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截止阀​中的气穴现象及建议的解决方案

发布时间2019-12-25人气:129

截止阀中的气穴现象及建议的解决方案

直型截止阀广泛用于石油和天然气行业,以调节和控制流体的流量。在操作过程中,这些阀会遇到气蚀等问题。

直型截止阀的工作原理是,流量到达阀座和阀芯所在的阀中心。截止阀上游和下游的截止阀内的流体两次旋转90度(图1)会产生明显的压降。

图1图1.直型截止阀内部的流路

截止阀的液体压力在低于蒸汽压力时会明显下降,这会使蒸汽从液体中挤出。气泡将恢复压力并崩溃,从而产生压力波。因此,压力波会损坏截止阀的阀座,阀塞和阀体。空化会在阀内件(阀座和阀塞),阀体和下游管道中产生不规则的凹坑和腐蚀。图2以小凹坑的形式显示了气蚀损伤,与截止阀的阀塞中的腐蚀损伤非常相似。

图2图2.空蚀损坏

除了腐蚀和腐蚀,空化还具有其他负面影响:

  • 巨响

  • 强烈震动

  • 由于蒸气的形成而阻塞了流量

  • 改变流体性质

  • 工厂关闭

空缺严重程度测量

空化的严重性通过空腔指数来衡量,该指数通过以下公式计算:

 式

表1给出了基于腔指数的阀门空化的严重程度和范围。

表格1 

图3显示了四分之一转阀(包括球阀,蝶阀和旋塞阀)的流量测试结果和空化系数。

图3图3.阀门的气蚀特性

空化风险不仅取决于空化指数,而且还受阀门打开百分比的影响。实际上,阀的较小打开增加了气蚀的机会。还有其他影响空化的参数:

  1. 阀门尺寸:较大的阀门尺寸会增加气蚀的风险。

  2. 压力等级:更高压力等级的阀门可能会出现更高的压降和气蚀风险。

  3. 材料:较硬的材料(如奥氏体不锈钢)相比,较硬的材料(如22Cr双相不锈钢)的气蚀风险较小。此外,硬质修整材料(如Stellite 6(UNS R30006)或Stellite 21,以固态或覆盖形式)和13Cr马氏体不锈钢(如UNS S41000或415000)具有更高的抗气蚀性。

  4. 泄漏:关闭阀门时,阀座泄漏会增加空化风险。

  5. 流动状态:湍流和高流速会增加空化风险。

  6. 修剪设计:例如,多步修剪设计会在两个或更多个阶段中产生压降,以避免在一个阶段中产生高压降。多级阀内件设计的另一个优点是,阀座和阀塞密封区域的压降较高。

建议的解决方案

有不同的方法可以避免气蚀。其中包括更换阀门和减少截止阀的选择。其他解决方案涉及选择更坚固的直型截止阀。

新标准

2013年发布的美国石油协会(API)623标准第一版包括对截止阀的要求,以避免泄漏,振动和气蚀。API 623标准规定了阀座,阀塞和导向盘上的硬面,特别是对于高压等级。API 623中指定的阀杆直径遵循API 600标准,但值不同。API 623中的阀杆直径值大于包括BS 1873在内的其他截止阀标准,以避免诸如阀杆和旋塞分离之类的断裂。该标准涵盖了2到24英寸的阀门,压力等级从150到2500的阀门。Stellite是一种钴铬合金,广泛用于截止阀内部组件(包括阀座和阀芯)的硬面处理,以防止腐蚀和气蚀。

替代阀选择

Y型截止阀(也称为斜阀)和轴向阀(图4)是可替代的阀类型,可用于避免腐蚀和气蚀。Y型球形截止阀内部的流路比直形球形截止阀更直。

轴向阀作为新一代的截止阀具有许多优势,例如低压降,快速的启闭速度,平稳的流量特性,低的操作扭矩和长的设计寿命。但是,就支出成本(CAPEX)而言,轴向阀和Y型阀比直型截止阀贵。此外,蝶阀可能是截止水等公用事业中节流的首选选择。在海水服务中选择蝶阀而不是截止阀进行节流的原因之一是蝶阀的成本较低,尽管在蝶阀内部可能会像截止阀那样发生气蚀。

图4图4. Y型和轴向阀

结论

空化是常规T型截止阀的主要操作问题。在设计T型截止阀时,建议选择诸如Stellite之类的硬质装饰材料,使用多级抗气蚀装饰,并应用API 623标准。但是,选择Y型截止阀或轴向阀之类的阀也是减少或避免气蚀风险的良好解决方案。


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