高压和高温或高腐蚀性介质对控制阀提出了更高的要求。例如，在发电厂中使用超临界蒸汽需要特定的合金来承受温度和压力的快速升高。本文讨论了几种严酷工况应用。重要的一点是：最精细的设计并不总是最具成本效益的解决方案。
超临界蒸汽的压力和温度通常上升到220 bar 以上，高于374°C。尽管存在许多技术困难，但使用超临界蒸汽是因为一侧的较高温度和另一端的冷凝器温度提供了更高的有效热能水平。因此，与蒸汽温度较低的发电厂相比，这些系统的运行效率更高。
特别是对于控制阀设计，阀门制造商需要找到合适的金属合金来减轻热冲击的影响。忽略后者可能会导致热应力问题，从而导致严重故障。第一代阀门就是这种情况，这些阀门是由坚固的四面钢块加工而成的。其中一些阀门由于应力裂纹穿透30毫米的壁厚而失效。
空气动力学声音
在20世纪50年代后期的经历中，我使用了锥形锻造金属块，以改良的铬镍合金为基础。通过加工来抵消外部，以遵循内部腔体的形状，使用尽可能小的壁厚，在给定温度下使用0.2%的屈服极限作为标准。
单独的入口管接头焊接在壳体的两侧，以实现应力平衡。由于这些发电厂使用过一次锅炉，因此没有预热，使阀门处于全面服务的温度。为了减轻冲击力，我在入口接头上垫了一根薄壁管。该管的一端焊接在管道接头壁上，以允许衬垫的纵向膨胀，从而吸收来自承压壁的初始热冲击。
在处理高压减压蒸汽阀时，我第一次体验到了空气动力学声音。我们试图通过在涡轮机旁通阀的大型出口内焊接多孔板来减轻噪音。这些被证明是有效的（现在是标准做法）。在那些日子里（1957年），西门子，当时我雇主的客户，联系了大学来学习声音理论。
尿素
尿素排放是另一种对控制阀有很高要求的严酷工况应用。尿素是一种主要用于生产肥料的有机化合物。它具有高度腐蚀性，阀体材料的选择仅限于 316L 或特殊等级，例如双相不锈钢。
高压放空发生在生产周期结束时。特殊的角阀具有长而弯曲的入口，以避免阀体内不必要的湍流。阀门孔口下游有一个逐渐锥形的延伸，允许平滑的出流并避免结晶。阀体通常经过锻造，以提供均匀的材料。可以理解的是，这种设计推高了成本。
天然气
在天然气价值链的上游，挑战在于降低通常高于3000 psi 的高井压。井压需要降至1050 psi，以便脱水为管道运输做准备。遇到的问题是高噪音水平和由于沙子和水滴造成的侵蚀。在这里，角阀再次被证明是有效的。低噪音阀内件是有问题的，因为小通道往往会堵塞，而大通道往往会因侵蚀而磨损。
附图显示了一个装有长多步微调的阀门。这种阀内件在降噪方面是有效的，但由于侵蚀，插头必须定期更换。特殊阀门（如图中的阀门）可以将声音降低到80 dBA 以下。
作者当时在天然气加工厂中使用了一种低噪音和高压的减压阀。
流量控制挑战
事实证明，控制泥浆的流动，特别是在采矿业中，是一个巨大的挑战。这些应用通常需要采用夹管阀或桑德斯型阀。主要问题是气蚀，侵蚀，以及由于缺乏可接受的流量特性，使得这些控制阀很差。
橡胶衬里蝶阀可以用于流量控制，但存在类似的气蚀和侵蚀问题。这是减少这种不良影响的一种方法。尽量将压降保持在15 psi 以下，产生的湍流速度足够低，以使固体浆料颗粒从弹性橡胶上反弹，而不是撕裂。
廉价的解决方案
浆料应用的一个典型案例是铝土矿开采。我的一位客户定期订购同样便宜的铸铁蝶阀。经过询问，我发现他们安装了这样一个阀门来控制铝土矿浆料，它会在几周内磨损，然后被一个新的阀门所取代。我同意这是一个非常具有成本效益的解决方案，对我们的业务有好处！
这让我想起了一个故事。德国火箭设计师维尔纳·冯·布劳恩被问及为什么他的火箭的燃烧室是由铸铁制成的，因为铸铁只能持续很短的时间。他的回答是：“这是正确的，但它们的持续时间足以达到目标。”
关于作者
鲍曼博士是 Masoneilan 和 Fisher Controls 的前副总裁，现在是一名国际顾问。他拥有106项美国专利，并撰写了140种出版物和七本书，包括现已出版的第四版《控制阀入门》。鲍曼博士是 ISA 的荣誉会员和 ASME 的资深会员。
TAGS