解决分离器液位调节阀的气蚀和蚀问题

 在北海挪威区Statfjord平台，来自一些油井的原油、气和采出水（相对密度大约为1.03）混合物和砂粒进入到一个单级分离罐中，在这里组分依据各自的相对密度分层分离。每口油井的出砂量并不一定能带来操作问题，但许多油并的混合砂量足以给液位调节阀心带来严重的磨蚀问题。

   以前，使用两个并行的满载阀门（一个运行，一个备用）控制分离罐，在压力为65~3.5Bar（G），温度为75℃的情况下的流速达到1500m³/h。

   为了解决砂蚀和气蚀问题，这两个并行液位调节阀近被更换下来。通过采用一种独特的速度控制设计，加上先进的材料技术，砂蚀和气蚀问题得到了抑制。

    一、多级速度控制

   这种多级阀芯是通过一组弯曲路径盘来控制内部流体速度的。流体被迫经过一系列的压力降直角弯，与传统的设计相比，流速降低了75%。这种设计防止了气蚀的发生。

   当流体压力降到蒸汽压以下时，就会出现闪蒸和气泡。采用传统阀门时，流体进入分离器的压力为P₁，速度为V₁，当它经过阀心的压力降区后，速度上升到V₂，静压降到P₂，低于可以使流体发生汽化的蒸汽压。

   任何传统的阀门都会遇到这个问题，因为在阀的射流小截面上无法控制速度。当流体从阀的喉部流出时，压力开始恢复，动能转变成势能。完全恢复后的下游压力和速度分别为P₃和V₃（见图1）。

    二、气蚀形成

   当恢复压力超过流体的蒸汽压P_V时，刚形成的泡沫就会汽化，形成气蚀。在这种情况下释放的能量能够产生超过1400MPa的局部表面应力，这一应力可以很快使硬的阀心表面破裂。

   现在在恶劣环境下使用的调节阀都有多级压力降设计，如北海挪威区Statfjord平台上使用的调节阀。这种速度控制阀芯设计可以防止射流的小截面压力降至蒸汽压P_V，避免了气蚀形成以及由此带来的阀心损坏。

    三、材料结构

   该分离器液位调节阀的阀心和阀座由硬质合金制成（见图2）。阀座圈上配有一个硬质合金制成的文丘里管，这样能够保证耐冲蚀性一直延伸到节流出口和下游的管子。

   在调节阀运行了六个月之后，将其拆卸下来检验。在重新组装阀之前，对阀件进行了测量并拍了照片。重新安装调节阀后，又使用了8个月。为了能够使阀的使用寿命达到两年（几乎是以前使用寿命的20倍），根据这次检验收集到的数据，对设计稍做了修改。