限流孔板的应用

曲洪霞

【摘 要】综述了限流孔板的工作原理、分类、选型要点及用途，详细论述了限流孔板的孔径计算、厚度计算以及在工艺管道上的设置。

【关键词】限流孔板；工作原理；选型要点；孔径计算；厚度计算；设置

1概述

限流孔板由于具有结构简单、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体的流量或降低流体的压力，将会大大地降低投资和操作维修费用，因此在国外已被广泛地应用于工艺装置，对装置的安全运行起着重要的作用。

目前在国内工艺装置中限流孔板的应用还很不够，与国外相比存在差距，在需要限定流量或降低压力之处，大多采用调节回路来实现。在某些地方流体的流量仅要求限定在某一规定的范围内而不需要调节，而且，对其流量的准确性要求也不高，完全可以使用限流孔板来代替。因此，在工艺装置的设计中有必要充分认识限流孔板的优点，重视限流孔板的应用。

2限流孔板的工作原理

限流孔板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时，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量和降低压力的。

3限流孔板的分类及选型要点

3.1 分类

限流孔板按孔板上开孔数量分为单孔板和多孔板；按孔板数量可分为单板和多板。

3.2 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（P2）不能小于板前压力（P1）的55%，即P2≥0.55P1，因此当P2<0.55P1时，不能用单板，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%。

（2）液体

当液体压降小于或等于2.5MPa时，选用单板孔板。

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。

（3）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（d0），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），然后按下式求取选用的多孔孔板的孔数（N）。

N=d2/do2

式中 N：多孔限流孔板的孔數，个；

d：单孔限流孔板的孔径，m；

d0：多孔限流孔板的孔径，m。

4.限流孔板的孔径计算

4.1 气体、蒸汽单板孔板

式中：W - 流体的重量流量，kg/h

C - 孔板流量系数，由Re和d0/D值查图

d0 - 孔板孔径，m

D – 管道内径，m

P1 – 孔板前压力，Pa（A）

P2 – 孔板后压力或临界限流压力，取其大者，Pa（A）

M – 分子量

Z – 压缩系数，根据流体对比压力（Pr）对比温度Tr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=Cp/Cv

Cp – 流体定压热容，kJ/（kg.K）

Cv – 流体定容热容，kJ/（kg.K）

临界限流压力（Pc）的推荐值

饱和蒸汽：Pc=0.58P1

过热蒸汽及多原子气体：Pc=0.55P1

空气及双原子气体：Pc=0.53P1

4.2 液体单板孔板

式中：Q – 工作状态下体积流量，m3/h

ΔP – 通过孔板的压降，Pa

γ–液体密度，kg/m3

C - 孔板流量系数，由Re和d0/D值查图

d0 - 孔板孔径，m

4.3 气-液两相流孔板

先分别按气-液流量用各自公式计算出dL和dV，然后以下式求出两相流孔板孔径

式中：d –两相流孔板孔径，m

dL–液相孔板孔径，m

dV–气相孔板孔径，m

4.4 气体、蒸汽多板孔板

（1）先计算出孔板总数及每块孔板前后的压力

n 圆整为整数后重新分配各板前后压力，按下式求取某一板的板后压力：

式中：n–总板数

P1 – 多板孔板第一块板板前压力，Pa

P2 – 多板孔板最后一块板板后压力，Pa

– 多板孔板中第m块板板后压力，Pa

（2）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。

4.5 液体多板孔板

（1）先计算出孔板总数及每块孔板前后的压力

按下式计算出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：

式中：n–总板数

P1 – 多板孔板第一块板板前压力，Pa

P2 – 多板孔板最后一块板板后压力，Pa

（2）计算出每块孔板孔径，计算方法同单板孔板。

4.6 限流作用的孔板

按以上公式计算孔板的孔径，然后根据d0/D值和k值，查临界流率压力比（γc） ，当每块孔板前后压力比P2/P1≤γc时，可使流体流量限制在一定数值，说明计算出的d0有效，否则需改变压降或调整管道的管径，重新计算。

5.限流孔板的厚度计算

6.限流孔板制造图

对于类型一，安装上是没有流向限制的；对于类型二，小口径端为进口，大口径端为出口，即喇叭口是出口。

7限流孔板在工藝管道上的设置

限流孔板主要设置在管道中用于限制流体的流量或降低流体的压力，主要用在以下几个方面：

（1）工艺物料需要降压且精度要求不高的场合。

（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，如在泵的辅助管道上：

a 暖泵线：输送介质温度大于200℃时，且有备用泵的情况下，为避免切换泵时高温液体急剧涌入待运行的泵内，使泵体、叶轮受热不均而损坏或变形，致使固定部分和旋转部分出现卡住现象，因而需设暖泵线，使停运的泵保持启动状态，以便随时切换。

一般情况下，暖泵线的流量是通过限流孔板控制的，管道通常为DN20，装在泵出口止回阀与切断阀的前后，安装时要注意流体的流向。

b 小流量线：离心泵如可能在低于泵的允许最小流量（一般为泵的额定流量的30%，但不同类型的泵，制造厂有具体的最小流量值）下长期运转时，就会产生垂直于轴方向的径向推力，而且，由于泵在低效率下运转，使泵入口部位的液体温度升高，蒸气压增高，容易出现汽蚀。此时，应设置泵在最低流量下的正常运转的小流量线，使一部分介质从泵出口返回至泵进口端的容器内，小流量线上应设置限流孔板和截止阀，限流孔板位置在截止阀后。

c 旁通线：启动高扬程泵时，出口阀单方面受压过大，不易打开，若强制开启，将有损坏阀杆、阀座的危险。在出口阀前后设置带有限流孔板的旁通线，此问题便可迎刃而解。同时，旁通线还有减少管道振动和噪声的作用。旁通线的安装要求与暖泵线基本相同，但介质流向不同。

（4）在工艺操作中，在流量不需调节，仅要求限定最大流量的场合，可使用限流孔板代替流量调节回路防止超流量，节约投资。

（5）需要降压以减少噪声或磨损的地方，如放空系统。

（6）防止各支管偏流

在某种情况下，工艺要求各分支管道流量相同，但是由于各支路阻力很难完全相等，所以其流量存在差别，使用限流孔板可以调节各支管的压力降，使各支管的流量保持一致。

8结论

近几年，从接触到的引进工艺技术中（如丙烯酸技术），限流孔板在国外已被广泛地应用于工艺装置，而在国内工艺装置中限流孔板的应用还很不够，因此，在工艺装置的设计中有必要充分认识限流孔板的优点，重视限流孔板的应用。