節(jié)流孔板的原理及限流計(jì)算(共11頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上節(jié)流孔板的原理 管道的前后壓差較大時(shí)，往往采用增加節(jié)流孔板的方式，其原理是：流體在管道中流動(dòng)時(shí)，由于孔板的局部阻力，使得流體的壓力降低，能量損耗，該現(xiàn)象在熱力學(xué)上稱(chēng)為節(jié)流現(xiàn)象。該方式比采用調(diào)節(jié)閥要簡(jiǎn)單，但必須選擇得當(dāng)，否則，液體容易產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象，影響管道的安全運(yùn)行。 1汽蝕現(xiàn)象 節(jié)流孔板的作用，就是在管道的適當(dāng)?shù)胤綄⒖讖阶冃。?dāng)液體經(jīng)過(guò)縮口，流束會(huì)變細(xì)或收縮。流束的最小橫斷面出現(xiàn)在實(shí)際縮口的下游，稱(chēng)為縮流斷面。在縮流斷面處，流速是最大的，流速的增加伴隨著縮流斷面處壓力的大大降低。當(dāng)流束擴(kuò)展進(jìn)入更大的區(qū)域，速度下降，壓力增加，但下游壓力不會(huì)完全恢復(fù)到上游的壓力，這是由于

2、較大內(nèi)部紊流和能量消耗的結(jié)果。如果縮流斷面處的壓力pvc降到液體對(duì)應(yīng)溫度下的飽和蒸汽壓力pv以下，流束中就有蒸汽及溶解在水中的氣體逸出，形成蒸汽與氣體混合的小汽泡，壓力越低，汽泡越多。如果孔板下游的壓力p2仍低于液體的飽和蒸汽壓力，汽泡將在下游的管道繼續(xù)產(chǎn)生，液汽兩相混合存在，這種現(xiàn)象就是閃蒸。如果下游壓力恢復(fù)到高于液體的飽和蒸汽壓力，汽泡在高壓的作用下，迅速凝結(jié)而破裂，在汽泡破裂的瞬間，產(chǎn)生局部空穴，高壓水以極高的速度流向這些原汽泡占有的空間，形成一個(gè)沖擊力。由于汽泡中的氣體和蒸汽來(lái)不及在瞬間全部溶解和凝結(jié)，在沖擊力作用下又分成小汽泡，再被高壓水壓縮、凝結(jié)，如此形成多次反復(fù)，并產(chǎn)生一種類(lèi)似于

3、我們可以想象的砂石流過(guò)管道的噪音，此種現(xiàn)象稱(chēng)為空化（見(jiàn)圖2）。流道材料表面在水擊壓力作用下，形成疲勞而遭到嚴(yán)重破壞。我們把汽泡的形成、發(fā)展和破裂以致材料受到破壞的全部過(guò)程稱(chēng)為汽蝕現(xiàn)象。 閃蒸和空化的主要區(qū)別在于汽泡是否破裂。存在閃蒸現(xiàn)象的系統(tǒng)管道，由于介質(zhì)為汽水兩相流，介質(zhì)比容和流速成倍增加，沖刷表面磨損相當(dāng)厲害，其表現(xiàn)為沖刷面有平滑拋光的外形。閃蒸也產(chǎn)生噪音和振動(dòng)，但其聲級(jí)值一般為80 dB以下，不超出規(guī)范規(guī)定的許可范圍?？栈瘎t不然，汽泡破裂和高速?zèng)_擊會(huì)引起嚴(yán)重的噪音，管道振動(dòng)大，在流道表面極微小的面積上，沖擊力形成的壓力可高達(dá)幾百甚至上千兆帕，沖擊頻率可達(dá)每秒幾萬(wàn)次，在短時(shí)間內(nèi)就可能引起沖

4、刷面的嚴(yán)重?fù)p壞，其表現(xiàn)為沖刷面會(huì)產(chǎn)生類(lèi)似于煤渣的粗糟表面。而且，由液體中逸出的氧氣等活性氣體，借助汽泡凝結(jié)時(shí)放出熱量，也會(huì)對(duì)金屬起化學(xué)腐蝕作用。 不管是閃蒸還是空化，都會(huì)對(duì)管道造成不同程度的損害，對(duì)安全運(yùn)行均是不利的，因此，選擇節(jié)流孔板時(shí)應(yīng)避免這兩種情況的發(fā)生。由于孔板下游的壓力往往高于液體的飽和蒸汽壓力，因此，選擇節(jié)流孔板時(shí)，最主要是防止空化的產(chǎn)生。 2 防止流體產(chǎn)生汽蝕的方法 對(duì)于汽蝕，沖刷面換用高級(jí)材料不是徹底解決問(wèn)題的辦法，控制縮流斷面處的壓力pvc，保持該壓力不低于液體的飽和蒸汽壓力pv，才是防止汽蝕產(chǎn)生的一項(xiàng)根本措施。對(duì)于壓降較大的管道，可通過(guò)多級(jí)降壓，確保介質(zhì)經(jīng)過(guò)每一個(gè)縮流斷面時(shí)

5、壓力都大于液體的飽和蒸汽壓力。 3 節(jié)流孔板壓差的計(jì)算 為了計(jì)算節(jié)流孔板的壓差，需引入一個(gè)新的概念阻塞流壓差ps。當(dāng)孔板兩端的壓差p增加時(shí)，流量qm也增加，當(dāng)壓差p增大到一定值時(shí)，縮口處的壓力pvc下降到流體飽和蒸氣壓力pv以下，一部分流體汽化，管道流量不再隨壓差增加而增加，即形成所謂阻塞流現(xiàn)象。此時(shí)，孔板兩端的壓差稱(chēng)為阻塞流壓差ps。當(dāng)節(jié)流孔板的實(shí)際壓差p小于其對(duì)應(yīng)的ps時(shí)，就可避免閃蒸或汽蝕的發(fā)生。當(dāng)管道兩端壓差較大時(shí)，可采用多級(jí)減壓，但每一級(jí)節(jié)流孔板的實(shí)際壓差p均應(yīng)小于本級(jí)入口對(duì)應(yīng)的ps。 根據(jù)文獻(xiàn)，多級(jí)節(jié)流孔板的的壓降按幾何級(jí)數(shù)遞減，當(dāng)?shù)?級(jí)節(jié)流孔板實(shí)際壓降為p1時(shí)，第2級(jí)孔板減壓至p

6、1/2，第3級(jí)孔板減壓至p1/22，第4級(jí)孔板減壓至p1/23，第n+1級(jí)孔板減壓至p1/2n，直減到末級(jí)孔板后壓力接近所需壓力為止。 以某廠(chǎng)凝補(bǔ)泵再循環(huán)管為例，在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)管道振動(dòng)大。分析原因?yàn)椋耗a(bǔ)泵在正常運(yùn)行時(shí)，出口壓力約1.5 MPa，補(bǔ)給水箱進(jìn)口處的壓力約0.12 MPa，當(dāng)泵出口的除鹽水經(jīng)再循環(huán)管回流至補(bǔ)給水箱時(shí)，由于壓差較大，且管道上只裝了一個(gè)電動(dòng)閘閥而非調(diào)節(jié)閥，因此引起振動(dòng)。為了減少振動(dòng)，在第一次設(shè)計(jì)變更中，采用增加節(jié)流孔板的方式，實(shí)際運(yùn)行后，泵出口的管道振動(dòng)有所改善，但節(jié)流孔板后的管道出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象。說(shuō)明靠增加節(jié)流孔板來(lái)進(jìn)行降壓的思路是對(duì)的，但孔板的選擇應(yīng)有所調(diào)整。

7、3.1孔板級(jí)數(shù)的確定 考慮管道受靜壓差44.012 kPa的影響，孔板兩端最大壓差 式（1）至式（3）中： p1孔板入口壓力； pc熱力學(xué)臨界壓力，對(duì)于水，pc=22.5 MPa； FL液體壓力恢復(fù)系數(shù)，暫定為0.9； FF臨界壓力比系數(shù)。 由于p1=1.5 MPa，p2=0.165 MPa，20 時(shí)pv=2.338 5 kPa，根據(jù)式（1）至式（3），得p=1335 MPa，ps=1213 MPa。由于pps，且p2pv，所以采用1級(jí)節(jié)流孔板將產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象。為了避免汽蝕的發(fā)生，至少應(yīng)裝2級(jí)節(jié)流孔板。 3.2孔板壓降的確定 根據(jù)前面的分析，當(dāng)采用1級(jí)節(jié)流時(shí)，孔板壓差大于阻塞流壓差，采用多級(jí)節(jié)流

8、降壓后，第1級(jí)節(jié)流孔板的實(shí)際壓差應(yīng)小于阻塞流壓差，其壓差的大小取決于第2級(jí)孔板，多級(jí)節(jié)流孔板的壓降按幾何級(jí)數(shù)遞減。因此，若采用2級(jí)節(jié)流孔板，則 其中p1=0.89 MPa，p2=p1/2=0.445 MPa。 為了防止節(jié)流孔板發(fā)生汽蝕，應(yīng)以阻塞流壓差ps為準(zhǔn)則，驗(yàn)算各級(jí)節(jié)流孔板壓差：第一級(jí)孔板的阻塞流壓差ps1=1.213 MPap1；第二級(jí)孔板的阻塞流壓差ps2=0.92×(1.50.89)MPa0.957×0.002 338 5MPa=0.492 3 MPap2。因此，每級(jí)節(jié)流孔板后都不會(huì)出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象，采用2級(jí)節(jié)流孔板是合理的。 4節(jié)流孔板孔徑的計(jì)算 根據(jù)DL/T 50

9、541996火力發(fā)電廠(chǎng)汽水管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定，水管道節(jié)流孔板孔徑可按下式計(jì)算： （4）式中：dk節(jié)流孔板的孔徑； 水的密度。 舉個(gè)例子，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，正常運(yùn)行時(shí)熱井的補(bǔ)水量約20 t/h，泵出口壓力約1.5 MPa，扣除泵進(jìn)口壓力，揚(yáng)程約134 m，查性能曲線(xiàn)，對(duì)應(yīng)的流量為136.8 t/h，即經(jīng)再循環(huán)管回流至補(bǔ)給水箱的除鹽水量約116 t/h。根據(jù)式（4）得：第1級(jí)節(jié)流孔板孔徑dk1=40.68 mm，取40.7 mm；第2級(jí)節(jié)流孔板孔徑dk2=48.37 mm，取48.5 mm。 在該管道的第一次設(shè)計(jì)變更時(shí)，流量按常規(guī)泵的再循環(huán)量（最大流量的30%）選取，取60 t/h，且壓降沒(méi)按

10、幾何級(jí)數(shù)遞減考慮，兩級(jí)孔板孔徑均為33 mm。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，經(jīng)再循環(huán)管回流至補(bǔ)給水箱的除鹽水量應(yīng)約116 t/h，但由于節(jié)流孔板的限流作用，流經(jīng)再循環(huán)管的水量最大只能是第2級(jí)節(jié)流孔板阻塞流時(shí)的流量。因第2級(jí)節(jié)流孔板后的壓力大于液體的飽和蒸汽壓力，故第2級(jí)節(jié)流孔板后出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象，管道產(chǎn)生較大振動(dòng)和噪音。 在實(shí)際工程應(yīng)用中，將多級(jí)節(jié)流孔板用于減壓系統(tǒng)是切實(shí)可行的，為了防止管道發(fā)生汽蝕，選擇節(jié)流孔板時(shí)，一定要根據(jù)管道的實(shí)際情況，計(jì)算出孔板數(shù)量和孔徑限流孔板限流孔板是在工藝流程中，為了限制某種介質(zhì)的流量時(shí)，而在介質(zhì)管路中安裝具有極小孔徑的限流元件，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 安裝方便，限流性能可靠的優(yōu)點(diǎn)，而

11、被廣泛采用。根據(jù)用戶(hù)要求可以單獨(dú)供應(yīng)限流件，也可以配套供應(yīng)安裝法蘭，還可以供應(yīng)前后直管段。主要技術(shù)參數(shù)：1、 公稱(chēng)壓力：1.032MPa2、 公稱(chēng)通徑:10500mm單片限流孔板LGBX-10300單級(jí)限流孔板LGBX-30/6969/69高溫節(jié)流桿LGBX-15/6929/69疏水管多級(jí)限流孔板LGBX-1/6914/69給水泵再循環(huán)多級(jí)節(jié)流孔板LGBX-1/3131/31單片限流孔板LGBX-10300疏水管用多級(jí)節(jié)流孔板LGBX-1/6914/69高溫節(jié)流桿LGBX-15/6929/69單級(jí)節(jié)流孔板LGBX-30/6969/69 給水泵再循環(huán)多級(jí)節(jié)流裝置LGBX-1/3131/

12、3111、LGKJ系列環(huán)形孔板環(huán)形孔板主要由測(cè)量管及與測(cè)量管同軸的圓板節(jié)流件所組成,兩者之間在節(jié)流件下游側(cè)用支撐架連接,因此在測(cè)量管與圓板節(jié)流件之間形成了一個(gè)環(huán)形流通截面,稱(chēng)之為環(huán)形孔板,從根本上消除了常規(guī)孔板的滯流區(qū)和積存區(qū),特別適用于測(cè)量煤氣、廢氣、紙漿、礦漿、原油、污水、化工溶液等介質(zhì)流量。供貨范圍公稱(chēng)壓力：0.632MPa公稱(chēng)直徑：403000 環(huán)形孔板 典型型號(hào)：    LGKJ-200（219×6）-4保溫形環(huán)形孔板 40Dn600 典型型號(hào)：   LGKJ-400（426×8）-4B12、LGJY系列機(jī)翼測(cè)風(fēng)裝

13、置供貨范圍公稱(chēng)壓力：0.04-1.6MPa 公稱(chēng)通徑:300-3000 矩形:600×600-4000×4000矩形管用機(jī)翼測(cè)風(fēng)裝置 典型型號(hào)：LGKJ-1000×800×4  圓形管用機(jī)翼測(cè)風(fēng)裝置 典型型號(hào)：LGJY-（820×5） 限流孔板計(jì)算表1 范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了限流孔板計(jì)算表的格式和填寫(xiě)要求，以及限流孔板的計(jì)算方法，適用于工程設(shè)計(jì)。2 引用標(biāo)準(zhǔn)HGT 20570.1595 管路的限流孔板3 限流孔板的使用場(chǎng)所限流孔板適用于以下幾個(gè)方面：3.1 工藝物料需要降壓且精度要求不高。3.2 在管道中閥門(mén)上、下游需要

14、有較大壓降時(shí)，為減少流體對(duì)閥門(mén)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(mén)上游串聯(lián)孔板。流體需要小流量且連續(xù)流通的地方，如泵的沖洗管道、熱備用泵的旁路管道(低流量保護(hù)管道)、離心泵出口返回貯槽(罐)的旁路管、分析取樣管等場(chǎng)所。4 限流孔板計(jì)算表填寫(xiě)限流孔板計(jì)算表的格式見(jiàn)附表1，計(jì)算表應(yīng)注明工程名稱(chēng)和裝置名稱(chēng)。4.1 限流孔板位號(hào)由系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)提出并填寫(xiě)。4.2 PID圖號(hào)根據(jù)PID圖填寫(xiě)。4.3 管道號(hào)根據(jù)限流孔板所在的管道號(hào)填寫(xiě)。4.4 管道類(lèi)別根據(jù)限流孔板所在的管道填寫(xiě)。4.5 介質(zhì)根據(jù)工藝專(zhuān)業(yè)提供的工藝數(shù)據(jù)填寫(xiě)。4.6 流量根據(jù)工藝專(zhuān)業(yè)提供的工藝數(shù)據(jù)填寫(xiě)。4.7 孔板流量系數(shù) 由系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)根據(jù)

15、Re和d。D值查附圖(附圖1)填寫(xiě)。4.8 液體密度 根據(jù)工藝專(zhuān)業(yè)提供的工藝數(shù)據(jù)填寫(xiě)。4.9 分子量 根據(jù)工藝專(zhuān)業(yè)提供的工藝數(shù)據(jù)填寫(xiě)。4.10 壓縮系數(shù) 由系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)根據(jù)流體對(duì)比壓力、對(duì)比溫度查氣體壓縮系數(shù)圖求取4.11 孔板前溫度 根據(jù)工藝專(zhuān)業(yè)提供的工藝數(shù)據(jù)填寫(xiě)。4.12 絕熱指數(shù) 根據(jù)工藝專(zhuān)業(yè)提供的工藝數(shù)據(jù)填寫(xiě)。4.13 粘度 根據(jù)工藝專(zhuān)業(yè)提供的工藝數(shù)據(jù)填寫(xiě)。4.14 板數(shù) 見(jiàn)5.2中說(shuō)明。4.15 孔板允許壓差 見(jiàn)5.2中說(shuō)明。4.16 孔板前絕壓 見(jiàn)5.2中說(shuō)明。4.17 孔板后絕壓 見(jiàn)5.2中說(shuō)明。4.18 開(kāi)孔數(shù) 見(jiàn)5.1中說(shuō)明。4.19 計(jì)算孔徑 見(jiàn)5.3中說(shuō)明。4.20 選用孔徑

16、 由系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)按計(jì)算的孔徑圓整后填寫(xiě)。5 限流孔板的計(jì)算5.1 限流孔板孔數(shù)的計(jì)算5.1.1 管道公稱(chēng)直徑小于或等于150m時(shí)，通常采用單孔孔板；大于150m時(shí)，采用多孔板。5.1.2 孔數(shù)的確定計(jì)算多孔孔板時(shí)，首先按單孔孔板求出孔徑(見(jiàn)5.3)，然后按下式求出選用的多孔孔板的孔數(shù)。Nd2/d02式中：n多孔孔板的孔數(shù)； d單孔孔板的孔徑；d。多孔孔板的孔徑。5.2 限流孔板板數(shù)及每板前后壓力的計(jì)算5.2.1 氣體、蒸汽限流孔板后的壓力小于板前壓力的55時(shí)，不能選用單板，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。nlg(P2/P1)/lg0.55 3.85 lg(P2/P1) (

17、5.2-1)式中：n總板數(shù)； P1多板孔板第一塊板前壓力，Pa； P2多板孔板最后一塊板后壓力，Pa； (5.2-2)式中：Pm多板孔板第m塊板后壓力，Pa；根據(jù)每塊板前后壓力，計(jì)算出每塊孔板孔徑，方法見(jiàn)(5.3)。n圓整后重新分配各板前后壓力。5.2.2 液體當(dāng)液體壓降小于或等于2.5Mpa時(shí)，選擇單板孔板。當(dāng)液體壓降大于2.5Mpa時(shí)，選擇多孔孔板，且使每塊孔板的壓降小于2.5Mpa。n(P1-P2)/2.5x106 (5.2-3)式中符號(hào)同前。計(jì)算出n值后，圓整為整數(shù)，再按每塊板上的壓降相同，以整數(shù)來(lái)平均分配每板前后壓力?？装蹇讖接?jì)算方法見(jiàn)(5.3)。5.3 單板限流孔板孔徑的計(jì)算5.3

18、.1 氣體、蒸汽 (5.3-1)式中：W流體的重量流量，kgh； C孔板流量系數(shù)，由Re和do/D值查附圖1； d0孔板孔徑，m； D管道內(nèi)徑，m； P1孔板前壓力，Pa； P2孔板后壓力或臨界限流壓力，取最大者，Pa； M分子量； Z壓縮系數(shù)； T孔板前流體溫度，K； 絕熱指數(shù)，kCp/Cv； Cp流體定壓熱容，kJ/(kg·K)； Cv流體定容熱容，kJ/(kg·K)；5.3.2 液體 (5.3-2)式中：Q工作狀態(tài)下體積流量，m3/h； C孔板流量系數(shù)，由Re和do/D值查附圖1；d0孔板孔徑，m；P通過(guò)孔板的壓降，Pa：工作狀態(tài)下的相對(duì)密度。5.3.3 氣一液兩相流先分別按氣，液流量各自用公式計(jì)算出液相孔板和氣相孔板的孔徑，然后以下式求出兩相流孔板的孔徑。 (5.3-3)式中：d1液相孔板孔徑，m；dV氣相孔板孔徑，m；d 兩相流孔板孔徑，m。5.3.4 限流作用的孔板計(jì)算按式(5.3-1)或式(5.3-2)或