減壓閥前后的壓力變化分析

減壓閥前后的壓力變化 減壓閥前后的壓力 減壓閥壓力 減壓閥閥后壓力 減壓閥壓力變化
之前介紹黃銅帶表消聲減壓閥使用注意事項，現(xiàn)在介紹減壓閥前后的壓力變化分析圖1是液體通過調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)窗口（節(jié)流孔）的各點的壓力變化曲線減壓閥是一種自動降低管路工作壓力的專門裝配，它可；1、減壓閥的開度與機(jī)能的關(guān)系；減壓閥工作過程中,作為節(jié)省啟閉件的主閥瓣開度是轉(zhuǎn)；一個要求有不變流量的系統(tǒng),在介質(zhì)流經(jīng)減壓閥時,減壓閥是一種自動降低管路工作壓力的專門裝配，它可將閥前管路較高的壓力削減至閥后管路所需的水平。按工作事理分，減壓閥可分為先導(dǎo)式、直動式、定值器減壓閥等幾種類型。減壓閥的工作事理是經(jīng)由過程改變閥門節(jié)省啟閉件的開度,使經(jīng)由過程閥門密封面的介質(zhì)流速提高,將介質(zhì)的部門勢能轉(zhuǎn)換成動能,從而使經(jīng)由過程減壓閥后的介質(zhì)壓力降低。提高了流速的介質(zhì),在管道中活動時會碰著更大的沿程阻力,介質(zhì)的部門動能又轉(zhuǎn)換成熱能擴(kuò)散到管道和情況中。減壓閥13公斤壓力變?yōu)?公斤壓力，當(dāng)減壓閥打開之后，減壓閥后面的壓力表開始是顯示5公斤，可是過了一段時間之后發(fā)現(xiàn)壓力表壓力慢慢升高，一直顯示為12到13公斤壓力


假設(shè)閥門前后的管徑相同，液體在調(diào)節(jié)閥窗口前、后的相當(dāng)長的距離內(nèi)，液體一直處于穩(wěn)定流動，同時不考慮液體的位能及節(jié)流前后的溫度變化，則根據(jù)連續(xù)性的方程，u1=U2。
Pl、p3——入口壓力及出口壓力
P2——小截面處（調(diào)節(jié)閥窗口）壓力
U1、u2——入口流速及出口流量


減壓閥前后的壓力變化分析從圖1中看出，當(dāng)液體通過調(diào)節(jié)閥窗口時可能有三種工況：
（1）液體通過調(diào)節(jié)閥窗口時，因液體流速增大，造成壓力降低，如圖1中的曲線I所示。但P2大于當(dāng)時液體溫度下的相應(yīng)的飽和壓力，在這種工況下，液體通過調(diào)節(jié)窗口后不會發(fā)生汽蝕和閃蒸現(xiàn)象。
（2）當(dāng)液體通過調(diào)節(jié)窗口時，液體的壓力小于或等于當(dāng)時液體溫度下的相應(yīng)的飽和壓力，如圖1中曲線Ⅱ所示。根據(jù)汽蝕理論的研究，此時在金屬表面某處形成一個穩(wěn)定的汽蝕區(qū)，汽泡在金屬表面的不斷形成和增長，同時隨著流體下移壓力回升（即速度能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ埽?dāng)該處的液體壓力大于當(dāng)時液體溫度下的飽和壓力時，則汽泡破裂（凝聚），而汽蝕正是由于這些汽泡的反復(fù)破裂所引起的。當(dāng)汽泡破裂時，周圍液體即迅速地填充破裂汽泡的空間，沖入的流體形成高速而沖擊金屬表面[2]。據(jù)美國某研究所測得汽蝕汽泡中心部位的壓力高達(dá)2.0×103MPa，由于汽泡破裂產(chǎn)生的沖擊金屬表面，好似微小的高強(qiáng)度錘子反復(fù)錘擊金屬表面，導(dǎo)致表面疲勞。同時，汽泡破裂產(chǎn)生的局部溫度也可能達(dá)至攝氏幾千度，這種高溫“過熱點”在金屬表面的累積，引起金屬表面撕裂，出現(xiàn)蜂窩狀的凹坑，并逐步深入金屬本體，脫落下來的小塊像飽含氣孔的焦炭一樣，很容易辨認(rèn)。
因大部分汽蝕汽泡遠(yuǎn)離金屬表面，汽泡破裂產(chǎn)生的沖擊波對金屬表面的損壞不大，只有在金屬表面產(chǎn)生和增長的汽泡又同時在金屬表面破裂或者在接近金屬表面破裂，產(chǎn)生的沖擊波才會造成設(shè)備損壞。
（3）當(dāng)液體通過調(diào)節(jié)窗口時，液體的壓力降低于當(dāng)時液體溫度下相應(yīng)的飽和壓力，而且閥門后的出口壓力仍然低于相應(yīng)的飽和壓力，所以液體通過調(diào)節(jié)閥窗口后，部分液體即發(fā)生汽化，產(chǎn)生兩相流，汽泡有時合并、破裂和產(chǎn)生蒸汽，這種過程為閃蒸，如圖1中曲線Ⅲ所示。受閃蒸破壞的金屬表面沒有蜂窩狀的凹坑，而是大塊剝落，很易區(qū)別。



減壓閥安裝不規(guī)范時，常見的弊病是將減壓閥安裝在易振動或易受沖擊的部位，或減壓閥前后未安裝壓力表，或減壓閥前后采用同管徑的管道等。減壓閥安裝處于易振動或易受沖擊會使減壓閥前后壓力不穩(wěn)定，減壓值也隨之發(fā)生波動變化，不僅影響設(shè)備的使用壽命，也影響減壓的穩(wěn)定性。減壓閥前后未安裝壓力表時不便于調(diào)試掌握壓力大小數(shù)值，也難以了解減壓閥的工作情況。減壓閥前后管徑一樣大時，減壓效果不顯著，而且增大了減壓后的壓力損失。減壓閥后采用比減壓閥公稱直徑大1～2級的管徑，是為了減少減壓后管道系統(tǒng)的壓力損失，有利于系統(tǒng)壓力穩(wěn)定。
減壓閥在其調(diào)壓范圍內(nèi)能自動調(diào)節(jié)其前后的壓力，安裝時應(yīng)做到以下幾點：
（1）減壓閥組不應(yīng)設(shè)置在靠近移動設(shè)備或容易受沖擊的部位，而應(yīng)設(shè)置在振動小、空曠和便于檢修的部位。
（2）減壓閥組應(yīng)安裝在離地面1.2m左右的墻面上，如安裝在離地3m左右的高處，應(yīng)設(shè)固定的操作平臺。
（3）蒸汽系統(tǒng)的減壓閥組前，一般應(yīng)設(shè)疏水閥；壓縮空氣系統(tǒng)的減壓閥組前，一般應(yīng)裝有油水分離器。如系統(tǒng)中介質(zhì)帶有渣物時，應(yīng)在閥組前裝設(shè)過濾器。
（4）減壓閥組前后均應(yīng)裝置壓力表，以方便調(diào)整；減壓閥組后方應(yīng)裝溢流閥（安全閥），當(dāng)減壓閥失靈超壓時，能起泄壓和報警作用，保證壓力穩(wěn)定。
（5）減壓閥閥體應(yīng)垂直安裝在水平管路上，并使介質(zhì)流向同閥體上的箭頭方向一致，且勿裝反。減壓閥兩邊應(yīng)安裝切斷閥門（采用法蘭截止閥），以便于減壓閥的檢修和更換。
（6）一般減壓閥前的管徑等于或大于減壓閥的公稱直徑；但減壓閥后的管徑應(yīng)比減壓閥的公稱直徑大1～2級。減壓閥應(yīng)裝設(shè)旁通管，旁通管是檢修或更換減壓閥時的臨時通道，可允許代替減壓閥工作。此外，蒸汽系統(tǒng)啟運時，可用它排除凝結(jié)水和污物，以防減壓閥磨損和堵塞。
（7）波紋管式減壓閥用于蒸汽或水等介質(zhì)時，波紋管應(yīng)朝下安裝；用于空氣時，需將波紋管式減壓閥門反向安裝，即調(diào)節(jié)螺釘和波紋管朝向上方。
（8）減壓閥安裝完后，應(yīng)根據(jù)使用壓力進(jìn)行調(diào)試，并做出調(diào)試后標(biāo)志。對彈簧式減壓閥調(diào)整時，先將減壓閥兩邊截止閥及旁通閥關(guān)閉，再將減壓閥上手輪旋緊；下手輪旋開，使彈簧放松，從注水小孔處把水注滿，以防蒸汽將活塞的橡膠環(huán)損壞。打開減壓閥前的截止閥，旋松上手輪，緩慢地旋緊下手輪，以壓緊彈簧，使閥盤上升，注意觀察閥后的壓力表，并調(diào)節(jié)安全閥，使之達(dá)到要求數(shù)值。用鎖緊螺母鎖緊下手輪（也可卸除下手輪），后打開減壓閥后的截止閥，即投入正常運行。
（9）減壓器的安裝形式如圖4-1所示。



圖4-1 減壓閥的安裝a）旁通管立式安裝 b）旁通管水平安裝 c）旁通管水平安裝

2.減壓閥前后的壓力變化分析防止汽蝕或閃蒸破壞可采取的措施
2.1 采用多級節(jié)流
由于化工生產(chǎn)中高壓調(diào)節(jié)閥通常要承受較大的壓降，如氨合成塔操作壓力高達(dá)32 MPa，希望能在0～32MPa的壓力之間工作而不發(fā)生汽蝕破壞和不產(chǎn)生泄漏，這對于單級節(jié)流的調(diào)節(jié)閥來說是極其困難的，由圖2的曲線I可見，單級節(jié)流的調(diào)節(jié)閥的壓力變化曲線的谷底，通常會低于液體在該溫度下的汽化壓力，因此汽蝕難以避免。


上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,水減壓閥而采用多級節(jié)流后，其總壓降雖然大于單級節(jié)后的壓降，但每一級調(diào)節(jié)壓降較小，如圖2中的曲線Ⅱ所示，即把壓降分配在幾個串聯(lián)的調(diào)節(jié)閥上，因而就可避免使調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生汽蝕破壞。
減壓閥是一種自動降低管路工作壓力的專門裝配，它可將閥前管路較高的壓力削減至閥后管路所需的水平。按工作事理分，減壓閥可分為先導(dǎo)式、直動式、定值器減壓閥等幾種類型。減壓閥的工作事理是經(jīng)由過程改變閥門節(jié)省啟閉件的開度,使經(jīng)由過程閥門密封面的介質(zhì)流速提高,將介質(zhì)的部門勢能轉(zhuǎn)換成動能,從而使經(jīng)由過程減壓閥后的介質(zhì)壓力降低。提高了流速的介質(zhì),在管道中活動時會碰著更大的沿程阻力,介質(zhì)的部門動能又轉(zhuǎn)換成熱能擴(kuò)散到管道和情況中。 1、減壓閥的開度與機(jī)能的關(guān)系 
減壓閥工作過程中,作為節(jié)省啟閉件的主閥瓣開度是轉(zhuǎn)變的。閥瓣開度的轉(zhuǎn)變,不單可以經(jīng)由過程節(jié)省改變介質(zhì)的壓力,并且可以保證系統(tǒng)所需要的流量不變地經(jīng)由過程減壓閥。凡是選定的減壓閥許可經(jīng)由過程的大流量應(yīng)大于系統(tǒng)需要的大流量,在減壓閥后安裝一個節(jié)省閥或截止閥用于調(diào)控系統(tǒng)的流量。 


一個要求有不變流量的系統(tǒng),在介質(zhì)流經(jīng)減壓閥時,介質(zhì)的壓力將降低,而流量不會發(fā)生轉(zhuǎn)變。若是流經(jīng)某減壓閥的流量不變,那么該減壓閥的開度與減壓閥的進(jìn)出口壓差成反比。減壓閥的進(jìn)出口壓差越大,開度越小,介質(zhì)經(jīng)過減壓閥的流速越大。減壓閥的進(jìn)出口壓差越小,開度越大,介質(zhì)經(jīng)過減壓閥的流速越小。若是流經(jīng)減壓閥的流量發(fā)生轉(zhuǎn)變,那么減壓閥的開度將與流量的轉(zhuǎn)變成正比,流量越大,減壓閥的開度越大,流量越小,減壓閥的開度越小。 
減壓閥的進(jìn)口壓力是由系統(tǒng)工況抉擇的,出口壓力直接管到減壓閥調(diào)節(jié)裝配的節(jié)制。若是一個減壓閥的調(diào)節(jié)裝配設(shè)定了某一數(shù)值的閥后壓力,那么該減壓閥的出口壓力將在這個設(shè)定的數(shù)值四周作小規(guī)模(ΔPc)波動,此時進(jìn)口壓力的轉(zhuǎn)變%Pj對出口壓力的轉(zhuǎn)變%Pc的影響,以及減壓閥的流量的轉(zhuǎn)變ΔQ對ΔPc的影響,是反映該減壓閥機(jī)能的主要指標(biāo),在必然的規(guī)模內(nèi),ΔPj對ΔPc的影響越小越好,同樣ΔQ對ΔPc的影響也是越小越好。 
2、實例分析：



以工作介質(zhì)為氮氣的DN50mm活塞式減壓閥為例,分析不合工況下減壓閥的機(jī)能。 經(jīng)由過程對減壓閥調(diào)節(jié)螺釘?shù)恼{(diào)整,使減壓閥進(jìn)口壓力Pj=5.25MPa,出口壓力Pc=3.15MPa,鎖定減壓閥調(diào)節(jié)螺釘。現(xiàn)實操作傍邊,在減壓閥后要安裝一臺節(jié)省閥(或截止閥),用以節(jié)制流經(jīng)減壓閥的流量,現(xiàn)假設(shè)該節(jié)省閥在調(diào)節(jié)到必然流量后被鎖定。出口為常壓,可以理解為Pc=0.1MPa,遠(yuǎn)小于該減壓閥調(diào)節(jié)螺釘所設(shè)定的出口壓力3.15MPa,故該減壓閥是處于全開狀況。此時的減壓閥已經(jīng)失調(diào)節(jié)功能,其閥前閥后的壓差達(dá)到該流量下的小值,介質(zhì)的流速也達(dá)到該流量下的小值。此時進(jìn)口壓力Pj再減小時,經(jīng)過減壓閥的流量也將削減。當(dāng)減壓閥的進(jìn)口壓力Pj增添時,出口壓力Pc也隨之增添,Pj增添幾多,Pc也增添幾多,連結(jié)壓差不變,故介質(zhì)的流速也不變,其流量也不變,減壓閥仍然處于全開狀況。當(dāng)Pc增添到3.15MPa時,將不會繼續(xù)升高,減壓閥恢復(fù)調(diào)節(jié)功能,而此時的Pj繼續(xù)升高,減壓閥的開度將減小,而不會對Pc發(fā)生較著影響。 若是工況Ⅰ時,Pj=5.25MPa,Pc=3.15MPa(ΔP=211MPa)時,Pj=3.6MPa,Pc=1.5MPa(ΔP=2.1MPa)。當(dāng)經(jīng)由過程調(diào)減省壓閥后面的節(jié)省閥節(jié)制經(jīng)由過程減壓閥的流量不異時,工況Ⅰ和工況Ⅱ因為其壓差ΔP不異,它們確定的減壓閥開度是一樣的。 
若是減壓閥后面的節(jié)省閥調(diào)節(jié)到必然開度后被鎖定,工況Ⅰ的流量要大于工況Ⅱ。同樣,工況Ⅰ所確定的減壓閥開度要大于工況Ⅱ。必需指出的是,若要達(dá)到工況Ⅱ,必需經(jīng)由過程調(diào)減省壓閥的調(diào)節(jié)螺釘,不然該減壓閥不成能達(dá)到工況Ⅱ的狀況。 


若是在Pj=3.6MPa,Pc=1.5MPa(ΔP=2.1MPa)的根本上,維持Pc=1.5MPa,如Pj增添到4.5MPa,減壓閥的開度將減小。如Pj削減到2.5MPa,減壓閥的開度將增添。這2種情況下的減壓閥的流量都是不異的,出口壓力Pc=1.5MPa也根基不變。 
若是維持Pc=1.5MPa,溫度為常溫,減壓閥經(jīng)由過程的流量達(dá)到306kg/h。因為減壓閥僅減壓力不減流量,其流量由閥后的節(jié)省閥調(diào)控,但必需經(jīng)由過程試驗測出減壓閥處于全開狀況,流量達(dá)到306kg/h時,其小壓差ΔP。理論上ΔP≥0.2MPa。此時所需要的小進(jìn)口壓力Pj=Pc+ΔP=1.7MPa。
I—— 單級節(jié)流壓力降曲線
II— — 多級節(jié)流壓力降曲線


2.2 選用材料制作
除以上汽蝕或閃蒸現(xiàn)象對閥門的損壞外，由于調(diào)節(jié)閥在高壓差下工作，金屬與金屬之間的“間隙流動”的沖蝕作用也是不可避免的。故調(diào)節(jié)閥一般可選用表面硬度高并抗氣蝕的材料。理想的抗汽蝕材料應(yīng)具有堅實的和均勻的細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)、變形能大、抗拉強(qiáng)度和硬度均很高、加工硬化性能好、疲勞極限和抗腐蝕疲勞極限強(qiáng)度均很高的特性，目前國內(nèi)外采用4Crl3、鈷鎢錳鉬釩等硬質(zhì)合金，同時也采用噴涂硬質(zhì)合金和陶瓷等方法來提高材質(zhì)的性能，以達(dá)到防汽蝕和閃蒸的目的。
2.3 其它方法
還可采用增加閥門窗口后的管道截面；先采用節(jié)流孔節(jié)流、后裝調(diào)節(jié)閥；需加熱的流體的流量調(diào)節(jié)閥盡量設(shè)在加熱前等方法，因為液體的溫度愈高，就愈易產(chǎn)生汽蝕和閃蒸。以上措施均可有效降低或避免汽蝕或閃蒸破壞。


3.小結(jié)
調(diào)節(jié)閥的破壞形式及原因各有不同，本文僅對調(diào)節(jié)閥的汽蝕和閃蒸破壞的原因做出分析，并提出防止其破壞的措施和方法。但調(diào)節(jié)閥并不是通用閥，而是根據(jù)具體生產(chǎn)中的調(diào)節(jié)對象所需要的各種不同的工況參數(shù)和工藝要求而設(shè)計的，因此設(shè)計、制造要求也很高。望本文觀點能對其設(shè)計、制造有所借鑒，以不斷地改善調(diào)節(jié)閥的使用壽命和泄漏率。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：波紋管減壓閥波紋管材料