SLDI 233A25 中 国 石 化 集 团 兰 州 设 计 院 标 准（限流孔板）.pdf

中 国 石 化 集 团 兰 州 设 计 院 标 准 SLDI 223A25-98 SLDI 223A25-98 0 新 编 制 修改 标记 简 要 说 明 修改 页码 编制 校核 审核 审定 日期 19 - - 发布 19 - - 实施 中国石化集团兰州设计院 管路限流孔板的设置管路限流孔板的设置 目 次 1 应用范围⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 1 2 分类及选型要点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 1 2.1 分类⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 1 2.2 选型要点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 1 2.3 孔数的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 1 3 计算方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 1 3.1 单板孔板⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 1 3.2 多板孔板⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 2 3.3 气液两相流⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 3 3.4 限流作用的孔板计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 3 4 计算实例⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 3 5 计算表和限流孔板汇总表⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 5 5.1 限流孔板计算表⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 5 5.2 限流孔板汇总表⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 5 6 附图和附表⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 9 6.1 限流孔板的流量系数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 9 6.2 临界流率压力比γc⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 9 7 符号说明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 11 工程设计标准 中国石化集团兰州设计院 SLDI 233A25-98 实施日期1999.06.01 第 1 页 共 11 页 1 管路限流孔板的设置 1 应用范围 限流孔板设置在管道中用于限制流体的流量或降低流体的压力。限流孔板应用于以下几个方面 a 工艺物料需要降压且精度要求不高。 b 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。 c 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。 d 需要降压以减少噪声或磨损的地方，如放空系统。 本规定除注明外，压力均为绝对压力。 2 分类及选型要点 2.1 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。 2.2 选型要点 2.2.1 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 P20.55P1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。 2.2.2 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。 2.3 孔数的确定 2.3.1 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。 2.3.2 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，然后按式2.3求取选用的多孔孔板的孔数N。 Ndd 2 0 2 / 2.3 式中 N  多孔限流孔板的孔数，个； d  单孔限流孔板的孔径，m； d0  多孔限流孔板的孔径，m。 3 计算方法 3.1 单板孔板 3.1.1 气体、蒸汽 a 气体、蒸汽的单板孔板按式3.1-1计算 WC dP M ZT k k P P P P k k k ⋅⋅⋅ − −       4378 0 2 1 1 2 1 2 2 1 1 . 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 d0/D 值查图 6.1； d0  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，取其大者，Pa; 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； SLDI 233A25-98 2 T  孔板前流体温度，K； k  绝热指数，kCp/Cv； Cp  流体定压比热容，kJ/kgK； Cv  流体定容比热容， kJ/kgK。 b 临界限流压力Pc的推荐值 饱和蒸汽Pc0.58P1 过热蒸汽及多原子气体Pc0.55P1 空气及双原子气体Pc0.53P1 上述三式中 P1为孔板前的压力。 3.1.2 液体 液体的单板孔板按式3.1-2计算 QC d P ⋅⋅12845 0 2 . ∆ γ 3.1-2 式中 Q  工作状态下体积流量，m3/h； C  孔板流量系数，由 Re 值和 d0/D 查图 6.1 求取； d0  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。 3.2 多板孔板 3.2.1 气体、蒸汽 a 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 PP PP 1 1 21 055 055 . . ⋯⋯ PP PP nPP n n 2 1 21 21 055 055 055 − . . lg// lg . −38521.lg/PP 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 PPPP m n m / /⋅ − 21 1 1 3.2-2 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； Pm  多板孔板中第 m 块板板后压力，Pa； b 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。 3.2.2 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 PP − 12 6 2510. 3.2-3 SLDI 233A25-98 3 式中 n、P1、P2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。 3.3 气-液两相流 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 ddd Lv 22 3.3 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； 3.4 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d0， 然后根据 d0/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 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，再重新计算，直到满足要求为止。 4 计算实例 例 1. 有一股尾气经孔板降压后去燃料气管网，气体组成如下 组成 CH4 H2 N2 Ar NH3 V 6.09 63.38 29.08 1.43 0.02 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 1.30510-5mPas， 降压后气体绝对压力为 2.0MPa，降压前管子内径 D38.1mm，计算限流孔板尺寸。 解按式3.2-1计算所需孔板数 总板数 n-3.85lgP2/P1 -3.85lg2.0/10.3 2.74 取 n3 再按式3.2-2计算 PPPP P P P mm / / / / / . /. .. . /. .. . /. .. − 21 1 3 1 1 1 3 2 1 3 2 1 3 20 103103596 20 103596345 20 103345200 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 0 2 1 2 1 2 2 1 1 4378 1 ⋅⋅       −             −               . / 已知P10.3106Pa W3466kg/h M11.0 T330K 计算 Z 和 k 值 组 成 CH4 H2 N2 Ar NH3 TcK 190.7 33.3 126.2 151 405.6 PcMPa 4.64 1.30 3.39 4.86 11.40 k 1.33 1.4 1.41 1.67 1.34 混合气体Tc71.66K，Pc2.16MPa 取混合气体k1.4 对比温度Tr330/71.664.6 对比压力Pr10.3/2.164.77 根据 Pr、Tr查气体压缩系数图得 Z1.08 Mpa MPa MPa SLDI 233A25-98 4 质量流速G3466/36000.7850.03812844.9kg/m2s 粘度1.30510-5mPas，D0.0381m R .. . e − DG 00381844 9 130510 5 2510 6 . dC dC 0 26 2 1 4 2 4 1 4 0 25 3466 437810310 11 108330 14 04 596 103 596 103 9 08710                  −               − /.. . . . . . . . ./ . . . 设 C0.60，求得 d012.3mm 取 d012.5mm，d0/D12.5/38.10.328 由图 6.1 查得 C0.601≈0.60，这说明求得的 d012.5mm 有效。 第二块板 对比压力 Pr5.96/2.162.76 假定 Tr不变，根据 Pr、Tr查气体压缩系数图，查得 Z1.04；k1.4 为简化计算，假定气体粘度不变，则 Re2.5106 将有关数据代入求取d0 2 的公式中得到 dC dC 0 26 2 1 4 2 4 1 4 0 24 3466 437859610 11 104330 14 04 345 596 345 596 1541 10                  −               − /.. . . . . . . . ./ . . . 设 C0.61，得 d00.01589m，取 d016mm，d0/D0.42 查图 6.1Re2.5106 d0/D0.42 得 C0.61，这说明取 d016mm 有效。 第三块板 对比压力 Pr3.45/2.161.597 假定 Tr不变，根据 Pr、Tr查气体压缩系数图，得气体压缩系数 Z1.0；取 k1.4。 假定气体粘度不变，则 Re2.5106 dC 0 26 2 1 4 2 4 1 4 3466 437834510 11 1330 14 04 2 0 345 2 0 345                  −               /.. . . . . . . . . . 求得 d02.6110-4/C 设 C0.63，d00.02035m 取 d020mm，d0/D0.525 查图 6.1Re2.5106，d0/D0.525 得 C0.63，这说明取 d020mm 有效。 例 2. 已知某脱碳溶液，流量为 1150m3/h，采用限流孔板降压，降压前绝对压力为 P12.06MPa，降 压后绝对压力为 P20.74MPa，管道内径为 D509mm，溶液温度 t110℃，粘度为 0.5610-3mPas，相 对密度γ1.24，求此限流孔板孔径 解∆P2.06-0.741.32MPa＜2.5MPa 因此选用单板限流孔板。 溶液质量流速 Gkg/m2s为 Gkg ms ⋅ − 11501240 360007850509 1947 7 05091947 7 05610 17710 2 2 3 6 .. ./ R .. . .e 采用式3.1-2 SLDI 233A25-98 5 QCd P Cd dC − 12845 115012845 13210 124 86810 0 2 0 2 6 0 23 . . . . ./ ∆ γ 设 C0.595 则 d00.12m d0/D0.12/0.5090.2358 由图 6.1 查得 C0.595，C 值选取合适，这说明 d00.12m 有效单孔、单板。 若选用多孔孔板，取孔径为 0.02m，则总孔数为N0.122/0.02236 个。 5 计算表和限流孔板汇总表 5.1 限流孔板计算表 限流孔板计算表见表 5.1。 5.2 限流孔板汇总表 限流孔板汇总表的用途和表格格式见院标工艺系统专业提交文件内容的规定SLDI 233A02-96 中规定的“限流孔板汇总表编制说明” ，汇总表详见表 5.2-1。 示例见表 5.2-2。 SLDI 233A25-98 6 表 5.1 限流孔板计算表 工 程 工程号 装 置 限流孔板计算表 车间或工段区 第 页 共 页 限流孔板位号 PI 图图号 液 体 气 体 管道编号 管道类别表号或外径壁厚 介质 流量 液体 Q m3/h 气体 W kg/h 孔板流量系数 C 液体密度 ρ kg/m3 分子量 M 压缩系数 Z 孔板前温度 T K 绝热指数 k 粘度 MPas 板数 第一块板第二块板第三块板第四块板第五块板第一块板第二块板 第三块板 第四块板第五块板 孔板允许压差 ∆P kPa 孔板前绝压 P1 kPa 孔板后绝压 P2 kPa 开孔数 计算孔径 mm 选用孔径 mm 管路示意图 版 版 次 次 日 期 或 编 制 修 校 核 改 审 核 SLDI 233A25-98 7 SLDI 233A25-98 8 SLDI 233A25-98 9 6 附图和附表 6.1 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。 6.2 临界流率压力比γc 临界流率压力比γc与流体绝热指数k及孔板孔径d0和管道内直径D的关系见表 6.2。 Re以D为基准的雷诺数 Re以D为基准的雷诺数 图 6.1 限流孔板图 6.1 限流孔板C C－－ReRe－－d d0 0/ /D D关系图 关系图 SLDI 233A25-98 10 表 6.2 yc−k−d0/D 关系表 注 k C C P V d0/D γc 1.05 1.10 1.15 1.20 1.25 1.30 1.35 1.40 1.45 1.50 0.05 0.59540.5847 0.57440.56450.55490.54570.53690.5283 0.52000.5120 0.10 0.59540.5847 0.57440.56450.55490.54570.53690.5283 0.52000.5120 0.15 0.59540.5847 0.57440.56450.55500.54580.53690.5283 0.52010.5121 0.20 0.59560.5849 0.57460.56470.55510.54590.53700.5285 0.52020.5122 0.25 0.59580.5851 0.57480.56490.55540.54620.53730.5288 0.52050.5125 0.30 0.59630.5856 0.57530.56540.55590.54670.53780.5293 0.52100.5130 0.35 0.59710.5864 0.57620.56630.55670.54760.53870.5302 0.52190.5139 0.40 0.59830.5877 0.57740.56760.55800.54890.54000.5315 0.52320.5153 0.45 0.60010.5895 0.57930.56940.56000.55080.54200.5335 0.52520.5173 0.50 0.60270.5921 0.58190.57210.56270.55360.54480.5363 0.52810.5201 0.55 0.60620.5957 0.58560.57580.56640.55740.54860.5401 0.53200.5241 0.60 0.61110.6006 0.59060.58090.57150.56250.55380.5454 0.53730.5294 0.65 0.61750.6072 0.59730.58770.57840.56950.56090.5525 0.54450.5367 0.70 0.62620.6160 0.60620.59680.58770.57880.57030.5621 0.55410.5464 k C C P V d0/D γc 1.55 1.60 1.65 1.70 1.75 1.80 1.85 1.90 1.95 2.00 0.05 0.50430.4968 0.48950.48250.47570.46900.46260.4564 0.45030.4444 0.10 0.50430.4968 0.48950.48250.47570.46910.46260.4564 0.45030.4445 0.15 0.50430.4968 0.48960.48250.47570.46910.46270.4565 0.45040.4445 0.20 0.50450.4970 0.48970.48270.47590.46930.46280.4566 0.45050.4447 0.25 0.50480.4973 0.49000.48300.47620.46960.46310.4569 0.45080.4450 0.30 0.50530.4978 0.49060.48350.47670.47010.46370.4575 0.45140.4455 0.35 0.50620.4987 0.49140.48440.47760.47100.46460.4584 0.45230.4464 0.40 0.50750.5001 0.49280.48580.47900.47240.46600.4598 0.45370.4479 0.45 0.50960.5021 0.49490.48790.48110.47450.46810.4619 0.45580.4500 0.50 0.51240.5050 0.49780.49080.48400.47740.47110.4648 0.45880.4530 0.55 0.51640.5090 0.50180.49480.48810.48150.47520.4690 0.46300.4571 0.60 0.52180.5144 0.50730.50040.49360.48710.48080.4746 0.46860.4628 0.65 0.52910.5218 0.51470.50780.50110.49460.48830.4822 0.47620.4704 0.70 0.53890.5317 0.52470.51780.51120.50480.49850.4924 0.48650.4807 注 P2/P1≤0.63 管道大小不限，见 3.4 规定。 0.2≤d0/D≤0.7 管道流体雷诺数不限。 P2孔板前压力，Pa；P1孔板后压力，Pa；d0孔板孔径，m；D管道内径，m。 k k SLDI 233A25-98 11 7 符号说明 C  孔板流量系数，由 Re 和 d0/D 值查图 6.1； Cp  流体定压比热容，kJ/kgk； Cv  流体定容比热容，kJ/kgk； 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； dL  液相孔板孔径，m； dv  气相孔板孔径，m； d0  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； Pm  多板孔板中第 m 块板板后压力，Pa； 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，kCp/Cv； γ  工作状态下的相对密度，与 4℃水的密度相比； SLDI 233A25-98 7 表 5.2-1 工 程 工程号 装 置 限 流 孔 板 汇 总 表 车间或工段区 第 页 共 页 工 艺 系 统 管道力学 管道材料 备 注 编 号 管道仪表流程图 压 差 设计温度 孔板的孔径孔板厚度 管 道 号 管道材料等级 管道尺寸 孔数 孔板材料 孔板 图 号 105Pa ℃ mm mm 版 版 次 次 日 期 或 编 制 修 校 核 改 审 核 工 艺 系 统 管 道 力 学 管 道 材 料 SLDI 233A25-98 8 表 5.2-2 工 程 工程号 装 置 限 流 孔 板 汇 总 表 车间或工段区 第 页 共 页 工 艺 系 统 管道力学 管道材料 备 注 编 号 管道仪表流程图 压 差 设计温度 孔板的孔径孔板厚度 管 道 号 管道材料等级 管道尺寸 孔数 孔板材料 孔板 图 号 105Pa ℃ mm mm RO-0206 CB-0206-25 62-D4 2.0 165 φ356 6 RO-0113 COO-0113-15 62-D4 144.3 110 φ244.5 1.6 RO-0208 LS-0208-15 62-D5 3.0 148 φ183 2 RO-0201 PC-0201-25 62-D6 4.5 40 φ322.5 2 版 版 次 次 日 期 或 编 制 修 校 核 改 审 核 工 艺 系 统 管 道 力 学 管 道 材 料