為何MAC電磁閥應(yīng)避免在小開(kāi)度下工作?
是流程工業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)過(guò)程控制的終端控制元件。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)品質(zhì)的好壞，將直接影響自動(dòng)過(guò)程控制質(zhì)量。因此，調(diào)節(jié)閥穩(wěn)定的工作，對(duì)于流程工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)而言，極為重要。在實(shí)際應(yīng)用中，小開(kāi)度是造成閥壽命縮短的主要原因之一。那么為什么小開(kāi)度會(huì)對(duì)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥壽命造成影響呢?
MAC電磁閥首先會(huì)造成沖蝕。小開(kāi)度導(dǎo)致流道間隙過(guò)小，介質(zhì)流速過(guò)大，對(duì)調(diào)節(jié)閥閥芯、閥座沖刷非常厲害，將使閥的壽命成倍下降，甚至短期內(nèi)可使調(diào)節(jié)閥報(bào)廢。
其次，小開(kāi)度導(dǎo)致劇烈的壓力、流速變化。當(dāng)超過(guò)調(diào)節(jié)閥的剛度時(shí)，導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生劇烈震蕩。
三，流關(guān)狀態(tài)下工作的調(diào)節(jié)閥，會(huì)出現(xiàn)跳躍關(guān)閉和跳躍啟動(dòng)現(xiàn)象，調(diào)節(jié)閥在這個(gè)開(kāi)度內(nèi)是不能進(jìn)行正常調(diào)節(jié)的。閥門開(kāi)度如果在3%左右，閥門閥芯密封面距離節(jié)流口太近，對(duì)于閥芯的密封面損傷很大。
四，一些種類的閥門不適于小開(kāi)度工作。如蝶閥，小開(kāi)度時(shí)不平衡力矩大，會(huì)產(chǎn)生跳開(kāi)、跳關(guān)現(xiàn)象。再如氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥如果是直通雙座調(diào)節(jié)閥，由于該類型閥門有兩個(gè)閥芯兩個(gè)閥座，平時(shí)一個(gè)閥芯處于流開(kāi)狀態(tài)，另一個(gè)閥芯處于流閉狀態(tài)，這種閥門雖然對(duì)于泄漏量要求不嚴(yán)，但是閥門處于小刻度時(shí)，閥門穩(wěn)定性變得很差，并且容易產(chǎn)生震蕩。
總之，如果調(diào)節(jié)閥能夠正常工作，不被經(jīng)常沖刷，提高閥的使用壽命，調(diào)節(jié)閥應(yīng)避免在小開(kāi)度下工作。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，閥門刻度通常至少應(yīng)大于8%~12%，但對(duì)于高壓閥、雙座閥、蝶閥、處于流閉狀態(tài)的調(diào)節(jié)閥而言，應(yīng)大于20%(線性閥)~30%(對(duì)數(shù)閥)。
小開(kāi)度引起閃蒸汽蝕
閃蒸和汽蝕是由阻塞流引起，當(dāng)流體工質(zhì)流過(guò)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥閥座口的小流道縮徑處產(chǎn)生的。當(dāng)流體工質(zhì)流過(guò)縮徑處，流束變細(xì)收縮。流束的小橫斷面出現(xiàn)在實(shí)際縮徑處的下游，而不是縮徑處。在縮流斷面處，流體工質(zhì)的流速大，流速增加伴隨著縮流斷面處的壓力大大降低，流體工質(zhì)在下游隨著流束擴(kuò)展，速度下降，壓力增加。當(dāng)縮流斷面處的流體壓力低于該溫度下流體的飽和蒸汽壓力時(shí)，流束中將產(chǎn)生汽泡，形成氣液兩相流。如果流體在縮流斷面的下游，也就是閥門的出口壓力仍然低于該溫度下流體的飽和蒸汽壓力，汽泡將在閥門的下游產(chǎn)生，就造成了閃蒸現(xiàn)象。壓力越低，汽泡產(chǎn)生量越大，閃蒸現(xiàn)象越嚴(yán)重。
如果下游壓力恢復(fù)到該溫度下流體的飽和蒸汽壓力以上，汽泡會(huì)破裂或向內(nèi)，從而產(chǎn)生汽蝕。蒸汽汽泡破裂釋放出能量，會(huì)產(chǎn)生一種類似于砂石流過(guò)閥門的噪聲。當(dāng)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥處于小開(kāi)度時(shí)，會(huì)感覺(jué)到有流體通過(guò)的噪聲，閥體振動(dòng)也會(huì)加強(qiáng)，這就是發(fā)生了汽蝕。
閃蒸工況與汽蝕工況相比，閃蒸工況的氣液兩相流將在閥門縮流處后整個(gè)下游都存在，比汽蝕工況氣液兩相流的作用時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)閥門及管道的破壞作用要大。
MAC電磁閥的危害主要有機(jī)械磨損和腐蝕。一方面，汽泡內(nèi)攜帶液滴，在流經(jīng)閥體的接觸面時(shí)，對(duì)界面有的撞擊效果，并且由于氣體的流速快，對(duì)界面造成有角度的沖擊，使得與汽泡接觸的閥體內(nèi)部沖蝕嚴(yán)重;另一方面，當(dāng)閥體與流體的接觸面發(fā)生機(jī)械磨損時(shí)，會(huì)破壞原有的經(jīng)過(guò)處理的金屬表面，且由于一些工藝中介質(zhì)大多為水，其中含有氧氣，會(huì)在金屬表面形成新的氧化物，使金屬表面發(fā)生腐蝕的現(xiàn)象。
閃蒸沖刷破壞的特點(diǎn)是受沖刷表面有平滑拋光的外形。沖刷嚴(yán)重的地方一般在流速高處，通常位于閥芯和閥座的接觸線上或附近，因此閥體內(nèi)件也要選擇耐沖蝕的。
汽蝕的危害
汽蝕的危害主要是汽泡迅速破裂時(shí)產(chǎn)生的沖擊力，和破裂時(shí)形成的高速射流產(chǎn)生的巨大沖擊力對(duì)金屬面產(chǎn)生*的沖蝕作用。
如果汽泡在接近閥門內(nèi)固體表面處破裂，釋放的能量會(huì)慢慢地撕裂材料，在閥芯表面留下類似于煤渣的粗糙表面。如果汽泡在下游管道中破裂，會(huì)對(duì)下游管道產(chǎn)生類似的破壞。
應(yīng)對(duì)方案
解決小開(kāi)度下調(diào)節(jié)閥工作問(wèn)題有好多種方法，常見(jiàn)的大概有如下幾種。
MAC電磁閥根據(jù)流量方程，當(dāng)前后壓差減小時(shí)，流量也相應(yīng)減小，為保持閥的流量不變，就要增大閥的開(kāi)度。因此，可以工藝管道上與調(diào)節(jié)閥相串聯(lián)的手動(dòng)閥門，關(guān)閉至調(diào)節(jié)閥需要的工作開(kāi)度為止，或者在調(diào)節(jié)閥后增加限流孔板消耗部分壓降。這兩種方法都是增加管路上的壓降，以便減少閥上的壓降，因?yàn)橄到y(tǒng)總壓降等于管路壓降加上調(diào)節(jié)閥上的壓降，由于系統(tǒng)總壓降不變，所以當(dāng)管路壓降增大時(shí)，閥上壓降必然減小。
縮小閥口徑
同樣根據(jù)流量方程，直徑減小時(shí)，流量也減小，因此為保持通過(guò)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的流量不變，就必然要加大開(kāi)度，這樣也可避免閥在小開(kāi)度下工作?？趶介y的口徑、閥座的直徑有關(guān)，可以換一臺(tái)小檔口徑的閥，或通過(guò)內(nèi)部縮徑，閥體不變，換小檔的閥芯閥座實(shí)現(xiàn)。
應(yīng)對(duì)閃蒸
通過(guò)對(duì)閃蒸產(chǎn)生原理的分析，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)管道的流動(dòng)特性與流體溫度一定后，對(duì)于任何閥門來(lái)說(shuō)都是無(wú)法防止閃蒸現(xiàn)象的。因此，應(yīng)從改變下游管道流動(dòng)特性和提高閥體的耐沖蝕能力兩個(gè)方面來(lái)減小閃蒸的破壞作用。
從設(shè)計(jì)方面考慮應(yīng)盡量提高閥門的背壓，一是將調(diào)節(jié)閥門布置在具有較高靜壓頭的位置可以提高閥門的背壓;二是增加節(jié)流孔板或類似的提高背壓裝置，提高閥門的背壓。
在閥門選型時(shí)應(yīng)考慮:一是盡量選擇直行程角閥，從閥門結(jié)構(gòu)來(lái)考慮，角閥沒(méi)有改變流體的流向，流體的流向在閥內(nèi)仍保持自上而下，減少了沖擊閥門表面液滴的數(shù)量，但是直行程角閥成本較高，一般只用于工況惡劣和重要場(chǎng)合;二是可以選擇下游帶有擴(kuò)展式流通區(qū)域的閥門，流體在經(jīng)過(guò)小縮流面時(shí)，速度達(dá)到大，此時(shí)如有一個(gè)較大范圍的擴(kuò)流區(qū)，將會(huì)使流速迅速降低，從而減少對(duì)閥體的沖刷;三是閥體選擇材質(zhì)硬度高的材料增強(qiáng)其抗機(jī)械磨損和腐蝕的能力，減小閃蒸的破壞作用，對(duì)于肯定會(huì)被流體沖刷的閥內(nèi)表面的區(qū)域，如閥座表面和閥芯采取表面鍍合金的硬化處理，提高其表面的抗沖刷能力。
MAC電磁閥由于汽蝕的閥后壓力可以恢復(fù)到高于液體的飽和蒸汽壓力，因此可以通過(guò)控制閥體內(nèi)的壓降過(guò)程來(lái)消除汽蝕現(xiàn)象?？刂崎y使用多級(jí)降壓內(nèi)件，可以把通過(guò)閥門的壓降分成數(shù)個(gè)較小的壓降區(qū)域，每一個(gè)較小的壓降區(qū)域都確保在縮流斷面處的壓力大于流體溫度對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽壓力，防止蒸汽氣泡的形成。同樣，應(yīng)對(duì)必然受到?jīng)_刷的閥芯和閥門內(nèi)表面應(yīng)進(jìn)行表面硬化處理，提高易被流體沖刷的閥芯和閥內(nèi)表面的抗沖刷能力。
在運(yùn)行過(guò)程中，也可以通過(guò)一些方法來(lái)降低電動(dòng)調(diào)節(jié)閥壓降，達(dá)到防止閥門汽蝕的目的。在大容量機(jī)組中，凝結(jié)水和凝補(bǔ)水管路中一般配置30%負(fù)荷和70%負(fù)荷調(diào)節(jié)閥，在運(yùn)行操作中，如果在低負(fù)荷下，使用70%負(fù)荷調(diào)節(jié)閥，會(huì)使P降低量增大，易產(chǎn)生汽蝕，應(yīng)嚴(yán)格按照隨負(fù)荷增加先使用30%負(fù)荷調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，再投入70%負(fù)荷調(diào)節(jié)閥?？梢酝ㄟ^(guò)關(guān)小電動(dòng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥后電動(dòng)截止閥的開(kāi)度，相當(dāng)于在調(diào)節(jié)閥后增加了一個(gè)節(jié)流空板，可以減小調(diào)節(jié)閥的必須壓降。
