时间：2008-09-13 12:00:00 点击：89
引言
工业过程以生产自动化作为其先进性的标志，过程控制技术随工业发展而日新月异。在控制回路中，终端控制元件（控制阀、执行装置）直接与被控流体接触并进行调节，决定着控制是否及时有效和过程安全，是较关键的，又是相对技术薄弱的环节。 在石化、化工装置中，生产过程大部分操作条件都是在高温、高压下进行，且易燃易爆。苛刻工况就是指这种生产过程为长时间运行在高温、高压差、两相流等操作条件下。在此工况下，较易产生大能量冲击、振动、空化气蚀和高噪声，普通的控制阀无法承受冲刷而导致阀内件损坏。为使控制阀能够在苛刻工况下安全可靠运行，必须选用优化设计的新型控制阀和选择降压减噪新技术，以及维护预测、提高控制阀生命周期。
生产过程的工艺条件是控制阀选择时主要考虑的问题，对于特殊的苛刻工况如何应对，应该综合控制阀的设计结构、性能、选材等方面，以适用为主、整体优化，再结合成熟的计算软件（如CONVAL控制阀软件）进行计算选型和预估分析。
2 防止空化气蚀
由于控制阀本身是管路节流元件，在其内部流动的液体介质，由于节流原因常常出现闪蒸和空化现象，苛刻工况下的高压差场合更为严重。闪蒸和空化的发生既影响控制阀口径的选择和计算，更是能导致严重的噪声、振动及气蚀对材料的破坏等等，直接影响使用。 在流体通过控制阀阀芯阀座形成的节流端面时，流速突然急剧增加而静压力骤然下降，若节流端面后的压力骤然降到介质饱和蒸汽压及以下，将产生闪蒸，对阀内件有侵蚀作用。当节流后的压力又回复到饱和蒸汽压之上时，空化形成的气蚀有较大的冲击力，可高达几千牛顿，严重地冲撞和破坏阀芯阀座和阀体，有如猛烈喷沙的效果，即使高硬度的合金也只能承受很短时间。 对此情况，控制阀的选择要考虑压差（流速）、材料和结构，并采取特殊设计和措施。
（1）考虑压差，不能使控制阀前后压差过大，不使较小节流端面的压力下降到流体的饱和蒸汽压以下，应当使阀上压差△pmax<2.5MPa和控制流速（可增加控制阀及管路的流通面积，减小流速）。
（2）考虑材料，选用抗蚀能力强的金属材料，如选1Cr18Ni9Ti不锈钢阀芯阀座基体用Stelite（钴铬钨合金）或碳化钨对密封面进行硬化处理。
（3）考虑控制阀结构，选用特殊设计的抗空化气蚀的阀内件，以避免气蚀的破坏作用。使流体在通过阀芯阀座时每一点的压力都**该温度下的饱和蒸汽压，或采用多级降压减噪处理。选择在阀芯阀座流出处加减噪器的措施，使液体本身相互冲撞呈高度紊流而减少气泡（闪蒸现象）的产生。 图1为德国某厂家的抗空化气蚀的阀内件AC Trim.
特殊设计阀芯阀座的 特殊设计阀芯阀座的 3级降压减噪的抗空化气蚀 5级降压减噪的抗空化气蚀
一级抗空化气蚀 加减噪板的二级抗空化气蚀 （多级轴阀芯） （多级轴阀芯）
图1 新型设计的抗空化气蚀阀内件
3 噪声的抑制
控制阀产生的噪声一般为机械噪声、液体动力噪声和气体动力噪声。
机械噪声主要来自控制阀的阀芯、阀杆及一些可动部件，由于受到流体压力波动的影响或流体的冲击而机械振动而产生。噪声是明显的金属响声和敲击声，频带较宽，振动频率一般小于1500Hz。减小机械噪声的方法主要是改进阀门结构尤其是阀芯阀座、导向的结构。
液体动力噪声是流体流过节流端面而产生，流通截面积的急剧变化，容易产生阻塞流、产生闪蒸和空化，减速和膨胀造成噪声，空化作用产生强大破坏力时还发出噪声。气体动力噪声是当气体速度大于声速时，流体产生冲击波，噪声剧增。噪声的预估比较复杂和困难，IEC 60534-8标准也给出了有关噪声预估方法，各控制阀厂家的计算软件中都有噪声的预估计算。控制阀噪声的抑制和治理，主要采用声源处理和声路处理。声源处理就是设法防止和降低控制阀节流端面的声源功率，抓住压差和流速这两个影响噪声的关键参数，在阀内件和阀体结构上设计改进，在声源的节流处把速度和压差降下来。
（1）采用减噪器的办法。在节流处加装细小的迂回通路，如迷宫式结构的减噪器、细目钢网卷成的减噪器、多孔结构的减噪板。参见图2。
图2加在阀芯阀座流出处的减噪器 图3控制阀出口消音器
（2）采用出口加扩管消音器的办法，减弱冲击波并消耗声能，做声路减噪处理。参见图3。
（3）利用摩擦原理，设计多级阀芯降压减噪，控制流体流速，有效地防止了空化作用，也明显抑制了噪声。
（4）改善流场参数。根据流场分布与阀门结构有关的研究结果，改进阀门流路和阀内件结构，选用S形流路、V形开口阀芯、套筒阀，等。
4 应对高温苛刻工况
在高温的工况下，必须考虑材料热膨胀对阀内件动作的影响，所用材料不能因高温作用而变形、塑变、蠕变，造成阀内件卡住或阀杆和导向套卡住，因此设计间隙（包括阀芯与阀座间；导向套与阀杆间）要根据材料、尺寸及温差等因素考虑而适当增加。同时考虑阀体、支架、填料、连接件等的承受温度能力。
基于在高温下各种材料的硬度都会有不同程度的下降，要认真查对所选材料的温－压曲线，使其满足在温度条件下的耐压，保证安全性。对泄漏量要求较高的，阀内件采用相同的合金钢，密封面做硬化处理。温度**一定时（如220℃），要考虑选加延伸的上阀盖；温度**450℃时，要考虑选加较长延伸的上阀盖，来避免传热造成气动执行器和阀门定位器非正常工作。