限流孔板计算

管路限流孔板的计算限流孔板作为节流元件,由于具有结构简单、易加工、制造成本低、安装方便等优点,在满足工艺要求的前提下,使用限流孔板代替调节阀来限定流量或降低压力,将会大大地降低投资和操作维修费用;特点1．可以限定流量;2．可以降低压力;3．可同时限流降压;流体为气体时,如果只是为了限定流量,对下游的压力没有要求,单段限流孔板即可满足要求;但如果在限定流量的同时还要限制孔板下游侧压力,单段限流孔板就满足不了这一要求,因为单段限流孔板不大可能在限定流量的同时还限制下游的压力,这时就应采用多段限流孔板来实现;工作原理孔板可以作为节流元件用来限定流量和降低压力;当孔板前后存在一定压差,流体流经孔板,对于一定的孔径,流经孔板的流量随着压差增大而增大;但当压差超过某一数值称为临界压差时,流体通过孔板缩孔处的流速达到音速,这时,无论压差如何增加,流经孔板的流量将维持在一定数值而不再增加;限流孔板就是根据这一原理来限定流体的流量和降低压力的;规格DN10～1000目的：化工厂、石油化工厂装置管路的限流孔板设置在管道上,用于限制流体的流量或降低流体的压力;使用范围：管路的限流孔板应用于以下几个方面：限流孔板为一同心锐孔板,用于限制流体的流量或降低流体的压力;流体通过孔板就会产生压力降,通过孔板的流量则随压力降的增大而增大;但当压力降超过一定数值,即超过临界压力降时,不论出口压力如何降低,流量将维持一定的数值而不再增加;限流孔板就是根据这个原理用来限制流体的流量或降低流体的压力;1．工艺物料需要降压且精度要求不高;2．在管道中阀门上、下游需要有较大压降时,为减少流体对阀门的冲蚀,当经孔板节流不会产生气相时,可在阀门上游串联孔板;3．流体需要小流量且连续流通的地方,如泵的冲洗管道、热备用泵的旁路管道低流量保护管道、分析取样管等场所;4．需要降压以减少噪声或磨损的地方,如放空系统;工艺系统工程设计技术规定HG/分类及选型要点 1． 分类限流孔板按孔板上开孔数分为单孔板和多孔板；按板数可分为单板和多板; 2． 选型要点 1气体、蒸汽为了避免使用限流孔板的管路出现噎塞流,限流孔板后压力P 2不能小于板前压力P 1的55%,即P 2≥,因此当P 2<时,不能用单板,要选择多板,其板数要保证每板后压力大于板前压力的55%;2液体A ．当液体压降小于或等于时,选择单板孔板;B ．当液体压降大于时,选择多板孔板,且使每块孔板的压降小于;C ．孔数的确定管道公称直径小于或等于150mm 的管路,通常采用单孔孔板；大于150mm 时,采用多孔孔板;多孔孔板的孔径d o ,一般可选用12.5mm,20mm,25mm,40mm ;在计算多孔孔板时,首先按单孔孔板求出孔径d,然后求取选用的多孔孔板的孔数N;22/o d d N =式中N ——多孔限流孔板的孔数,个； d ——单孔限流孔板的孔径,m ； d o ——多孔限流孔板的孔径,m ； 3 计算方法 1 单板孔板 1 气体、蒸汽气体、蒸汽的单板孔板按式计算：W C d P M ZT k k P P P P k k k =⋅⋅⋅--⎡⎣⎢⎤⎦⎥+43780211212211.()()()()式中W ——流体的重量流量,kg/h ；C ——孔板流量系数,由Re 和d 0/D 值查图； d o ——孔板孔径,m ；D ——管道内径,m ； P 1——孔板前压力,Pa ；P 2——孔板后压力或临界限流压力,取其大者,Pa ； M ——分子量；Z ——压缩系数,根据流体对比压力P r 对比温度T r 查气体压缩系数图求取； T ——孔板前流体温度,K ； K ——绝热指数,k =C p /C v ；C P ——流体定压比热容,kJ/kg ·K ； C V ——流体定容比热容, kJ/kg ·K; 临界限流压力P c 的推荐值 饱和蒸汽：P c =过热蒸汽及多原子气体：P c = 空气及双原子气体：P c =上述三式中P 1为孔板前的压力; 2 液体液体的单板孔板按式计算：Q C d P=⋅⋅1284502.∆γ式中Q ——工作状态下体积流量,m 3/h ；C ——孔板流量系数,由Re 值和d 0/D 查图求取； d o ——孔板孔径,m ；△P ——通过孔板的压降,Pa ；γ——工作状态下的相对密度,与4℃水的密度相比; 2. 多板孔板 1 气体、蒸汽先计算出孔板总数及每块孔板前后的压力见下图以过热蒸汽为例：P /1=P /2=1……P 2=n-1 P 2=nP 1n=lgP 2/P 1/=P 2/P 1n 圆整为整数后重新分配各板前后压力,按式求取某一板的板后压力：()P P P P m n m '/'/=⋅-2111式中n ——总板数；P 1——多板孔板第一块板板前压力,Pa ； P 2——多板孔板最后一块板板后压力,Pa ；P m '——多板孔板中第m 块板板后压力,Pa ；根据每块孔板前后压力,计算出每块孔板孔径,计算方法同单板孔板;同样n 圆整为整数后,重新分配各板前后压力; 2 液体A ． 先计算孔板总数n 及每块孔板前后的压力按式计算出n,然后圆整为整数,再按每块孔板上压降相等,以整数n 来平均分配每板前后压力：n P P =-⨯1262510.式中n 、P 1、P 2定义同前;B ． 计算每块孔板孔径,计算方法同单板孔板计算法; 3 气-液两相流先分别按气-液流量用各自公式计算出d L 和d v ,然后以下式求出两相流孔板孔径： d d d L v =+22式中d ——两相流孔板孔径,m ； d L ——液相孔板孔径,m ； d V ——气相孔板孔径,m ； 3. 限流作用的孔板计算按式或式或式计算孔板的孔径d 0,然后根据d 0/D 值和k 值由表查临界流率压力比γc ,当每块孔板前后压力比P 2/P 1≤γc 时,可使流体流量限制在一定数值,说明计算出的d 0有效,否则需改变压降或调整管道的管径,再重新计算,直到满足要求为止; 4. 孔板厚度计算当流体温度小于375℃时 ϕP DH ∆=6.31 当流体温度大于375℃时 σϕP D H ∆= 式中H ——孔板厚度,毫米；△P ——孔板压降,公斤/厘米2； D ——管子内径,毫米；σ——允许应力,公斤/厘米2；ϕ——挠度系数;钢材的挠度系数按公式8-5进行计算；mm m m 1lg 1225.11312.06188.0---=ϕ 8-5式中 m ——锐孔面积与管子截面积之比;当已知Dd值时,可从表3-1直接查出ϕ值; 表3-1挠度系数ϕ4 计算实例1. 有一股尾气经孔板降压后去燃料气管网,气体组成如下：气体绝对压力为,降压前管子内径D =38.1mm,计算限流孔板尺寸; 按式计算所需孔板数 总板数 n=P 2/P 1 = = 取 n = 3 再按式计算：MPaP MPa P MPa P P P P P m m 00.245.3)3.10/0.2(45.396.5)3.10/0.2(96.53.10)3.10/0.2()/(3/133/1 23/1 1 13/112 =======- 按式计算第一块孔板：孔径d WC P M ZT k k P P P P k k k02121221143781=⋅⋅⎛⎝ ⎫⎭⎪-⎛⎝ ⎫⎭⎪⎛⎝ ⎫⎭⎪-⎛⎝ ⎫⎭⎪⎡⎣⎢⎢⎤⎦⎥⎥+./已知： P=⨯106Pa W=3466kg/h M= T=330K 计算Z 和k 值c c 取混合气体：k= 对比温度：T r =330/= 对比压力：P r ==根据P r 、T r 查气体压缩系数图得Z=质量流速：G=3466/3600⨯⨯=844.9kg/m 2·s粘度：μ=⨯10-5mPa ·s,D=0.0381mR ...e ==⨯⨯-DG μ0038184491305105=⨯25106.d C d C02621424140253466437810310111083301404596103596103908710=⨯⨯⨯⨯⎛⎝ ⎫⎭⎪⎛⎝ ⎫⎭⎪⎛⎝ ⎫⎭⎪-⎛⎝ ⎫⎭⎪⎡⎣⎢⎢⎤⎦⎥⎥=⨯-/........../... 设C=,求得d 0=12.3mm取d 0=12.5mm,d 0/D==由图查得C=≈,这说明求得的d 0=12.5mm 有效; 第二块板：对比压力P r ==假定T r 不变,根据P r 、T r 查气体压缩系数图,查得Z=；k=为简化计算,假定气体粘度不变,则Re=⨯106将有关数据代入求取d 02的公式中得到d C d C02621424140243466437859610111043301404345596345596154110=⨯⨯⨯⨯⎛⎝ ⎫⎭⎪⎛⎝ ⎫⎭⎪⎛⎝ ⎫⎭⎪-⎛⎝ ⎫⎭⎪⎡⎣⎢⎢⎤⎦⎥⎥=⨯-/........../... 设C=,得d 0=0.01589m,取d 0=16mm,d 0/D=查图：Re=⨯106d 0/D=得C=,这说明取d 0=16mm 有效; 第三块板：对比压力P r ==假定T r 不变,根据P r 、T r 查气体压缩系数图,得气体压缩系数Z=；取k=;假定气体粘度不变,则Re=⨯106d C 0262142414346643783451011133014042034520345=⨯⨯⨯⨯⎛⎝ ⎫⎭⎪⎛⎝ ⎫⎭⎪⎛⎝ ⎫⎭⎪-⎛⎝ ⎫⎭⎪⎡⎣⎢⎢⎤⎦⎥⎥/........... 求得d 0=⨯10-4/C设C=,d 0=0.02035m 取d 0=20mm,d 0/D=查图：Re=⨯106,d 0/D=得C=,这说明取d 0=20mm 有效; 采用限流孔板降压计算例;已知某脱碳溶液,流量为1150m 3/h,采用限流孔板降压,降压前绝对压力为P 1=,降压后绝对压力为P 2=,管道内径为D =509mm,溶液温度t =110℃,粘度为⨯10-3mPa ·s,相对密度γ=,求此限流孔板孔径：解：∆P= 因此选用单板限流孔板;溶液质量流速Gkg/m 2·s 为：G kg m s =⨯⨯⨯=⋅=⨯⨯=⨯-115012403600078505091947705091947705610177102236.../R ....e采用式：Q C d PC dd C=⨯⨯=⨯⨯⨯=⨯-1284511501284513210124868100226023...../∆γ设C=则d 0=0.12m d 0/D==由图查得C=,C 值选取合适,这说明d 0=0.12m 有效单孔、单板;若选用多孔孔板,取孔径为0.02m,则总孔数为：N=2/2=36个;附图和附表1．限流孔板的流量系数限流孔板的流量系数C与Re、d0/D关系见图所示;图限流孔板C－Re－d0/D关系图2．临界流率压力比 c与流体绝热指数k及孔板孔径d0和管道内直径D的关系表;符号说明C——孔板流量系数,由Re和d0/D值查图；C P——流体定压比热容,kJ/kg·k；C V——流体定容比热容,kJ/kg·k；D——管道内径,m；d——单孔限流孔板的孔径,m；两相流孔板孔径,m；d L——液相孔板孔径,m；d V——气相孔板孔径,m；d O——多孔限流孔板的孔径,m；孔板孔径,m；N——多孔限流孔板的孔数,个；n——总板数；M——分子量；△P——通过孔板的压降,Pa；P1——孔板前压力,Pa；多板孔板第一块板板前压力,Pa；P2——孔板板后压力或临界限流压力,取其大者,Pa；多板孔板最后一块板板后压力,Pa；'P——多板孔板中第m块板板后压力,Pa；mQ——工作状态下体积流量,m3/h；W——流体的重量流量,kg/h；Z——压缩系数,根据流体对比压力P r对比温度T r查气体压缩系数图求取；T——孔板前流体温度,K；k——绝热指数,k=C p/C v；——工作状态下的相对密度,与4℃水的密度相比；管路限流孔板的设计方法表1 流量系数及膨胀系数图5膨胀系数算图临界流动时例1一个用蒸汽的设备,水蒸汽流率为72公斤/时,新蒸汽压力为36公斤/厘米2表,蒸汽出口压力为公斤/厘米2,蒸汽管径为D N20,管子表号为G30;计算限流孔板解：按公式1验算：例2加氢精制装置的含氢气由水洗塔出来后,经过孔板降压,去燃料气管网;含氢气的组成如下：气体流率480公斤/时,气体出水洗塔的压力为75公斤/厘米2绝,温度为38℃,降压后压力为5公斤/厘米2绝,降压前含氢气管线为D c25,管子表号为G80;计算限流孔板解：按公式1计算计算气体的ρ：气体的分子量为在标准状态下气体条件下的流率换算为操作条件下的流率式中Z——压缩系数,由气体的临界温度T c,临界压力P c求得;计算如下：对比温度对比压力压缩系数验算气体的绝热系数如下：例2加氢精制装置中精制油汽油、柴油的混合油由高压分离器去低压分离器,压力由75公斤/厘米2绝降为10公斤/厘米2绝温度为38℃,流率为吨/时,精制油比重d2为,管子为D N100,管子表号为G80计算限流孔板解验算：例4 计算例3的限流孔板厚度解：查表5,得 =将上列数值代入式3孔板厚度一般不应超过,但此处用作降压孔板,厚度超过此值是允许的;。