限流孔板的應(yīng)用

曲洪霞

【摘 要】綜述了限流孔板的工作原理、分類、選型要點(diǎn)及用途，詳細(xì)論述了限流孔板的孔徑計(jì)算、厚度計(jì)算以及在工藝管道上的設(shè)置。

【關(guān)鍵詞】限流孔板；工作原理；選型要點(diǎn)；孔徑計(jì)算；厚度計(jì)算；設(shè)置

1概述

限流孔板由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易加工、制造成本低、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，在滿足工藝要求的前提下，使用限流孔板代替調(diào)節(jié)閥來(lái)限定流體的流量或降低流體的壓力，將會(huì)大大地降低投資和操作維修費(fèi)用，因此在國(guó)外已被廣泛地應(yīng)用于工藝裝置，對(duì)裝置的安全運(yùn)行起著重要的作用。

目前在國(guó)內(nèi)工藝裝置中限流孔板的應(yīng)用還很不夠，與國(guó)外相比存在差距，在需要限定流量或降低壓力之處，大多采用調(diào)節(jié)回路來(lái)實(shí)現(xiàn)。在某些地方流體的流量?jī)H要求限定在某一規(guī)定的范圍內(nèi)而不需要調(diào)節(jié)，而且，對(duì)其流量的準(zhǔn)確性要求也不高，完全可以使用限流孔板來(lái)代替。因此，在工藝裝置的設(shè)計(jì)中有必要充分認(rèn)識(shí)限流孔板的優(yōu)點(diǎn)，重視限流孔板的應(yīng)用。

2限流孔板的工作原理

限流孔板作為節(jié)流元件用來(lái)限定流量和降低壓力。當(dāng)孔板前后存在一定壓差時(shí)，流體流經(jīng)孔板，對(duì)于一定的孔徑，流經(jīng)孔板的流量隨著壓差增大而增大，但當(dāng)壓差超過(guò)某一數(shù)值（稱為臨界壓差）時(shí)，流體通過(guò)孔板縮孔處的流速達(dá)到音速，這時(shí)，無(wú)論壓差如何增加，流經(jīng)孔板的流量將維持在一定數(shù)值而不再增加。限流孔板就是根據(jù)這一原理來(lái)限定流量和降低壓力的。

3限流孔板的分類及選型要點(diǎn)

3.1 分類

限流孔板按孔板上開孔數(shù)量分為單孔板和多孔板；按孔板數(shù)量可分為單板和多板。

3.2 選型要點(diǎn)

（1）氣體、蒸汽

為了避免使用限流孔板的管路出現(xiàn)噎塞流，限流孔板后壓力（P2）不能小于板前壓力（P1）的55%，即P2≥0.55P1，因此當(dāng)P2<0.55P1時(shí)，不能用單板，要選擇多板，其板數(shù)要保證每板的板后壓力大于板前壓力的55%。

（2）液體

當(dāng)液體壓降小于或等于2.5MPa時(shí)，選用單板孔板。

當(dāng)液體壓降大于2.5MPa時(shí)，選擇多板孔板，且使每塊孔板的壓降小于2.5MPa。

（3）孔數(shù)的確定

管道公稱直徑小于或等于150mm的管路，通常采用單孔孔板；大于150mm時(shí)，采用多孔孔板。

多孔孔板的孔徑（d0），一般可選用12.5mm，20mm，25mm，40mm.。在計(jì)算多孔孔板時(shí)，首先按單孔孔板求出孔徑（d），然后按下式求取選用的多孔孔板的孔數(shù)（N）。

N=d2/do2

式中 N：多孔限流孔板的孔數(shù)，個(gè)；

d：?jiǎn)慰紫蘖骺装宓目讖?，m；

d0：多孔限流孔板的孔徑，m。

4.限流孔板的孔徑計(jì)算

4.1 氣體、蒸汽單板孔板

式中：W - 流體的重量流量，kg/h

C - 孔板流量系數(shù)，由Re和d0/D值查圖

d0 - 孔板孔徑，m

D – 管道內(nèi)徑，m

P1 – 孔板前壓力，Pa（A）

P2 – 孔板后壓力或臨界限流壓力，取其大者，Pa（A）

M – 分子量

Z – 壓縮系數(shù)，根據(jù)流體對(duì)比壓力（Pr）對(duì)比溫度Tr查氣體壓縮系數(shù)圖求取

T – 孔板前流體溫度，K

k – 絕熱指數(shù)，k=Cp/Cv

Cp – 流體定壓熱容，kJ/（kg.K）

Cv – 流體定容熱容，kJ/（kg.K）

臨界限流壓力（Pc）的推薦值

飽和蒸汽：Pc=0.58P1

過(guò)熱蒸汽及多原子氣體：Pc=0.55P1

空氣及雙原子氣體：Pc=0.53P1

4.2 液體單板孔板

式中：Q – 工作狀態(tài)下體積流量，m3/h

ΔP – 通過(guò)孔板的壓降，Pa

γ–液體密度，kg/m3

C - 孔板流量系數(shù)，由Re和d0/D值查圖

d0 - 孔板孔徑，m

4.3 氣-液兩相流孔板

先分別按氣-液流量用各自公式計(jì)算出dL和dV，然后以下式求出兩相流孔板孔徑

式中：d –兩相流孔板孔徑，m

dL–液相孔板孔徑，m

dV–氣相孔板孔徑，m

4.4 氣體、蒸汽多板孔板

（1）先計(jì)算出孔板總數(shù)及每塊孔板前后的壓力

n 圓整為整數(shù)后重新分配各板前后壓力，按下式求取某一板的板后壓力：

式中：n–總板數(shù)

P1 – 多板孔板第一塊板板前壓力，Pa

P2 – 多板孔板最后一塊板板后壓力，Pa

– 多板孔板中第m塊板板后壓力，Pa

（2）根據(jù)每塊孔板前后壓力，計(jì)算出每塊孔板孔徑，計(jì)算方法同單板孔板。

4.5 液體多板孔板

（1）先計(jì)算出孔板總數(shù)及每塊孔板前后的壓力

按下式計(jì)算出n，然后圓整為整數(shù)，再按每塊孔板上壓降相等，以整數(shù)（n）來(lái)平均分配每板前后壓力：

式中：n–總板數(shù)

P1 – 多板孔板第一塊板板前壓力，Pa

P2 – 多板孔板最后一塊板板后壓力，Pa

（2）計(jì)算出每塊孔板孔徑，計(jì)算方法同單板孔板。

4.6 限流作用的孔板

按以上公式計(jì)算孔板的孔徑，然后根據(jù)d0/D值和k值，查臨界流率壓力比（γc） ，當(dāng)每塊孔板前后壓力比P2/P1≤γc時(shí)，可使流體流量限制在一定數(shù)值，說(shuō)明計(jì)算出的d0有效，否則需改變壓降或調(diào)整管道的管徑，重新計(jì)算。

5.限流孔板的厚度計(jì)算

6.限流孔板制造圖

對(duì)于類型一，安裝上是沒(méi)有流向限制的；對(duì)于類型二，小口徑端為進(jìn)口，大口徑端為出口，即喇叭口是出口。

7限流孔板在工藝管道上的設(shè)置

限流孔板主要設(shè)置在管道中用于限制流體的流量或降低流體的壓力，主要用在以下幾個(gè)方面：

（1）工藝物料需要降壓且精度要求不高的場(chǎng)合。

（2）在管道中閥門上、下游需要有較大壓降時(shí)，為減少流體對(duì)閥門的沖蝕，當(dāng)經(jīng)孔板節(jié)流不會(huì)產(chǎn)生氣相時(shí)，可在閥門上游串聯(lián)孔板。

（3）流體需要小流量且連續(xù)流通的地方，如在泵的輔助管道上：

a 暖泵線：輸送介質(zhì)溫度大于200℃時(shí)，且有備用泵的情況下，為避免切換泵時(shí)高溫液體急劇涌入待運(yùn)行的泵內(nèi)，使泵體、葉輪受熱不均而損壞或變形，致使固定部分和旋轉(zhuǎn)部分出現(xiàn)卡住現(xiàn)象，因而需設(shè)暖泵線，使停運(yùn)的泵保持啟動(dòng)狀態(tài)，以便隨時(shí)切換。

一般情況下，暖泵線的流量是通過(guò)限流孔板控制的，管道通常為DN20，裝在泵出口止回閥與切斷閥的前后，安裝時(shí)要注意流體的流向。

b 小流量線：離心泵如可能在低于泵的允許最小流量（一般為泵的額定流量的30%，但不同類型的泵，制造廠有具體的最小流量值）下長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生垂直于軸方向的徑向推力，而且，由于泵在低效率下運(yùn)轉(zhuǎn)，使泵入口部位的液體溫度升高，蒸氣壓增高，容易出現(xiàn)汽蝕。此時(shí)，應(yīng)設(shè)置泵在最低流量下的正常運(yùn)轉(zhuǎn)的小流量線，使一部分介質(zhì)從泵出口返回至泵進(jìn)口端的容器內(nèi)，小流量線上應(yīng)設(shè)置限流孔板和截止閥，限流孔板位置在截止閥后。

c 旁通線：?jiǎn)?dòng)高揚(yáng)程泵時(shí)，出口閥單方面受壓過(guò)大，不易打開，若強(qiáng)制開啟，將有損壞閥桿、閥座的危險(xiǎn)。在出口閥前后設(shè)置帶有限流孔板的旁通線，此問(wèn)題便可迎刃而解。同時(shí)，旁通線還有減少管道振動(dòng)和噪聲的作用。旁通線的安裝要求與暖泵線基本相同，但介質(zhì)流向不同。

（4）在工藝操作中，在流量不需調(diào)節(jié)，僅要求限定最大流量的場(chǎng)合，可使用限流孔板代替流量調(diào)節(jié)回路防止超流量，節(jié)約投資。

（5）需要降壓以減少噪聲或磨損的地方，如放空系統(tǒng)。

（6）防止各支管偏流

在某種情況下，工藝要求各分支管道流量相同，但是由于各支路阻力很難完全相等，所以其流量存在差別，使用限流孔板可以調(diào)節(jié)各支管的壓力降，使各支管的流量保持一致。

8結(jié)論

近幾年，從接觸到的引進(jìn)工藝技術(shù)中（如丙烯酸技術(shù)），限流孔板在國(guó)外已被廣泛地應(yīng)用于工藝裝置，而在國(guó)內(nèi)工藝裝置中限流孔板的應(yīng)用還很不夠，因此，在工藝裝置的設(shè)計(jì)中有必要充分認(rèn)識(shí)限流孔板的優(yōu)點(diǎn)，重視限流孔板的應(yīng)用。