调节阀闪蒸和气蚀现象及其解决办法
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。
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。
在气蚀和闪蒸场合下调节阀选用的研究
在气蚀和闪蒸场合下调节阀选用的研究作者：马玉山在一个完全不含有气体或蒸汽的液流中，经常会遇到两种现象，即气蚀和闪蒸（有些资料把气蚀称为空化）。
这种现象对于任何调节阀的综合性讨论都有重要的意义。
因为，这种现象的产生将影响到阀门大小的计算方法，可能引起噪音和振动，以及可能缩短调节阀零件和邻近的下游管线的使用寿命。
虽然，气蚀和闪蒸的定义之间有相似之处，但也有重要的差别。
1 气蚀和闪蒸的定义及产生条件气蚀是一种两阶段的现象，第一阶段是在液体中形成空腔（气泡）；第二阶段是这些空腔挤压破裂而恢复成为全部的液体状态。
有些关于气蚀的定义仅仅限于空腔的形成，但是从调节阀的观点来看，这似乎是不实际的定义。
因为，气蚀的最大影响和大多数的气蚀现象都是与空腔的破裂有直接的关系，而不是空腔的形成。
而闪蒸则是在气蚀的第一阶段形成的气泡（空腔）一直持续到通常发生破裂的下游，这个过程称为闪蒸。
下面通过讨论孔板的工作情况来说明这一问题（可以把孔板模拟为一个有一定开度的调节阀）。
如图1所示，当压力为P1的液体流经节流孔时，流速突然急剧增加，而静压力骤然下降，当孔后压力P2达到或者低于该液体所在情况下的饱和蒸汽压时，部分液体产生气化，形成气液两相共存的现象，在液体中产生空腔，这就是气蚀的第一个阶段。
从离开缩流孔的下游开始，液体磨擦引起流体减速，其结果使流体截面和压力都增加，这种速度与压力头之间的能量反向转换称之为“压力恢复”。
由于在缩流处减少到蒸气压所形成的气泡在压力增加的下游不可能存在，就会挤压破裂而恢复形成液体状态。
至此，气蚀过程完成。
如果下游配管系统的压力正好相当于或小于入口的蒸汽压，继续流入下游流体的蒸汽百分比会不断增加，流体速度持续增长其结果将产生闪蒸而不是气蚀[1]。
那么在调节阀中发生气蚀和闪蒸的条件是什么?1.1 对于气蚀（1）入口和出口的流体必须全都是液体，即在调节阀的配管上游和下游附近没有蒸气存在。
（2）在入口，液体必须是一种过冷状态，显然在入口，如果这种流体全都是液体，而且又是饱和状态，发生在阀上的任何压力降都将引起在下游位置产生蒸汽。
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。
调节阀现场常见问题
调节阀现场常见问题在工业生产和制造中，调节阀是一种非常常见的设备，主要用于控制流体的流量和压力。
但是在现场使用和维护调节阀过程中，也会遇到一些常见的问题。
本文将介绍一些常见的调节阀现场问题以及解决方案。
1. 泄漏问题泄漏是调节阀现场遇到的最常见问题之一。
一旦调节阀发生泄漏，不仅可能会造成安全隐患，还会影响系统稳定性和流程效率。
解决方案：1.检查阀门密封性能。
如果阀门本身材质不合适或已经老化，需要更换或升级。
2.检查阀门是否正确安装和接合。
如果连接件松动或不正确，需要重新安装和固定连接件。
3.检查阀门周围是否存在损坏或破损的密封材料，需要及时更换。
2. 堵塞问题调节阀在使用一段时间后，会出现堵塞的情况。
主要原因是流体中的异物或固体颗粒物会逐渐积累在阀门或管道中，导致流通受阻，影响阀门的使用。
解决方案：1.定期清理调节阀和管路中的任何异物和颗粒物。
可以使用高压水枪等设备进行清洗和冲洗。
2.若调节阀被堵塞而无法过滤清除，需要先停止使用，等待维修人员维修。
3. 闪蒸问题在一些高温或高压的场合下，调节阀中流体可能出现快速汽化的情况，称为闪蒸。
这可能导致阀门失效，甚至造成安全事故。
解决方案：1.在选择调节阀时，应该选用能够适应所处环境的阀门，以避免闪蒸的发生。
2.可以采用两个阀门串联的方式，其中一个阀门用于减压，另一个阀门用于调节流量等。
4. 压力不稳定问题在调节阀的使用过程中，可能会出现压力不稳定的情况，这可能导致调节阀无法正常工作。
解决方案：1.需要检查调节阀是否选择正确，是否可以适应所处环境的不稳定压力。
2.定期对调节阀进行维护和保养，包括更换密封件、检查压力表等。
5. 制造或选型问题在调节阀制造或者选型过程中，也可能出现问题，例如设计或者选择不合理等。
解决方案：1.需要对调节阀的制造过程和选型过程进行优化和改进。
可以找专业人员提供技术支持，或者从质量管理体系入手分析和改进。
2.定期对调节阀进行检测和审核，包括生产质量检测、选型核对等。
调节阀气蚀与闪蒸控制
调节阀气蚀与闪蒸控制1 概述气蚀和闪蒸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，又能产生噪声、振动及对材料的损害。
因此控制和降低调节阀受气蚀和闪蒸的影响是阀门设计时要考虑的问题之一。
2 气蚀和闪蒸气蚀和闪蒸产生的条件不同。
闪蒸是一种非常快速的转变过程，当流动液体的下游压力低于它的饱和压力时就会出现闪蒸，因此它是一种系统现象。
调节阀能够避免闪蒸的产生，除非系统条件改变。
而当阀门中液体的下游压力又升回来，且高于饱和压力时，就会产生气蚀现象。
在气蚀过程中饱和气泡不再存在，而是迅速爆破变回液态。
由于气泡的体积大多比相同形式的液体大。
所以说，气泡的爆破是从大体积向小体积的转变。
气蚀是一种从液态→饱和→液态的转变过程，它不同于闪蒸现象。
正确合理地设计调节阀能够避免气蚀的产生。
3 防止闪蒸的阀门设计在调节阀里闪蒸是不能预防的，所能做到的就是防止闪蒸的破坏。
在调节阀设计中影响着闪蒸破坏的因素主要有阀门结构、材料性能和系统设计。
3.1 阀门结构尽管阀门结构与产生闪蒸无关，但是却能控制闪蒸的破坏。
一般有2种阀门设计结构比用球形阀体更能防止闪蒸破坏。
采用介质由上至下方向流动的角形阀结构(图1)是防止闪蒸破坏的方法之一。
闪蒸破坏是高速度的饱和气泡冲击阀体表面，并腐蚀阀体表面造成的。
由于角形阀中的介质直接流向阀体内部下游管道的中心，而不是象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气泡数量。
从而减弱了闪蒸的破坏力。
因此在闪蒸破坏出现的情况下，角形阀体设计比球形阀体更为经济。
带有旋启式阀瓣的阀门结构(图2)也是一种有效的防止闪蒸破坏的方法。
在阀体内部下游的一侧安装了旋启式阀瓣，液体的压力在阀体的下游处降到饱和压力以下，闪蒸出现在下游管线。
在某些情况下，常常采用由一段下游管道承受闪蒸破坏的方法保护阀门。
3.2 材料选择一般情况下，硬度较高的材料更能抵御闪蒸和气蚀的破坏。
所以，硬度高的材料常常用于制造阀体。
调节阀产生气蚀的原因及解决办法
调节阀产生气蚀的原因及解决办法一、阀门气蚀原因气蚀是材料在液体的压力和温度达到临界值时产生破坏的一种形式。
当液体通过节流孔时，流体流道面积的缩小导致流速迅速增加，速度的增加，产生了速度和压力之间的能量转换，流体压力下降。
压力在节流孔下游侧附近达到最低值，这时其速度最大，压力最小。
当该处的压力Pvc 低于液体蒸汽压Pv 且阀门下游压力P2 高于液体蒸汽压Pv 时，就会发生气蚀。
根据伯努利方程，流速越高压力越小。
根据热力学原理，压力小则液体的沸点降低，同时液体里能够溶解的气体也会变少。
在某些流动中，由于速度特别快，压力迅速下降，导致液体中溶解的气体析出，更进一步液体会沸腾。
这样就产生了气泡。
气泡会阻塞流动，导致速度降低，压力回升，于是气体变成了液体，气泡破解。
没有气泡阻塞，则流体流速加快，又产生气泡。
这种循环往复会产生巨大的压力波动对于材料表面特别容易产生疲劳，并导致设备损坏。
气蚀分为闪蒸和空化两个阶段。
物质的沸点随着压力的增大而升高，饱和高压液体减压后其沸点降低，这时液体温度高于减压后压力下的沸点，迅速沸腾汽化。
a) 闪蒸就是指高压的饱和液体进入经过减压后由于压力的突然降低使得这些饱和液体变成一部分的减压后压力下的饱和蒸汽和饱和液，产生气泡；b) 而当下游液体压力又升回来且高于饱和压力时，升高的压力压缩气泡，使其破灭，气泡形成、发展和破灭的过程称为空化。
二、阀门气蚀危害在空化过程中饱和气泡不再存在，而是迅速爆破变回液态，由于气泡的体积大多比相同的液体体积大，所以说气泡的爆破是从大体积像小体积的转变。
气蚀过程中气泡破裂时所有的能量集中在破裂点上，产生几千牛顿的冲击力，冲击力的压力高达2000Mpa，大大超过了大部分金属材料的疲劳破坏极限。
闪蒸产生侵蚀破坏作用，在零件表面形成光滑的磨痕，而气蚀如果砂子喷在零件表面一样，将零件表层撕裂，形成粗糙的渣孔般的外表面。
在高压差恶劣条件下，容易造成阀内件损坏，发生泄漏，同时气蚀过程中，空化时气泡破裂释放出巨大的能量，引起内部零件的振动，产生高达10KHZ的噪声，气泡越多，噪声越严重。
调节阀气蚀现象的分析及改进措施
调节阀气蚀现象的分析及改进措施1、概述调节阀作为自动控制调节系统中的执行部件，在现代工业生产中得到广泛应用，其控制及通讯方式随着计算机及总线新技术的应用而发生了根本性的转变，大大提高了控制的准确度及可靠性。
但在高温高压工况使用过程中，管道流体往往因设备结构设计、安装或工艺参数设计不当等原因而产生气蚀，对调节阀内件造成严重的损伤，同时引起整个系统的振动及噪声，严重影响调节阀的使用寿命及控制系统的精确性，给工业生产带来很大的隐患。
2、气蚀机理气蚀是一种水力流动现象，气蚀的直接原因是管道流体因阻力的突变产生了闪蒸及空化。
在工艺系统中调节阀属节流部件，起变阻力元件的作用，其核心是一个可移动的阀瓣与不动的阀座之间形成的节流窗口，改变阀瓣位置就可改变调节阀的阻力特性，进而改变整个工艺系统的阻力特性。
在高压差（△p>2.5MPa）时，调节阀的调节过程就是阻力的突变过程，此过程极易产生气蚀。
为便于分析，将调节阀的节流过程模拟为节流孔调节式。
可以看出进口压力为p1，流速为V1的流体流经节流孔时，流速突然急剧增加，根据流体能量守恒定律，流速增加静压力便骤然下降。
当出口压力p2达到或者低于该流体所在情况下的饱和蒸汽压pv时，部分液体就汽化为气体，形成气液两相共存的现象，此既为闪蒸的形成。
如果产生闪蒸之后，p2不是保持在饱和蒸汽压之下，在离开节流孔后随着流道截面的增大流速相应减小，阀后压力急骤上升。
升高的压力压缩闪蒸产生的气泡，气泡由圆形变为椭圆形，随后达到临界尺寸的气泡上游表面开始变平，然后突然爆裂。
所有的能量集中在破裂点上，产生巨大的冲击力，其强度可达几千牛顿。
此冲击力冲撞在阀瓣、阀座和阀体上，使其表面产生塑性变形，形成一个个粗糙的蜂窝渣孔，这便是气蚀形成的过程。
气蚀现象不仅仅存在于高压差的调节阀内部，在工业生产的很多领域都存在此现象。
3、防止气蚀的措施3.1、类型选择从分析可以看出，产生气蚀是因为发生了空化，而发生空化的原因是节流引起了压力的突变，因此应避免空化的产生。
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调节阀闪蒸和气蚀现象的危害及其对策
1．闪蒸和气蚀现象的产生原因及其危害
在调节阀液体工况条件下，按流动工况判别式，如果阀门的实际压差P1-P2≥F L2（P1-F F P V）时，就会产生阻塞流。
阻塞流是当阀门内的静态压力降至液体的饱和蒸汽压时由于液体的汽化引起的，阻塞流的产生必然产生闪蒸和气蚀现象。
1.1 闪蒸：当液体流体通过节流缩径处时，流束会变细或收缩，流速会增加，压力会下降。
通过节流处后，随着阀腔增大，流速会下降，压力会增加，但不会恢复到阀前压力，实际压差△P就是节流时损失的能量。
节流缩径处的压力降到液体的饱和蒸汽压，气泡就会在流束中形成，如果阀后压力仍低于液体的饱和蒸汽压，气泡将保持在阀后，这种现象就叫“闪蒸”。
闪蒸会对阀门的阀芯产生严重的冲刷破坏，使阀芯和阀座接触处及附近像被平滑地磨掉一层一样，阀门的关闭性能随之严重降低，因达不到系统要求而损坏报废。
1.2 气蚀：在阻塞流条件下，如果阀后压力恢复到高于液体的饱和蒸汽,气泡就会破裂或爆炸，这种现象就叫气蚀。
气蚀产生的蒸汽气泡破裂、爆炸现象释放出很大的能量，并产生噪声。
当气泡在节流件附近破裂、爆炸时，会使节流件产生粗糙的的破坏表面，并有可能在阀后一段距离内使下游管道遭受同样的破坏。
2. 闪蒸和气蚀的预防对策
闪蒸和气蚀现象的产生是由于系统工况而不是阀门引起的，因此，解决闪蒸和气蚀的办法不单是阀门制造商的事情。
阀门制造商所能做的就是：增加阀门抵抗闪蒸和气蚀破坏的能力，包括阀型的选择和阀内件材料的选择、处理。
2.1 闪蒸工况下的阀门选择
a. 选择角形阀、偏心旋转阀、V形球阀等流通性好、流阻小的阀门；
b. 扩大节流缩径后的阀后容腔，降低流速，也即降低冲刷速度和冲刷能量；
c. 选择尽可能硬度高、耐磨损的阀芯阀座材料，包括硬化处理。
2.2 气蚀工况下的阀门选择及防止气蚀的工艺措施
a. 选择多级压降结构的阀门或串联阀门（相当于多级压降），使每一级阀后压降变小，确保其节流缩径处的压力都不低于液体的饱和蒸汽压，从而不会产生形成气蚀的气泡。
b. 对可能受到气蚀破坏的阀门表面使之与气蚀隔离或进行硬化处理；
c. 改变工艺系统，升高阀后压力P2，或将阀门移动到下游P2更高的位置；
d. 在阀后增加背压装置，提高P2压力。