石油石化機械調節閥振動現象與預防對策

沈小堃

摘要：本文以石油石化機械調節閥振動為研究對象，介紹了石油石化機械調節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閥振動現象出現原因進行了簡單的分析。并對石油石化機械調節閥振動現象預防策略進行了進一步探究，以期為石油石化機械調節閥正常運行提供依據。

關鍵詞：石油石化;機械調節閥;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，若機械調節閥出現故障，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 石油石化機械調節閥振動類型及不良影響

石油石化機械調節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。石油石化機械調節閥振動問題的出現，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，影響調節閥正常運行。

2 石油石化機械調節閥振動現象的原因分析

2.1氣蝕振動現象原因

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

2.2機械振動現象原因

4112-F1-1，2型石油石化機械調節閥振動主要包括調節閥整體（包括調節閥管道、基座）振動、調節閥閥芯振動兩種類型。其中石油石化機械調節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，最終致使整體調節閥出現振動情況。而調節閥閥芯振動主要是由于介質流速急劇增加，促使調節閥前后差壓在短時間內發生劇烈變化，最終致使整體調節閥閥芯產生嚴重動蕩。

2.3流體動力學振動現象原因

4112-F1-1，2型石油石化機械調節閥流體動力學振動根本原因是調節閥內介質產生節流運動。直接原因為介質節流運動過程中不斷受摩擦阻力擾動，促使調節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 石油石化機械調節閥振動現象的預防策略

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系。據此，在4112-F1-1，2型石油石化機械調節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閥閥門形式選擇過程中，為降低調節閥對氣蝕敏感程度，相關人員可依據閥門壓力恢復系數，優先選擇高復原閥門，如球閥、蝶閥等。在機械調節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，減小氣蝕振動現象發生概率。

再次，調節閥開度與氣蝕振動現象具有直接的聯系。一般來說，石油石化機械調節閥開度與節流口位置流速正相關。因此，為避免機械調節閥長時間在小開度下作業導致的氣蝕振動、閃蒸現象，技術人員應適當調小機械調節閥前后運行壓力差。如采用多級分配壓差處理方式，或者采用節流套筒方式，保證石油石化機械調節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閥穩定運行的關鍵。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，在現場開車階段，作業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閥振動特點，首先在機械調節閥設計過程中，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碳鋼材料調節閥為例，閥門內件導向套可采用SUS450B不銹鋼材料，調節閥閥芯采用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間差異，避免閥芯導向孔與導向套在振動階段發生卡死情況。

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象發生，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側向運動現象發生頻率，技術人員可利用節流罩節流結構代替柱塞節流結構。并加大閥桿直徑，以保證閥門結構穩定。

最后，考慮到調節閥振動現象中閥芯軸、上下閥蓋導向軸間隙間關系。在調節閥安裝過程中，為保證配合間隙符合規定，技術人員應以調節閥閥芯同軸度為0.019mm為標準，逐次進行調節閥底蓋、閥芯、上閥蓋、填料、執行機構、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。

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閥流體動力學振動情況，在保證執行機構輸出力的前提下，技術人員可調整流動狀態。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象發生概率^[3]。

在具體流體動力學振動現象預防過程中，技術人員可以在機械調節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閥時，由于靜壓力、動壓力的共同作用，調節閥閥瓣會產生切向力、軸向力。其中切向力可促使調節閥閥瓣轉動，而軸向力則可促使機械調節閥閥瓣進行拉伸，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閥輸出力無法抵抗軸向力。據此，可依據機械調節閥執行信號壓力，調整機械調節閥形成位置，保證執行機構輸出力可克服機械調節閥在動壓力環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生概率。

總結：

綜上所述，石油石化機械調節閥結構復雜程度較高，內部具有多個不穩定流動因素。因此，在石油石化機械調節閥振動現象分析過程中，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，降低調節閥振動概率，為氣化裝置穩定運行提供保障。

參考文獻

[1]蒲保鋼. 雙座調節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）