解決分離器液位調節閥的氣蝕和蝕問題

 在北海挪威區Statfjord平臺，來自一些油井的原油、氣和采出水（相對密度大約為1.03）混合物和砂粒進入到一個單級分離罐中，在這里組分依據各自的相對密度分層分離。每口油井的出砂量并不一定能帶來操作問題，但許多油并的混合砂量足以給液位調節閥心帶來嚴重的磨蝕問題。

   以前，使用兩個并行的滿載閥門（一個運行，一個備用）控制分離罐，在壓力為65~3.5Bar（G），溫度為75℃的情況下的流速達到1500m³/h。

   為了解決砂蝕和氣蝕問題，這兩個并行液位調節閥近被更換下來。通過采用一種獨特的速度控制設計，加上先進的材料技術，砂蝕和氣蝕問題得到了抑制。

    一、多級速度控制

   這種多級閥芯是通過一組彎曲路徑盤來控制內部流體速度的。流體被迫經過一系列的壓力降直角彎，與傳統的設計相比，流速降低了75%。這種設計防止了氣蝕的發生。

   當流體壓力降到蒸汽壓以下時，就會出現閃蒸和氣泡。采用傳統閥門時，流體進入分離器的壓力為P₁，速度為V₁，當它經過閥心的壓力降區后，速度上升到V₂，靜壓降到P₂，低于可以使流體發生汽化的蒸汽壓。

   任何傳統的閥門都會遇到這個問題，因為在閥的射流小截面上無法控制速度。當流體從閥的喉部流出時，壓力開始恢復，動能轉變成勢能。完全恢復后的下游壓力和速度分別為P₃和V₃（見圖1）。

    二、氣蝕形成

   當恢復壓力超過流體的蒸汽壓P_V時，剛形成的泡沫就會汽化，形成氣蝕。在這種情況下釋放的能量能夠產生超過1400MPa的局部表面應力，這一應力可以很快使硬的閥心表面破裂。

   現在在惡劣環境下使用的調節閥都有多級壓力降設計，如北海挪威區Statfjord平臺上使用的調節閥。這種速度控制閥芯設計可以防止射流的小截面壓力降至蒸汽壓P_V，避免了氣蝕形成以及由此帶來的閥心損壞。

    三、材料結構

   該分離器液位調節閥的閥心和閥座由硬質合金制成（見圖2）。閥座圈上配有一個硬質合金制成的文丘里管，這樣能夠保證耐沖蝕性一直延伸到節流出口和下游的管子。

   在調節閥運行了六個月之后，將其拆卸下來檢驗。在重新組裝閥之前，對閥件進行了測量并拍了照片。重新安裝調節閥后，又使用了8個月。為了能夠使閥的使用壽命達到兩年（幾乎是以前使用壽命的20倍），根據這次檢驗收集到的數據，對設計稍做了修改。