常見(jiàn)閥門(mén)問(wèn)題之“高壓力降”

    由于上游和下游壓力的差別，物流通過(guò)閥門(mén)流動(dòng)，它叫做壓力降（△P）或壓差。如果管線尺寸在閥門(mén)上游和閥門(mén)下游兩者是相同的且速度是恒定的，閥門(mén)必須經(jīng)過(guò)摩擦損失而降低流體壓力從而產(chǎn)生流動(dòng)。閥門(mén)摩擦損失的一部分起因于流體和閥門(mén)壁的摩擦。但是此摩擦很小，對(duì)于適當(dāng)?shù)牧黧w不能產(chǎn)生足夠的壓力降。使閥門(mén)產(chǎn)生明顯的壓力損失的更有效的方法是通過(guò)閥體內(nèi)的節(jié)流。因?yàn)樵S多閥門(mén)設(shè)計(jì)成允許閥門(mén)一部分比管線更為狹窄，它能很容易地在流體層中提供節(jié)流。因?yàn)槭睾愣桑?dāng)流體接近閥門(mén)時(shí)，為了使全部流體通過(guò)閥門(mén)，它的速度要增加。反之，相應(yīng)產(chǎn)生壓力下降（圖一）。壓力和速度的反向關(guān)系，由柏努利公式表示如下：
 

     圖一 自銳孔節(jié)流點(diǎn)和壓力及速度曲線算起的射流zui小截面段（收縮斷面）位置
 
    zui高流速和zui低壓力發(fā)生在zui狹窄縮頸處的下游，它叫做收縮斷面。圖二表示收縮斷面不是在本身節(jié)流處，而是在節(jié)流下游的一段距離，此距離隨著所涉及的壓力而變。在收縮斷面物流流速是zui大的速度時(shí)，物流層的流動(dòng)面積則是其zui小值。
    在收縮斷面之后，物流變慢和壓力再次升高，但未達(dá)到原始上游壓力值。上游壓力與下游壓力之間的差值是物流通過(guò)閥門(mén)時(shí)由摩擦損失造成的，它叫做*壓力降。收縮斷面的壓力和下游壓力之間的壓力差值叫做壓力恢復(fù)。*壓力降和壓力恢復(fù)的簡(jiǎn)單圖形見(jiàn)圖三。

圖二銳孔節(jié)流和產(chǎn)生湍流之間的關(guān)系         圖三表示壓力恢復(fù)和*壓力降的物流曲線
 
    閥門(mén)的流率可通過(guò)減少下游壓力而增加。對(duì)于液體操作，物流可被下落到低于物流蒸汽壓的壓力降所限制，它將產(chǎn)生內(nèi)向爆炸氣泡和氣體的氣阱（分別叫做氣穴或閃蒸）。當(dāng)液體物流已被混有氣泡或氣阱的流體本身所飽合時(shí)，發(fā)生物流堵塞，且通過(guò)降低下流壓力也不能再增加。換言之，液體中氣體的形成擠滿了收縮斷面而限制了能夠通過(guò)閥門(mén)的流量。對(duì)于氣體，當(dāng)流速接近聲速，也可能發(fā)生物流堵塞，且盡管下游壓力已減少但閥門(mén)也不能增加流量。
 
高壓力降效應(yīng)
    如上討論，閥門(mén)的下列功能取決于存在壓力降，它使物流自上游容器流入下游容器或通向大氣。因?yàn)閴毫档漠a(chǎn)生是由于閥門(mén)通過(guò)摩擦損失而吸引能量，理想的壓力降使得全部物流通過(guò)閥體流動(dòng)而無(wú)過(guò)高的流速，吸收較少能量。但是，某些工藝系統(tǒng)，由于系統(tǒng)的要求，在通過(guò)閥門(mén)時(shí)可能產(chǎn)生大的壓力降。
    高的壓力降通過(guò)閥門(mén)時(shí)產(chǎn)生許多問(wèn)題，例如氣穴、閃蒸、堵塞物流、高噪聲水平和振動(dòng)。這些問(wèn)題引起許多直接影響：對(duì)閥體和閥芯的磨損和氣穴的損傷，閥門(mén)本身的失靈或性能變差，附屬儀表的校準(zhǔn)漂移，管線疲勞或鄰近工人的聽(tīng)力損害。在這種情況下，高壓力降下操作的閥門(mén)要求使用較貴的閥芯、更為頻繁的維護(hù)、大量備件庫(kù)存和管線支架。這些措施增加了維護(hù)和工程造價(jià)。
    雖然用戶注意到高壓力降的影響，但存在高壓力降的zui大威脅是降低了工藝系統(tǒng)的效率。因?yàn)楦邏毫滴沾罅磕芰?，使能量自系統(tǒng)中損失。在大多數(shù)工藝系統(tǒng)中，加入到系統(tǒng)的能量是由鍋爐或泵的壓力所產(chǎn)生的。量的兩種方法，多能量被系統(tǒng)吸收時(shí)，包括高壓力降閥門(mén)的能量損失，則必須使用較大的鍋爐或泵。所以，如果系統(tǒng)設(shè)計(jì)中僅有少數(shù)高壓力降閥門(mén)，則系統(tǒng)更為有效，并能使用較小的鍋爐和泵。