通常高压调节阀是指刚PN≥16MPa的阀,该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,从而达到解决高压阀寿命短的这一根本目的。
1)高压阀寿命短的原因
高庄阀的使用寿命短是众所周知的,概括起来,引起高压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,节流速度达到值,冲刷破坏也相应达到值,巨大的冲刷将使阀的寿命成倍下降,这就是高压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=FL
-2(P1-PV),其中FL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;厂家制造的高压阀有较好的反汽蚀措施,否则,阀很快造成汽蚀破坏。
2)反汽蚀高压阀及反汽蚀措施
(1)反汽蚀高压阀结构
通过以上措施形成的新型高压阀结构见4-29图,该阀的主要特点是多次节流分摊压差。
●一次节流―G接管缩径(A处,相当于孔板节流,约占总压降的10%)。
●二次节流―F单座节流(主节流、B处单座阀的结构,约占总压降的30%)。
●三次节流―E套筒节流(C处,套筒结构,约占总压降的60%)。
●本高压阀结构相当于:孔板+单座阀+套筒阀。
4-29图
(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。
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,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,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,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(若阀计算有误,处于小开度工作除外),使高压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……)。