节流节流孔板的原理及限流计算

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v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2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8 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。而且,由液体中逸出的氧气等活性气体,借助汽泡凝结时放出热量,也会对金属起化学腐蚀作用。  不管是闪蒸还是空化都会对管道造成不同程度的损害,对安全运行均是不利的,因此,选择节流孔板时应避免这两种情况的发生。 由于孔板下游的压力往往高于液体的饱和蒸汽压力 因此,选择节流孔板时最主要是防止空化的产生。 2防止流体产生汽蚀的方法 对于汽蚀冲刷面换用高级材料不是彻底解决问题的办法,控制缩流断面处的压力pvc保持该压力不低于液体的饱和蒸汽压力pv,才是防止汽蚀产生的一项根本措施。对于压降较大的管道,可通过多级降压确保介质经过每一个缩流断面时压力都大于液体的饱和蒸汽压力。

节流孔板压差的计算  为了计算节流孔板的压差,需引入一个新的概念——阻塞流压差Δs。当孔板两端的压差Δp增加时,流量q也增加,当压差Δp增大到一定值时,缩口处的压力pv下降到流体饱和蒸气压力pv以下,一部分流体汽化,管道流量不再随压差增加而增加,即形成所谓阻塞流现象。此时孔板两端的压差称为阻塞流压差Δp 。当节流孔板的实际压差Δp小于其对应的Δ 时,就可避免闪蒸或汽蚀的发生。当管道两端压差较大时,可采用多级减压,但每一级节流孔板的实际压差Δp均应小于本级入口对应的Δ  。

根据文献多级节流孔板的的压降按几何级数递减,当第1级节流孔板实际压降为Δp时第2级孔板减压至Δp /2第级孔板减压至Δ 1  2第4级孔板减压至Δp1 

23 ……,第n1级孔板减压至Δp1/2n,直减到末级孔板后压力接近所需压力为止。  以某厂凝补泵再循环管为例,在机组运行过程中发现管道振动大。分析原因为凝补泵在正常运行时,出口压力约 5a,补给水箱进口处的压力约 . 2Pa,当泵出口的除盐水

经再循环管回流至补给水箱时,由于压差较大且管道上只装了一个电动闸阀而非调节阀因此引起振动。为了减少振动,在第一次设计变更中,采用增加节流孔板的方式实际运行后泵出口的管道振动有所改善,但节流孔板后的管道出现汽蚀现象。说明靠增加节流孔板来进行降压的思路是对的但孔板的选择应有所调整。 . 孔板级数的确定

考虑管道受静压差44 01  kPa的影响,孔板两端最大压差

式1)至式 )中:p——孔板入口压力; p——热力学临界压力对于水,pc=22 5 MP;FL——液体压力恢复系数,暂定为0. ; FF——临界压力比系数。

由于p1=1 .5 MPa,p0. 65 MPa,20℃时pv=2.385 ka,根据式1)至式3),得Δp=1 35 MPa,Δps=1 213 MPa。 由于Δp>Δps且p>pv,所以采用1级节流孔板将产生汽蚀现象。为了避免汽蚀的发生至少应装2级节流孔板。 3 2孔板压降的确定

根据前面的分析,当采用级节流时孔板压差大于阻塞流压差,采用多级节流降压后第1级节流孔板的实际压差应小于阻塞流压差,其压差的大小取决于第2级孔板,多级节流孔板的压降按几何级数递减。因此,若采用2级节流孔板,则

其中Δ 1=0 89,Δp=Δp1/2=0 45 MP 。

为了防止节流孔板发生汽蚀应以阻塞流压差Δps为准则验算各级节流孔板压差:第一级孔板的阻塞流压差Δps1=1 .213 MPaΔ  ;第二级孔板的阻塞流压差Δs2

0.92×[(  .5-0. 9)MPa0. 5×0.002385MPa=0.49 3 MPaΔp2。因此,每级节流孔板后都不会出现汽蚀现象,采用级节流孔板是合理的。

4节流孔板孔径的计算

根据DL/T5  —1996 《火力发电厂汽水管道设计技术规定》水管道节流孔板孔径可按下式计算  (4) 式中:k——节流孔板的孔径

ρ——水的密度。

举个例子,根据现场的实际运行数据,正常运行时热井的补水量约20 th泵出口压力约   M,扣除泵进口压力,扬程约13 ,查性能曲线,对应的流量为136.8  /h,即经再循环管回流至补给水箱的除盐水量约1 6  /h。根据式(4)得:第1级节流孔板孔径k1=40 68 mm取40.7 mm;第2级节流孔板孔径k2=48.37 mm,取48.  mm。

在该管道的第一次设计变更时,流量按常规泵的再循环量最大流量的0%选取取0 t ,且压降没按几何级数递减考虑两级孔板孔径均为33 mm。根据实际运行情况,经再循环管回流至补给水箱的除盐水量应约116t/h,但由于节流孔板的限流作用流经再循环管的水量最大只能是第2级节流孔板阻塞流时的流量。因第2级节流孔板后的压力大于液体的饱和蒸汽压力,故第2级节流孔板后出现汽蚀现象管道产生较大振动和噪音。

在实际工程应用中,将多级节流孔板用于减压系统是切实可行的,为了防止管道发生汽蚀,选择节流孔板时,一定要根据管道的实际情况,计算出孔板数量和孔径

限流孔板限流孔板是在工艺流程中为了限制某种介质的流量时,而在介质管路中安装具有极小孔径的限流元件它具有结构简单、 安装方便,限流性能可靠的优点,而被广泛采用。根据用户要求可以单独供应限流件,也可以配套供应安装法兰,还可以供应前后直管段。

主要技术参数:  、 公称压力 1.032Pa

 、 公称通径:φ10~500mm单片限流孔板GBX-10300单级限流孔板GBX30/66/9

高温节流杆L GBX-1 /69~29 9

疏水管多级限流孔板LGX- 6~14/69

给水泵再循环多级节流孔板GX1/3131  1

单片限流孔板 疏水管用多级节流孔板 高温节流杆

LGBX-10300 LGBX-1/6914/69 LGBX-15/6929/69

单级节流孔板 给水泵再循环多级节流装置

LGBX-30/6969/69 LGBX-1/3131/31

11、 LKJ系列环形孔板

环形孔板主要由测量管及与测量管同轴的圆板节流件所组成,两者之间在节流件下游侧用支撑架连接,因此在测量管与圆板节流件之间形成了一个环形流通截面称之为环形孔板从根本上消除了常规孔板的滞流区和积存区,特别适用于测量煤气、废气、纸浆、矿浆、原油、污水、化工溶液等介质流量。供货范围公称压力:0. ~2MP

公称直径:φ40~φ  00

1  、 LJ系列机翼测风装置供货范围

公称压力:0 041 MP公称通径:φ  0φ 00 矩形 00×6 0-4000×40 

矩形管用机翼测风装置

典型型号:L GKJ-1000×800×4

圆形管用机翼测风装置

典型型号:L GJY- φ820×5限流孔板计算表

1 范围

本标准规定了限流孔板计算表的格式和填写要求,以及限流孔板的计算方法,适用于工程设计。

2 引用标准

HT 2 570. 15—  《管路的限流孔板》

3 限流孔板的使用场所

限流孔板适用于以下几个方面

3.1工艺物料需要降压且精度要求不高。

3.2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。

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、离心泵出口返回贮槽罐的旁路管、分析取样管等场所。4 限流孔板计算表填写

限流孔板计算表的格式见附表1,计算表应注明工程名称和装置名称。

4.1 限流孔板位号

由系统专业提出并填写。

4.2 PI图号

根据ID图填写。

4.3 管道号

根据限流孔板所在的管道号填写。

4.4管道类别

根据限流孔板所在的管道填写。

4.5介质

根据工艺专业提供的工艺数据填写。

4.6流量

根据工艺专业提供的工艺数据填写。

4.7孔板流量系数

由系统专业根据Re和d。 D值查附图(附图1填写。

4.8液体密度

根据工艺专业提供的工艺数据填写。

4.9分子量

根据工艺专业提供的工艺数据填写。

4.10压缩系数

由系统专业根据流体对比压力、对比温度查气体压缩系数图求取

4.11孔板前温度

根据工艺专业提供的工艺数据填写。

4.12绝热指数

根据工艺专业提供的工艺数据填写。

4.13粘度

根据工艺专业提供的工艺数据填写。

4.14板数

见  2中说明。

4.15孔板允许压差

见5.2中说明。

4.16孔板前绝压

见5.2中说明。

4.17孔板后绝压

见5 2中说明。

4.18开孔数

见5.1中说明。

4.19计算孔径

见5.中说明。

4.20选用孔径

由系统专业按计算的孔径圆整后填写。

5 限流孔板的计算

5.1 限流孔板孔数的计算

5.1.1管道公称直径小于或等于15m时,通常采用单孔孔板;大于150m时采

用多孔板。

5.1.2孔数的确定

计算多孔孔板时首先按单孔孔板求出孔径(见5.),然后按下式求出选用的多孔孔板的孔数。

N=d/d02

式中:n——多孔孔板的孔数;

——单孔孔板的孔径d。——多孔孔板的孔径。

5.2 限流孔板板数及每板前后压力的计算

5.2.1气体、蒸汽

限流孔板后的压力小于板前压力的55%时,不能选用单板,要选择多板其板数要保证每板的板后压力大于板前压力的55。nlg(2/P) lg0 55

=-3.5 l(P2/P1) (.2- )

式中:n——总板数

P1——多板孔板第一块板前压力 P;

P——多板孔板最后一块板后压力,Pa;

P)

式中:’——多板孔板第m块板后压力 Pa

根据每块板前后压力,计算出每块孔板孔径方法见5 3)。 n圆整后重新分配各板前后压力。

5.2.2液体

当液体压降小于或等于  5Ma时,选择单板孔板。当液体压降大于2.p a时选择多孔孔板,且使每块孔板的压降小于2.Mp 。

=(P2) .x06 (5.2-)

式中符号同前。

计算出n值后,圆整为整数再按每块板上的压降相同 以整数来平均分配

每板前后压力。孔板孔径计算方法见 .3)。

5.3 单板限流孔板孔径的计算

5.3.1气体、蒸汽

W43)式中:W——流体的重量流量, /;

C——孔板流量系数,由Re和doD值查附图1;d0——孔板孔径,m;

——管道内径,;

P1——孔板前压力 Pa;

P2——孔板后压力或临界限流压力,取最大者 P;

M——分子量;

Z——压缩系数;

T——孔板前流体温度,;

κ——绝热指数 k=Cp/Cv;

——流体定压热容,kJ/ k g·K);

C——流体定容热容,kJ(kg·K);

5.3.2液体

Q128.45Cd- 式中:Q——工作状态下体积流量,/h;

C——孔板流量系数,由Re和doD值查附图1;

0——孔板孔径,m;

Δ——通过孔板的压降 Pa:

γ——工作状态下的相对密度。

5.3.3气一液两相流

先分别按气液流量各自用公式计算出液相孔板和气相孔板的孔径,然后以下式求出两相流孔板的孔径。

d d-)

式中:1——液相孔板孔径,m;

V——气相孔板孔径,m;d——两相流孔板孔径 m。

5.3.4限流作用的孔板计算

按式(.3-1)或式(5 3- 或式(  33计算孔板的孔径(do)然后根据do/和k值由附表1查临界流率压力比γ c ,当每块板前后压力比P 1≤γ c时可使流体流量限制在一定数值,说明计算出的do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。 附表1 :