用于气体限流的孔板孔径计算分析

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1、2014，24(2)唐凤金等用于气体限流的孔板孔径计算分析19用于气体限流的孔板孔径计算分析唐凤金*张宗飞王光友姜赛红杨珂游伟章卫星中国五环工程有限公司武汉430223摘要介绍限流孔板的限流原理及应用场合，分析对比用于气体管路限流孔板孔径的两种计算方法，详细阐述了混合气体的绝热指数、临界限流压力比及流量系数等的计算方法，重点给出一种计算混合气体绝热指数的新方法，并结合具体实例描述限流孔板孔径的计算过程。关键词限流孔板绝热指数临界限流压力比流量系数限流孔板为一同心锐孔板，用于限制流体的式中，W为流体的质量流量，kg/h;C为孔板流量流量或降低流体的压力。流体通过孔板会产生压系数，由Ｒe和d0/D

2、值查限流孔板C－Ｒe－d0/D力降，在一定范围内，通过孔板的压力降随流量关系图求取;d0为孔板孔径，m;D为管道内径，的增大而增大。当孔板前后压力降超过一定数值，m;P1为孔板前压力，Pa;P2为孔板后压力或临即超过临界压力降时，流经孔板的流量将维持一界限流压力，取其大者，Pa;M为分子量;Z为压定的数值而不再增加。限流孔板即根据此原理用缩系数，由流体对比压力Pr及对比温度Tr查气体来限制流体的流量或降低流体的压力。压缩系数图求取;T为孔板前流体温度，K;k为从本质上讲，限流孔板和固定开度的阀门的绝热指数，k=Cp/Cv;CP为流体定压比热容，kJ/作用原理基本一致，但是与阀门相比，限流孔板(

3、kg·K);Cv为流体定容比热容，kJ/(kg·K)。具有价格便宜的优点及常开的特性，适用于小流由式(1)可知，欲求出限流孔板孔径d0，需量且连续流通的管线，特别是在压力和流量调节先确定孔板流量系数C，而孔板流量系数C又由精度要求不高的场合得到广泛应用，如泵的冲洗Ｒe和d0/D值共同决定，故只能先假定C值，经迭管线、仪表吹扫管线、热备用泵的旁路管线、调代计算求出限流孔板孔径d0。同时文献1规定:节阀的旁路管线及分析取样管线等。按式(1)计算出孔板的孔径d0，然后根据d0/D对于气体管路限流孔板的计算，主要包括气值和k值由“γc－k－d0/D表”查出临界流率压力体的性质参数及限流孔板的孔径、板厚

4、和开孔数比γc，当孔板后与孔板前压力比P2/P1≤γc时，可等方面的计算。本文主要针对气体限流孔板孔径使流体流量限制在一定数值，说明计算出的d0有的两种计算方法进行对比分析，重点讨论混合气效，否则需改变压降或调整孔板的孔径，再重新体的绝热指数、临界限流压力比及流量系数等的计算方法。计算，直到满足要求为止。分析计算过程可知，应用式(1)计算限流孔1孔径的计算方法板的孔径既有C和d0值的迭代计算，又有查临界1.1方法一流率压力比γc的验证，直到满足迭代要求为止，其计算过程相当复杂。对于气体管路限流孔板孔径的计算，《工艺系统工程设计技术规定》HG/T20570－95给出了详1.2方法二细的计算公式及

5、过程，其计算孔板孔径公式:《石油地面工程设计手册》及文献3指出，当W=43.78·C·d2·P·孔板用于限制气体流量时，应使孔板后压力与孔01MkP22P2k+1板前压力的比值小于或等于临界压力比γ(即P2/()()[()k－()k](1)槡ZTk－1P1P1P1≤γ)，才能使气体流量限制在某一要求的数值。*唐凤金:助理工程师。2011年毕业于华东理工大学化学工程专业获硕士学位。从事化工工程设计工作。联系电话:(027)81927091，E－mail:tangfengjin@cwcec.com。20CHEMICALENGINEEＲINGDESIGN化工设计2014，24(2)此时气体属临界流动

6、，气体流量G仅与P1有关而合气体的绝热指数。经计算验证，其计算误差在与孔板后压力P2无关。文献2给出限流孔板孔径1.0%以内。计算实例的混合气体条件见表1。计算公式:表1用于计算绝热指数的混合气体条件G1d0=2.812·(2)组分CH4H2NH3N2ArφP·ρ槡槡11Xi0.06090.63380.00020.29080.0143式中，d0为限流孔板孔径，mm;G为气体质量流Mi，kg/kmol16.4032.01617.03428.01339.95量，kg/h;φ为流量系数;P1为孔板前压力，Ki1.3001.4101.2801.3951.6673kPa;ρ1为孔板前气体密度，kg/m。

7、Cpi，kJ/(kg·K)2.24814.2202.0881.0360.520对单一气体的流量系数φ的取值，文献2规定:单原子气体流量系数为0.51;双原子气体流由式(3)计算得到K=1.399;由式(4)计量系数为0.49;三原子气体及过热蒸汽流量系数算得到K=1.399;由式(5)计算得到K=1.403。为0.47;饱和蒸汽流量系数为0.45。由此可知，在保留四位有效数字的情况下，由式(2)可