節(jié)流孔板的原理及限流計(jì)算

1、節(jié)流孔板的原理管道的前后壓差較大時(shí)，往往采用增加節(jié)流孔板的方式，其原理是：流體在管道中流動(dòng)時(shí)，由于孔板的局部阻力，使得流體的壓力降低，能量損耗，該現(xiàn)象在熱力學(xué)上稱為節(jié)流現(xiàn)象。該方式比采用調(diào)節(jié)閥要簡(jiǎn)單，但必須選擇得當(dāng)，否則，液體容易產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象，影響管道的安全運(yùn)行。1汽蝕現(xiàn)象節(jié)流孔板的作用，就是在管道的適當(dāng)?shù)胤綄⒖讖阶冃。?dāng)液體經(jīng)過(guò)縮口，流束會(huì)變細(xì)或收縮。流束的最小橫斷面出現(xiàn)在實(shí)際縮口的下游，稱為縮流斷面。在縮流斷面處，流速是最大的，流速的增加伴隨著縮流斷面處壓力的大大降低。當(dāng)流束擴(kuò)展進(jìn)入更大的區(qū)域，速度下降，壓力增加，但下游壓力不會(huì)完全恢復(fù)到上游的壓力，這是由于較大內(nèi)部紊流和能量消耗的結(jié)果。如

2、果縮流斷面處的壓力pvc降到液體對(duì)應(yīng)溫度下的飽和蒸汽壓力pv以下，流束中就有蒸汽及溶解在水中的氣體逸出，形成蒸汽與氣體混合的小汽泡，壓力越低，汽泡越多。如果孔板下游的壓力p2仍低于液體的飽和蒸汽壓力，汽泡將在下游的管道繼續(xù)產(chǎn)生，液汽兩相混合存在，這種現(xiàn)象就是閃蒸。如果下游壓力恢復(fù)到高于液體的飽和蒸汽壓力，汽泡在高壓的作用下，迅速凝結(jié)而破裂，在汽泡破裂的瞬間，產(chǎn)生局部空穴，高壓水以極高的速度流向這些原汽泡占有的空間，形成一個(gè)沖擊力。由于汽泡中的氣體和蒸汽來(lái)不及在瞬間全部溶解和凝結(jié)，在沖擊力作用下又分成小汽泡，再被高壓水壓縮、凝結(jié)，如此形成多次反復(fù)，并產(chǎn)生一種類似于我們可以想象的砂石流過(guò)管道的噪音

3、，此種現(xiàn)象稱為空化（見(jiàn)圖2）。流道材料表面在水擊壓力作用下，形成疲勞而遭到嚴(yán)重破壞。我們把汽泡的形成、發(fā)展和破裂以致材料受到破壞的全部過(guò)程稱為汽蝕現(xiàn)象。閃蒸和空化的主要區(qū)別在于汽泡是否破裂。存在閃蒸現(xiàn)象的系統(tǒng)管道，由于介質(zhì)為汽水兩相流，介質(zhì)比容和流速成倍增加，沖刷表面磨損相當(dāng)厲害，其表現(xiàn)為沖刷面有平滑拋光的外形。閃蒸也產(chǎn)生噪音和振動(dòng)，但其聲級(jí)值一般為80dB以下，不超出規(guī)范規(guī)定的許可范圍?？栈瘎t不然，汽泡破裂和高速?zèng)_擊會(huì)引起嚴(yán)重的噪音，管道振動(dòng)大，在流道表面極微小的面積上，沖擊力形成的壓力可高達(dá)幾百甚至上千兆帕，沖擊頻率可達(dá)每秒幾萬(wàn)次，在短時(shí)間內(nèi)就可能引起沖刷面的嚴(yán)重?fù)p壞，其表現(xiàn)為沖刷面會(huì)產(chǎn)生

4、類似于煤渣的粗糟表面。而且，由液體中逸出的氧氣等活性氣體，借助汽泡凝結(jié)時(shí)放出熱量，也會(huì)對(duì)金屬起化學(xué)腐蝕作用。不管是閃蒸還是空化，都會(huì)對(duì)管道造成不同程度的損害，對(duì)安全運(yùn)行均是不利的，因此，選擇節(jié)流孔板時(shí)應(yīng)避免這兩種情況的發(fā)生。由于孔板下游的壓力往往高于液體的飽和蒸汽壓力，因此，選擇節(jié)流孔板時(shí)，最主要是防止空化的產(chǎn)生。2防止流體產(chǎn)生汽蝕的方法對(duì)于汽蝕，沖刷面換用高級(jí)材料不是徹底解決問(wèn)題的辦法，控制縮流斷面處的壓力pvc,保持該壓力不低于液體的飽和蒸汽壓力pv,才是防止汽蝕產(chǎn)生的一項(xiàng)根本措施。對(duì)于壓降較大的管道，可通過(guò)多級(jí)降壓，確保介質(zhì)經(jīng)過(guò)每一個(gè)縮流斷面時(shí)壓力都大于液體的飽和蒸汽壓力。3節(jié)流孔板壓差

5、的計(jì)算為了計(jì)算節(jié)流孔板的壓差，需引入一個(gè)新的概念一一阻塞流壓差A(yù)p&當(dāng)孔板兩端的壓差A(yù)p增加時(shí)，流量qm也增加，當(dāng)壓差A(yù)p增大到一定值時(shí)，縮口處的壓力pvc下降到流體飽和蒸氣壓力pv以下，一部分流體汽化，管道流量不再隨壓差增加而增加，即形成所謂阻塞流現(xiàn)象。此時(shí)，孔板兩端的壓差稱為阻塞流壓差A(yù)p&當(dāng)節(jié)流孔板的實(shí)際壓差A(yù)p小于其對(duì)應(yīng)的Aps時(shí)，就可避免閃蒸或汽蝕的發(fā)生。當(dāng)管道兩端壓差較大時(shí)，可采用多級(jí)減壓，但每一級(jí)節(jié)流孔板的實(shí)際壓差A(yù)p均應(yīng)小于本級(jí)入口對(duì)應(yīng)的Ap$根據(jù)文獻(xiàn)，多級(jí)節(jié)流孔板的的壓降按幾何級(jí)數(shù)遞減，當(dāng)?shù)?級(jí)節(jié)流孔板實(shí)際壓降為Api時(shí)，第2級(jí)孔板減壓至Ap1/2,第3級(jí)孔板

6、減壓至Ap1/22,第4級(jí)孔板減壓至Ap1/23,，第n+1級(jí)孔板減壓至Ap1/2n,直減到末級(jí)孔板后壓力接近所需壓力為止。以某廠凝補(bǔ)泵再循環(huán)管為例，在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)管道振動(dòng)大。分析原因?yàn)椋耗a(bǔ)泵在正常運(yùn)行時(shí)，出口壓力約1.5MPa,補(bǔ)給水箱進(jìn)口處的壓力約0.12MPa,當(dāng)泵出口的除鹽水經(jīng)再循環(huán)管回流至補(bǔ)給水箱時(shí)，由于壓差較大，且管道上只裝了一個(gè)電動(dòng)閘閥而非調(diào)節(jié)閥，因此引起振動(dòng)。為了減少振動(dòng)，在第一次設(shè)計(jì)變更中，采用增加節(jié)流孔板的方式，實(shí)際運(yùn)行后，泵出口的管道振動(dòng)有所改善，但節(jié)流孔板后的管道出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象。說(shuō)明靠增加節(jié)流孔板來(lái)進(jìn)行降壓的思路是對(duì)的，但孔板的選擇應(yīng)有所調(diào)整。3.1孔板級(jí)數(shù)的確

7、定考慮管道受靜壓差44.012kPa的影響，孔板兩端最大壓差式（1）至式（3）中：p1孔板入口壓力；pc熱力學(xué)臨界壓力，對(duì)于水，pc=22.5MPa;FL液體壓力恢復(fù)系數(shù)，暫定為0.9;FF臨界壓力比系數(shù)。由于p1=1.5MPa,p2=0.165MPa,20C時(shí)pv=2.3385kPa,根據(jù)式（1）至式（3）,得Ap=1335MPa,Aps=1213Mpa。由于Ap>Aps,且p2>pv,所以采用1級(jí)節(jié)流孔板將產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象。為了避免汽蝕的發(fā)生，至少應(yīng)裝2級(jí)節(jié)流孔板。3.2孔板壓降的確定根據(jù)前面的分析，當(dāng)采用1級(jí)節(jié)流時(shí)，孔板壓差大于阻塞流壓差，采用多級(jí)節(jié)流降壓后，第1級(jí)節(jié)流孔板的實(shí)際

8、壓差應(yīng)小于阻塞流壓差，其壓差的大小取決于第2級(jí)孔板，多級(jí)節(jié)流孔板的壓降按幾何級(jí)數(shù)遞減。因此，若采用2級(jí)節(jié)流孔板，則其中Ap1=0.89MPa,Ap2=Ap1/2=0.445MPa。為了防止節(jié)流孔板發(fā)生汽蝕，應(yīng)以阻塞流壓差A(yù)ps為準(zhǔn)則，驗(yàn)算各級(jí)節(jié)流孔板壓差：第一級(jí)孔板的阻塞流壓差A(yù)ps1=1.213MPa>Ap1;第二級(jí)孔板的阻塞流壓差A(yù)ps2=0.92X（1.5-0.89）MPa0.957X0.0023385MPa=0.4923MPa>Ap2因此，每級(jí)節(jié)流孔板后都不會(huì)出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象，采用2級(jí)節(jié)流孔板是合理的。4節(jié)流孔板孔徑的計(jì)算根據(jù)DL/T5054-1996火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計(jì)技術(shù)

9、規(guī)定，水管道節(jié)流孔板孔徑可按下式計(jì)算：（4）式中：dk節(jié)流孔板的孔徑；P-水的密度。舉個(gè)例子，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，正常運(yùn)行時(shí)熱井的補(bǔ)水量約20t/h,泵出口壓力約1.5MPa,扣除泵進(jìn)口壓力，揚(yáng)程約134m,查性能曲線，對(duì)應(yīng)的流量為136.8t/h,即經(jīng)再循環(huán)管回流至補(bǔ)給水箱的除鹽水量約116t/ho根據(jù)式（4）得：第1級(jí)節(jié)流孔板孔徑dk1=40.68mm,取40.7mm;第2級(jí)節(jié)流孔板孔徑dk2=48.37mm,取48.5mm。在該管道的第一次設(shè)計(jì)變更時(shí)，流量按常規(guī)泵的再循環(huán)量（最大流量的30%）選取，取60t/h,且壓降沒(méi)按幾何級(jí)數(shù)遞減考慮，兩級(jí)孔板孔徑均為33mm。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，

10、經(jīng)再循環(huán)管回流至補(bǔ)給水箱的除鹽水量應(yīng)約116t/h，但由于節(jié)流孔板的限流作用，流經(jīng)再循環(huán)管的水量最大只能是第2級(jí)節(jié)流孔板阻塞流時(shí)的流量。因第2級(jí)節(jié)流孔板后的壓力大于液體的飽和蒸汽壓力，故第2級(jí)節(jié)流孔板后出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象，管道產(chǎn)生較大振動(dòng)和噪音。為了防止管道發(fā)生汽在實(shí)際工程應(yīng)用中，將多級(jí)節(jié)流孔板用于減壓系統(tǒng)是切實(shí)可行的,蝕，選擇節(jié)流孔板時(shí)，一定要根據(jù)管道的實(shí)際情況，計(jì)算出孔板數(shù)量和孔徑限流孔板限流孔板是在工藝流程中，為了限制某種介質(zhì)的流量時(shí)，而在介質(zhì)管路中安裝具有極小孔徑的限流元件，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便，限流性能可靠的優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛采用。根據(jù)用戶要求可以單獨(dú)供應(yīng)限流件，也可以配套供應(yīng)安裝法蘭，還

11、可以供應(yīng)前后直管段。主要技術(shù)參數(shù)：1、公稱壓力：1.032MPa2、公稱通徑：610500mn片限流孔板LGBX-1CH300單級(jí)限流孔板LGBX-30/6969/69高溫節(jié)流桿LGBX-15/6929/69疏水管多級(jí)限流孔板LGBX-1/6914/69給水泵再循環(huán)多級(jí)節(jié)流孔板LGBX-1/3131/31單片限流孔板疏水管用多級(jí)節(jié)流孔板高溫節(jié)流桿LGBX-10-300LGBX-1/6914/69LGBX-15/6929/69單級(jí)節(jié)流孔板給水泵再循環(huán)多級(jí)節(jié)流裝置LGBX-30/6969/69LGBX-1/3131/3111、LGKJ系列環(huán)形孔板環(huán)形孔板主要由測(cè)量管及與測(cè)量管同軸的圓板節(jié)流件所組成

12、，兩者之間在節(jié)流件下游側(cè)用支撐架連接，因此在測(cè)量管與圓板節(jié)流件之間形成了一個(gè)環(huán)形流通截面，稱之為環(huán)形孔板，從根本上消除了常規(guī)孔板的滯流區(qū)和積存區(qū)，特別適用于測(cè)量煤氣、廢氣、紙漿、礦漿、原油、污水、化工溶液等介質(zhì)流量。供貨范圍公稱壓力：0.632MPa公稱直徑：64063000環(huán)形孔板保溫形環(huán)形孔板40<Dn<600典型型號(hào)：典型型號(hào)：LGKJ-200(6219X6)LGKJ-400(426X8)-4-4B12、LGJY系列機(jī)翼測(cè)風(fēng)裝置供貨范圍公稱壓力：0.04-1.6MPa公稱通徑：6300-63000矩形管用機(jī)翼測(cè)風(fēng)裝置典型型號(hào)：LGKJ-1000X800X4圓形管用機(jī)翼測(cè)風(fēng)裝置

13、矩形:600X600-4000X4000典型型號(hào)：LGJY-(6820X5)限流孔板計(jì)算表范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了限流孔板計(jì)算表的格式和填寫要求，以及限流孔板的計(jì)算方法，適用于工程設(shè)計(jì)。引用標(biāo)準(zhǔn)HQZT20570.1595管路的限流孔板限流孔板的使用場(chǎng)所限流孔板適用于以下幾個(gè)方面：工藝物料需要降壓且精度要求不高。在管道中閥門上、下游需要有較大壓降時(shí)，為減少流體對(duì)閥門的沖蝕，當(dāng)經(jīng)孔板節(jié)流不會(huì)產(chǎn)生氣相時(shí)，可在閥門上游串聯(lián)孔板。流體需要小流量且連續(xù)流通的地方，如泵的沖洗管道、熱備用泵的旁路管道（低流量保護(hù)管道）、離心泵出口返回貯槽（罐）的旁路管、分析取樣管等場(chǎng)所。限流孔板計(jì)算表填寫限流孔板計(jì)算表的格式見(jiàn)附表

14、1,計(jì)算表應(yīng)注明工程名稱和裝置名稱。限流孔板位號(hào)由系統(tǒng)專業(yè)提出并填寫。PID圖號(hào)根據(jù)PID圖填寫。管道號(hào)根據(jù)限流孔板所在的管道號(hào)填寫。管道類別根據(jù)限流孔板所在的管道填寫。介質(zhì)根據(jù)工藝專業(yè)提供的工藝數(shù)據(jù)填寫。流量根據(jù)工藝專業(yè)提供的工藝數(shù)據(jù)填寫?？装辶髁肯禂?shù)由系統(tǒng)專業(yè)根據(jù)Re和d。/D值查附圖（附圖1）填寫。液體密度根據(jù)工藝專業(yè)提供的工藝數(shù)據(jù)填寫。分子量根據(jù)工藝專業(yè)提供的工藝數(shù)據(jù)填寫。壓縮系數(shù)由系統(tǒng)專業(yè)根據(jù)流體對(duì)比壓力、對(duì)比溫度查氣體壓縮系數(shù)圖求取孔板前溫度根據(jù)工藝專業(yè)提供的工藝數(shù)據(jù)填寫。絕熱指數(shù)根據(jù)工藝專業(yè)提供的工藝數(shù)據(jù)填寫。粘度根據(jù)工藝專業(yè)提供的工藝數(shù)據(jù)填寫。板數(shù)見(jiàn)5.2中說(shuō)明?？装逶试S壓差見(jiàn)

15、5.2中說(shuō)明。孔板前絕壓見(jiàn)5.2中說(shuō)明。孔板后絕壓見(jiàn)5.2中說(shuō)明。開(kāi)孔數(shù)見(jiàn)5.1中說(shuō)明。計(jì)算孔徑見(jiàn)5.3中說(shuō)明。選用孔徑由系統(tǒng)專業(yè)按計(jì)算的孔徑圓整后填寫。限流孔板的計(jì)算限流孔板孔數(shù)的計(jì)算管道公稱直徑小于或等于150m時(shí)，通常采用單孔孔板；大于150m時(shí),采用多孔板?？讛?shù)的確定計(jì)算多孔孔板時(shí)，首先按單孔孔板求出孔徑(見(jiàn)5.3),然后按下式求出選用的多孔孔板的孔數(shù)。2N=d2/d0式中：n多孔孔板的孔數(shù)；d單孔孔板的孔徑；d-多孔孔板的孔徑。限流孔板板數(shù)及每板前后壓力的計(jì)算氣體、蒸汽限流孔板后的壓力小于板前壓力的55%時(shí)，不能選用單板，要選擇多板,其板數(shù)要保證每板的板后壓力大于板前壓力的55%n=

16、lg(P2/P1)/lgO55=3.85lg(P2/P1)(5.2-1)式中：n總板數(shù)；P1多板孔板第一塊板前壓力，Pa；P2多板孔板最后一塊板后壓力，Pa；(5.2-2)二(P2p”式中：Pm'多板孔板第m塊板后壓力，Pa；根據(jù)每塊板前后壓力，計(jì)算出每塊孔板孔徑，方法見(jiàn)(5.3)。n圓整后重新分配各板前后壓力液體當(dāng)液體壓降小于或等于2.5Mpa時(shí)，選擇單板孔板。當(dāng)液體壓降大于2.5Mpa時(shí)，選擇多孔孔板，且使每塊孔板的壓降小于2.5Mpa。n=(P1-P2)/2.5x106(5.2-3)式中符號(hào)同前計(jì)算出n值后，圓整為整數(shù)，再按每塊板上的壓降相同，以整數(shù)來(lái)平均分配每板前后壓力。孔板孔

17、徑計(jì)算方法見(jiàn)(5.3)。單板限流孔板孔徑的計(jì)算氣體、蒸汽2Tk0171MkP2、P2、W=43.78C0pi,()()(2)-C)(5.3-1)；ZTk-1PiPi式中：W流體的重量流量，kg/h；C孔板流量系數(shù)，由Re和do/D值查附圖1;do孔板孔徑，mD管道內(nèi)徑，m；P1孔板前壓力,Pa；P2孔板后壓力或臨界限流壓力，取最大者，Pa；M分子量；Z壓縮系數(shù)；T孔板前流體溫度，K;k絕熱指數(shù)，k=Cp/Cv；Cp流體定壓熱容，kJ/(kg'K)；Cv流體定容熱容，kJ/(kg'K)；5.3.2液體八22=PQ=128.45Cdo：(5.3-2)式中：Q工作狀態(tài)下體積流量，m3

18、/h；C孔板流量系數(shù)，由Re和do/D值查附圖1;do孔板孔徑，m；AP通過(guò)孔板的壓降，Pa：丫一一工作狀態(tài)下的相對(duì)密度。氣一液兩相流先分別按氣，液流量各自用公式計(jì)算出液相孔板和氣相孔板的孔徑，然后以下式求出兩相流孔板的孔徑。dd2了(533)式中：di液相孔板孔徑，m；dv氣相孔板孔徑，m；d兩相流孔板孔徑，m。限流作用的孔板計(jì)算按式(5.3-1)或式(5.3-2)或式(5.3-3)計(jì)算孔板的孔徑(do),然后根據(jù)do/D和k值由附表1查臨界流率壓力比(yc),當(dāng)每塊板前后壓力比P2/Pi<yc時(shí)，可使流體流量限制在一定數(shù)值，說(shuō)明計(jì)算出的do有效，否則需改變壓降或調(diào)整管道的管徑，再重新

19、計(jì)算，直到滿足要求為止。限流孔板計(jì)算表文件號(hào)蟲他版次工程名稱裝置/主項(xiàng)位號(hào)PID圖號(hào)管道號(hào)管道類別（表號(hào)或外徑x壁厚）介質(zhì)流里孔板流量系數(shù)液體密度分子量壓縮系數(shù)孔板前溫度絕熱指數(shù)粘度板數(shù)A塊板第二塊板第三塊板第四塊板第五塊板用八塊板孔板允許壓差孔板前絕壓孔板后絕壓開(kāi)孔數(shù)計(jì)算孔徑選用孔徑備注編制/日期校核/日期審核/日期匕一jt-d./D關(guān)系表注用djDk=clL051.101.151.201.251.301.351.401.451.500.050.59540.58470.5744。*5645Q55490.54570.53690.52830.52000.51200.100.59540.58470

20、.57440.56450.55490.54570.53690.52830.52000.51200.150.59540.58470.57440.5645855500.54580.53690.52830.52010.51210.200.59560.58490.5746。56470.55510.54590.53700.52850.52020.51220+250.59580.58510.574g0.56490.55540.54620*53730.52880.52050.51250.300.59630.58560.57530.56540.55590454670.5378052930.52100.5130

21、0.35Q59710.58640.57620.56630.55670.54760.53870,53020.52190.51390.400.59830.58770.57740.56760.55800.54890.5400Q53150>52320.51530.450.60010.58950.57930.56940.56000*55080.54200.5335Q52520.51730.500.60270.59210.58190.57210*56270.5536。*54480.53630*52810.52010.550.60620.59570.58560.57580,56640,55740.54

22、860.54010-53200*52410.600.61110.60060.59060.58090.5715&56250.55380.54540.53730.52940.650.61750.60720.59730.58770.57840.56950.56090.55250.54450.53670.700.62620*61600.60620.59680.58770.57880.57030.56210.55410.5464X;長(zhǎng)一GadjDv1.55L601.651.70L75L80L851.901.952.000.050.50430.49680.48950.4825(X47570.46900.46260,45640.45036,44440,100,50430,49680*48950.48250,47570.46910.46260.45640,45030.44450,150,504349680.48960.48250.47570.46910,46270.45650.45040.44450,200.50450.49700.48970.48270.47590.46930.46280.45660,45050,44470.250.50480.