石油石化机械调节阀振动现象与预防对策

沈小堃

摘要：本文以石油石化机械调节阀振动为研究对象，介绍了石油石化机械调节阀振动类型及不良影响，从气蚀振动、机械振动、流体动力学三个方面，对石油石化机械调节阀振动现象出现原因进行了简单的分析。并对石油石化机械调节阀振动现象预防策略进行了进一步探究，以期为石油石化机械调节阀正常运行提供依据。

关键词：石油石化;机械调节阀;振动

前言：

某石油天然气集团具有三套主要生产装置，总计年产合成氨7.2*10⁵t，尿素产生6.2*10⁶t。该气化装置为4112-F1-1，2型。其主要以天然气为燃料，天然气、氧气在气化炉内产生氧化反应，生成合成气，经急冷水泵冷却至250℃。在该气化装置运行过程中，若机械调节阀出现故障，就会导致进入气化炉急冷水量温度不足，或者水量中断。最终致使工艺气出口温度超出标准温度，进而导致气化炉连锁停车。本文对该石油石化气化装置机械调节阀振动问题进行了简单的分析，具体如下：

1 石油石化机械调节阀振动类型及不良影响

石油石化机械调节阀振动主要包括气蚀振动、机械振动、流体动力学振动三种类型。石油石化机械调节阀振动问题的出现，会导致气泡边缘层向下部移动，产生巨大的压力冲击波，进而促使液体向外部传播，对调节阀管道壁、阀内零件进行集中撞击。最终促使液体冲击到相近的金属表面，导致金属表面产生疲劳、撕裂等缺陷问题，影响调节阀正常运行。

2 石油石化机械调节阀振动现象的原因分析

2.1气蚀振动现象原因

4112-F1-1，2型石油石化机械调节阀振动主要发生在液体介质内。气蚀振动现象发生的主要原因为调节阀内流体缩流加速，致使静压力下降，进而导致液体汽化。石油石化机械调节阀气蚀振动与调节阀开度、材料、流体运动速度具有一定联系^[1]。

2.2机械振动现象原因

4112-F1-1，2型石油石化机械调節阀振动主要包括调节阀整体（包括调节阀管道、基座）振动、调节阀阀芯振动两种类型。其中石油石化机械调节阀整体振动主要是由于管道、基座等剧烈振动，导致外部频率与系统固有频率趋于一致，促使振动能量获得最大值，最终致使整体调节阀出现振动情况。而调节阀阀芯振动主要是由于介质流速急剧增加，促使调节阀前后差压在短时间内发生剧烈变化，最终致使整体调节阀阀芯产生严重动荡。

2.3流体动力学振动现象原因

4112-F1-1，2型石油石化机械调节阀流体动力学振动根本原因是调节阀内介质产生节流运动。直接原因为介质节流运动过程中不断受摩擦阻力扰动，促使调节阀内湍流体经不良绕流体产生旋涡。随后在流体运动过程中旋涡会不断向湍流体尾部移动，最终脱落。在旋涡脱落阶段，调节阀及其附属装置结构频率趋于一致，产生带有噪声的共振。

3 石油石化机械调节阀振动现象的预防策略

3.1气蚀振动的预防策略

气室破坏与金属机械性能、抗腐蚀能力具有一定联系。据此，在4112-F1-1，2型石油石化机械调节阀气蚀振动问题防护过程中，相关人员可以选择抗气蚀性较好、变形能力较大、抗拉强度较高。且硬度较高的细晶粒材料。如不锈钢阀门等^[2]。

其次，在石油石化机械调节阀阀门形式选择过程中，为降低调节阀对气蚀敏感程度，相关人员可依据阀门压力恢复系数，优先选择高复原阀门，如球阀、蝶阀等。在机械调节阀进出口压力相同的情况下，通过收缩截面，球阀、蝶阀等高复原阀门可以在短时间内恢复出口压力，降低流体阻力，减小气蚀振动现象发生概率。

再次，调节阀开度与气蚀振动现象具有直接的联系。一般来说，石油石化机械调节阀开度与节流口位置流速正相关。因此，为避免机械调节阀长时间在小开度下作业导致的气蚀振动、闪蒸现象，技术人员应适当调小机械调节阀前后运行压力差。如采用多级分配压差处理方式，或者采用节流套筒方式，保证石油石化机械调节阀在设计条件下运行。

最后，合理的开车工艺是石油石化机械调节阀稳定运行的关键。因此，针对阀门关闭阶段上游管道加压导致的阀门振荡问题，在现场开车阶段，作业人员应严格遵循设备运行标准，在前后压力到达设计条件后迅速开启机械阀门，保证阀门压差稳定。

3.2机械振动的预防策略

基于4112-F1-1，2型石油石化机械调节阀振动特点，首先在机械调节阀设计过程中，相关人员应以阀芯轴、导向孔主副配对关系为入手点，选择耐磨合金材料作为导向孔材料，随后选择较导向孔材料硬度低一个等级的合金材料作为导向轴材料。通过两者主副材料配比，可以保证调节阀导向轴、导向孔配合间隙修复及阀芯振动修复工作高效开展。以SCPH3/A216-WCB碳钢材料调节阀为例，阀门内件导向套可采用SUS450B不锈钢材料，调节阀阀芯采用SUS318不锈钢材质。通过不同不锈钢阀芯材料的选择，可以利用材料热膨胀系数间差异，避免阀芯导向孔与导向套在振动阶段发生卡死情况。

其次，在上述材料应用的基础上，为避免阀芯导向轴振动磨损现象发生，技术人员可采用NiGrFe3氩弧焊，对上部阀芯导向轴、下部阀芯导向轴进行堆焊补焊。利用NiGrFe3氩弧焊良好的耐磨性及硬度，可有效解决阀芯震荡、振动问题。同时为降低阀杆相对导向套筒表面侧向运动现象发生频率，技术人员可利用节流罩节流结构代替柱塞节流结构。并加大阀杆直径，以保证阀门结构稳定。

最后，考虑到调节阀振动现象中阀芯轴、上下阀盖导向轴间隙间关系。在调节阀安装过程中，为保证配合间隙符合规定，技术人员应以调节阀阀芯同轴度为0.019mm为标准，逐次进行调节阀底盖、阀芯、上阀盖、填料、执行机构、连接块、上下阀盖紧固螺栓安装。需要注意的是，在调节阀底盖及上阀盖安装阶段，技术人员应沿低盖四周轻微敲打，促使底盖及上阀盖自然找正。在阀芯安装完毕后，沿对角进行三次或五次紧固作业。

3.3流体动力学振动的预防策略

针对4112-F1-1，2型石油石化机械调节阀流体动力学振动情况，在保证执行机构输出力的前提下，技术人员可调整流动状态。同时降低流体旋涡主导脱落频率形成概率。并调整湍流体波动压力场各模块波动分量频率一致，降低流体动力学共振现象发生概率^[3]。

在具体流体动力学振动现象预防过程中，技术人员可以在机械调节阀阀体腔内补焊一块或者两块挡汽板。同时在流体流经石油石化机械调节阀时，由于静压力、动压力的共同作用，调节阀阀瓣会产生切向力、轴向力。其中切向力可促使调节阀阀瓣转动，而轴向力则可促使机械调节阀阀瓣进行拉伸，或者压缩运动。此时若轴向合力产生不平衡运动，则会导致石油石化机械调节阀输出力无法抵抗轴向力。据此，可依据机械调节阀执行信号压力，调整机械调节阀形成位置，保证执行机构输出力可克服机械调节阀在动压力环境中产生的输出力可以抵抗不平衡轴向合力，降低流体动力学振动问题发生概率。

总结：

综上所述，石油石化机械调节阀结构复杂程度较高，内部具有多个不稳定流动因素。因此，在石油石化机械调节阀振动现象分析过程中，技术人员可从气蚀振动、机械振动、流体动力学振动等方面，进行针对性分析。从阀门材质选择、结构调整、上下阀盖焊接等方面，降低调节阀振动概率，为气化装置稳定运行提供保障。

参考文献

[1]蒲保钢. 双座调节阀振动原因分析及改进措施[J]. 仪器仪表用户，2017，24（6）：75-76.

[2]石月娟，常占东. 压力平衡式笼式调节阀的振动性能试验研究[J]. 通用机械，2016（8）：48-49.

[3]伍容，叶南海，翟兴学，等. 考虑孔板的淹没式调节阀性能特性的研究[J]. 流体机械，2016（1）：6-10.

（作者单位：无锡智能自控工程股份有限公司）