孔板阀原理及操作

2015年1月高级孔板阀操作中常见故障与处理王红宾1荣琳1贾运朋21中原油田普光分公司采气厂四川达州6351552常州大学石油工程学院油气储运专业摘要：普光气田气井采用高级孔板阀进行单井计量，硫元素在高级孔板阀内易形成硫单质，附着在孔板或计量直管段内形成硫沉积影响计量的准确性，需要经常性的进行高级孔板阀维护保养，本文详细的介绍了高级孔板阀清洗保养方法，针对操作中出现的故障进行原因分析，提出了具体的故障处理操作方法，操作实用性强。

关键词：高级孔板阀；滑阀；孔板；夹持器；导板普光气田是我国迄今为止规模最大、丰度最高的特大型整装海相气田，H 2S 含量15-18%、CO 2含量10%，采用高级孔板阀进行单井计量。

天然气中H 2S 含量高，硫沉积对计量影响较大，需要经常对高级孔板阀维护保养，在保养过程中遇到上腔阀盖渗漏，滑阀关不严，提升导板卡，夹持器损坏，提升轴齿断等故障，针对高级孔板阀在普光高含硫气田使用中出现的各类故障进行系统的分析，总结一套安全高效的处理方法，当操作人员遇到类似的问题能及时处理。

一、结构和节流原理高级孔板阀分为上、下阀腔两部分组成，下阀腔安装有孔板，孔板对管道内的天然气进行节流形成压差，是天然气运行的通道。

上阀腔是用于孔板过渡的中间腔，为不停气更换孔板面设计，上、下阀腔通过滑阀连通或切断。

当孔板正常工作时，滑阀关闭，下阀腔压力与测量管的压力一致，上阀腔的压力与大气压力一致。

在上、下阀腔之间存在较大的压力差，并作用于滑阀的下方，使上、下阀腔严密不漏。

当需要取出孔板时，采用平衡上、下阀腔压力的办法来减轻滑阀的密封力。

当关闭孔板阀上腔放空阀，打开平衡阀时，下阀腔天然气通过平衡阀进入上阀腔，上、下阀腔压力达到平衡，可以轻松地开启滑阀。

孔板通过夹持器安装在孔板导板上，孔板与阀座的密封由夹持器来完成。

因此，当夹持器破损时将造成孔板上下游差压减小，在安装孔板时需引起注意。

在孔板阀的底部设有排污阀，用于定期吹扫排除阀内污物油水。

孔板流量计说明书一、用途标准环室孔板、法兰孔板节流装置是无刻度的流量测量装置，它与气动、电动差压变送器或双波纹管差压变送器配套使用。

在冶金、化工、石油、电力工业系统连续测量介质温度≤400℃的液体、气体、蒸汽流经孔板所产生的压差，又变送器将该压差讯号转换成比例的输出信号，再有二次仪表或调节器，对被测量流量进行记录，指示或调节。

二作用原理和结构1、基本原理在管道内部装上孔板或喷咀等节流件，由于节流件的孔径小于管道内径，当流体流经节流件时，流束截面突然收缩，流速加快。

节流件后端流体的静压力降低，于是在节流件前后产生产生静压力差（见图1），该静压力差与流体过的流体流量之间有确定的数值关系、符合Q=K。

△P 。

用差压变送器（或差压计）测量节流件前后的差压，实现对流量的测量。

2、节流装置的结构节流装置的结构如图2、3所示：图2、标准环室孔板节流装置结构示图（Pg≤25）1、法兰2、导管3、前环室4、节流件5、后环室6、垫7、螺栓8、螺母图3、标准法兰孔板节流装置示意图（Pg≥64）1、取压法兰2、孔板3、导压管4、密封垫5螺母6螺栓三、安装要求节流装置的安装和适用于下列管段和管件有关：节流件上游侧第一阻力件、第二阻力件，节流件下右侧第一阻力件，从节流件上游第二阻力件到下游第一阻力件之间的管段以及差压讯号管路等。

1、管道条件：（1）节流件前后的直管段必须是直的，不得有肉眼可见的弯曲。

（2）安装节流件用得直管段应该是光滑的，如不光滑，流量系数应乘以粗糙度修正稀疏。

（3）为保证流体的流动在节流件前1D出形成充分发展的紊流速度分布，而且使这种分布成均匀的轴对称形，所以1）直管段必须是圆的，而且对节流件前2D范围，其圆度要求其甚为严格，并且有一定的圆度指标。

具体衡量方法：（A）节流件前OD，D/2，D，2D4个垂直管截面上，以大至相等的角距离至少分别测量4个管道内径单测值，取平均值D。

任意内径单测量值与平均值之差不得超过±0。

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，因此在国外已被广泛地应用于工艺装置，对装置的安全运行起着重要的作用。

然而，目前在国内工艺装置中限流孔板的应用还很不够，与国外相比存在差距。

在需要限定流量或降低压力之处，大多采用调节回路来实现。

在某些地方流体的流量仅要求限定在某一规定的范围内而不需要调节，而且，对其流量的准确性要求也不高，完全可以使用限流孔板来代替。

因此，在工艺装置的设计中有必要充分认识限流孔板的优点，重视限流孔板的应用。

1限流孔板的工作原理孔板可以作为流量测量元件用来测量流量，也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。

2限流孔板在工艺装置中的应用2.1保证离心泵安全启动和正常工作2.1.1保证离心泵的最小流量要求离心泵在启动时，为了使出口压力达到一定值，减少电动机启动电流，要求在出口阀关闭或部分关闭下启动。

但是，对于某些离心泵，如高扬程离心泵及输送挥发性液体的离心泵，由于泵内叶轮与泵体间隙很小，流体易于气化，这类离心泵在启动和运转时要求必须有一定流量。

如果这类离心泵在没有液体流出的情况下运转(即密闭运转)，泵内液体将产生涡流，使其发热汽化而发生气蚀或憋压，易造成泵损坏。

为了保证这类离心泵安全启动和正常运转，要求泵有最小排出流量，此值称为离心泵的最小流量。

通常最小流量由泵制造厂规定。

为了保证最小流量，在离心泵出口管道上加一条返回线，称为最小流量线,如图1。

在最小流量线上使用限流孔板，即使在发生误操作将泵出口阀门关闭时，也能保证离心泵安全运转，不致造成泵损坏。

孔板流量计正确使用步骤孔板流量计如何操作孔板流量计在投入运行时,应精准操纵位于它上部的三阀组。

第一步,先打开平衡阀,然后打开正压阀和负压阀,最后封闭平衡阀,以避开压力单相过载损坏差压变送器的传孔板流量计在投入运行时,应精准操纵位于它上部的三阀组。

第一步,先打开平衡阀,然后打开正压阀和负压阀,最后封闭平衡阀,以避开压力单相过载损坏差压变送器的传感器,拆卸差压变送器时也应先打开平衡阀,后封闭正压阀和负压阀。

孔板流量计导压系统及前后管道应定期排污,新装引压导管需排污勤一点（约1个星期排一次）,往后时间可长一点，注意定期的仪表检修。

当工作条件改动或孔板流量计开孔直角入口边沿的锋利度和垂直度、孔板端面平行度、光亮度等参数超差时,应实时对孔板进行修正和予以更换。

引压管中应保持冷凝水,以防蒸汽进入变送器正负压容室,惹起计量偏差。

当变送器因误操纵,而遭到单向工作压力时,应尽快使高处与低处压室无压力,并调解零点,使输出电流变化不大于0.1mA。

差压变送器容室“O”形密封圈拆装时,必需驱除密封槽内渣滓,并用清洗剂光滑。

变送器、表现仪表应定期校验。

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孔板流量计可测量气体、蒸汽、液体及引的流量，其具有稳定性好、结构简单、安装维护和修理便利等特点，广泛应用于石油、化工、冶金、电力、供热、供水等领域的过程掌控和测量。

为了确保您的孔板流量计在合适参数范围内保持正常运行。

南京金诺表依据多年的阅历以及客户的看法收集了孔板流量一些计使用方法，实在如下：1、选择与全部预期过程流体和清洁/冲洗剂化学兼容的磁流量传感器材料，注意蒸汽输出条件，要求仪表额定温度更高，真空度更高。

限流孔板自被研究生产出来之后，十分快速的被市场所接受。

这主要是由于其不仅测量的精准度高，还因为测量的是孔径。

孔径的测量仪器在市场上相当走俏，可以说销量一直有增无减。

而限流孔板能够快速的占据市场份额主要是因为其工作原理具有相当大的优势。

原理：孔板可以作为流量测量元件用来测量流量，也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。

限流孔板的作用1，保证离心泵安全启动和正常工作8 M- M$ u7 e( e+ f$ R3 i 离心泵在启动时，为了使出口压力达到一定值，减少电动机启动电流，要求在出口阀关闭或部分关闭下启动。

但是，对于某些离心泵，如高扬程离心泵及输送挥发性液体的离心泵，由于泵内叶轮与泵体间隙很小，流体易于气化，这类离心泵在启动和运转时要求必须有一定流量。

如果这类离心泵在没有液体流出的情况下运转(即密闭运转)，泵内液体将产生涡流，使其发热汽化而发生气蚀或憋压，易造成泵损坏。

为了保证这类离心泵安全启动和正常运转，要求泵有最小排出流量，此值称为离心泵的最小流量。

通常最小流量由泵制造厂规定。

为了保证最小流量，在离心泵出口管道上加一条返回线，称为最小流量线。

在最小流量线上使用限流孔板，即使在发生误操作将泵出口阀门关闭时，也能保证离心泵安全运转，不致造成泵损坏。

2，代替流量调节阀限定最大流量在工艺操作中，在流量不需调节，仅要求限定最大流量的场合，可使用限流孔板代替流量调节回路防止超流量，节约投资。

这也是限流孔板最常见的用途之一。

3，防止各支管偏流在某种情况下，工艺要求各分支管道流量相同。

但是由于各支管阻力降很难完全相等，所以其流量存在差别。

请用户熟读此说明书简易阀式孔板节流装置（K）JKF—□高级阀式孔板节流装置（K）GKF—□使用说明书川制00000415号成都伦慈仪表有限公司1、用途、性能规范、采用主要标准1.1 用途：本说明书所要叙述的阀式孔板节流装置，分不抗硫及抗硫的高级型、简易型二种，主要用于差压式流量计的信号产生，传输装置。

1.2 性能规范：适用介质：轻质油、净化天然气、水、含硫（H2S+CO2≤8%）天然气、城市煤气，轻烃等。

介质温度：-29~121℃。

（介质温度超过此范围作特殊订货）。

1.3 采用的主要标准：GB/T2624.1—2006 用安装在圆形管道中的差压装置测量满管流体流量第一部分：一般原理和要求GB/T2624.2—2006 用安装在圆形管道中的差压装置测量满管流体流量第二部分：孔板JB/T7252—94 阀孔孔板节流装置JJG640—94 差压式流量计2、作用原理充满管道的流体流经营道内的节流装置，在节流件的前后产生差压，通过测量差压可以衡量流体流过节流装置的流量大小。

3说明：K处：标K为抗硫，不抗硫略。

G处：结构代号，G为高级型，J为简易型。

K处：节流元件孔板代号。

F处：连接形式代号，F为法兰连接，对接略。

16处：公称压力（单位：0.1MPa）。

C处：阀体材料为碳钢，超过PN1.6MPa时C代号略。

5、结构说明及主要处形连接尺寸5.1 高级阀式孔板节流装置（图1、表2、表3）零件名称：1，顶板2，压板3，上阀体4，齿轮轴1，5，注油嘴6，滑阀7，齿轮轴2 8，下阀体9，对焊钢法兰10，对焊钢法兰，11，齿轮轴3 12，平衡阀13，放空阀。

（含导板，孔板，密封圈）特点：1、更换孔板容易，不影响输送介质，无需设置附加管路，占地少，性价比高2、经标定准确度0.5级；注：a. 两端法兰连接尺寸见附件2~3；b. L1=10D20L2=5D20c.计量管道实际通径见附件1。

结构尺寸表表1型号公称通径（mm）外型尺寸（mm）重量≈kg L E F B H H1GKF-16C 50 270 130 190 520 455 100 85GKF-100 KGKF-100 50 360 210 150 550 520 121 130 6580 385 190 245 560 570 161 220 100 420 104 274 550 580 152 295 150 430 216 330 660 720 180 360 200 440 220 390 700 855 217 510 250 500 260 470 760 985 255 768 300 500 255 590 1050 1150 290 1080 350GKF-160 KGKF-160 50 680 190 250 560 660 160 300 6580 700 244 304 650 700 185 500 100 720 246 302 640 720 185 650 150 765 272 372 720 776 199 880 200 900 300 470 850 820 250 1000 250 1000 320 590 1000 900 290 14005.2简易阀式孔板节流装置（图2、表3）图21,阀体2,顶板3,压板4,孔板部件（含孔板导板，孔板，密封圈）5,排污堵头6,对焊钢法兰特点：结构简单，价格低，无孔板提升机构，更换孔板必须停止输送介质。

孔板阀原理
孔板阀是一种常见的流体控制装置，它通过阀芯上的孔板来控制流体的流量和压力。

孔板阀主要由阀体、阀盖、阀芯、密封件等部件组成，其工作原理简单而有效。

首先，当流体通过孔板阀时，流体会受到阀芯上孔板的限制，从而产生一定的压力损失。

这种压力损失可以通过孔板阀的设计参数来控制，如孔板的孔径大小、数量和布局等，从而实现对流体流量和压力的调节。

其次，孔板阀还可以通过改变阀芯的开度来调节流体的流量。

当阀芯打开时，流体可以自由通过孔板阀，流量较大；当阀芯关闭时，流体受到限制，流量较小。

通过这种方式，可以实现对流体的精确控制。

此外，孔板阀还可以根据需要进行结构设计，以适应不同的工作环境和流体介质。

例如，可以根据流体的温度、压力、腐蚀性等特点选择合适的材料，确保孔板阀的稳定性和耐用性。

总的来说，孔板阀通过孔板的限制和阀芯的调节，实现对流体流量和压力的控制。

其简单可靠的工作原理使其在工业生产和流体控制领域得到广泛应用，为生产和工艺流程提供了重要的支持和保障。

在实际应用中，孔板阀的选型和安装也需要考虑诸多因素，如流体的性质、工艺要求、安全标准等，以确保其正常运行和有效控制。

因此，在选择和使用孔板阀时，需要充分了解其工作原理和特性，合理设计和操作，以实现最佳的控制效果。

总之，孔板阀作为一种重要的流体控制装置，其简单有效的工作原理和灵活可靠的控制方式，使其在工业生产和流体控制领域得到广泛应用，为生产和工艺流程提供了重要的支持和保障。

通过对孔板阀的深入理解和合理应用，可以实现对流体流量和压力的精确控制，为工业生产和流体控制带来更大的便利和效益。

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，否那么，液体容易产生汽蚀现象，影响管道的平安运行。

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，如此形成屡次反复，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〕。

流道材料外表在水击压力作用下，形成疲劳而遭到严重破坏。

我们把汽泡的形成、开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，冲刷外表磨损相当厉害，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80 dB以下，不超出规规定的许可围。

空化那么不然，汽泡破裂和高速冲击会引起严重的噪音，管道振动大，在流道外表极微小的面积上，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外表。

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80 dB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。

请用户熟读此说明书简易阀式孔板节流装置（K）JKF—□高级阀式孔板节流装置（K）GKF—□使用说明书川制00000415号成都伦慈仪表有限公司1、用途、性能规范、采用主要标准1.1 用途：本说明书所要叙述的阀式孔板节流装置，分不抗硫及抗硫的高级型、简易型二种，主要用于差压式流量计的信号产生，传输装置。

1.2 性能规范：适用介质：轻质油、净化天然气、水、含硫（H2S+CO2≤8%）天然气、城市煤气，轻烃等。

介质温度：-29~121℃。

（介质温度超过此范围作特殊订货）。

1.3 采用的主要标准：GB/T2624.1—2006 用安装在圆形管道中的差压装置测量满管流体流量第一部分：一般原理和要求GB/T2624.2—2006 用安装在圆形管道中的差压装置测量满管流体流量第二部分：孔板JB/T7252—94 阀孔孔板节流装置JJG640—94 差压式流量计2、作用原理充满管道的流体流经营道内的节流装置，在节流件的前后产生差压，通过测量差压可以衡量流体流过节流装置的流量大小。

3说明：K处：标K为抗硫，不抗硫略。

G处：结构代号，G为高级型，J为简易型。

K处：节流元件孔板代号。

F处：连接形式代号，F为法兰连接，对接略。

16处：公称压力（单位：0.1MPa）。

C处：阀体材料为碳钢，超过PN1.6MPa时C代号略。

5、结构说明及主要处形连接尺寸5.1 高级阀式孔板节流装置（图1、表2、表3）零件名称：1，顶板2，压板3，上阀体4，齿轮轴1，5，注油嘴6，滑阀7，齿轮轴2 8，下阀体9，对焊钢法兰10，对焊钢法兰，11，齿轮轴3 12，平衡阀13，放空阀。

（含导板，孔板，密封圈）特点：1、更换孔板容易，不影响输送介质，无需设置附加管路，占地少，性价比高2、经标定准确度0.5级；注：a. 两端法兰连接尺寸见附件2~3；b. L1=10D20L2=5D20c.计量管道实际通径见附件1。

结构尺寸表表1型号公称通径（mm）外型尺寸（mm）重量≈kg L E F B H H1GKF-16C 50 270 130 190 520 455 100 85GKF-100 KGKF-100 50 360 210 150 550 520 121 130 6580 385 190 245 560 570 161 220 100 420 104 274 550 580 152 295 150 430 216 330 660 720 180 360 200 440 220 390 700 855 217 510 250 500 260 470 760 985 255 768 300 500 255 590 1050 1150 290 1080 350GKF-160 KGKF-160 50 680 190 250 560 660 160 300 6580 700 244 304 650 700 185 500 100 720 246 302 640 720 185 650 150 765 272 372 720 776 199 880 200 900 300 470 850 820 250 1000 250 1000 320 590 1000 900 290 14005.2简易阀式孔板节流装置（图2、表3）图21,阀体2,顶板3,压板4,孔板部件（含孔板导板，孔板，密封圈）5,排污堵头6,对焊钢法兰特点：结构简单，价格低，无孔板提升机构，更换孔板必须停止输送介质。