限流孔板计算20080829

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（P 2）不能小于板前压力（P 1）的55%，即P 2≥0.55P 1，因此当P 2<0.55P 1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（d o ），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/o d d N =
式中
N ——多孔限流孔板的孔数，个； d ——单孔限流孔板的孔径，m ； d o ——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：
W C d P M ZT k k P P P P k k k =⋅⋅⋅--⎡⎣⎢⎤⎦
⎥+4378021
1212
211.(
)()()() (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d 0/
D 值查图6.1； d o ——孔板孔径，m ；
D ——管道内径，m ； P 1——孔板前压力，Pa ；
P 2——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(P r )对比温度T r 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 =C p /C v ；
C P ——流体定压比热容，kJ/(kg ·K)； C V ——流体定容比热容， kJ/(kg ·K)。

临界限流压力(P c )的推荐值 饱和蒸汽：P c =0.58P 1
过热蒸汽及多原子气体：P c =0.55P 1 空气及双原子气体：P c =0.53P 1
上述三式中P 1为孔板前的压力。

2》 液体
液体的单板孔板按式(3.1-2)计算：
Q C d P
=⋅⋅1284502
.∆γ
(3.1-2)
式中
Q ——工作状态下体积流量，m 3/h ；
C ——孔板流量系数，由Re 值和d 0/
D 查图6.1求取； d o ——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)。

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=0.55P 1
P /2=0.55P /
1
……
P 2=0.55P /
n-1
P 2=(0.55)n
P 1
n=lg(P 2/P 1)/lg0.55
=-3.85lg(P 2/P 1) (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：
()P P P P m n m '/'
/=⋅-2111
(3.2-2) 式中
n ——总板数；
P 1——多板孔板第一块板板前压力，Pa ； P 2——多板孔板最后一块板板后压力，Pa ；
P m '——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：
n P P =
-⨯12
6
2510. (3.2-3)
式中n 、P 1、P 2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d L 和d v ，然后以下式求出两相流孔板孔径： d d d L v =+22 (3.3) 式中
d ——两相流孔板孔径，m ； d L ——液相孔板孔径，m ； d V ——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(d 0)，然后根据d 0/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P 2/P 1≤γc 时，可使流体流量限制在一定数值，说明计算出的d 0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 ϕP D
H ∆=
6.31 当流体温度大于375℃时 σ
ϕP D H ∆= 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
；
ϕ——挠度系数。

钢材的挠度系数按公式8-5进行计算；
m
m m m 1lg 1225
.11312.06188.0---=ϕ （8-5）
式中 m ——锐孔面积与管子截面积之比。

当已知
D
d
值时，可从表3-1直接查出ϕ值。

表3-1挠度系数ϕ
4 计算实例
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⨯10-5
mPa ·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 (P 2/P 1) =-3.85lg (2.0/10.3) =2.74 取 n = 3
再按式(3.2-2)计算：
MPa
P MPa P MPa P P P P P m m 00.245.3)3.10/0.2(45.396.5)3.10/0.2(96.53.10)3.10/0.2()/(3/133/1 23/1 1 1
3/112 =======- 按式(3.1-1)计算第一块孔板：
孔径
d W
C P M ZT k k P P P P k
k k
021212211
43781=
⋅⋅⎛⎝ ⎫⎭⎪-⎛⎝ ⎫⎭⎪⎛⎝ ⎫
⎭
⎪
-⎛⎝ ⎫⎭
⎪⎡
⎣
⎢⎢⎤⎦
⎥⎥+./
已知： P=10.3⨯106
Pa W=3466kg/h M=11.0 T=330K
混合气体：T c =71.66K ，P c =2.16MPa 取混合气体：k=1.4
对比温度：T r =330/71.66=4.6 对比压力：P r =10.3/2.16=4.77
根据P r 、T r 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/m 2
·s
粘度：μ=1.305⨯10-5
mPa ·s ，D=0.0381m
R ...e ==
⨯⨯-DG μ003818449
1305105
=⨯25106.
d C d C
026
21424
140253466437810310111083301404596103596103908710=⨯⨯⨯⨯⎛⎝ ⎫⎭⎪⎛⎝ ⎫⎭⎪⎛⎝ ⎫⎭
⎪-⎛⎝ ⎫⎭⎪
⎡⎣⎢⎢⎤⎦
⎥⎥=⨯-/........../... 设C=0.60，求得d 0=12.3mm
取d 0=12.5mm ，d 0/D=12.5/38.1=0.328
由图6.1查得C=0.601≈0.60，这说明求得的d 0=12.5mm 有效。

第二块板：
对比压力P r =5.96/2.16=2.76
假定T r 不变，根据P r 、T r 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d 02的公式中得到
d C d C
026
21424
140243466437859610111043301404345596345596154110=⨯⨯⨯⨯⎛⎝ ⎫⎭⎪⎛⎝ ⎫⎭⎪⎛⎝ ⎫⎭
⎪-⎛⎝ ⎫⎭⎪
⎡⎣⎢⎢⎤⎦
⎥⎥=⨯-/........../... 设C=0.61，得d 0=0.01589m ，取d 0=16mm ，d 0/D=0.42
查图6.1：Re=2.5⨯106
d 0/D=0.42
得C=0.61，这说明取d 0=16mm 有效。

第三块板：
对比压力P r =3.45/2.16=1.597
假定T r 不变，根据P r 、T r 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
d C 02621424
14346643783451011133014042034520345=⨯⨯⨯⨯⎛⎝ ⎫⎭⎪⎛⎝ ⎫⎭⎪⎛⎝ ⎫⎭⎪-⎛⎝ ⎫⎭⎪⎡⎣⎢⎢⎤⎦
⎥⎥/........... 求得d 0=2.61⨯10-4
/C
设C=0.63，d 0=0.02035m 取d 0=20mm ，d 0/D=0.525
查图6.1：Re=2.5⨯106
，d 0/D=0.525 得C=0.63，这说明取d 0=20mm 有效。

采用限流孔板降压计算
例。

已知某脱碳溶液，流量为1150m 3
/h ，采用限流孔板降压，降压前绝对压力为P 1=2.06MPa ，降压后绝对压力为P 2=0.74MPa ，管道内径为D =509mm ，溶液温度t =110℃，粘
度为0.56⨯10-3
mPa ·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/m 2
·s)为：
G kg m s =
⨯⨯⨯=⋅=⨯⨯=⨯-11501240
360007850509
1947705091947705610
177102
23
6
.../R ....e
采用式(3.1-2)： Q C d P
C d
d C
=⨯⨯=⨯⨯⨯=⨯-1284511501284513210124
8681002
26
023...../∆γ
设C=0.595则d 0=0.12m d 0/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d 0=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。

附图和附表
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。

图6.1 限流孔板C－Re－d0/D关系图
2．临界流率压力比( c)与流体绝热指数(k)及孔板孔径(d0)和管道内直径(D)的关系表。

符号说明
C——孔板流量系数，由Re和d0/D值查图6.1；
C P——流体定压比热容，kJ/(kg·k)；
C V——流体定容比热容，kJ/(kg·k)；
D——管道内径，m；
d——单孔限流孔板的孔径，m；
两相流孔板孔径，m；
d L——液相孔板孔径，m；
d V——气相孔板孔径，m；
d O——多孔限流孔板的孔径，m；
孔板孔径，m；
N——多孔限流孔板的孔数，个；
n——总板数；
M——分子量；
△P——通过孔板的压降，Pa；
P1——孔板前压力，Pa；
多板孔板第一块板板前压力，Pa；
P2——孔板板后压力或临界限流压力，取其大者，Pa；
多板孔板最后一块板板后压力，Pa；
'
P——多板孔板中第m块板板后压力，Pa；
m
Q——工作状态下体积流量，m3/h；
W——流体的重量流量，kg/h；
Z——压缩系数，根据流体对比压力(P r)对比温度(T r)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=C p/C v；
——工作状态下的相对密度，(与4℃水的密度相比)；
管路限流孔板的设计方法表1 流量系数及膨胀系数
图5膨胀系数算图（临界流动时）
[例1]一个用蒸汽的设备，水蒸汽流率为72公斤/时，新蒸汽压力为36公斤/厘米2（表），蒸汽出口压力为11.5公斤/厘米2，蒸汽管径为D N20，管子表号为G30。

计算限流孔板解：按公式1
验算：
[例2]加氢精制装置的含氢气由水洗塔出来后，经过孔板降压，去燃料气管网。

含氢气的组成如下：
气体流率480公斤/时，气体出水洗塔的压力为75公斤/厘米2（绝），温度为38℃，降压后压力为5公斤/厘米2（绝），降压前含氢气管线为D c25，管子表号为G80。

计算限流孔板
解：按公式1计算
计算气体的ρ：气体的分子量为
在标准状态下气体条件下的流率
换算为操作条件下的流率
式中Z——压缩系数，由气体的临界温度T c，临界压力P c求得。

计算如下：
对比温度
对比压力
压缩系数
验算
气体的绝热系数如下：
[例2]加氢精制装置中精制油（汽油、柴油的混合油）由高压分离器去低压分离器，压力由75公斤/厘米2（绝）降为10公斤/厘米2（绝）温度为38℃，流率为54.4吨/时，精制油比重d2为0.7985，管子为D N100，管子表号为G80计算限流孔板
解
验算：
[例4] 计算[例3]的限流孔板厚度
解：
查表5，得 =0.5421
将上列数值代入式3
孔板厚度一般不应超过0.1D，但此处用作降压孔板，厚度超过此值是允许的。