管路限流孔板的设置及设计.doc

I 第一种 管路限流孔板的设置1. 总则1.1 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。1.2 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。1.2.1工艺物料需要降压且精度要求不高。1.2.2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。1.2.3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。1.2.4需要降压以减少噪声或磨损的地方，如放空系统。1.3 编制依据：化学工程学会工艺系统工程设计技术规定HG/T20570.15-1995第15篇管路限流孔板设置。*本规定除注明外，压力均为绝对压力。2 分类及选型要点2.1 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。2.2 选型要点2.2.1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（P2）不能小于板前压力（P1）的55%，即P20.55P1，因此当P20.55P1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%。2.2.2液体2.2.2.1当液体压降小于或等于2.5MPa时，选择单板孔板。2.2.2.2当液体压降大于2.5MPa时，选择多板孔板，且使每块孔板的压降小于2.5MPa。2.3 孔数的确定2.3.1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。2.3.2多孔孔板的孔径（do），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），然后按式（2.3）求取选用的多孔孔板的孔数（N）。 （2.3）式中 N多孔限流孔板的孔数，个； d单孔限流孔板的孔径，m； do多孔限流孔板的孔径，m；3 计算方法3.1 单板孔板3.1.1 气体、蒸汽3.1.1.1 气体、蒸汽的单板孔板按式(3.1-1)计算： (3.1-1)式中 W流体的重量流量，kg/h； C孔板流量系数，由Re和d0/D值查图6.1； do孔板孔径，m；D管道内径，m； P1孔板前压力，Pa； P2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(Pr)对比温度Tr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=Cp/Cv；CP流体定压比热容，kJ/(kgK)；CV流体定容比热容， kJ/(kgK)。3.1.1.2 临界限流压力(Pc)的推荐值 饱和蒸汽：Pc=0.58P1 过热蒸汽及多原子气体：Pc=0.55P1 空气及双原子气体：Pc=0.53P1 上述三式中P1为孔板前的压力。3.1.2 液体 液体的单板孔板按式(3.1-2)计算： (3.1-2)式中 Q工作状态下体积流量，m3/h； C孔板流量系数，由Re值和d0/D查图6.1求取； do孔板孔径，m；P通过孔板的压降，Pa； g工作状态下的相对密度，(与4水的密度相比)。3.2 多板孔板3.2.1 气体、蒸汽3.2.1.1 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=0.55P1 P/2=0.55P/1 P2=0.55P/n-1P2=(0.55)nP1n=lg(P2/P1)/lg0.55 =-3.85lg(P2/P1) (3.2-1)n圆整为整数后重新分配各板前后压力，按式(3.2-2)求取某一板的板后压力： (3.2-2)式中 n总板数；P1多板孔板第一块板板前压力，Pa；P2多板孔板最后一块板板后压力，Pa；多板孔板中第m块板板后压力，Pa；3.2.1.2 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。3.2.2 液体3.2.2.1 先计算孔板总数(n)及每块孔板前后的压力 按式(3.2-3)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： (3.2-3)式中n、P1、P2定义同前。3.2.2.2 计算每块孔板孔径，计算方法同单板孔板计算法。3.3 气-液两相流 先分别按气-液流量用各自公式计算出dL和dv，然后以下式求出两相流孔板孔径： (3.3)式中 d两相流孔板孔径，m； dL液相孔板孔径，m； dV气相孔板孔径，m；3.4 限流作用的孔板计算按式(3.1-1)或式(3.1-2)或式(3.3)计算孔板的孔径(d0)，然后根据d0/D值和k值由表6.2查临界流率压力比(gc)，当每块孔板前后压力比P2/P1gc 时，可使流体流量限制在一定数值，说明计算出的d0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。3.5 孔板厚度计算当流体温度小于375时 当流体温度大于375时 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；允许应力，公斤/厘米2；挠度系数。钢材的挠度系数按公式8-5进行计算； （8-5）式中 m锐孔面积与管子截面积之比。当已知值时，可从表3-1直接查出值。表3-1挠度系数 4 计算实例例1. 有一股尾气经孔板降压后去燃料气管网，气体组成如下：组成CH4H2N2ArNH3V%6.0963.3829.081.430.02 气体流率3466kg/h，气体绝对压力10.3MPa，温度为57，降压前气体粘度为1.30510-5mPas，降压后气体绝对压力为2.0MPa，降压前管子内径D=38.1mm，计算限流孔板尺寸。 解：按式(3.2-1)计算所需孔板数 总板数 n=-3.85lg(P2/P1) =-3.85lg(2.0/10.3) =2.74 取 n = 3 再按式(3.2-2)计算： 按式(3.1-1)计算第一块孔板： 孔径 已知： P=10.3106Pa W=3466kg/h M=11.0 T=330K计算Z和k值组 成CH4H2N2ArNH3Tc(K)190.733.3126.2151405.6Pc(MPa)4.641.303.394.8611.40k1.331.41.411.671.34混合气体：Tc=71.66K，Pc=2.16MPa 取混合气体：k=1.4 对比温度：Tr=330/71.66=4.6 对比压力：Pr=10.3/2.16=4.77 根据Pr、Tr查气体压缩系数图得Z=1.08 质量流速：G=3466/(36000.7850.03812)=844.9kg/m2s 粘度：m=1.30510-5mPas，D=0.0381m 设C=0.60，求得d0=12.3mm 取d0=12.5mm，d0/D=12.5/38.1=0.328 由图6.1查得C=0.6010.60，这说明求得的d0=12.5mm有效。第二块板： 对比压力Pr=5.96/2.16=2.76 假定Tr不变，根据Pr、Tr查气体压缩系数图，查得Z=1.04；k=1.4 为简化计算，假定气体粘度不变，则Re=2.5106将有关数据代入求取的公式中得到 设C=0.61，得d0=0.01589m，取d0=16mm，d0/D=0.42 查图6.1：Re=2.5106 d0/D=0.42 得C=0.61，这说明取d0=16mm有效。第三块板： 对比压力Pr=3.45/2.16=1.597 假定Tr不变，根据Pr、Tr查气体压缩系数图，得气体压缩系数Z=1.0；取k=1.4。 假定气体粘度不变，则Re=2.5106求得d0=2.6110-4/C 设C=0.63，d0=0.02035m 取d0=20mm，d0/D=0.525 查图6.1：Re=2.5106，d0/D=0.525 得C=0.63，这说明取d0=20mm有效。 采用限流孔板降压计算 例2. 已知某脱碳溶液，流量为1150m3/h，采用限流孔板降压，降压前绝对压力为P1=2.06MPa，降压后绝对压力为P2=0.74MPa，管道内径为D=509mm，溶液温度t=110，粘度为0.5610-3mPas，相对密度g=1.24，求此限流孔板孔径： 解：DP=2.06-0.74=1.32MPa2.5MPa 因此选用单板限流孔板。 溶液质量流速G(kg/m2s)为： 采用式(3.1-2)： 设C=0.595则d0=0.12m d0/D=0.12/0.509=0.2358 由图6.1查得C=0.595，C值选取合适，这说明d0=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=(0.12)2/(0.02)2=36个。5 计算表和限流孔板汇总表5.1 限流孔板计算表限流孔板计算表见表5.1。5.2 限流孔板汇总表 限流孔板汇总表的用途和表格格式见宁波工程有限公司设计中心工艺系统专业提交文件内容的规定(T/ES220008-2005)中规定的“限流孔板汇总表编制说明”，汇总表详见表5.2-1.示例见表5.2-2.表5.2-26 附图和附表6.1 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6.1所示。图6.1 限流孔板CRed0/D关系图6.2 临界流率压力比(gc) 临界流率压力比(gc)与流体绝热指数(k)及孔板孔径(d0)和管道内直径(D)的关系见表6.2。7.符号说明C孔板流量系数，由Re和d0/D值查图6.1；CP流体定压比热容，kJ/(kgk)；CV流体定容比热容，kJ/(kgk)；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； dL液相孔板孔径，m； dV气相孔板孔径，m； dO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；多板孔板中第m块板板后压力，Pa；Q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(Pr)对比温度(Tr)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=Cp/Cv；g工作状态下的相对密度，(与4水的密度相比)；II 第二种 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11.5公斤/厘米2，蒸汽管径为DN20，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Dc25，管子表号为G80。计算限流孔板解：按公式1计算计算气体的：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Tc，临界压力Pc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/