沈小堃

摘要：本文以石油石化機械調節(jié)閥振動為研究對象，介紹了石油石化機械調節(jié)閥振動類型及不良影響，從氣蝕振動、機械振動、流體動力學三個方面，對石油石化機械調節(jié)閥振動現(xiàn)象出現(xiàn)原因進行了簡單的分析。并對石油石化機械調節(jié)閥振動現(xiàn)象預防策略進行了進一步探究，以期為石油石化機械調節(jié)閥正常運行提供依據(jù)。

關鍵詞：石油石化;機械調節(jié)閥;振動

前言：

某石油天然氣集團具有三套主要生產裝置，總計年產合成氨7.2*10⁵t，尿素產生6.2*10⁶t。該氣化裝置為4112-F1-1，2型。其主要以天然氣為燃料，天然氣、氧氣在氣化爐內產生氧化反應，生成合成氣，經急冷水泵冷卻至250℃。在該氣化裝置運行過程中，若機械調節(jié)閥出現(xiàn)故障，就會導致進入氣化爐急冷水量溫度不足，或者水量中斷。最終致使工藝氣出口溫度超出標準溫度，進而導致氣化爐連鎖停車。本文對該石油石化氣化裝置機械調節(jié)閥振動問題進行了簡單的分析，具體如下：

1 石油石化機械調節(jié)閥振動類型及不良影響

石油石化機械調節(jié)閥振動主要包括氣蝕振動、機械振動、流體動力學振動三種類型。石油石化機械調節(jié)閥振動問題的出現(xiàn)，會導致氣泡邊緣層向下部移動，產生巨大的壓力沖擊波，進而促使液體向外部傳播，對調節(jié)閥管道壁、閥內零件進行集中撞擊。最終促使液體沖擊到相近的金屬表面，導致金屬表面產生疲勞、撕裂等缺陷問題，影響調節(jié)閥正常運行。

2 石油石化機械調節(jié)閥振動現(xiàn)象的原因分析

2.1氣蝕振動現(xiàn)象原因

4112-F1-1，2型石油石化機械調節(jié)閥振動主要發(fā)生在液體介質內。氣蝕振動現(xiàn)象發(fā)生的主要原因為調節(jié)閥內流體縮流加速，致使靜壓力下降，進而導致液體汽化。石油石化機械調節(jié)閥氣蝕振動與調節(jié)閥開度、材料、流體運動速度具有一定聯(lián)系^[1]。

2.2機械振動現(xiàn)象原因

4112-F1-1，2型石油石化機械調節(jié)閥振動主要包括調節(jié)閥整體（包括調節(jié)閥管道、基座）振動、調節(jié)閥閥芯振動兩種類型。其中石油石化機械調節(jié)閥整體振動主要是由于管道、基座等劇烈振動，導致外部頻率與系統(tǒng)固有頻率趨于一致，促使振動能量獲得最大值，最終致使整體調節(jié)閥出現(xiàn)振動情況。而調節(jié)閥閥芯振動主要是由于介質流速急劇增加，促使調節(jié)閥前后差壓在短時間內發(fā)生劇烈變化，最終致使整體調節(jié)閥閥芯產生嚴重動蕩。

2.3流體動力學振動現(xiàn)象原因

4112-F1-1，2型石油石化機械調節(jié)閥流體動力學振動根本原因是調節(jié)閥內介質產生節(jié)流運動。直接原因為介質節(jié)流運動過程中不斷受摩擦阻力擾動，促使調節(jié)閥內湍流體經不良繞流體產生旋渦。隨后在流體運動過程中旋渦會不斷向湍流體尾部移動，最終脫落。在旋渦脫落階段，調節(jié)閥及其附屬裝置結構頻率趨于一致，產生帶有噪聲的共振。

3 石油石化機械調節(jié)閥振動現(xiàn)象的預防策略

3.1氣蝕振動的預防策略

氣室破壞與金屬機械性能、抗腐蝕能力具有一定聯(lián)系。據(jù)此，在4112-F1-1，2型石油石化機械調節(jié)閥氣蝕振動問題防護過程中，相關人員可以選擇抗氣蝕性較好、變形能力較大、抗拉強度較高。且硬度較高的細晶粒材料。如不銹鋼閥門等^[2]。

其次，在石油石化機械調節(jié)閥閥門形式選擇過程中，為降低調節(jié)閥對氣蝕敏感程度，相關人員可依據(jù)閥門壓力恢復系數(shù)，優(yōu)先選擇高復原閥門，如球閥、蝶閥等。在機械調節(jié)閥進出口壓力相同的情況下，通過收縮截面，球閥、蝶閥等高復原閥門可以在短時間內恢復出口壓力，降低流體阻力，減小氣蝕振動現(xiàn)象發(fā)生概率。

再次，調節(jié)閥開度與氣蝕振動現(xiàn)象具有直接的聯(lián)系。一般來說，石油石化機械調節(jié)閥開度與節(jié)流口位置流速正相關。因此，為避免機械調節(jié)閥長時間在小開度下作業(yè)導致的氣蝕振動、閃蒸現(xiàn)象，技術人員應適當調小機械調節(jié)閥前后運行壓力差。如采用多級分配壓差處理方式，或者采用節(jié)流套筒方式，保證石油石化機械調節(jié)閥在設計條件下運行。

最后，合理的開車工藝是石油石化機械調節(jié)閥穩(wěn)定運行的關鍵。因此，針對閥門關閉階段上游管道加壓導致的閥門振蕩問題，在現(xiàn)場開車階段，作業(yè)人員應嚴格遵循設備運行標準，在前后壓力到達設計條件后迅速開啟機械閥門，保證閥門壓差穩(wěn)定。

3.2機械振動的預防策略

基于4112-F1-1，2型石油石化機械調節(jié)閥振動特點，首先在機械調節(jié)閥設計過程中，相關人員應以閥芯軸、導向孔主副配對關系為入手點，選擇耐磨合金材料作為導向孔材料，隨后選擇較導向孔材料硬度低一個等級的合金材料作為導向軸材料。通過兩者主副材料配比，可以保證調節(jié)閥導向軸、導向孔配合間隙修復及閥芯振動修復工作高效開展。以SCPH3/A216-WCB碳鋼材料調節(jié)閥為例，閥門內件導向套可采用SUS450B不銹鋼材料，調節(jié)閥閥芯采用SUS318不銹鋼材質。通過不同不銹鋼閥芯材料的選擇，可以利用材料熱膨脹系數(shù)間差異，避免閥芯導向孔與導向套在振動階段發(fā)生卡死情況。

其次，在上述材料應用的基礎上，為避免閥芯導向軸振動磨損現(xiàn)象發(fā)生，技術人員可采用NiGrFe3氬弧焊，對上部閥芯導向軸、下部閥芯導向軸進行堆焊補焊。利用NiGrFe3氬弧焊良好的耐磨性及硬度，可有效解決閥芯震蕩、振動問題。同時為降低閥桿相對導向套筒表面?zhèn)认蜻\動現(xiàn)象發(fā)生頻率，技術人員可利用節(jié)流罩節(jié)流結構代替柱塞節(jié)流結構。并加大閥桿直徑，以保證閥門結構穩(wěn)定。

最后，考慮到調節(jié)閥振動現(xiàn)象中閥芯軸、上下閥蓋導向軸間隙間關系。在調節(jié)閥安裝過程中，為保證配合間隙符合規(guī)定，技術人員應以調節(jié)閥閥芯同軸度為0.019mm為標準，逐次進行調節(jié)閥底蓋、閥芯、上閥蓋、填料、執(zhí)行機構、連接塊、上下閥蓋緊固螺栓安裝。需要注意的是，在調節(jié)閥底蓋及上閥蓋安裝階段，技術人員應沿低蓋四周輕微敲打，促使底蓋及上閥蓋自然找正。在閥芯安裝完畢后，沿對角進行三次或五次緊固作業(yè)。

3.3流體動力學振動的預防策略

針對4112-F1-1，2型石油石化機械調節(jié)閥流體動力學振動情況，在保證執(zhí)行機構輸出力的前提下，技術人員可調整流動狀態(tài)。同時降低流體旋渦主導脫落頻率形成概率。并調整湍流體波動壓力場各模塊波動分量頻率一致，降低流體動力學共振現(xiàn)象發(fā)生概率^[3]。

在具體流體動力學振動現(xiàn)象預防過程中，技術人員可以在機械調節(jié)閥閥體腔內補焊一塊或者兩塊擋汽板。同時在流體流經石油石化機械調節(jié)閥時，由于靜壓力、動壓力的共同作用，調節(jié)閥閥瓣會產生切向力、軸向力。其中切向力可促使調節(jié)閥閥瓣轉動，而軸向力則可促使機械調節(jié)閥閥瓣進行拉伸，或者壓縮運動。此時若軸向合力產生不平衡運動，則會導致石油石化機械調節(jié)閥輸出力無法抵抗軸向力。據(jù)此，可依據(jù)機械調節(jié)閥執(zhí)行信號壓力，調整機械調節(jié)閥形成位置，保證執(zhí)行機構輸出力可克服機械調節(jié)閥在動壓力環(huán)境中產生的輸出力可以抵抗不平衡軸向合力，降低流體動力學振動問題發(fā)生概率。

總結：

綜上所述，石油石化機械調節(jié)閥結構復雜程度較高，內部具有多個不穩(wěn)定流動因素。因此，在石油石化機械調節(jié)閥振動現(xiàn)象分析過程中，技術人員可從氣蝕振動、機械振動、流體動力學振動等方面，進行針對性分析。從閥門材質選擇、結構調整、上下閥蓋焊接等方面，降低調節(jié)閥振動概率，為氣化裝置穩(wěn)定運行提供保障。

參考文獻

[1]蒲保鋼. 雙座調節(jié)閥振動原因分析及改進措施[J]. 儀器儀表用戶，2017，24（6）：75-76.

[2]石月娟，常占東. 壓力平衡式籠式調節(jié)閥的振動性能試驗研究[J]. 通用機械，2016（8）：48-49.

[3]伍容，葉南海，翟興學，等. 考慮孔板的淹沒式調節(jié)閥性能特性的研究[J]. 流體機械，2016（1）：6-10.

（作者單位：無錫智能自控工程股份有限公司）