管路限流孔板的设置及设计.docx

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管路限流孔板的设置及设计

管路限流孔板的设置及设计

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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％。

2.2.2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/（kg·K）;

ＣＶ——流体定容比热容,kJ/（ｋg·K）。

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;

　γ——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-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:

　　　　　　　（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（γｃ），当每块孔板前后压力比P2/P1≤γc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；

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;

　　　　　　（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

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1.305⨯10-5mPａ·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。

　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=1０.3⨯106Ｐａ

　　　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/（３600⨯0.7８5⨯0.03812）＝8４4.９kg/m2·s

粘度：

μ=1．30５⨯10-5ｍPａ·s，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=0.６０１≈0．60,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=2.５⨯106

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＝2.5⨯10６

　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=２.5⨯106

求得ｄ0=2．61⨯10－4/C

　设C＝0.63,d0=0.02035m

　取ｄ0=2０ｍm，d０/D=0.525

　查图6.1:

Re=2.５⨯106,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0.56⨯１0-3mPa·s，相对密度γ＝１.２4，求此限流孔板孔径：

　解：

∆P=2.06-0.74=1.３2ＭＰa＜2.５MPa

　　因此选用单板限流孔板。

溶液质量流速Ｇ（kｇ/m2·s）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5.２-2

6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。

６.２　临界流率压力比（γｃ）

　　　　临界流率压力比（γc）与流体绝热指数（ｋ）及孔板孔径（d０）和管道内直径（