节流孔板的原理及限流计算

节流孔板的原理管道的前后压差较大时，往往采用增加节流孔板的方式，其原理是：流体在管道中流动时，由于孔板的局部阻力，使得流体的压力降低，能量损耗，该现象在热力学上称为节流现象。该方式比采用调节阀要简单，但必须选择得当，否则，液体容易产生汽蚀现象，影响管道的安全运行。1汽蚀现象节流孔板的作用，就是在管道的适当地方将孔径变小，当液体经过缩口，流束会变细或收缩。流束的最小横断面出现在实际缩口的下游，称为缩流断面。在缩流断面处，流速是最大的，流速的增加伴随着缩流断面处压力的大大降低。当流束扩展进入更大的区域，速度下降，压力增加，但下游压力不会完全恢复到上游的压力，这是由于较大内部紊流和能量消耗的结果。如果缩流断面处的压力pvc降到液体对应温度下的饱和蒸汽压力pv以下，流束中就有蒸汽及溶解在水中的气体逸出，形成蒸汽与气体混合的小汽泡，压力越低，汽泡越多。如果孔板下游的压力p2仍低于液体的饱和蒸汽压力，汽泡将在下游的管道继续产生，液汽两相混合存在，这种现象就是闪蒸。如果下游压力恢复到高于液体的饱和蒸汽压力，汽泡在高压的作用下，迅速凝结而破裂，在汽泡破裂的瞬间，产生局部空穴，高压水以极高的速度流向这些原汽泡占有的空间，形成一个冲击力。由于汽泡中的气体和蒸汽来不及在瞬间全部溶解和凝结，在冲击力作用下又分成小汽泡，再被高压水压缩、凝结，如此形成多次反复，并产生一种类似于我们可以想象的砂石流过管道的噪音，此种现象称为空化（见图2）。流道材料表面在水击压力作用下，形成疲劳而遭到严重破坏。我们把汽泡的形成、发展和破裂以致材料受到破坏的全部过程称为汽蚀现象。闪蒸和空化的主要区别在于汽泡是否破裂。存在闪蒸现象的系统管道，由于介质为汽水两相流，介质比容和流速成倍增加，冲刷表面磨损相当厉害，其表现为冲刷面有平滑抛光的外形。闪蒸也产生噪音和振动，但其声级值一般为80dB以下，不超出规范规定的许可范围。空化则不然，汽泡破裂和高速冲击会引起严重的噪音，管道振动大，在流道表面极微小的面积上，冲击力形成的压力可高达几百甚至上千兆帕，冲击频率可达每秒几万次，在短时间内就可能引起冲刷面的严重损坏，其表现为冲刷面会产生类似于煤渣的粗糟表面。而且，由液体中逸出的氧气等活性气体，借助汽泡凝结时放出热量，也会对金属起化学腐蚀作用。不管是闪蒸还是空化，都会对管道造成不同程度的损害，对安全运行均是不利的，因此，选择节流孔板时应避免这两种情况的发生。由于孔板下游的压力往往高于液体的饱和蒸汽压力，因此，选择节流孔板时，最主要是防止空化的产生。2防止流体产生汽蚀的方法对于汽蚀，冲刷面换用高级材料不是彻底解决问题的办法，控制缩流断面处的压力pvc，保持该压力不低于液体的饱和蒸汽压力pv,才是防止汽蚀产生的一项根本措施。对于压降较大的管道，可通过多级降压，确保介质经过每一个缩流断面时压力都大于液体的饱和蒸汽压力。3节流孔板压差的计算为了计算节流孔板的压差，需引入一个新的概念一阻塞流压差Aps。当孔板两端的压差Ap增加时，流量qm也增加，当压差Ap增大到一定值时，缩口处的压力pvc下降到流体饱和蒸气压力pv以下，一部分流体汽化，管道流量不再随压差增加而增加，即形成所谓阻塞流现象。此时，孔板两端的压差称为阻塞流压差Aps。当节流孔板的实际压差Ap小于其对应的Aps时，就可避免闪蒸或汽蚀的发生。当管道两端压差较大时，可采用多级减压，但每一级节流孔板的实际压差Ap均应小于本级入口对应的Aps。根据文献，多级节流孔板的的压降按几何级数递减，当第1级节流孔板实际压降为4p1时，第2级孔板减压至Ap1/2,第3级孔板减压至Ap1/22,第4级孔板减压至Ap1/23,……，第n+1级孔板减压至Ap1/2n,直减到末级孔板后压力接近所需压力为止。以某厂凝补泵再循环管为例，在机组运行过程中，发现管道振动大。分析原因为：凝补泵在正常运行时，出口压力约1.5MPa,补给水箱进口处的压力约0.12MPa,当泵出口的除盐水经再循环管回流至补给水箱时，由于压差较大，且管道上只装了一个电动闸阀而非调节阀，因此引起振动。为了减少振动，在第一次设计变更中，采用增加节流孔板的方式，实际运行后，泵出口的管道振动有所改善，但节流孔板后的管道出现汽蚀现象。说明靠增加节流孔板来进行降压的思路是对的，但孔板的选择应有所调整。3.1孔板级数的确定考虑管道受静压差44.012kPa的影响，孔板两端最大压差式（1）至式（3）中：p1 孔板入口压力；pc 热力学临界压力，对于水，pc=22.5MPa；FL——液体压力恢复系数，暂定为0.9；FF——临界压力比系数。由于p1=1.5MPa,p2=0.165MPa,20°C时pv=2.3385kPa,根据式（1）至式（3）,得△ , 。由于Ap>Aps,且p2〉pv，所以采用1级节流孔板将产生汽蚀现象。。为了避免汽蚀的发生，至少应装2级节流孔板。3.2孔板压降的确定根据前面的分析，当采用1级节流时，孔板压差大于阻塞流压差，采用多级节流降压后，第1级节流孔板的实际压差应小于阻塞流压差，其压差的大小取决于第2级孔板，多级节流孔板的压降按几何级数递减。因此，若采用2级节流孔板，则其中21=0.89MPa,Ap2=Ap1/2=0.445MPa。为了防止节流孔板发生汽蚀，应以阻塞流压差Aps为准则，验算各级节流孔板压差：第一级孔板的阻塞流压差Aps仁1.213MPa>Ap1；第二级孔板的阻塞流压差△ps2=0.92x［（1.5—0.89）MPa—0.957x0.0023385MPa=0.4923MPa>Ap2。因此，每级节流孔板后都不会出现汽蚀现象，采用2级节流孔板是合理的。4节流孔板孔径的计算根据DL/T5054—1996《火力发电厂汽水管道设计技术规定》水管道节流孔板孔径可按下式计算：（4）式中：dk—节流孔板的孔径；P——水的密度。举个例子，根据现场的实际运行数据，正常运行时热井的补水量约20t/h,泵出口压力约1.5MPa,扣除泵进口压力，扬程约134m,查性能曲线，对应的流量为136.8t/h,即卩经再循环管回流至补给水箱的除盐水量约116t/h。根据式（4）得：第1级节流孔板孔径dk1=40.68mm,取40.7mm；第2级节流孔板孔径dk2=48.37mm,取48.5mm。在该管道的第一次设计变更时，流量按常规泵的再循环量（最大流量的30%）选取，取60t/h,且压降没按几何级数递减考虑，两级孔板孔径均为33mm。根据实际运行情况，经再循环管回流至补给水箱的除盐水量应约116t/h,但由于节流孔板的限流作用，流经再循环管的水量最大只能是第2级节流孔板阻塞流时的流量。因第2级节流孔板后的压力大于液体的饱和蒸汽压力，故第2级节流孔板后出现汽蚀现象，管道产生较大振动和噪音。在实际工程应用中，将多级节流孔板用于减压系统是切实可行的，为了防止管道发生汽蚀，选择节流孔板时，一定要根据管道的实际情况，计算出孔板数量和孔径限流孔板限流孔板是在工艺流程中，为了限制某种介质的流量时，而在介质管路中安装具有极小孔径的限流元件，它具有结构简单、安装方便，限流性能可靠的优点，而被广泛采用。根据用户要求可以单独供应限流件，也可以配套供应安装法兰，还可以供应前后直管段。主要技术参数：1、 公称压力：1.0〜32MPa2、 公称通径:甲10〜500mm单片限流孔板LGBX-10〜300单级限流孔板LGBX-30/69〜69/69高温节流杆LGBX-15/69〜29/69疏水管多级限流孔板LGBX-1/69〜14/69给水泵再循环多级节流孔板LGBX-1/31〜31/31单片限流孔板疏水管用多级节流孔板高温节流杆单片限流孔板疏水管用多级节流孔板高温节流杆LGBX-10〜300LGBX-1/69〜LGBX-10〜300LGBX-1/69〜14/69LGBX-15/69〜29/69单级节流孔板给水泵再循环多级节流装置LGBX-30/69〜69/69 LGBX-1/31〜31/3111、LGKJ系列环形孔板环形孔板主要由测量管及与测量管同轴的圆板节流件所组成,两者之间在节流件下游侧用支撑架连接,因此在测量管与圆板节流件之间形成了一个环形流通截面,称之为环形孔板,从根本上消除了常规孔板的滞流区和积存区,特别适用于测量煤气、废气、纸浆、矿浆、原油、污水、化工溶液等介质流量。供货范围公称压力：0.6〜32MPa公称直径：Q40〜Q3000

保温形环形孔板40VDnV环形孔板600典型型号：典型型号：LGKJ-200(Q219X6)保温形环形孔板40VDnV环形孔板600典型型号：典型型号：LGKJ-200(Q219X6)八LGKJ-400(426X8)-4-4B12、LGJY系列机翼测风装置供货范围公称压力：0.04—1.6MPa公称通径：Q300-°3000矩形：600X600-4000X4000矩形管用机翼测风装置典型型号：LGKJ-1000X800X4圆形管用机翼测风装置典型型号：LGJY-(°820X5)限流孔板计算表1范围本标准规定了限流孔板计算表的格式和填写要求，以及限流孔板的计算方法，适用于工程设计。2引用标准HG／T20570.15—95《管路的限流孔板》3限流孔板的使用场所限流孔板适用于以下几个方面：工艺物料需要降压且精度要求不高。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。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）、离心泵出口返回贮槽（罐）的旁路管、分析取样管等场所。4限流孔板计算表填写限流孔板计算表的格式见附表1，计算表应注明工程名称和装置名称。4.1限流孔板位号由系统专业提出并填写。4.2PID图号根据PID图填写。4.3管道号根据限流孔板所在的管道号填写。4.4管道类别根据限流孔板所在的管道填写。4.5介质根据工艺专业提供的工艺数据填写。4.6流量根据工艺专业提供的工艺数据填写。4.7孔板流量系数由系统专业根据Re和d°/D值查附图（附图1）填写。4.8液体密度根据工艺专业提供的工艺数据填写。4.9分子量根据工艺专业提供的工艺数据填写。压缩系数由系统专业根据流体对比压力、对比温度查气体压缩系数图求取孔板前温度根据工艺专业提供的工艺数据填写。4.12绝热指数根据工艺专业提供的工艺数据填写。4.13粘度根据工艺专业提供的工艺数据填写。4.14板数见5.2中说明。4.15孔板允许压差见5.2中说明。4.16孔板前绝压见5.2中说明。4.17孔板后绝压见5.2中说明。4.18开孔数见5.1中说明。4.19计算孔径见5.3中说明。4.20选用孔径由系统专业按计算的孔径圆整后填写。5限流孔板的计算5.1限流孔板孔数的计算

5.1.1管道公称直径小于或等于150m时，通常采用单孔孔板；大于150m时，采用多孔板。孔数的确定计算多孔孔板时，首先按单孔孔板求出孔径(见5.3)，然后按下式求出选用的多孔孔板的孔数。Np/d。2式中：n――多孔孔板的孔数；d――单孔孔板的孔径；do――多孔孔板的孔径。限流孔板板数及每板前后压力的计算5.2.1气体、蒸汽限流孔板后的压力小于板前压力的55％时，不能选用单板，要选择多板，其板数要保证每板的板后压力大于板前压力的55％。n=lg(P2/P])/lg0.55一3.85lg(P2/P1) (5.2-1)式中：n——总板数；P1 多板孔板第一块板前压力，Pa；P2 多板孔板最后一块板后压力，Pa；(5.2-2)式中：Pm' 多板孔板第m块板后压力，Pa；根据每块板前后压力，计算出每块孔板孔径，方法见(5.3)。n圆整后重新分配各板前后压力。5.2.2液体当液体压降小于或等于2.5Mpa时，选择单板孔板。当液体压降大于2.5Mpa时，选择多孔孔板，且使每块孔板的压降小于2.5Mpa。n=(P]-P2)/2.5x106 (5.2-3)式中符号同前。计算出n值后，圆整为整数，再按每块板上的压降相同，以整数来平均分

配每板前后压力。孔板孔径计算方法见(5.3)。单板限流孔板孔径的计算5.3.1气体、蒸汽P2/kP(k+1)/kW=43.78XCXdXPX[(M)x(—)x[(善)-^-2) ]oi”ZT k-1 P] P]式中：W 流体的重量流量，kg/h；C——孔板流量系数，由Re和do/D值查附图1；d0 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，取最大者，Pa；M 分子量；Z――压缩系数；T 孔板前流体温度，K；K 绝热指数，k=Cp/Cv；Cp——流体定压热容，kJ/(kg・K)；Cv——流体定容热容，kJ/(kg・K)；5.3.2液体Q=128.45xCxd2x0式中：Q——工作状态下体积流量，m3/h；C——孔板流量系数，由Re和do/D值查附图1；d0 孔板孔径，m；△P――通过孔板的压降，Pa：Y——工作状态下的相对密度。气一液两相流(5.3-1)(5.3-2)然后先分别按气，液流量各自用公式计算出液相孔板和气相孔板的孔径以下式求出两相流孔板的孔径。(5.3-1)(5.3-2)然后d=sd2+d2 (5.3-3)VL V式中：d]——液相孔板孔径，m；dV 气相孔板孔径，m；d——两相流孔板孔径，m。5.3.4限流作用的孔板计算按式(5.3-1)或式(5.3-2)或式(5.3-3)计算孔板的孔径(do),然后根据do/D和k值由附表1查临界流率压力比(Yc),当每块板前后压力比P2/P]Wyc时，可使流体流量限制在一定数值，说明计算出的do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。

附表1：限流孔板计算表文件号页码版次工程名称装置/主项位号PID图号管道号管道类别（表号或外径x壁厚）介质流量孔板流量系数液体密度分子量压缩系数孔板前温度绝热指数粘度板数第一块板第二块板第三块板第四块板第五块板第六块板孔板允许压差孔板前绝压孔板后绝压开孔数计算孔径选用孔径备注编制/日期校核/日期审核/日期

附表2：人一氐一必/D关系表洗①1.051.101.151.201.251,301.351.401*451.500,050.59540.58470.57440.56450*55490,54570.53690.52830.52000.51200.100.59540.58470.57440.56450.55490*54570.53690.52830.52000.51200.150.59540.58470.57440.56450.55500,54580.53690.52830.52010.51210.200.59560.58490.57460.56470.55510.54590.53700.52850.52020.51220.250.59580.58510.57480.56490.55540.54620.53730.52880.52050.51250.300.59630.58560.57530.56540.55590.54670.53780.52930.52100.51300.350.59710.58640.57620*56630.55670.54760.53870.53020.52190.51390.400.59830.58770.57740.56760*55800.54890.54000.53150.52320.51530*450.60010.58950.57930.56940.56000.55080.54200.53350.52520.51730.500.60270.59210.58190.57210.56270.55360.54480.53630.52810.52010.550.60620.59570.58560.57580.56640.55740.54860,54010.53200.52410.600.61110.60060.59060.58090.57150.56250.55380,54540.53730.52940.650.61750.60720.59730.58770.57840.56950.56090.55250.54450.53670.700.62620.61600.60620.59680.58770.57880.57030.56210.55410.54641k—qC1.551.601.651.70L751.801.851.901.952.000.050,50430,49680,48950.48250.47570.46900.46260.45640.45030.44440.100.50430.49680.48950.48250.47570.46910.46260.45640.45030.44450.150,50430,49680.48960,48250.47570.46910.46270.45650.45040.44450.200.50450.49700.48970.48270.47590.46930.46280.45660.45050.44470.250.50480.49730.49000.48300.47620.46960.46310.45690*45080.44500.300.50530.49780.49060.48