直型截止閥廣泛用于石油和天然氣行業(yè)，以調(diào)節(jié)和控制流體的流量。在操作過程中，這些閥會(huì)遇到氣蝕等問題。
直型截止閥的工作原理是，流量到達(dá)閥座和閥芯所在的閥中心。截止閥上游和下游的截止閥內(nèi)的流體兩次旋轉(zhuǎn)90度（圖1）會(huì)產(chǎn)生明顯的壓降。
圖1.直型截止閥內(nèi)部的流路
截止閥的液體壓力在低于蒸汽壓力時(shí)會(huì)明顯下降，這會(huì)使蒸汽從液體中擠出。氣泡將恢復(fù)壓力并崩潰，從而產(chǎn)生壓力波。因此，壓力波會(huì)損壞截止閥的閥座，閥塞和閥體。空化會(huì)在閥內(nèi)件（閥座和閥塞），閥體和下游管道中產(chǎn)生不規(guī)則的凹坑和腐蝕。圖2以小凹坑的形式顯示了氣蝕損傷，與截止閥的閥塞中的腐蝕損傷非常相似。
圖2.空蝕損壞
除了腐蝕和腐蝕，空化還具有其他負(fù)面影響：
巨響
強(qiáng)烈震動(dòng)
由于蒸氣的形成而阻塞了流量
改變流體性質(zhì)
工廠關(guān)閉
空缺嚴(yán)重程度測(cè)量
空化的嚴(yán)重性通過空腔指數(shù)來衡量，該指數(shù)通過以下公式計(jì)算：
表1給出了基于腔指數(shù)的閥門空化的嚴(yán)重程度和范圍。
圖3顯示了四分之一轉(zhuǎn)閥（包括球閥，蝶閥和旋塞閥）的流量測(cè)試結(jié)果和空化系數(shù)。
圖3.閥門的氣蝕特性
空化風(fēng)險(xiǎn)不僅取決于空化指數(shù)，而且還受閥門打開百分比的影響。實(shí)際上，閥的較小打開增加了氣蝕的機(jī)會(huì)。還有其他影響空化的參數(shù)：
閥門尺寸：較大的閥門尺寸會(huì)增加氣蝕的風(fēng)險(xiǎn)。
壓力等級(jí)：更高壓力等級(jí)的閥門可能會(huì)出現(xiàn)更高的壓降和氣蝕風(fēng)險(xiǎn)。
材料：較硬的材料（如奧氏體不銹鋼）相比，較硬的材料（如22Cr雙相不銹鋼）的氣蝕風(fēng)險(xiǎn)較小。此外，硬質(zhì)修整材料（如Stellite 6（UNS R30006）或Stellite 21，以固態(tài)或覆蓋形式）和13Cr馬氏體不銹鋼（如UNS S41000或415000）具有更高的抗氣蝕性。
泄漏：關(guān)閉閥門時(shí)，閥座泄漏會(huì)增加空化風(fēng)險(xiǎn)。
流動(dòng)狀態(tài)：湍流和高流速會(huì)增加空化風(fēng)險(xiǎn)。
修剪設(shè)計(jì)：例如，多步修剪設(shè)計(jì)會(huì)在兩個(gè)或更多個(gè)階段中產(chǎn)生壓降，以避免在一個(gè)階段中產(chǎn)生高壓降。多級(jí)閥內(nèi)件設(shè)計(jì)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，閥座和閥塞密封區(qū)域的壓降較高。
建議的解決方案
有不同的方法可以避免氣蝕。其中包括更換閥門和減少截止閥的選擇。其他解決方案涉及選擇更堅(jiān)固的直型截止閥。
新標(biāo)準(zhǔn)
2013年發(fā)布的美國(guó)石油協(xié)會(huì)（API）623標(biāo)準(zhǔn)第一版包括對(duì)截止閥的要求，以避免泄漏，振動(dòng)和氣蝕。API 623標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了閥座，閥塞和導(dǎo)向盤上的硬面，特別是對(duì)于高壓等級(jí)。API 623中指定的閥桿直徑遵循API 600標(biāo)準(zhǔn)，但值不同。API 623中的閥桿直徑值大于包括BS 1873在內(nèi)的其他截止閥標(biāo)準(zhǔn)，以避免諸如閥桿和旋塞分離之類的斷裂。該標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了2到24英寸的閥門，壓力等級(jí)從150到2500的閥門。Stellite是一種鈷鉻合金，廣泛用于截止閥內(nèi)部組件（包括閥座和閥芯）的硬面處理，以防止腐蝕和氣蝕。
替代閥選擇
Y型截止閥（也稱為斜閥）和軸向閥（圖4）是可替代的閥類型，可用于避免腐蝕和氣蝕。Y型球形截止閥內(nèi)部的流路比直形球形截止閥更直。
軸向閥作為新一代的截止閥具有許多優(yōu)勢(shì)，例如低壓降，快速的啟閉速度，平穩(wěn)的流量特性，低的操作扭矩和長(zhǎng)的設(shè)計(jì)壽命。但是，就支出成本（CAPEX）而言，軸向閥和Y型閥比直型截止閥貴。此外，蝶閥可能是截止水等公用事業(yè)中節(jié)流的首選選擇。在海水服務(wù)中選擇蝶閥而不是截止閥進(jìn)行節(jié)流的原因之一是蝶閥的成本較低，盡管在蝶閥內(nèi)部可能會(huì)像截止閥那樣發(fā)生氣蝕。
圖4. Y型和軸向閥
結(jié)論
空化是常規(guī)T型截止閥的主要操作問題。在設(shè)計(jì)T型截止閥時(shí)，建議選擇諸如Stellite之類的硬質(zhì)裝飾材料，使用多級(jí)抗氣蝕裝飾，并應(yīng)用API 623標(biāo)準(zhǔn)。但是，選擇Y型截止閥或軸向閥之類的閥也是減少或避免氣蝕風(fēng)險(xiǎn)的良好解決方案。