• 相对干净和清澈的水如何损坏阀门？

• 为什么在丹佛煮鸡蛋比在洛杉矶需要更长的时间？

• 当我将拇指放在末端时，为什么水会从花园软管中喷出更远的地方？

• 我的液态丙烷烤架中的气体怎么能持续这么长时间？

• 当我未能为下游管线充电时，我在泵中听到的噪音是什么？

• 我可以防止闪蒸和气蚀吗？如果没有，我能否尽量减少它们对阀门造成的损坏？

这两个数字表明，虽然与闪蒸相比，气蚀损坏看起来非常不同，但结果是相同的：节流和关闭能力丧失。这两种损害都是相关但非常不同的过程的结果。

过程压力和蒸汽压力

了解差异的起点是探索术语“闪烁”和“空化”的实际含义。但要达到这一点，我们应该首先讨论另一个术语：“蒸气压”。流体的蒸气压 (PV) 是液体开始转变为蒸气的热力学过程时的压力。

同样，在恒压条件下，温度的变化也会引起相变。流体的 PV 随着流体温度的升高而增加。如果流体温度升高到 PV 超过当地压力（通常是大气压）的点，就会发生汽化。这个过程是沸腾的。

换句话说，当我们在恒定温度下降低压力时会发生闪蒸，当我们在恒定压力下升高温度时会发生沸腾。（这与我们的鸡蛋示例有关：在丹佛煮鸡蛋比在洛杉矶煮鸡蛋需要更长的时间，因为“一英里高”的丹佛市的平均大气压力略低——水在略低的温度下沸腾在那里比在海平面附近。）

当液体流过管道（例如管道或花园软管）并遇到限制条件（例如阀门（或您的拇指放在软管末端））时，它会加速到更高的速度。为什么会发生这种情况？这是因为，当液体遇到较小的流动面积时，液体必须加速以保持连续性，即保持相对恒定的体积流速。这与河流在流经广阔平原时趋于蜿蜒和缓慢流动的方式非常相似，但当河流遇到狭窄的峡谷时会变成快速流动的急流或白水。波义耳定律、伯努利原理和欧拉公式告诉我们，受限流动区域（例如阀门）中的压力将低于较大管段中的压力。

这些想法以图形方式显示在图 4 中。

闪烁

图 5 显示了使用液态丙烷 (LP) 气格栅时发生闪蒸的示例。在高于 -44°F (-42°C) 的温度下，丙烷的蒸气压大于大气压。但是，装有 LP 的储罐通常加压到 10 psig 以上，因此丙烷在储罐内仍为液体。当液体通过安装在罐上的阀门和压力调节器时，流体压力下降到远低于其蒸气压，导致 LP 完全闪蒸成蒸气。在典型条件下，丙烷在标准大气压（称为 1 个大气压）下作为气体的体积比作为加压罐内液体的体积大近 300 倍。这就是为什么体积相对较小的 LP 罐可以在燃气烤架上使用这么长时间。

燃气烤架的例子将被称为“开放系统”，因为它最终会排放到大气中，并可以与更大的系统（我们的大气）交换物质和能量。当液体流经管道系统时，它通常被认为是一个“封闭系统”，因为它可以与外部系统（如大气）交换能量但不能交换物质。在封闭系统中，需要仔细考虑所有工艺条件以确定是否可能发生闪蒸。

空化

当局部气泡内爆产生的冲击波撞击阀门组件表面时，工业阀门的典型结构材料会发生加工硬化和疲劳。由于表面变脆且对局部断裂的抵抗力降低，它们也会受到液体微射流的影响，随着时间的推移，材料基本上会变质。这个过程创造了空化损伤特有的颗粒状外观。

保护阀门免受损坏

一般来说，阀门制造商使用一种或多种设计策略来保护阀门免受闪蒸和气蚀的潜在不利影响。这些策略可以被描述为“抵抗”、“隔离”或“消除”。

抵抗策略使用非常坚硬、具有高断裂韧性或疲劳强度或不易受到其他方式侵蚀损坏的材料。隔离设计策略涉及设计流动路径，以最大限度地减少闪蒸或气蚀对关键阀门表面的影响。消除策略包括使用曲折路径或真正设计的跨阀门压降分段。它们还包括添加一个阀门或孔板，以在多个设备之间分配压降；这会在第一个设备上产生更大的 P2，从而降低发生气蚀的可能性。吸入大气或将高压空气注入阀门是消除策略的第三个例子。制造商也可以将这些策略结合起来，以加强对损坏的保护。

应选择能够抵抗机械侵蚀和化学侵蚀的结构材料。机械侵蚀有两种形式：侵蚀（包括磨蚀、飞边和/或气穴）以及材料变形和随后的失效。经过一段时间的机械侵蚀后，材料的许多保护涂层（薄膜、氧化物等）会被物理去除，使基材更容易受到化学侵蚀。图 9 显示了两个阀塞在相似的闪蒸条件下暴露了相似的持续时间。

隔离

隔离意味着以防止或最小化过程流体撞击关键表面的方式引导流动路径。图 10 显示了角阀设计的横截面图。角阀，当定向使流体通过阀门时，如图所示（通常称为向下流动定向），允许在流体通过阀内件后主要发生闪蒸或气蚀。理想情况下，大多数与闪蒸或气蚀相关的能量和潜在的损坏将在流动流中消散，而不是与阀内件或其他阀门流动通道接触。

图 11 显示了一个偏心旋塞旋转阀的计算流体动力学模型，该阀专为侵蚀性服务而设计，处于反向流动方向。流的高速区域，其中静脉收缩发生在阀塞的下游，实际上发生在阀出口处的塞之后。同样，隔离和阻力策略可以通过以这种相反方向流动并为阀座和出口衬里使用耐磨材料来结合。

消除

阀门制造商使用钻孔笼、曲折路径和其他阀内件设计来仔细管理内部静脉收缩压力，使其始终高于流体蒸汽压力。这可以最大限度地减少或完全防止气泡的形成，从而也消除了气穴现象。图 12 显示了一个钻孔笼（左），它结合了所有三种设计策略：阻力（硬质材料）、隔离（向下流动）和消除（压力分级）。如果精心设计，孔的几何形状、直径和间距也有助于在流动通过笼子时隔离各个射流。

更严重的气蚀服务可能需要额外的设计策略，例如图 12 右侧所示的那些。该设计使用了之前讨论的所有方法，并在流体通过阀内件时增加了轴向压力分级。这种特殊设计能够处理高达 6,000 psid 的压降，同时最大限度地减少或消除气蚀和相关损坏。

结论

闪蒸和气蚀是由工艺流体特性和工艺条件引起的热力学过程。了解流体特性（例如蒸汽压）和系统特性（例如过程压力和温度）以了解气蚀或闪蒸是否是阀门选择和应用中需要解决的潜在问题非常重要。即使使用不含任何固体的清洁流体，闪蒸和气蚀也会导致阀门严重损坏。许多阀门设计方法将处理闪蒸和气蚀，但它们通常可以归类为使用电阻、隔离和消除。了解这三个一般原则有助于为严苛的应用选择理想的阀门设计。