1 引言
工業(yè)過程以生產(chǎn)自動(dòng)化作為其先進(jìn)性的標(biāo)志，過程控制技術(shù)隨工業(yè)發(fā)展而日新月異。在控制回路中，終端控制元件（控制閥、執(zhí)行裝置）直接與被控流體接觸并進(jìn)行調(diào)節(jié)，決定著控制是否及時(shí)有效和過程安全，是最關(guān)鍵的，又是相對(duì)技術(shù)薄弱的環(huán)節(jié)。 在石化、化工裝置中，生產(chǎn)過程大部分操作條件都是在高溫、高壓下進(jìn)行，且易燃易爆?？量坦r就是指這種生產(chǎn)過程為長時(shí)間運(yùn)行在高溫、高壓差、兩相流等操作條件下。在此工況下，極易產(chǎn)生大能量沖擊、振動(dòng)、空化氣蝕和高噪聲，普通的控制閥無法承受沖刷而導(dǎo)致閥內(nèi)件損壞。為使控制閥能夠在苛刻工況下安全可靠運(yùn)行，必須選用優(yōu)化設(shè)計(jì)的新型控制閥和選擇降壓減噪新技術(shù)，以及維護(hù)預(yù)測、提高控制閥生命周期。
生產(chǎn)過程的工藝條件是控制閥選擇時(shí)主要考慮的問題，對(duì)于特殊的苛刻工況如何應(yīng)對(duì)，應(yīng)該綜合控制閥的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、性能、選材等方面，以適用為主、整體優(yōu)化，再結(jié)合成熟的計(jì)算軟件（如CONVAL控制閥軟件）進(jìn)行計(jì)算選型和預(yù)估分析。
2 防止空化氣蝕
由于控制閥本身是管路節(jié)流元件，在其內(nèi)部流動(dòng)的液體介質(zhì)，由于節(jié)流原因常常出現(xiàn)閃蒸和空化現(xiàn)象，苛刻工況下的高壓差場合更為嚴(yán)重。閃蒸和空化的發(fā)生既影響控制閥口徑的選擇和計(jì)算，更是能導(dǎo)致嚴(yán)重的噪聲、振動(dòng)及氣蝕對(duì)材料的破壞等等，直接影響使用。 在流體通過控制閥閥芯閥座形成的節(jié)流端面時(shí)，流速突然急劇增加而靜壓力驟然下降，若節(jié)流端面后的壓力驟然降到介質(zhì)飽和蒸汽壓及以下，將產(chǎn)生閃蒸，對(duì)閥內(nèi)件有侵蝕作用。當(dāng)節(jié)流后的壓力又回復(fù)到飽和蒸汽壓之上時(shí)，空化形成的氣蝕有極大的沖擊力，可高達(dá)幾千牛頓，嚴(yán)重地沖撞和破壞閥芯閥座和閥體，有如猛烈噴沙的效果，即使高硬度的合金也只能承受很短時(shí)間。 對(duì)此情況，控制閥的選擇要考慮壓差（流速）、材料和結(jié)構(gòu)，并采取特殊設(shè)計(jì)和措施。
（1）考慮壓差，不能使控制閥前后壓差過大，不使最小節(jié)流端面的壓力下降到流體的飽和蒸汽壓以下，應(yīng)當(dāng)使閥上壓差△pmax<2.5MPa和控制流速（可增加控制閥及管路的流通面積，減小流速）。
（2）考慮材料，選用抗蝕能力強(qiáng)的金屬材料，如選1Cr18Ni9Ti不銹鋼閥芯閥座基體用Stelite（鈷鉻鎢合金）或碳化鎢對(duì)密封面進(jìn)行硬化處理。
（3）考慮控制閥結(jié)構(gòu)，選用特殊設(shè)計(jì)的抗空化氣蝕的閥內(nèi)件，以避免氣蝕的破壞作用。使流體在通過閥芯閥座時(shí)每一點(diǎn)的壓力都高于該溫度下的飽和蒸汽壓，或采用多級(jí)降壓減噪處理。選擇在閥芯閥座流出處加減噪器的措施，使液體本身相互沖撞呈高度紊流而減少氣泡（閃蒸現(xiàn)象）的產(chǎn)生。 圖1為德國某廠家的抗空化氣蝕的閥內(nèi)件AC Trim.
特殊設(shè)計(jì)閥芯閥座的 特殊設(shè)計(jì)閥芯閥座的 3級(jí)降壓減噪的抗空化氣蝕 5級(jí)降壓減噪的抗空化氣蝕
一級(jí)抗空化氣蝕 加減噪板的二級(jí)抗空化氣蝕 （多級(jí)軸閥芯） （多級(jí)軸閥芯）
圖1 新型設(shè)計(jì)的抗空化氣蝕閥內(nèi)件
3 噪聲的抑制
控制閥產(chǎn)生的噪聲一般為機(jī)械噪聲、液體動(dòng)力噪聲和氣體動(dòng)力噪聲。
機(jī)械噪聲主要來自控制閥的閥芯、閥桿及一些可動(dòng)部件，由于受到流體壓力波動(dòng)的影響或流體的沖擊而機(jī)械振動(dòng)而產(chǎn)生。噪聲是明顯的金屬響聲和敲擊聲，頻帶較寬，振動(dòng)頻率一般小于1500Hz。減小機(jī)械噪聲的方法主要是改進(jìn)閥門結(jié)構(gòu)尤其是閥芯閥座、導(dǎo)向的結(jié)構(gòu)。
液體動(dòng)力噪聲是流體流過節(jié)流端面而產(chǎn)生，流通截面積的急劇變化，容易產(chǎn)生阻塞流、產(chǎn)生閃蒸和空化，減速和膨脹造成噪聲，空化作用產(chǎn)生強(qiáng)大破壞力時(shí)還發(fā)出噪聲。氣體動(dòng)力噪聲是當(dāng)氣體速度大于聲速時(shí)，流體產(chǎn)生沖擊波，噪聲劇增。噪聲的預(yù)估比較復(fù)雜和困難，IEC 60534-8標(biāo)準(zhǔn)也給出了有關(guān)噪聲預(yù)估方法，各控制閥廠家的計(jì)算軟件中都有噪聲的預(yù)估計(jì)算?？刂崎y噪聲的抑制和治理，主要采用聲源處理和聲路處理。聲源處理就是設(shè)法防止和降低控制閥節(jié)流端面的聲源功率，抓住壓差和流速這兩個(gè)影響噪聲的關(guān)鍵參數(shù)，在閥內(nèi)件和閥體結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)改進(jìn)，在聲源的節(jié)流處把速度和壓差降下來。
（1）采用減噪器的辦法。在節(jié)流處加裝細(xì)小的迂回通路，如迷宮式結(jié)構(gòu)的減噪器、細(xì)目鋼網(wǎng)卷成的減噪器、多孔結(jié)構(gòu)的減噪板。參見圖2。
圖2加在閥芯閥座流出處的減噪器 圖3控制閥出口消音器
（2）采用出口加擴(kuò)管消音器的辦法，減弱沖擊波并消耗聲能，做聲路減噪處理。參見圖3。
（3）利用摩擦原理，設(shè)計(jì)多級(jí)閥芯降壓減噪，控制流體流速，有效地防止了空化作用，也明顯抑制了噪聲。
（4）改善流場參數(shù)。根據(jù)流場分布與閥門結(jié)構(gòu)有關(guān)的研究結(jié)果，改進(jìn)閥門流路和閥內(nèi)件結(jié)構(gòu)，選用S形流路、V形開口閥芯、套筒閥，等。
4 應(yīng)對(duì)高溫苛刻工況
在高溫的工況下，必須考慮材料熱膨脹對(duì)閥內(nèi)件動(dòng)作的影響，所用材料不能因高溫作用而變形、塑變、蠕變，造成閥內(nèi)件卡住或閥桿和導(dǎo)向套卡住，因此設(shè)計(jì)間隙（包括閥芯與閥座間；導(dǎo)向套與閥桿間）要根據(jù)材料、尺寸及溫差等因素考慮而適當(dāng)增加。同時(shí)考慮閥體、支架、填料、連接件等的承受溫度能力。
基于在高溫下各種材料的硬度都會(huì)有不同程度的下降，要認(rèn)真查對(duì)所選材料的溫－壓曲線，使其滿足在溫度條件下的耐壓，保證安全性。對(duì)泄漏量要求較高的，閥內(nèi)件采用相同的合金鋼，密封面做硬化處理。溫度高于一定時(shí)（如220℃），要考慮選加延伸的上閥蓋；溫度高于450℃時(shí)，要考慮選加較長延伸的上閥蓋，來避免傳熱造成氣動(dòng)執(zhí)行器和閥門定位器非正常工作。
5 結(jié)束語
控制閥在苛刻工況下應(yīng)用的氣蝕、沖刷、噪聲等問題是由來已久，各控制閥廠家不斷尋找解決辦法。目前一系列可靠耐用的新型抗空化氣蝕控制閥相繼推出，以及智能閥門定位器的數(shù)字化應(yīng)用，已使控制閥能夠選擇和應(yīng)用在苛刻工況條件
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