限流孔板计算20080829
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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/T20570.15-1995） 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（P2）不能小于板前压力（P1）的55%，即P2≥0.55P1，因此当P2<0.55P1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》液体
A．当液体压降小于或等于2.5MPa时，选择单板孔板。
B．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。
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（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），然后求取选用的多孔孔板的孔数（N）。
22/oddN
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
1 单板孔板
1 》 气体、蒸汽
气体、蒸汽的单板孔板按式(3.1-1)计算：
WCdPMZTkkPPPPkkk43780211212211.()()()() (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/(kg·K)；
CV——流体定容比热容， kJ/(kg·K)。
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。
2》 液体
液体的单板孔板按式(3.1-2)计算：
QCdP1284502. (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；
——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=0.55P1
P/2=0.55P/1
……
P2=0.55P/n-1
P2=(0.55)nP1
n=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：
PPPPmnm'/'/2111 (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；
Pm'——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(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： nPP1262510. (3.2-3)
式中n、P1、P2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dL和dv，然后以下式求出两相流孔板孔径：
dddLv22 (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. 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(c)，当每块孔板前后压力比P2/P1≤c 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。
4. 孔板厚度计算
当流体温度小于375℃时 PDH6.31
当流体温度大于375℃时 PDH
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；
——挠度系数。钢材的挠度系数按公式8-5进行计算；
mmmm1lg1225.11312.06188.0 （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直接查出值。
表3-1挠度系数
4 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：
组成 CH4 H2 N2 Ar NH3
V% 6.09 63.38 29.08 1.43 0.02
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1.30510-5mPa·s，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。
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：
MPaPMPaPMPaPPPPPmm00.245.3)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(3.1-1)计算第一块孔板：
孔径
dWCPMZTkkPPPPkkk02121221143781./
已知： P=10.3106Pa
W=3466kg/h
M=11.0
T=330K
计算Z和k值
组 成 CH4 H2 N2 Ar NH3
Tc(K) 190.7 33.3 126.2 151
405.6
Pc(MPa) 4.64 1.30 3.39 4.86 11.40
k 1.33 1.4 1.41 1.67 1.34
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/m2·s
粘度：=1.30510-5mPa·s，D=0.0381m
R...eDG0038184491305105
25106.
