带有旋启式阀瓣的阀门结构也是一种有效方法。在阀体内部下游一侧安装旋启式阀瓣，把阀体下游的压力控制在饱和蒸汽压力以下，使闪蒸出现在下游管线，由一段下游管线来承受闪蒸的破坏。

    3 闪蒸和气蚀的危害

    出现闪蒸和气蚀现象，说明在流体中产生了高速气泡，并且气泡的产生和破裂均在极短的时间内完成，产生的冲击力*，会对阀门和管道产生很大的破坏作用，主要表现在三个方面。

    4 阀门损坏

    发生闪蒸时，气泡对阀门的阀芯会产生严重的冲刷破坏。其特点是受冲刷表面有平滑抛光的外形，冲刷*严重的地方一般是在流速*高处，通常位于阀芯和阀座环的接触线上或附近。

    发生气蚀时，饱和蒸汽气泡破裂释放出能量，会慢慢地撕裂材料，留下一个类似于煤渣的粗糙表面。气蚀造成的损坏可延伸至邻近的下游管道，如果在该处仍存在压力恢复和气泡破裂现象。

    5 闪蒸工况阀门选型

    从数学模型上分析，闪蒸的产生是因为P2＜Pv。P2是阀门的下游压力，是下游过程和管道的一个函数。Pv是流体和工作温度的一个函数。因此，定义闪蒸的变量不是由阀门直接控制的。这进一步意味着，对任何阀门来说都无法防止闪蒸。闪蒸不能靠阀门来避免，*好的办法是选择合适的几何形状和材料的阀门来避免或尽量减小破坏。主要从下列三个方面考虑

    6 材料选择

    一般情况下，硬度校高的材料更能抵御闪蒸和气蚀的破坏。对于那些肯定会受到流体冲击的阀内区域，如阀座表面，选择尽可能硬的材料。硬质合金钢是常用的抗腐蚀材料，如电力行业经常选用铬钼合金钢阀门。对于角形阀，其阀体可采用碳钢结构，但其下游管道需要选用硬度高的材料，因为其闪蒸发生在阀体下游。对于球形阀，*好采用合金钢阀体，因为闪蒸出现在阀体内部。
杭州良工阀门有限公司*生产：ZZYP-16B自力式压力调节阀，自力式蒸汽减压稳压阀，ZZDQ氮封装置氮封阀等自力式系列调节阀。