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截止閥?中的氣穴現象及建議的解決方案

發布時間2019-12-25人氣:159

截止閥中的氣穴現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,以調節和控制流體的流量。在操作過程中,這些閥會遇到氣蝕等問題。

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

圖1圖1.直型截止閥內部的流路

截止閥的液體壓力在低于蒸汽壓力時會明顯下降,這會使蒸汽從液體中擠出。氣泡將恢復壓力并崩潰,從而產生壓力波。因此,壓力波會損壞截止閥的閥座,閥塞和閥體。空化會在閥內件(閥座和閥塞),閥體和下游管道中產生不規則的凹坑和腐蝕。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,空化還具有其他負面影響:

  • 巨響

  • 強烈震動

  • 由于蒸氣的形成而阻塞了流量

  • 改變流體性質

  • 工廠關閉

空缺嚴重程度測量

空化的嚴重性通過空腔指數來衡量,該指數通過以下公式計算:

 式

表1給出了基于腔指數的閥門空化的嚴重程度和范圍。

表格1 

圖3顯示了四分之一轉閥(包括球閥,蝶閥和旋塞閥)的流量測試結果和空化系數。

圖3圖3.閥門的氣蝕特性

空化風險不僅取決于空化指數,而且還受閥門打開百分比的影響。實際上,閥的較小打開增加了氣蝕的機會。還有其他影響空化的參數:

  1. 閥門尺寸:較大的閥門尺寸會增加氣蝕的風險。

  2. 壓力等級:更高壓力等級的閥門可能會出現更高的壓降和氣蝕風險。

  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)的氣蝕風險較小。此外,硬質修整材料(如Stellite 6(UNS R30006)或Stellite 21,以固態或覆蓋形式)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:關閉閥門時,閥座泄漏會增加空化風險。

  5. 流動狀態:湍流和高流速會增加空化風險。

  6. 修剪設計:例如,多步修剪設計會在兩個或更多個階段中產生壓降,以避免在一個階段中產生高壓降。多級閥內件設計的另一個優點是,閥座和閥塞密封區域的壓降較高。

建議的解決方案

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

新標準

2013年發布的美國石油協會(API)623標準第一版包括對截止閥的要求,以避免泄漏,振動和氣蝕。API 623標準規定了閥座,閥塞和導向盤上的硬面,特別是對于高壓等級。API 623中指定的閥桿直徑遵循API 600標準,但值不同。API 623中的閥桿直徑值大于包括BS 1873在內的其他截止閥標準,以避免諸如閥桿和旋塞分離之類的斷裂。該標準涵蓋了2到24英寸的閥門,壓力等級從150到2500的閥門。Stellite是一種鈷鉻合金,廣泛用于截止閥內部組件(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(也稱為斜閥)和軸向閥(圖4)是可替代的閥類型,可用于避免腐蝕和氣蝕。Y型球形截止閥內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勢,例如低壓降,快速的啟閉速度,平穩的流量特性,低的操作扭矩和長的設計壽命。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中節流的首選選擇。在海水服務中選擇蝶閥而不是截止閥進行節流的原因之一是蝶閥的成本較低,盡管在蝶閥內部可能會像截止閥那樣發生氣蝕。

圖4圖4. Y型和軸向閥

結論

空化是常規T型截止閥的主要操作問題。在設計T型截止閥時,建議選擇諸如Stellite之類的硬質裝飾材料,使用多級抗氣蝕裝飾,并應用API 623標準。但是,選擇Y型截止閥或軸向閥之類的閥也是減少或避免氣蝕風險的良好解決方案。


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