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截止閥?中的氣穴現(xiàn)象及建議的解決方案

發(fā)布時(shí)間2019-12-25人氣:1804

截止閥中的氣穴現(xiàn)象及建議的解決方案

直型截止閥廣泛用于石油和天然氣行業(yè),以調(diào)節(jié)和控制流體的流量。在操作過(guò)程中,這些閥會(huì)遇到氣蝕等問(wèn)題。

直型截止閥的工作原理是,流量到達(dá)閥座和閥芯所在的閥中心。截止閥上游和下游的截止閥內(nèi)的流體兩次旋轉(zhuǎn)90度(圖1)會(huì)產(chǎn)生明顯的壓降。

圖1圖1.直型截止閥內(nèi)部的流路

截止閥的液體壓力在低于蒸汽壓力時(shí)會(huì)明顯下降,這會(huì)使蒸汽從液體中擠出。氣泡將恢復(fù)壓力并崩潰,從而產(chǎn)生壓力波。因此,壓力波會(huì)損壞截止閥的閥座,閥塞和閥體。空化會(huì)在閥內(nèi)件(閥座和閥塞),閥體和下游管道中產(chǎn)生不規(guī)則的凹坑和腐蝕。圖2以小凹坑的形式顯示了氣蝕損傷,與截止閥的閥塞中的腐蝕損傷非常相似。

圖2圖2.空蝕損壞

除了腐蝕和腐蝕,空化還具有其他負(fù)面影響:

  • 巨響

  • 強(qiáng)烈震動(dòng)

  • 由于蒸氣的形成而阻塞了流量

  • 改變流體性質(zhì)

  • 工廠關(guān)閉

空缺嚴(yán)重程度測(cè)量

空化的嚴(yán)重性通過(guò)空腔指數(shù)來(lái)衡量,該指數(shù)通過(guò)以下公式計(jì)算:

 式

表1給出了基于腔指數(shù)的閥門(mén)空化的嚴(yán)重程度和范圍。

表格1 

圖3顯示了四分之一轉(zhuǎn)閥(包括球閥,蝶閥和旋塞閥)的流量測(cè)試結(jié)果和空化系數(shù)。

圖3圖3.閥門(mén)的氣蝕特性

空化風(fēng)險(xiǎn)不僅取決于空化指數(shù),而且還受閥門(mén)打開(kāi)百分比的影響。實(shí)際上,閥的較小打開(kāi)增加了氣蝕的機(jī)會(huì)。還有其他影響空化的參數(shù):

  1. 閥門(mén)尺寸:較大的閥門(mén)尺寸會(huì)增加氣蝕的風(fēng)險(xiǎn)。

  2. 壓力等級(jí):更高壓力等級(jí)的閥門(mén)可能會(huì)出現(xiàn)更高的壓降和氣蝕風(fēng)險(xiǎn)。

  3. 材料:較硬的材料(如奧氏體不銹鋼)相比,較硬的材料(如22Cr雙相不銹鋼)的氣蝕風(fēng)險(xiǎn)較小。此外,硬質(zhì)修整材料(如Stellite 6(UNS R30006)或Stellite 21,以固態(tài)或覆蓋形式)和13Cr馬氏體不銹鋼(如UNS S41000或415000)具有更高的抗氣蝕性。

  4. 泄漏:關(guān)閉閥門(mén)時(shí),閥座泄漏會(huì)增加空化風(fēng)險(xiǎn)。

  5. 流動(dòng)狀態(tài):湍流和高流速會(huì)增加空化風(fēng)險(xiǎn)。

  6. 修剪設(shè)計(jì):例如,多步修剪設(shè)計(jì)會(huì)在兩個(gè)或更多個(gè)階段中產(chǎn)生壓降,以避免在一個(gè)階段中產(chǎn)生高壓降。多級(jí)閥內(nèi)件設(shè)計(jì)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是,閥座和閥塞密封區(qū)域的壓降較高。

建議的解決方案

有不同的方法可以避免氣蝕。其中包括更換閥門(mén)和減少截止閥的選擇。其他解決方案涉及選擇更堅(jiān)固的直型截止閥。

新標(biāo)準(zhǔn)

2013年發(fā)布的美國(guó)石油協(xié)會(huì)(API)623標(biāo)準(zhǔn)第一版包括對(duì)截止閥的要求,以避免泄漏,振動(dòng)和氣蝕。API 623標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了閥座,閥塞和導(dǎo)向盤(pán)上的硬面,特別是對(duì)于高壓等級(jí)。API 623中指定的閥桿直徑遵循API 600標(biāo)準(zhǔn),但值不同。API 623中的閥桿直徑值大于包括BS 1873在內(nèi)的其他截止閥標(biāo)準(zhǔn),以避免諸如閥桿和旋塞分離之類(lèi)的斷裂。該標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了2到24英寸的閥門(mén),壓力等級(jí)從150到2500的閥門(mén)。Stellite是一種鈷鉻合金,廣泛用于截止閥內(nèi)部組件(包括閥座和閥芯)的硬面處理,以防止腐蝕和氣蝕。

替代閥選擇

Y型截止閥(也稱(chēng)為斜閥)和軸向閥(圖4)是可替代的閥類(lèi)型,可用于避免腐蝕和氣蝕。Y型球形截止閥內(nèi)部的流路比直形球形截止閥更直。

軸向閥作為新一代的截止閥具有許多優(yōu)勢(shì),例如低壓降,快速的啟閉速度,平穩(wěn)的流量特性,低的操作扭矩和長(zhǎng)的設(shè)計(jì)壽命。但是,就支出成本(CAPEX)而言,軸向閥和Y型閥比直型截止閥貴。此外,蝶閥可能是截止水等公用事業(yè)中節(jié)流的首選選擇。在海水服務(wù)中選擇蝶閥而不是截止閥進(jìn)行節(jié)流的原因之一是蝶閥的成本較低,盡管在蝶閥內(nèi)部可能會(huì)像截止閥那樣發(fā)生氣蝕。

圖4圖4. Y型和軸向閥

結(jié)論

空化是常規(guī)T型截止閥的主要操作問(wèn)題。在設(shè)計(jì)T型截止閥時(shí),建議選擇諸如Stellite之類(lèi)的硬質(zhì)裝飾材料,使用多級(jí)抗氣蝕裝飾,并應(yīng)用API 623標(biāo)準(zhǔn)。但是,選擇Y型截止閥或軸向閥之類(lèi)的閥也是減少或避免氣蝕風(fēng)險(xiǎn)的良好解決方案。


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