高压差高固调节阀是煤炭液化装置中的关键设备,安装于高温高压分离器和高温中压分离器之间,起调节分离器液位高度和节流减压作用。由于该调节阀运行工况恶劣,使得调节阀存在严重的气蚀和磨损损伤,调节阀极易出现失效,已严重影响装置的正常运行。本课题根据调节阀的运行环境、结构及介质物性等参数,在基于计算机流体力学基础上,构建了高压差高固工况调节阀的数值求解模型,通过对模型进行数值计算求解,获取典型开度下调节阀空化场中流道内介质的压力、速度、液相分率和磨损率等参数的分布,运用数值模拟方式分析阀门失效原因,并与现场失效调节阀进行对比,验证数值模拟计算的可行性。针对阀芯、阀座等零件的气蚀和磨损问题,开展结构优化方案设计和材料表面硬化研究;运用数值模拟技术对两个结构优化方案进行数值模拟,对比数值模拟分析结果,最终选择方案一作为调节阀的结构优化方案;通过开展材料表面硬化工艺试验,对比激光熔覆、火焰重熔、超音速喷涂三种表面硬化工艺方法,从硬化方式对基材的要求、基材与熔覆层的结合方式、熔覆层的硬度、熔覆层的表面质量等多方面因素考虑,最终选择采用激光熔覆表面硬化工艺方法对调节阀零件熔覆Ni-WC粉末以提高其硬度。本文通过对调节阀结构和材料同时进行优化的创新方法,用于解决调节阀在高压差、高固工况下的失效问题,为最终实现延长高压差高固调节阀的使用寿命提供理论依据。