如何避免发生控制阀闪蒸？
如何避免发生控制阀闪蒸？
什么是控制阀闪蒸？
当工艺流体流经控制阀时，介质流体的速度会增加，闪蒸可通过连续性方程（ρ1A1V1=ρ2A2V2）进行预测，连续性方程指出：“对于任何流速，流体密度、流通面积和流速的乘积都保持不变”。
当流体通过控制阀收缩通道的速度增加时，流体分子的动能就会增加。势能则以流体压力的形式相应减少。流体压力在阀门内的流动过程中会发生变化，从而使流体压力在控制阀的收缩通道内降低，在阀体收缩后，流体在更宽的区域恢复流动。
当液体被阀门节流时，液体的绝对压力总是低于蒸汽压力，此时液体开始沸腾。这种现象被称为闪蒸。调节阀闪蒸是一种意外情况。
当液体迅速膨胀为蒸汽时，流经阀门的流量会因液体在最大收缩处沸腾而窒息。闪蒸对控制阀的阀内件有害。当液体开始沸腾时，高速形成的微小液滴会腐蚀阀芯和阀座表面，从而破坏金属。
阀门中的闪蒸效应听起来像是沙粒流经阀门，压力恢复系数是预测阀门闪蒸的一个重要参数。
压力恢复因数是通过比较入口到出口的总压降与入口到最低压力的压降而计算得出的。压力恢复因数的数学计算方法是上游与下游压力差的平方根与上游与收缩静脉压力差的比值。
其中：
FL = 压力恢复因数。
P1 = 上游压力
P2 = 下游压力
Pvc= 收缩静脉压力
以下条件定义了不同控制阀在相同压降下的各种压力恢复系数。
见上图中：
1.控制阀1表示在压力恢复因数最低时，收缩静脉的流体压力向下游增加。 此处的收缩腔压力过低，因此该阀在液体工况下会发生闪蒸。
2.控制阀3最适合避免阀门闪蒸，因为它的压力恢复次数最少，高压恢复系数接近于 1。
● 蝶阀、球阀和直通控制阀的压力恢复系数最大。
● 与市场上其他类型的阀门相比，这些阀门中流体的流动路径更为复杂。
● 在湍流运动中，流动的流体有机会消耗能量，从而导致更高的压降。
现在我们来看看哪种阀门的压力恢复系数最小，哪种阀门最容易发生闪蒸。现在让我们比较一下蝶阀和直通控制阀。
● 直通控制阀最适合在整个流量中平均分配压力损失。但蝶阀的压力降仅在阀瓣和阀体之间的收缩处，这是一条提供最小限制的直线路径。
● 对于任何压力损失，蝶阀都比直通控制阀具有更高的压力恢复能力和更低的压力恢复系数。
● 蝶阀比直通控制阀更容易发生闪蒸。
造成控制阀闪蒸的问题有哪些？
造成闪蒸的两个主要问题是：
1.腐蚀
在闪蒸过程中，出口流为液体和蒸汽。当闪蒸加剧时，蒸汽液滴会携带液体。流动的液体在撞击阀体内部时就像固体颗粒一样。通过增大阀门开度，可将阀门出口处的流体速度降至最低，从而减少对阀体的损坏。角阀适用于发生在阀门下游的闪蒸。一个众所周知的事实是，含有水或液滴的湿蒸汽高速流经阀门，是造成阀门冲蚀的原因。
2.减少容量
在闪蒸情况下，所需的空间会增加，因流体介质会汽化。由于面积减小，阀门控制最大流量的能力受到限制。当流量能力受到限制时，就会出现 “窒流 ”现象。
窒息流：是指当下游压力降低时，通过阀门的流量保持恒定或固定。
气蚀和闪蒸是控制阀用于液体应用时，在特定流量条件下可能出现的常见现象。当流体通过阀门的流速较高时，流体中的压力下降，此时流体开始产生气泡或闪蒸。
为了说明闪蒸的概念，可以参考下图，为气蚀和闪蒸过程中流体压力和流速的变化。
当控制阀下游压力降至蒸汽压力以下时，下游侧的部分液体被汽化并保持蒸汽状态。控制阀下游侧的流体为部分液体和蒸汽。随后流经阀门的流体被阻塞。当下游压力降低时，流速不会增加。
闪蒸会造成一些机械问题，如侵蚀和振动。与液体相比，蒸汽体积较大，因此流速较高。必须使用耐腐蚀性更强的材料，因为较高的流体速度会造成侵蚀，并有可能在阀门中产生闪蒸。
如何最大限度地减少控制阀中的闪蒸损坏？
最大限度地减少控制阀中的闪蒸损坏，一般使用硬质合金堆焊或钨来实现。使用耐腐蚀的阀体材料，通过增大阀门开度来降低流速，使用角型控制阀或旋塞阀。
闪蒸和气蚀有什么影响？
如果阀门维护不当，闪蒸和气蚀都会对控制阀和工艺流程造成有害影响。
调节阀中的闪蒸和气蚀有什么区别？
气蚀和闪蒸条件下控制阀压力和速度变化的简化模型在上图中已有展示，其他具体影响如下：
闪蒸：
1.流量减少，压力降低。
2.液体必须加速以保持连续性，因为液体流经的区域减少，以保持恒定的容积流量。
3.闪蒸也会对阀瓣表面造成有害损害，表现为阀栓的侵蚀。
气蚀：
1.造成阀门磨损。
2.噪音和振动损坏周围设备
3.蒸汽气泡溃散时会损坏阀门表面。
4.在系统中产生高压冲击波。
5.导致微射流以更高的速度撞击阀门表面，造成点蚀。
如何预测阀门中闪蒸和气蚀的发生？
每个工业流程的设计和构造都必须尽量减少或消除可预测区域内的闪蒸和气蚀。但是，这些情况会出乎意料地发生。希望能发现侵蚀和点蚀的迹象，确定闪蒸和气蚀影响的唯一方法就是听声音，闪光听起来像嘶嘶声，空化听起来像爆裂声，请注意，与雾化器相比，这两种声音都可能相当响亮。
如何防止闪蒸和气蚀？
保护阀门和工艺设备是防止闪蒸和气蚀损坏的最重要任务。可使用防气蚀蝶阀、防气蚀调节阀、流体动力噪音控制阀、温度控制器、直通控制阀，这3 个系统级控制装置和 2 个控制阀级控制装置均可。
系统级控制
将控制阀安装在高压区域，以提高流体压力和蒸汽压力。在下游使用孔板或第二个阀门来限制流量并增加背压。这样可以增加流体压力并降低流体速度。在气流中建立非冷凝气体管道，以防止气泡溃散造成点蚀和侵蚀。
控制阀液位控制
选择可将气蚀损害降至最低的阀门材料。使用防气蚀内件设计。这些内件设计可通过各种方式处理气蚀，例如压降分期、将气流分为多路以及将气流重新导向远离表面的方向。