节流孔板的原理及限流计算.docx

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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pvc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p2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80dB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。

3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一一阻塞流压差△p&当孔板两端的压差Ap增加时，流量qm也增加，当压差Ap增大到一定值时，缩口处的压力pvc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Ap&当节流孔板的实际压差Ap小于

其对应的Aps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Ap均应小于本级入口对应的Aps=

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△pl

时，第2级孔板减压至△p1/2,第3级孔板减压至△p1/22,第4级孔板减压至△p1/23,……,第n+1级孔板减压至△p1/2n,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1.5MPa，补给水箱进口处的压力约0.12MPa，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。

3.1孔板级数的确定

考虑管道受静压差44.012kPa的影响，孔板两端最大压差

式

（1）至式（3）中：

p1——孔板入口压力；

pc——热力学临界压力，对于水，pc=22.5MPa;

FL――液体压力恢复系数，暂定为0.9;

FF――临界压力比系数。

由于p1=1.5MPa,p2=0.165MPa,20C时pv=2.3385kPa，根据式

（1）至式（3）,得Ap=1335MPa,△ps=1213MPa。

由于△□>△ps,且p2>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1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△p1=0.89MPa,△p2=Ap1/2=0.445MPa。

为了防止节流孔板发生汽蚀，应以阻塞流压差Aps为准则，验算各级节流孔板压差：

第一级孔板的阻塞流压差Aps仁1.213MPa>Ap1;第二级孔板的阻塞流压差

Aps2=0.92X［（1.5-0.89）MPa—0.957>0.0023385MPa=0.4923MPa>Ap2因此，每级

节流孔板后都不会出现汽蚀现象，采用2级节流孔板是合理的。

4节流孔板孔径的计算

根据DL/T5054—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：

dk――节流孔板的孔径；

P――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20t/h，泵出口压力

约1.5MPa，扣除泵进口压力，扬程约134m，查性能曲线，对应的流量为136.8t/h，即

经再循环管回流至补给水箱的除盐水量约116t/h。

根据式（4）得：

第1级节流孔板孔径

dk1=40.68mm，取40.7mm;第2级节流孔板孔径dk2=48.37mm，取48.5mm。

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30%）选取，

取60t/h，且压降没按几何级数递减考虑，两级孔板孔径均为33mm。

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。

为了防止管道发生汽

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,

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：

1、公称压力：

1.0〜32MPa

2、公称通径：

010〜500mn单片限流孔板LGBX-1C〜300

单级限流孔板LGBX-30/69〜69/69

高温节流杆LGBX-15/69〜29/69

疏水管多级限流孔板LGBX-1/69〜14/69

给水泵再循环多级节流孔板LGBX-1/31〜31/31

LGBX-30/69〜69/69LGBX-1/31〜31/31

11、LGKJ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：

0.6〜32MPa

公称直径：

040〜03000

12、LGJY系列机翼测风装置

供货范围

公称压力：

0.04-1.6MPa

公称通径:

0300-03000

矩形:

600X600-4000X4000

典型型号：

LGKJ-1000X800X4

矩形管用机翼测风装置

圆形管用机翼测风装置

典型型号：

LGJY-（0820X5）

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

HG／T20570.15—95《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。

4.2PID图号

根据PID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do/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5.2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5.3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150m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5.3），然后按下式求出选用的多孔孔板的孔数。

N=d2/do2

式中：

n――多孔孔板的孔数；

d――单孔孔板的孔径；

do――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（P2/P1）/lg0.55

=—3.85lg（P2/P1）（5.2-1）

式中：

n——总板数；

P1——多板孔板第一块板前压力，Pa；

P2多板孔板最后一块板后压力，Pa；

式中：

Pm'多板孔板第m块板后压力，Pa；

配各板前后压力5.2.2液体

当液体压降小于或等于2.5Mpa时，选择单板孔板。

当液体压降大于2.5Mpa时，选择多孔孔板，且使每块孔板的压降小于2.5Mpa。

n=（P1-P2）/2.5x106（5.2-3）

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（5.3）。

5.3单板限流孔板孔径的计算

5.3.1气体、蒸汽

2Tk（k1）/k

W

43.78CdeP1

MkP2\

卜T（k1）[（P1）

P2

（厂2）]（5.3-1）

P1

式中：

W

-流体的重量流量，

kg/h；

C—

孔板流量系数，由

Re和do/D值杳附图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，取最大者，

Pa；

M-

分子量；

Z—

压缩系数；

T—

孔板前流体温度，

K；

K

绝热指数，k—Cp/Cv；

Cp

流体疋压热谷，

kJ/（kg•K）；

Cv

流体疋谷热谷，

kJ/（kg•K）；

5.3.2液体

Q128.45Cdo（5.3-2）

式中：

Q——工作状态下体积流量，m3/h；

C――孔板流量系数，由Re和do/D值查附图1；

do――孔板孔径，m；

△P通过孔板的压降，Pa：

丫一一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.dldv（5.3-3）

式中：

di――液相孔板孔径，m；

dv――气相孔板孔径，m；

d――两相流孔板孔径，m。

534限流作用的孔板计算

按式（5.3-1）或式（5.3-2）或式（5.3-3）计算孔板的孔径（do），然后根据do/D和k值由附表1查临界流率压力比（YC），当每块板前后压力比P2/P1<丫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:

限流孔板计算表

文件号

页码

版次

工程名称

装置/主项

位号

PID图号

管道号

管道类别（表号或外

径x壁厚）

介质

流里

孔板流量系数

液体密度

分子量

压缩系数

孔板前温度

绝热指数

粘度

板数

第块板

第二块板

第三块板

第四块板

第五块板

第八块板

孔板允许压差

孔板前绝压

孔板后绝压

开孔数

计算孔径

选用孔径

备注

编制/日期

校核/日期

审核/日期

附表2:

Yt~k此fD关乗的

V：

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