巧用限流孔板

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摘要：限流孔板作为节流元件，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，对装置的安全运行起着重要的作用。

关键词：限流孔板；限流；降压

中图分类号：TM631+.2S 文献标识码： A

1概述

限流孔板作为节流元件，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，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限流孔板在工艺装置中的应用

在石油化工装置中，限流孔板安装在管道中用于限制流体的流量或降低流体的压力。主要应用于以下几个方面：

物料需要降压，而且降压的精度要求不高时；

在管道中阀门上、下游需要有较大压力降时，为减少流体对阀门的冲蚀，而且经孔板减压后不会产生气化室，可在阀门上游串联孔板；

当需要连续流过小流量的地方，如泵的冲洗管道、热备用泵的旁路管道（低流量保护管道）、分析取样管等地；

当需要降低压力降以减少噪音或磨损的地点，如放空系统上。

2.1保证离心泵安全启动和正常工作

2.1.1保证离心泵的最小流量要求

离心泵在启动时，为了使出口压力达到一定值，减少电动机启动电流，要求在出口阀关闭或部分关闭下启动。但是，对于某些离心泵，如高扬程离心泵及输送挥发性液体的离心泵，由于泵内叶轮与泵体间隙很小，流体易于气化，这类离心泵在启动和运转时要求必须有一定流量。如果这类离心泵在没有液体流出的情况下运转(即密闭运转)，泵内液体将产生涡流，使其发热汽化而发生气蚀或憋压，易造成泵损坏。为了保证这类离心泵安全启动和正常运转，要求泵有最小排出流量，此值称为离心泵的最小流量。通常最小流量由泵制造厂规定。为了保证最小流量，在离心泵出口管道上加一条返回线，称为最小流量线，如图1。在最小流量线上使用限流孔板，即使在发生误操作将泵出口阀门关闭时，也能保证离心泵安全运转，不致造成泵损坏

2.1.2保证屏蔽泵适当的反向循环流

屏蔽泵是电动机和泵叶轮装在一个壳体内，机体和轴承依靠一定量的工艺流体反向循环来冲洗、冷却和。故在泵体上要装有一条反向循环管道，使其满足屏蔽泵的冷却和要求。如果反向循环流量太小会造成冷却或不足使轴承损坏，而反向循环流量太大，又会使泵的效率降低。为此，采用限流孔板保持适当的反向循环流量，见图1。

图1限流孔板用于保证泵安全启动和正常工作

2.2代替流量调节阀限定最大流量

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。这也是限流孔板最常见的用途之一。例如，在分子筛干燥器或固定床反应器的降压放空和再生操作期间，使用限流孔板限定放空流速或再生气体流量，可防止因流量过大，破坏床层结构，或保证再生在适当的气体流量下进行。如聚乙烯装置中乙烯干燥器分子筛的再生，见图2。

图2限流孔板用于乙烯干燥器分子筛的再生

2.3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。但是由于各支管阻力降很难完全相等，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。例如，由于停留时间对裂解深度影响很大，乙烯裂解炉对各组炉管流量分配有严格的要求。如果某组炉管内停留时间长，裂解深度加深，乙烯收率则降低，而且还会发生结焦；反之，乙烯收率也会降低。因此，不允许各组炉管偏流。采用限流孔板，可防止偏流，保证各炉管内停留时间及裂解深度一致，满足乙烯裂解的工艺要求，如图3所示。

图3限流孔板防止裂解炉各组炉管偏流

2.4用于较大幅度降压

要将流体压力降低并控制在某一规定值，可使用自力式调节阀来实现。这种调节阀是由阀后压力直接控制阀芯开度，从而使阀后压力降低并能稳定在设定压力值。如果其降压幅度较大就要求自力式调节阀芯口径较小，制造困难，加工费用高，控制精确度难于保证，还可能发出噪声。特别在用于液体时，由于降压幅度大而容易发生气蚀，产生振动，严重时会造成调节阀和管道损坏。为了改善这种状况，当然可以采用两个或多个自力式调节阀串联，分级降压。但这样投资就会大为增加。显然这种串联调节阀的降压方式不经济。如果采用限流孔板先初步降压，然后再由自力式调节阀将下游压力稳定在设定值，这样即使上游侧压力波动会引起孔板后压力的波动，但经过调节阀调节后，下游侧压力仍会稳定在设定值，满足工艺要求，如图4所示。

图4限流孔板用于较大幅度降压

2.5与自力式调节阀配合使用

根据限流孔板原理，流体通过限流孔板缩孔处的流速保持音速，因此体积流量基本不受上游压力波动影响而保持恒定。而对气体来说，虽然体积流量保持不变，而其质量流量则随上游压力而波动。若采用自力式调节阀来稳定限流孔板上游压力，就能使气体质量流量恒定在某规定值，而不受上游压力波动的影响，如图5所示。

图5限流孔板与自力式调节阀配合使用

2.6多段限流孔板的应用

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。液体通过单段限流孔板时其压力变化如图6所示。图中：pu为孔板上游侧压力；pd为孔板下游侧压力；pc为孔板的缩流压力；pv为流体饱和蒸气压力。由图6可以看出，流体经过孔板时压力降低为pc，随着流速的减小，压力逐渐增大至pd。如果pc低于pv，液体气化产生气泡，随着流动，压力增大，气泡消失。在这个过程中就发生气蚀，发出噪声，产生振动，加速管道的损坏。这种情况下，可以采用多段限流孔板来消除气蚀。

图6限流孔板前后的压力变化

3工作原理

孔板可以作为流量测量元件用来测量流量，也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。

4结论

随着人们对限流孔板认识的不断提高，限流孔板在工艺装置中的应用将会越来越广泛，将在降低投资、简化操作、安全运行等方面发挥不可缺少的作用。