闪蒸汽蚀
调节阀气蚀与闪蒸的危害分析及对策_郭海侠
第30卷第1期2014年1月甘肃科技Gansu Science and TechnologyVol.30No.1Jan.2014调节阀气蚀与闪蒸的危害分析及对策郭海侠（北京石油化工工程有限公司西安分公司，陕西西安710075）摘要：分析了气蚀和闪蒸现象产生的原因，介绍了如何有效防止气蚀产生和减轻闪蒸对阀门造成的损害。
关键词：气蚀；闪蒸；饱和蒸汽压力；气蚀系数；压力恢复系数中图分类号：TH87在调节阀的使用过程中，气蚀［1］和闪蒸［1］是最为常见的流动现象，也是难以避免的现象。
气蚀产生的蒸汽气泡、爆炸现象对阀内件的破坏相当严重，引起调节阀寿命的缩短；闪蒸会对阀芯产生严重的冲刷破坏，使阀芯和阀座密封处损害，阀门的关闭性能严重降低。
气蚀和闪蒸还可能引起噪音，振动。
因此克服调节阀的气蚀和闪蒸，显得尤为重要。
1对调节阀产生气蚀和闪蒸的分析气蚀和闪蒸都是针对于液体介质而言，液体介质在阀芯处节流时，由于静压降低到液体的饱和蒸汽压以下而使液体发生汽化的现象称为空化，介质流过阀座后，如果静压恢复到大于液体的饱和蒸气压时，原先空化的蒸汽又恢复成液体状态，这时汽泡破裂会释放巨大的能量，会引起噪音、振动，导致阀内件损坏，这一现象称为气蚀；如果静压不能恢复到液体的饱和蒸气压，则流出阀体的将会是蒸汽或蒸汽液体混合物，此时会产生严重的冲刷和噪音，这一现象称为闪蒸。
通过图1 3来分别表示流体不产生气蚀、产生气蚀、产生闪蒸时流体在流经阀体内部时的压力变化。
1．1不产生气蚀的压差范围图1表示流体通过阀的时候，由于大于，不会引起沸腾现象，液体仍保持原有状态。
图1正常状态P1———阀的入口压力，P2———阀的出口压力，Pv———阀入口温度下的液体饱和蒸汽压力，P c———液体(热力学)临界压力，P———流体缩流断面的压力．1．2产生气蚀状态的压差范围图2表示降至以下的液体压力，在出口侧又恢复到以上，原先产生的气泡再次破灭。
图2气蚀状态（Pvc＜Pv，P2＞Pv）P1———阀的入口压力，P2———阀的出口压力，Pv———阀入口温度下的液体饱和蒸汽压力，P c———液体(热力学)临界压力，P vc———流体缩流断面的压力．1．3产生闪蒸状态的压差范围图3表示仍在以下徘徊，也未恢复到以上的区域，出口侧出现气液两相的流体，这种现象称为闪蒸，此时阀内处于阻塞流状态，对流量影响极大。
探讨调节阀气蚀和闪蒸的控制
中 图 分 类 号 ：T H 134
文 献 标 志 码 ：A
文 章 编 号 ：2 0 96 -9 02 3（2 0 2 1）0 3 -003 9 -03
前言 1
调 节 阀 是 常 用 的 执 行 器 ，也 是 自 控 系 统 中 的 终 端 控 制 部 件 ，但 在 使 用 过 程 中 ，较 易 出 现 气 蚀 及 闪 蒸 现 象 。 在 气 蚀 的 流 动 中 ，会 渐 渐 地 出 现 一 些 蒸 汽 气 泡 ，与 此 同 时 ，其 产 生 的 爆 炸 会 对 调 节 阀 内 部 产 生 一 定 程 度 的 破 坏 ，造 成 调 节 阀 使 用 寿 命 逐 渐 缩 短 ，而 且 发 生 的 闪 蒸 现 象 不 可 回 避 地 冲 刷 阀 芯 组 件 ，发 生 严 重 的 损 毁 。 这 种 现 象 不 但 会 对 阀 芯 组 件 的 密 封 面 和 阀 座 的 密 封 面 造 成 损 坏 ，更 会 严 重 降 低 阀门的关闭性能及使用性能。
(2) 当介质流过阀芯和阀座形成的颈缩部位时， 通 道 截 面 积 的 改 变 使 得 压 力 回 升 ，功 能 关 系 发 生 转 化，同时受摩擦力影响，流体减速至 V3，压力得以上 升 至 P3，颈 缩 处 压 力 减 小 ，小 于 饱 和 蒸 汽 压 值 ,导 致 饱和蒸汽压的气泡受压破裂转为液体。
闪蒸和气蚀现象的控制 3
图 1 气蚀形成过程中压力与流速的关系
气蚀和闪蒸的危害 2.2
气 蚀 和 闪 蒸 现 象 产 生 时 ，代 表 了 高 速 气 泡 出 现 在 了 流 体 中 ，并 且 在 短 时 间 内 促 使 气 泡 完 成 产 生 与 破 裂 。 在 产 生 过 程 中 ，带 来 的 冲 击 力 是 极 为 巨 大 的 ，甚 至 会 严 重 损 坏 阀 门 及 相 关 的 管 道 ，造 成 较 大 程度的危害。
汽蚀现象与解决方案
汽蚀现象与解决方案一、引言汽蚀是指在液体流动中，由于液体的蒸汽泡在流动中蓦地破裂，造成局部真空和冲击波，从而导致金属表面的严重破坏的现象。
汽蚀现象在许多工业领域中都存在，如航空、航天、石油化工、能源等。
本文将详细介绍汽蚀现象的原因及其解决方案。
二、汽蚀现象的原因1. 流体动力条件：当液体流速过高时，会产生较大的动压力，使液体蒸发速度加快，从而导致汽蚀现象的发生。
2. 液体性质：液体的沸点和饱和蒸汽压是影响汽蚀的重要因素。
液体的沸点越低，饱和蒸汽压越高，汽蚀现象越容易发生。
3. 流体中的气体含量：当液体中含有大量气体时，气体味在流动过程中析出，形成气泡，进而引起汽蚀。
4. 流体中的杂质：流体中的杂质会降低液体的沸点，增加液体的饱和蒸汽压，从而增加汽蚀的风险。
5. 流动条件：管道的形状、长度、直径等因素都会影响流体的流动状态，进而影响汽蚀现象的发生。
三、汽蚀现象的解决方案1. 降低液体流速：通过减小管道截面、增加管道长度、增加管道弯曲等方式，降低液体流速，从而减少汽蚀的风险。
2. 优化液体性质：选择沸点较高、饱和蒸汽压较低的液体，可以有效降低汽蚀的发生概率。
3. 减少流体中的气体含量：通过适当增加液体的压力，减少液体中的气体含量，可以有效预防汽蚀现象。
4. 滤除流体中的杂质：使用滤网或者其他过滤器，可以有效去除流体中的杂质，降低液体的饱和蒸汽压，从而减少汽蚀的风险。
5. 优化流动条件：合理设计管道的形状、长度、直径等参数，以减少流体的湍流和压力损失，从而降低汽蚀的发生。
四、汽蚀现象的实例分析以石油化工行业为例，炼油装置中的蒸馏塔是汽蚀现象的高发区。
在蒸馏塔中，由于液体流速较高、液体中含有大量气体和杂质，以及流动条件不佳等因素，容易引起汽蚀现象。
为解决这一问题，可以采取以下措施：1. 优化塔板结构：合理设计塔板的孔径和孔板的间距，以减小液体流速，降低汽蚀的风险。
2. 提高液体压力：通过增加塔底的液体压力，减少液体中的气体含量，从而预防汽蚀的发生。
调节阀的闪蒸和气蚀
调节阀的闪蒸和气蚀调节阀作为过程控制系统中的终端部件，是最常用的一种执行器。
在调节阀内流动的液体出现闪蒸和气蚀两种现象。
它们的发生不但影响口径的选择和计算，而且将导致严重的噪声、振动、材质的破坏等。
在这种情况下调节阀的使用寿命缩短，工作可靠性下降，进而引起工艺系统和装置生产率的大幅下降。
因此在应用调节阀时必须引起重视，做到正确选择，合理使用。
1 闪蒸和气蚀正常情况下，作为液体状态的介质，流入、流经、流出调节阀时均保持流液态，其压力变化曲线如图1中(1)所示。
闪蒸作为液体状态的介质，流入调节阀时是液态，在流经调节阀中，液态介质变成气态介质，并的缩流处时流体的压力低于气化压力Pvapor且它的压力不会再回复到气化压力之上，流出调节阀时介质一直保持气态。
其压力曲线如图1中的(2)所示。
闪蒸就象一种喷沙现象，它作用在阀体和管线的下游部分，给调节阀和管道的内表面造成严重的冲蚀，同时也降低了调节阀的流通能力。
气蚀作为液体状态的介质，流入调节阀时是液态，在流经调节阀中的缩流处时流体的压力低于气化的压力，液态介质变成气态介质，随后它的压力又恢复到气化压力Pvapor之上，最后在流出调节阀前介质又变成液态。
其压力变化曲线如图1中(3)所示。
可以根据一些现象来初步判断气蚀的存在。
当气蚀开始时它会发出一种嘶嘶声，当气蚀发展完全稳定时，调节阀中会发出嘎嘎的声音，就象有碎石在流过调节阀时发出的声响。
气蚀对调节阀内件的损害也是很大的，同时它也降低了调节阀的流通效能，就象闪蒸一样。
因此，我们必须采取有效的措施来防止或者最大限度地减少闪蒸或气蚀的发生。
尽量将调节阀安装在系统的最低位置处，这样可以相对提高调节阀入口P1和出口P2的压力，如图2所示。
在调节阀的上游或下游要装一个截止阀或者节流孔板来改变调节阀原有的安装压降特性，这种方法一般对于小流量情况比较有效，如图3所示。
选用专门的反气蚀内件也可以有效地防止闪蒸或气蚀，它可以改变流体在调节阀内的流速变化，从而增加了内部压力。
调节阀汽蚀和闪蒸的危害及应对方法研究
86一、汽蚀和闪蒸的危害在成品油输送管道的工作过程中，调节阀主要是对管道的压力和流量大小进行有效的调节，当阀门进出口的压力和调节阀内部压力达到饱和的气压状态下，调节阀可以保证正常工作和运行，当调节阀的进口压力值超过了介质内部的饱和气压，那么调节阀内部环境的出口压力大小会低于介质饱和气压，此时会产生调节阀的闪蒸问题。
当调节阀进出口的压力高于介质饱和蒸汽压的大小时，但是调节阀的腔内压力低于饱和蒸汽压力，此时调节阀会产生汽蚀现象。
当调节阀出现了汽蚀和闪蒸问题之后，调节阀会出现堵塞问题，大量的气体会聚集在调节阀的出口区域降低了介质的流量，同时还会造成阀门出现堵塞等问题。
调节阀如果产生汽蚀和闪蒸问题，对整个输油管道的影响非常明显，主要表现在以下几个方面：首先，对调节阀和管道会形成直接影响成品油会形成大量的气泡，同时管道内部由于碰撞阀门的压力不断变化，会出现破损或者是剧烈撞击管道等严重问题，对阀门和管道所产生的影响非常明显。
因为，反复冲击的作用会造成内部构件破坏，阀门的调节功能无法发挥出来甚至会造成失效问题，阀门管道的振动幅度较大很容易造成管道焊缝开裂。
其次，对输油工作所产生的影响，主要表现在会产生阻塞流，降低调节阀和管道的流通面积，进而降低了油品的流量大小。
当调节阀的下游设备比如消气设备、流量设备等距离调节阀较近的情况下，调节阀的汽蚀和闪蒸问题会影响到设备的正常工作和使用，尤其是在调节阀的出口管道区域聚集大量的气体调节阀，下游的消气设备无法及时排除蒸汽，大量的气体直接涌入到流量计之后，会给流量计的计数精确度产生严重的影响。
再次，会产生巨大的噪音影响问题。
当调节阀产生汽蚀或者闪蒸问题时，初期的调节阀和相关的附属构件会出现一定的噪音声响，严重的情况下管道内部会存在较大的异常声响，像石头撞击管道一样的冲击噪音。
压力指针会在巨大的撞击下受到严重的影响。
当油品在闪蒸状态下会形成水体，对阀门内部的构件产生一定的腐蚀，问题当油品当中含有氯离子的情况下，产生凝结水和氯离子之间的相互作用会加大该部件的腐蚀速率，在长时间的使用过程中会直接造成阀门的损坏，影响到了调节气阀的使用周期。
控制阀流量特性分析及闪蒸、汽蚀预防探讨
第23卷第2期2008年6月河北工业大学成人教育学院学报J oum al of A d ul t Educat i∞s ch00l of H ebei U ni ver s时of T e chnol ogyV ol-23N o．2Jun．2008控制阀流量特性分析及闪蒸、汽蚀预防探讨殷国军1’殷锐2秦莉1l．天津市成套设备工程监理有限公司天津300384；2．国家发展银行天津分行天津30006l摘要：本文首先整体综合地介绍了控制阀的基本知识，并且就控制阀的一个重要特性——流量特性进行了深入剖析。
本文还就控制阀经常出现的两个主要问题——闪蒸和汽蚀，探讨了其产生的原因及应对措施。
文章的最后简要阐述了控制阀附件中最为重要的阀门定位器的作用及其分类。
关键词：控制阀；流量特性；闪蒸；汽蚀中图分类号：T B492文献标识码：A文章编号：1008—911X(2008)02一0036—04A n A nal ys i s of t he C ont r ol V a l ue’s Fl owC har a ct e r i st i c and I t’s Pr event i on T r eat m ent sf or t he Fl ashi ng and t he C aV i t at i onY i n G uo-j unl Y i n R I I i2Q i l l L i l(1．Ti删i n co唧I ek Eq ui p m ent E ngi n∞r i呜Super vi si on A n d M肌鸳em eⅡt Co．L坩，酬i n300384，Chi】咂；2．C M m DeVel op嗍t B a I ll【，Ti anj i n300061。
C M啮)A bs t r acl：T hi s p印er fi rs t l y舀V e s a br i ef oveⅣi ew of t he bas i c know kdge of eont rol val ve，and t hengi V e s a com pr ehens i V e anal ysi s of t he now char a ct er i st i c f or cont rol V al V e．T w o i m po nant ph enom e-non——nashi ng and ca vi t a t i on of connIol val V e ar e aL l so i l l ust r at ed i n t hi s pap er and t he a ut hor i nves-t i ga t es t he r ea s o n f or t hes e phenom e nons and gi ve s t he sol ut i on t o sol ve or pr eve nt t he pm b l em．A t t he end of出i s p印er t her e i s a br i e f i nt roduct i on of t he cont m l val ve posi t i one r w hi ch i s t he m ost i m—port ant a c ce s sor y f or cont r D l V al V e．K9y w or d：cont I D l val ve；now c ha ra ct e ri st i c；nas hi ng；c avi t a t i on阀门是专门设计成的机械器件用以直流、启动、停止、混合或调解工艺流体的流量、压力或温度。
闪蒸和汽蚀 _don
闪蒸和汽蚀。
独家摘要主题：虽然闪蒸和汽蚀是经常被一同讨论的，可是他们却因为产生的原因不同而有很大区别。
但两者均可对阀门和相关设备造成不可估量的损坏。
主要概念观点：●主要的区别●每个工况条件是如何产生的●防范阀门受损的措施如何解决不同的对策有助于组织或消除两者的产生。
同时也可以使用组合对策。
下面的有些问题好像互不相关，但是他们全部包含在以下经常容易误解的现象中，那就是闪蒸冲刷和汽蚀。
想象一下：●清澈透明，相对干净的水是如何冲坏阀门的呢？●为什么在丹佛做白煮蛋要比洛杉矶时间长？●为什么用手掐住水管，水会喷的更远？●如何让液化汽罐烧烤用的更久？●水泵泵不出水时听到的噪音是什么响声？●可以预防闪蒸冲刷和汽蚀吗？如果不能，如何才能减少它对阀门的损坏呢？闪蒸冲刷和汽蚀是对阀门产生严重损坏的潜在因素，也是第一个问题（清水、或是没有任何腐蚀性固体颗粒流过阀门时）的答案。
图1，左侧是一个导向型阀杆的未腐蚀前的情形，右侧是同一阀头被闪蒸严重冲刷腐蚀后的情形。
请注意，右边的阀头是如何呈现出光亮和槽道的，以及阀头局部的密封斜面是如何完全消失的。
（这里，该圆锥面是关阀的密封面）从这些照片上可以明显的看到干净的流体发生的闪蒸冲刷可以如此严重地损坏阀头。
图2，是一组被汽蚀损坏的阀头和阀腔。
这里也请注意非常明显的区别和不同：这个阀头却是暗黑和有坑洼凹状的（比如阀头和阀腔表面看上去像火山石般黑灰有坑洼。
）以上这些照片显示汽蚀和闪蒸冲刷对阀门产生的损坏外观是非常不同的。
但是造成的不良结果却是相同的：不能节流控制以及切断阀门。
这两种类型的破坏是两种有关联的但非常不同的过程。
流程压力和汽化压力我们先从了解“闪蒸冲刷”和“汽蚀”开始这里我们开始研究“闪蒸冲刷”和“汽蚀”概念的真实意义，从而理解两者的区别。
为此，我们首先要搞清楚另外一个概念“汽化压力”。
流体的汽化压力（以下以Pv来表述）是指在某个特定压力下，某种流体将发生热力学相变的过程从而转化成蒸汽。
深度学习了解闪蒸、空化（汽蚀）的定义和内容
深度学习了解闪蒸、空化（汽蚀）的定义和内容闪蒸现象：闪蒸就是高压的饱和水进入比较低压的容器中后由于压力的突然降低使这些饱和水变成一部分的容器压力下的饱和水蒸气和饱和水。
形成原因：当水在大气压力下被加热时，100℃是该压力下液体水所能允许的最高温度。
再加热也不能提高水的温度，而只能将水转化成蒸汽。
水在升温至沸点前的过程中吸收的热叫“显热”，或者叫饱和水显热。
在同样大气压力下将饱和水转化成蒸汽所需要的热叫“潜热”。
然而，如果在一定压力下加热水，那么水的沸点就要比100℃高，所以就要求有更多的显热。
压力越高，水的沸点就高，热含量亦越高。
压力降低，部分显热释放出来，这部分超量热就会以潜热的形式被吸收，引起部分水被“闪蒸”成蒸汽。
实际情况：闪蒸在管道系统中出现，容易对阀门产生汽蚀损坏，可以选择反汽蚀高压阀，其特点是多次节流分摊压差，也可以选用耐汽蚀冲刷材料。
闪蒸也可以作为能源，被利用在热力发电厂中锅炉排水的回收和地热发电中。
空化当纯液体通过控制阀节流后，如果流动液体的静压降低到低于该液体的饱和蒸汽压时，可能出现空化。
此时，液体流动的连续性因部分液体气化形成气泡被打破了。
由于控制阀都会表现某一压力恢复的特性，最终的下游压力通常高于节流孔喉口的静压。
当下游压力高于流体的饱和蒸汽压时，蒸汽气泡溃裂回复为液体。
这一两级转化的过程被称为空化。
噪音：噪音是由于阀门前后压差过大而产生的，也和气蚀空化闪蒸等有关，所以危害特别大，要特别注意，噪音一般要求不大于85分贝1 概述在很多有水力机械的地方,经常可以看到调节阀、减压阀等节流阀的阀瓣和阀座等零件内部产生磨痕、深沟及凹坑,这些大多是由汽蚀引起的。
汽蚀是一种水力流动现象,这种现象既能引起调节阀流通能力kV 减小,又能产生噪音、振动及对设备的损害,进而严重影响阀门的使用性能和寿命。
因此控制和降低调节阀受汽蚀的影响是阀门设计和使用时要考虑的问题之一。
2 汽蚀和闪蒸汽蚀是材料在液体的压力和温度达到临界值时产生的一种破坏形式,分为闪蒸和空化两个阶段。
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闪蒸(flash distillation)
定义：又叫扩容蒸发，就是高压的饱和水进入比较低压的容器中后由于压力的突然降低使这些饱和水变成一部分的容器压力下的饱和水蒸气和饱和水。
当水在大气压力下被加热时，100℃是该压力下液体水所能允许的最高温度。
再加热也不能提高水的温度，而只能将水转化成蒸汽。
水在升温至沸点前的过程中吸收的热叫“显热”，或者叫饱和水显热。
在同样大气压力下将饱和水转化成蒸汽所需要的热叫“潜热”。
然而，如果在一定压力下加热水，那么水的沸点就要比100℃高，所以就要求有更多的显热。
压力越高，水的沸点就高，热含量亦越高。
压力降低，部分显热释放出来，这部分超量热就会以潜热的形式被吸收，引起部分水被“闪蒸”成蒸汽。
汽蚀(Cavitation erosion;Cavitationdamage)
概念：离心泵安装高度提高时，将导致泵内压力降低，泵内压力最低点通常位于叶轮叶片进口稍后的一点附近。
当此处压力降至被输送液体的饱和蒸汽压时，将发生沸腾，所生成的蒸汽泡在随液体从入口向外周流动中，又因压力迅速增大而急剧冷凝。
会使液体以很大的速度从周围冲向气泡中心，产生频率很高、瞬时压力很大的冲击，这种现象称为汽蚀现象。
危害：汽蚀时传递到叶轮及泵壳的冲击波，加上液体中微量溶解的氧对金属化学腐蚀的共同作用，在一定时间后，可使其表面出现斑痕及裂缝，甚至呈海绵状逐步脱落；发生汽蚀时，还会发出噪声，进而使泵体震动；同时由于蒸汽的生成使得液体的表观密度下降，于是液体实际流量、出口压力和效率都下降，严重时可导致完全不能输出液体。
液体在一定温度下，降低压力至该温度下的汽化压力时，液体便产生汽泡。
把这种产生气泡的现象称为汽蚀。
汽蚀时产生的气泡，流动到高压处时，其体积减小以致破灭。
这种由于压力上升气泡消失在液体中的现象称为汽蚀溃灭。
泵在运转中，若其过流部分的局部区域（通常是叶轮叶片进口稍后的某处）因为某种原因，抽送液体的绝对压力降低到当时温度下的液体汽化压力时，液体便在该处开始汽化，产生大量蒸汽，形成气泡，当含有大量气泡的液体向前经叶轮内的高压区时，气泡周围的高压液体致使气泡急剧地缩小以至破裂。
在气泡凝结破裂的同时，液体质点以很高的速度填充空穴，在此瞬间产生很强烈的水击作用，并以很高的冲击频率打击金属表面，冲击应力可达几百至几千个大气压，冲击频率可达每秒几万次，严重时会将壁厚击穿。
在水泵中产生气泡和气泡破裂使过流部件遭受到破坏的过程就是水泵中的汽蚀过程。
水泵产生汽蚀后除了对过流部件会产生破坏作用以外，还会产生噪声和振动，并导致泵的性能下降，严重时会使泵中液体中断，不能正常工作。
离心泵运转时，液体压力沿着泵入口到叶轮入口而下降，在叶片入口附近的K点上，液体压力pK最低。
此后由于叶轮对液体作功，液体压力很快上升。
当叶轮叶片入口附近的压力pK小于液体输送温度下的饱和蒸汽压力pv时，液体就汽化。
同时，使溶解在液体内的气体逸出。
它们形成许多汽泡。
当汽泡随液体流到叶道内压力较高处时，外面的液体压力高于汽泡内的汽化压力，则汽泡又重新凝结溃灭形成空穴，瞬间内周围的液体以极高的速度向空穴冲来，造成液体互相撞击，使局部的压力骤然增加(有的可达数百个大气压)。
这样，不仅阻碍液体正常流动，尤为严重的是，如果这些汽泡在叶轮壁面附近溃灭，则液体就像无数个小弹头一样，连续地打击金属表面。
其撞击频率很高(有的可达2000～3000Hz)，于是金属表面因冲击疲劳而剥裂。
如若汽泡内夹杂某种活性气体(如氧气等)，它们借助汽泡凝结时放出的热量(局部温度可达200～300℃)，还会形成热电偶，产生电解，形成电化学腐蚀作用，更加速了金属剥蚀的破坏速度。
上述这种液体汽化、凝结、冲击、形成高压、高温、高频冲击负荷，造成金属材料的机械剥裂与电化学腐蚀破坏的综合现象称为气蚀。