作 者： 宋俊紅
摘 要： 廣州市石油化工設(shè)備總公司乙烯廠苯乙烯裝置流量控制閥FV-1121在短期內(nèi)的運作過程中，不斷發(fā)生閥心、高壓閘閥、閥座毀壞狀況。根據(jù)對調(diào)節(jié)閥門毀壞狀況、工藝條件進行分析，并計算調(diào)節(jié)閥選型測算材料，確定是氣蝕而致。根據(jù)實際情況，提出了用加限流孔板的辦法來處理此情況。

廣州市石油化工設(shè)備總公司乙烯廠（原廣州市丁二烯股份有限公司）苯乙烯裝置是引入國外BAGER企業(yè)技術(shù)水平的智能化苯乙烯裝置。1997年8月加料試運行期內(nèi)，加工工藝體現(xiàn) FV-1121量提不上去。運作約170h，因為閥心掉下來，開展瓦解，查驗發(fā)覺閥心、高壓閘閥、閥稈均毀壞十分比較嚴重，拆換配件后，運作不上100h，發(fā)覺一樣毀壞狀況，以致系統(tǒng)軟件沒法投入使用，設(shè)備生產(chǎn)制造沒法平穩(wěn)。為了能擺脫困境，對調(diào)節(jié)閥門毀壞狀況、工藝條件進行分析，并計算調(diào)節(jié)閥選型測算材料，確定是氣蝕而致。大家根據(jù)實際情況，選用加限流孔板減少閥前后左右氣體壓力，上升閥后工作壓力的計劃方案開展系統(tǒng)改造。更新改造后，功效十分突出，復工加料大半年多，未發(fā)現(xiàn)任何問題。文中就FV-1121調(diào)節(jié)閥門的氣蝕與解決分析總結(jié)，毛遂自薦，供設(shè)計方案運作參考。

1 FV-1121調(diào)節(jié)閥門工藝條件及選擇設(shè)計方案

1.1 步驟介紹

生產(chǎn)流程如下圖1所顯示。FV-1121是鄰二甲苯流量控制閥，MS-201是鄰二甲苯回收塔頂罐，罐里分為汽相和高效液相，目的是為了鄰二甲苯的蒸氣。提取的溶液從出入口管道接去PP<?xml:namespace prefix = st1 />-103A/S反映進料泵，流回由流量監(jiān)控，反映進料泵的流量監(jiān)控由TT-102的水位控制器設(shè)置。

1.2 加工工藝（設(shè)計方案）標準

物質(zhì)：鄰二甲苯液，相對密度：879kg/m³；
總流量：較大27.1m³/h，正常的24.6m³/h，最少12.3m³/h；
上下游壓力：2323kPa；
中下游壓力：較大1243kPa，正常的1230kPa，最少1167kPa；
工作溫度：185℃；
腐蝕：無；
黏度：9×10^-4Pa·s；
設(shè)計方案測算：C_V=7.869。

BAGER企業(yè)采用的NELES 企業(yè)的G130JHC32EBQBJ型2寸柱塞泵單座閥。具體C_V=31。油路板材料為WCB（碳素鋼），閥內(nèi)件構(gòu)質(zhì)均為17-4PH（高韌性碳素鋼）。從調(diào)節(jié)閥門的CV挑選，材料看來，是無可置疑的。

2 毀壞根本原因

2.1 毀壞狀況

FV-1121調(diào)節(jié)閥門二次毀壞狀況如下圖2所顯示，毀壞一部分包含閥心、高壓閘閥、閥座。從圖上可以看出，閥心靠會就毀壞十分比較嚴重，使閥心成“蘑菇狀”，毀壞表面光潔、勻稱，好像在數(shù)控車床高速切削成的。高壓閘閥毀壞也十分比較嚴重，高壓閘閥上方，毀壞成120度，毀壞表層十分粗糟。調(diào)節(jié)閥門主件原材料為17-4PH高韌性碳素鋼，抗壓強度是比較好的，鄰二甲苯液無腐蝕，從調(diào)節(jié)閥門的破壞速率、構(gòu)件及水平看來，只有用氣蝕表述。

2.2 “氣蝕”產(chǎn)生的原因

大家都知道，當液體穿過節(jié)流閥的斷面時，液體為了能維持相對性的平穩(wěn)，依據(jù)怕勤奮方程式，在節(jié)流閥橫截面的上下游側(cè)，工作壓力縮小，流動速度擴大，到靜縮小口點，流動速度較大，工作壓力最少，在中下游側(cè)，液態(tài)越避開此橫截面，則流動速度相對性降低，工作壓力相對應(yīng)提升，但中下游工作壓力不容易相當于上下游工作壓力。這一壓力差是液體穿過節(jié)流閥橫截面時損害的動能。在靜縮小口點，假如液體負壓低于液體蒸汽壓力（p₁<p_v）時，液體造成氣化。當中下游工作壓力又超過蒸汽壓力（p₂>p_v）時，往往會造成“氣蝕”狀況。由于當壓力等于蒸汽壓力時，液體逐漸造成氣泡，伴隨著工作壓力降低，氣泡愈來愈多，而當工作壓力升高，高于或等于蒸汽壓力時，氣泡裂開，釋放出來很多動能，出現(xiàn)巨大的震撼力，此撞擊力達到百余Mpa，進而對表面造成很大的震撼力。如果這個節(jié)流閥橫截面是調(diào)節(jié)閥門，則在液體出入口側(cè)閥心、高壓閘閥受到損傷、損壞，此撞擊力根據(jù)閥心傳入閥稈，導致絲口毀壞、拋光。因為在調(diào)節(jié)閥門內(nèi)產(chǎn)生了很多氣泡，因此原設(shè)計方案測算的C_V值無法滿足加工工藝需要的商品流通工作能力。怪不得乎加工工藝覺得該調(diào)節(jié)閥選型過小，導致之后在全開落也滿足不了總流量的必須。

2.3 調(diào)節(jié)閥門“氣蝕”的標準測算

因為進一步明確“氣蝕”，大家對調(diào)節(jié)閥門“氣蝕”標準開展計算。造成“氣蝕”的前提是：Δp>Δp_T，且p₂>p_v。

（1）

式中 Δp--調(diào)節(jié)閥門通道與出入口氣體壓力；
Δp_T--調(diào)節(jié)閥門（考慮到氣蝕）容許較大的氣體壓力；
p_c--臨界壓力；
p_v--蒸汽壓力。

常量F_L在于調(diào)節(jié)閥門型號規(guī)格，因為FV-1121是采用氣開、柱塞泵式調(diào)節(jié)閥門，查詢表得知F_L=0.9，根據(jù)制定標準與測算，在多種工作狀況標準下調(diào)節(jié)閥門開啟度，閥前后左右工作壓力如表1列出。

表1 調(diào)節(jié)閥門技術(shù)數(shù)據(jù)

注：臨界壓力p_c=4895kPa

從表1中由此可見，Δp≈Δp_T，p₂≈p_v閥處在產(chǎn)生氣蝕的臨界阻尼，表明工藝條件穩(wěn)定時，不容易產(chǎn)生氣蝕，若工藝條件產(chǎn)生起伏，就會有可能發(fā)生氣蝕。

理論計算進一步確定，FV-1121毀壞的因素便是“氣蝕”。

3 處理“氣蝕”方案選擇

依據(jù)“氣蝕”產(chǎn)生的原因以及危害，處理氣蝕的方式有四種：

1）改成抗氣蝕型HSC套筒規(guī)格單座調(diào)節(jié)閥。
2）串連兩部調(diào)節(jié)閥門，由兩部調(diào)節(jié)閥門平攤氣體壓力，降低閥心、高壓閘閥的氣體壓力。
3）調(diào)節(jié)閥門串連限流孔板，從而分壓電路，一樣能夠降低閥前后左右氣體壓力。
4）采用高韌性、超耐磨構(gòu)質(zhì)的閥心、高壓閘閥。

根據(jù)實際情況我們認為：

1）所采用調(diào)節(jié)閥門的C_V值大測算C_V值能大很多，調(diào)節(jié)閥門容量比較大。
2）工藝條件還有許多不確定因素，采用抗“氣蝕”調(diào)節(jié)閥門或串連調(diào)節(jié)閥門，標準不明確，片面性比較大。
3）從合理性、協(xié)調(diào)能力考慮到。

根據(jù)之上考慮到，大家采用限流孔板減少壓差計劃方案充分考慮避免“氣蝕”，需先避免氣化，將限流孔板裝于閥后，把全部調(diào)節(jié)閥門中下游工作壓力提升，這更加有益。

4 限流孔板測算

4.1 限流孔板測算標準的確認

考慮到標準：根據(jù)限流孔板平攤工作壓力后，使調(diào)節(jié)閥門各工作狀況的開啟度仍在一般的范圍之內(nèi)--20%~85%。調(diào)節(jié)閥門FV-1121流量特性為等百分數(shù)，依據(jù)調(diào)節(jié)閥門開啟度公式計算

（2）

式中q_v--總流量，m³/h；
Δp--調(diào)節(jié)閥門前后左右壓力差，MPa；
d_ρ--物質(zhì)相對性[品質(zhì)]相對密度，即0.879；
C--調(diào)節(jié)閥門商品流通工作能力（FV-1121 C=31/1.17）。

設(shè)q_vmax=27.1m³/h時，調(diào)節(jié)閥門開數(shù)為85%；
由于設(shè)計方案標準所給p₁，p₂為具體閥前后左右工作壓力，取S=1；
則調(diào)節(jié)閥門相匹配氣體壓力Δp=0.28MPa=280kPa；
原設(shè)計方案氣體壓力中，扣減調(diào)節(jié)閥門氣體壓力，即是限流孔板平攤的氣體壓力，即1080-280=800kPa。

4.2 限流孔板設(shè)計方案

依據(jù)經(jīng)驗公式定律d=1.049
式中q_v--總流量，即27.1×879kg/h；
δp--填料前后左右壓力降（永久壓力損失），即800kPa；
ρ--物質(zhì)相對密度，879kg/m³。
帶到測算，得d=18mm

4.3 計算

1）帶到經(jīng)驗公式定律，加限流孔板后，各工作狀況標準下永久壓力降δp

q_vmax=27.1m³/h δp=800kPa
q_vnor=24.6m³/h δp=614kPa
q_vmin=12.3m³/h δp=153kPa

2）加限流孔板后調(diào)節(jié)閥門上中下游壓差Δp″及中下游工作壓力p₂″見表2。

可以看出，加限流孔板后，在各工作狀況標準下，均有Δp″<<Δp_T p₂″>>p_v
科學上，加限流孔板，合理的克服了“氣蝕”的造成。

4.4 考評

FV-1121調(diào)節(jié)閥門加限流孔板更新改造是1999年7月丁二烯復工維修時執(zhí)行的，工程費用200元，限流孔板裝到調(diào)節(jié)閥門中下游前法蘭盤上。10月份復工開車時投入使用，效果明顯，系統(tǒng)軟件工作穩(wěn)定，調(diào)節(jié)閥門總流量正常的，運作大半年多，未發(fā)現(xiàn)氣蝕狀況，FV-1121操縱基本上穩(wěn)定。

表2 加限流孔板后調(diào)節(jié)閥門的技術(shù)數(shù)據(jù)

5 結(jié)果

根據(jù)對苯乙烯裝置鄰二甲苯調(diào)節(jié)閥門FV-1121氣蝕的具體分析及解決，有以下幾個方面感受：

1）調(diào)節(jié)閥門氣蝕狀況易產(chǎn)生在調(diào)節(jié)閥門前后左右壓力差比較大，且調(diào)節(jié)閥門壓力比較接近蒸汽壓力p_v的狀況。
2）氣蝕對調(diào)節(jié)閥門毀壞非常大，數(shù)天內(nèi)就能使調(diào)節(jié)閥門閥心，高壓閘閥毀壞而無法修復。
3）在一定情況下，加限流孔板是處理氣蝕的最簡易、最經(jīng)濟實惠的方式，尤其在工藝條件不準確前提下。
4）選用限流孔板處理氣蝕的測算程序流程。

a）依據(jù)調(diào)節(jié)閥門開啟度，明確限流孔板的氣體壓力。
b）依據(jù)氣體壓力，測算限流孔板的規(guī)格。
c）復算各工作狀況標準下閥的開啟度是不是做到造成氣蝕的標準。

5）限流孔板平攤的氣體壓力，與總流量平方米正相關(guān)，采用時應(yīng)該需注意。

論文參考文獻：

[1] 李福寧.氣動式模塊組合儀表[M].北京市：機械工程出版發(fā)行，1982.130
[2] 施俊良.控制閥的挑選[M].北京市：我國建筑工業(yè)出版發(fā)行，1986.197
[3] GB/T2624-93，流量計量節(jié)流裝置用填料噴頭和文丘里管精確測量充斥著塑料軟管的液體精確測量[S].