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應(yīng)用設(shè)計(jì)

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調(diào)節(jié)閥氣蝕對安全生產(chǎn)影響論述

調(diào)節(jié)閥氣蝕對安全生產(chǎn)影響論述

2016/8/18 11:20:30

  1概述

  芳烴裝置于2005年10月投產(chǎn),已運(yùn)行多年。在運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)蒸汽凝液調(diào)節(jié)閥氣蝕嚴(yán)重,先后出現(xiàn)了內(nèi)漏和外漏現(xiàn)象,在調(diào)節(jié)閥下線檢修期間,工藝操作人員需不斷的調(diào)整副線閥開度,控制換熱器溫度,導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)現(xiàn)象發(fā)生。此裝置蒸汽凝液調(diào)節(jié)閥8臺(tái)(蒸汽凝水從2.3Mpa減到0.7Mpa),在2008年發(fā)現(xiàn)存在問題的調(diào)節(jié)閥5臺(tái),占總量的62.5%。其中外漏的兩臺(tái)更換了白鋼閥體,剩余內(nèi)漏的3臺(tái)帶病運(yùn)行,給正常生產(chǎn)帶來隱患,縮短了調(diào)節(jié)閥使用壽命。利用2009年停車大檢修期間,采用提高材質(zhì)及多級降壓等方法,更換了全部蒸汽凝液調(diào)節(jié)閥,現(xiàn)運(yùn)行正常,沒發(fā)生內(nèi)漏和外漏現(xiàn)象,提高了產(chǎn)品質(zhì)量,有效保證了安全平穩(wěn)生產(chǎn)。

  2 氣蝕的產(chǎn)生原因

  現(xiàn)裝置65%負(fù)荷情況下(設(shè)計(jì)能力是120%),8臺(tái)調(diào)節(jié)閥的閥位基本在全行程的50%以下進(jìn)行調(diào)節(jié),有的甚至在5%~20%之間,致使調(diào)節(jié)控制過程中冷凝水由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài),產(chǎn)生了閃蒸和氣蝕現(xiàn)象。

  2.1氣蝕產(chǎn)生原因

  ① 閃蒸與氣蝕

  如果調(diào)節(jié)閥上的前后壓差(P1-P2)大于了介質(zhì)的最大飽和壓差(△Pmax),那么就會(huì)產(chǎn)生閃蒸,由此再產(chǎn)生氣蝕,并對閥內(nèi)件及相鄰近的管道結(jié)構(gòu)造成破壞。

  介質(zhì)通過截面最小的節(jié)流口時(shí)流速是最大的,流速(或動(dòng)能)的增加伴隨著壓力(或勢能)的大大降低,當(dāng)壓力低于介質(zhì)飽和蒸汽壓時(shí),氣泡就會(huì)在介質(zhì)中形成,隨著節(jié)流口處壓力的進(jìn)一步下降,氣泡會(huì)大量地形成,在此階段閃蒸和氣蝕之間沒有本質(zhì)的差別,但是對閥門的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了一定的破壞力,其特點(diǎn)是受沖刷表面有平滑拋光的外形,沖刷最嚴(yán)重的地方是一般是在流速最高處,通常位于閥芯和閥座的接觸線上或附近(圖1)。

圖1閃蒸、汽蝕產(chǎn)生過程

 ?、陂W蒸與沖蝕

  如果介質(zhì)通過節(jié)流口后,壓力仍低于介質(zhì)飽和蒸汽壓力,氣泡將保留在節(jié)流口后的流束中,我們稱之為閃蒸。閃蒸對閥門的閥芯會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的沖刷破壞,其特點(diǎn)是受沖刷的表面有平滑拋光的外形,沖刷破壞最嚴(yán)重的地方一般是流速最高的地方,通常位于閥芯和閥座的接觸線上或附近。尤其是在小開度,節(jié)流間隙小,流速高的環(huán)境下,沖蝕破壞也最嚴(yán)重。因此,調(diào)節(jié)閥應(yīng)盡量避免小開度工作。再好的調(diào)節(jié)閥,若長期處于小開度工作,其壽命將成倍減小。

 ?、蹥馕g

  氣蝕是材料在液體的壓力和溫度達(dá)到臨界值時(shí)產(chǎn)生破壞的一種形式,是一種水力流動(dòng)現(xiàn)象,這種現(xiàn)象既能引起調(diào)節(jié)閥流通能力kV減小,又能產(chǎn)生噪音、振動(dòng)及對設(shè)備的損害,進(jìn)而嚴(yán)重影響調(diào)節(jié)閥的使用性能和壽命。也就是介質(zhì)流經(jīng)節(jié)流口后介質(zhì)壓力恢復(fù)到介質(zhì)飽和蒸汽壓力以上時(shí),氣泡會(huì)破裂或向內(nèi)爆炸,從而產(chǎn)生氣蝕。

  氣蝕包括閃蒸和空化兩個(gè)階段。閃蒸階段,當(dāng)液體壓力低于液體蒸汽壓時(shí),在液體中形成蒸汽泡,由液體攜帶氣泡的邊緣層向下游移動(dòng)。閃蒸是一種系統(tǒng)現(xiàn)象,調(diào)節(jié)閥不能避免閃蒸的產(chǎn)生,閃蒸產(chǎn)生侵蝕破壞作用,在零件表面形成光滑的磨痕,通過表面硬化處理就可以解決??栈A段,如果出口壓力大于液體蒸汽壓力,氣泡就會(huì)破裂或爆破,同時(shí)產(chǎn)生巨大的壓力沖擊波,并通過液體向外傳播,集中撞擊管道壁和閥內(nèi)零件,沖擊到相近的金屬表面上。氣泡破裂對金屬表面的沖擊類似于微流噴射,它能以104MPa的壓力,振動(dòng)和碰撞管壁。在液體內(nèi),當(dāng)氣泡遠(yuǎn)離金屬表面破裂時(shí),產(chǎn)生球形壓力波,此時(shí),碰撞壓力約為103MPa,且微流噴射的影響未達(dá)到金屬固體壁。如果氣泡接近金屬表面破裂,微流噴射將直接沖擊金屬表面。

  由于,蒸汽氣泡破裂釋放出能量,并產(chǎn)生一種類似于砂石流過閥門的噪音。如果氣泡在接近閥門內(nèi)的固體表面破裂,釋放出的能量會(huì)慢慢撕裂材料,留下蜂窩狀的小孔。氣蝕的破壞作用可能會(huì)延伸到鄰近的下游管道,導(dǎo)致了外漏現(xiàn)象的發(fā)生。雖然調(diào)節(jié)閥的閥芯與閥座在出廠時(shí)已做表面硬化處理,但對于氣蝕現(xiàn)象起不到任何防護(hù)作用(圖2)。

圖2汽蝕對金屬表面的影響

 ?、荛W蒸與氣蝕、沖蝕之間的關(guān)系

  調(diào)節(jié)閥在小開度工作時(shí),節(jié)流口流速更快,壓力更低,介質(zhì)中氣泡含量更多,因此,此時(shí)閃蒸破壞更嚴(yán)重,沖刷破壞是主要矛盾。在大開度工作時(shí),主要矛盾是系統(tǒng)壓力恢復(fù)到飽和壓力以上時(shí)造成的氣蝕破壞。所以,在使用調(diào)節(jié)閥時(shí)應(yīng)盡量避免小開度工作,否則,閥很快會(huì)因氣蝕、沖蝕作用而破壞。

  3 氣蝕對安全生產(chǎn)的影響

 ?、俨荒芷椒€(wěn)生產(chǎn)。

  由于調(diào)節(jié)閥在小開度下工作,氣蝕的破壞起主要作用,調(diào)節(jié)閥很快會(huì)出現(xiàn)內(nèi)漏和外漏現(xiàn)象,不僅增加泄漏點(diǎn)而且也給裝置的正常生產(chǎn)帶來不穩(wěn)定因素。

 ?、谟绊懏a(chǎn)品質(zhì)量。

  調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象時(shí),需下線檢修,此時(shí)外操人員需在現(xiàn)場手動(dòng)操作原閥的蒸汽加熱量,不但造成蒸汽的浪費(fèi)同時(shí)換熱器溫度也控制不穩(wěn)定,給產(chǎn)品質(zhì)量帶來影響。

  ③產(chǎn)生噪音和震動(dòng)

  當(dāng)蒸汽凝水流經(jīng)調(diào)節(jié)閥時(shí),會(huì)在閥芯和閥座之間產(chǎn)生噪音和震動(dòng),造成管線晃動(dòng),嚴(yán)重的造成焊口斷裂,致使蒸汽凝水噴出傷人,給人身、設(shè)備安全帶來極大隱患。

  4 保證安全生產(chǎn)的措施

  4.1 閥體選用不銹鋼材質(zhì),杜絕外漏發(fā)生。

  氣蝕破壞與金屬的機(jī)械性能和抗腐蝕能力有關(guān),因?yàn)榭箽馕g破壞主要是材料抵抗氣泡破裂時(shí)形成重疊凹坑的能力,它隨材料吸收能量的能力而改變??箽馕g破壞較好的材料應(yīng)具備堅(jiān)實(shí)和均勻的細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)、變形能力大、抗拉強(qiáng)度和硬度高、加工硬化性好、疲勞極限和抗腐蝕疲勞極限強(qiáng)度高。韌性材料抗氣蝕能力要高于脆性材料,因此,氣蝕調(diào)節(jié)閥的閥體選用不銹鋼,提高了抗氣蝕能力,杜絕了外漏現(xiàn)象的發(fā)生,有效保證了安全生產(chǎn)。

  4.2多級壓降分布,減低氣蝕的危害。

  采用多級壓降和增加流體出口面積,可以有效地控制流體速度。控制流體速度(相當(dāng)于控制閥內(nèi)的壓力)是避免氣蝕的有效手段,其目的是使閥內(nèi)壓力高于流體最低壓力蒸汽壓,避免蒸汽氣泡破裂,較好的避免了閥內(nèi)的氣蝕,閥內(nèi)的壓降可以分成幾段來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)調(diào)節(jié)閥上的壓降產(chǎn)生在多級閥瓣上時(shí),總壓降被劃分成幾個(gè)較小的連續(xù)壓降,在下一個(gè)節(jié)流級之前,流體壓力被允許恢復(fù)到中間壓力,一直到最后的壓降,使氣蝕消除在一個(gè)較大的延伸區(qū)內(nèi),避免了氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生。

  4.3調(diào)節(jié)閥選型是解決氣蝕的主要因素。

  調(diào)節(jié)閥的選型將影響其對氣蝕的敏感性。調(diào)節(jié)閥一般有兩種形式,即低復(fù)原閥門(如截止閥等)和高復(fù)原閥門(如球閥和蝶閥等)。這兩種形式的閥門在進(jìn)口壓力和壓降相同的情況下,流體通過收縮截面時(shí),高復(fù)原閥門的閥后出口壓力恢復(fù)遠(yuǎn)大于低復(fù)原閥門。對截止閥而言,其通道的幾何形狀和湍流存在,會(huì)產(chǎn)生很大的流體阻力,因此,在閥后出口壓力不會(huì)恢復(fù)很多。而對球閥而言,其進(jìn)口流體阻力不大,在閥后出口壓力恢復(fù)很多,如圖3所示。

3高低壓力恢復(fù)閥門的壓力比較

  調(diào)節(jié)閥在安裝使用之前,做好選型工作,可以最大限度避免氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生,延長調(diào)節(jié)閥的使用壽命,使調(diào)節(jié)閥在自動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行遠(yuǎn)程操作控制,節(jié)約蒸汽用量,提高產(chǎn)品質(zhì)量,有效保證人身、設(shè)備安全,為安全生產(chǎn)提供有力保障。

  5 結(jié)束語

  芳烴裝置蒸汽凝水調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生的氣蝕現(xiàn)象,縮短了設(shè)備的使用壽命,耗費(fèi)了大量的人力和物力,通過合理的選擇閥體材質(zhì)、閥門結(jié)構(gòu)、閥開度大小,有效地控制氣蝕所帶來的破壞,確保了設(shè)備安全、穩(wěn)定、長周期、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

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