注冊(cè)化學(xué)工程師 管路組件設(shè)計(jì)

第三節(jié)管路組件設(shè)計(jì)

8.3管路組件設(shè)計(jì)

8.3.1常用閥門的選用

1.閥門類型及特點(diǎn)

(1)閘閥

廣泛用于各種介質(zhì)的切斷，是化工廠中應(yīng)用最多的一種閥門。特點(diǎn)：

①流體流經(jīng)閘閥時(shí)不改變介質(zhì)流向，因而阻力較?。?/p>

②適于作切斷閥用，不宜用于流量調(diào)節(jié)(具有一定的調(diào)節(jié)性能)，明桿式尚可根據(jù)

閥桿升降高低調(diào)節(jié)啟閉程度。

3閥的底部有空間，不宜用于有固體沉積物的流體(復(fù)式閘板閥除外)。

④閉力矩比同口徑的截止閥小，全啟全閉所需時(shí)間比同口徑的截止閥長(zhǎng)。

⑤密封面的修理不如截止閥方便。結(jié)構(gòu)較截止閥復(fù)雜，不易修理。

⑥聯(lián)結(jié)尺寸小。

⑦適于制成大口徑的閥門，除適用于蒸汽、油品等介質(zhì)外，還適用于含有粒狀固體

及黏度較大的介質(zhì)；并適用于做放空閥和低真空系統(tǒng)閥門。

⑧密封性能較截止閥好。

(2)截止閥

①閥座截面垂直于流體流向。流體流過(guò)閥門時(shí)方向改變，因而阻力較大。

②一般用于需要調(diào)節(jié)流體流量處，有最大口徑要求。

③由于流體向上流經(jīng)閥座，座上易沉積固體而影響關(guān)閉時(shí)的密封性，所以一般不用

于帶懸浮固體的液體。

同閘閥比，調(diào)節(jié)性能好。

⑤密封性能差。

⑥適用于蒸汽等介質(zhì)，不宜用于黏度大含有顆粒易沉淀的介質(zhì)，也不宜作為放空閥

及低真空系統(tǒng)的閥門。

(3)節(jié)流閥

①調(diào)節(jié)性能好于盤形截止閥和針形閥，但調(diào)節(jié)精度不高。

②流體通過(guò)閥座流速較大，易沖蝕密封面。

適用于溫度較低、壓力較高的介質(zhì)和需要調(diào)節(jié)流量和壓力的部位。

④因密封性較差，不宜做隔斷閥用。

(4)止回閥

①密封性比較，升降式好于旋啟式；

②流阻比較，升降式大于旋啟式；

③升降式臥式宜安裝在水平管線上，升降式立式宜安裝在垂直管線上；

④旋啟式可以裝在水平、垂直、傾斜的管線上，以水平安裝為宜，或在流體自下而

上的管線上垂直安裝。

⑤一般適用于清凈介質(zhì)，不宜用于含固體顆粒和黏度較大的介質(zhì)。

⑸球閥

①啟閉迅速，操作方便。

②阻力非常小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工。

③密封性能好，且密封面不易擦傷。

④適用于低溫高壓及黏度大的介質(zhì)，或漿液和黏稠流體。

⑤不能做調(diào)節(jié)流量用。

⑥使用壓力高于旋塞閥。

(6)柱塞閥

①結(jié)構(gòu)緊湊，啟閉靈活，維修方便。

②密封性好。

(7)旋塞閥

①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，阻力降??；

②啟閉方便、迅速；

③適用于溫度較低、黏度較大的介質(zhì)和要求開關(guān)迅速的部位；

④一般不宜用于蒸汽和溫度較高的介質(zhì)。

(8)蝶閥

①由于在一定的開啟角度時(shí)，流量與開啟角度成線性關(guān)系，因而在許多場(chǎng)合取代截

止閥和調(diào)節(jié)閥，用于大流量調(diào)節(jié)；

②阻力很小，重量輕，連接尺寸小，廣泛用于各種管線的切斷和節(jié)流；

③使用溫度和壓力受密封材料的限制，不宜用于較高的場(chǎng)合；

④適用于蒸汽、氣體、液體、漿液和懸浮液等各種介質(zhì)；

⑤適合制成較大口徑閥，用于溫度〈80攝氏度，壓力〈1.OMPa的原油、油品及水等

介質(zhì);

⑥主要用于切斷，也可用于調(diào)節(jié)流量；

⑦適用于溫度＜500攝氏度，壓力〈1.OMPa的氣體、液體介質(zhì)及水等；

⑧公稱直徑一般較大。

(9)隔膜閥

①閥桿不與介質(zhì)直接接觸，閥桿不用填料箱；

②適用于輸送氣體、液體、黏性流體、漿液和腐蝕性介質(zhì)的管線；

③結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于維修；

密封性能好；

流體阻力??；

適用于溫度＜200攝氏度，壓力＜1.OMPa的油品、水、酸性介質(zhì)和含懸浮物的介質(zhì)；

不適用于有機(jī)溶劑和強(qiáng)氧化劑的介質(zhì)；

一般結(jié)構(gòu)的閥門不能用于真空系統(tǒng)；

⑨應(yīng)按實(shí)際使用情況定期更換隔膜。

(10)疏水閥

①根據(jù)排水作用原理，分為靠液位作用的浮子型、熱動(dòng)力型和熱靜力型；

②依據(jù)排水方式、動(dòng)作反應(yīng)速度、排空氣性能、壓力波動(dòng)影響和耐水擊等性能指標(biāo)

選擇閥體類型；

③根據(jù)防凍和安裝位置要求，確定疏水閥的管線連接。，

2.閥門選用原則

①在選用閥門時(shí)，首先要了解流體的性質(zhì)，并考慮其是否帶有固體顆粒、粉塵、化

學(xué)物質(zhì)、腐蝕性等；

②確定閥門的功能要求，特別是密封、調(diào)節(jié)、快速啟閉等方面的要求；

③根據(jù)流體的流量和允許壓力損失來(lái)確定閥門尺寸，并根據(jù)閥門阻力復(fù)核管系設(shè)

計(jì)；④根據(jù)閥門阻力特性選擇滿足管系壓力損失要求的結(jié)構(gòu)和型式；

⑤根據(jù)流體性質(zhì)、使用的工況條件、管線連接及操作維護(hù)要求，確定閥門的使用溫

度和使用壓力、材質(zhì)(閥芯和閥體)、直接及密封方式、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及檢修措施等具體選

用數(shù)據(jù)；

⑥對(duì)于蒸汽加熱設(shè)備的蒸汽入口閥、大口徑閘閥等特殊使用情況要求，考慮設(shè)置旁

通管線，以避免蒸汽加熱太快、閥門開啟力度過(guò)大等控制和操作困難。

8.3.2安全閥

1.設(shè)置泄壓設(shè)施的范圍

(1)壓力容器

所有壓力容器均應(yīng)設(shè)置泄壓設(shè)施。

(2)換熱器

預(yù)熱用的換熱器常設(shè)計(jì)成可承受泵出口閥門關(guān)閉時(shí)的壓力，故一般不需要再設(shè)安全

閥。若泵出口閥門關(guān)閉時(shí)的壓力可能超過(guò)換熱器設(shè)計(jì)壓力的110%,則要設(shè)安全閥。

換熱器進(jìn)出口設(shè)有閥門。若在操作時(shí)低溫側(cè)閥門可能全部或部分關(guān)閉，則低溫側(cè)需

設(shè)安全閥保護(hù)。

冷凝器出入口裝有閥門時(shí)，若被冷凝液體在常溫下的蒸汽壓力可能超過(guò)設(shè)備設(shè)計(jì)壓

力的no%,需設(shè)安全閥。

當(dāng)換熱器兩側(cè)的壓差很大時(shí)，要考慮換熱管破裂后低壓側(cè)的壓力保護(hù)。

(3)加熱爐

加熱爐只在工藝物料出口裝有調(diào)節(jié)閥或者其他可能造成出口有時(shí)有背壓時(shí)才考慮

設(shè)置安全閥。安全閥最好裝在加熱爐的出口處，這樣在安全閥排放時(shí)，介質(zhì)一定要流經(jīng)

爐管，可保護(hù)爐管不致過(guò)熱。

(4)機(jī)械設(shè)備

往復(fù)泵出口閥門關(guān)閉時(shí)的壓力有可能超過(guò)泵體能承受的最高壓力時(shí)，要設(shè)安全閥。

往復(fù)泵安全閥的定壓至少應(yīng)高于泵高峰壓力的110%。

一般情況下，往復(fù)泵安全閥的定壓為泵體的最大允許工作壓力，并不超過(guò)下游管線

最大允許工作壓力的121%。泵安全閥出口一般與泵吸入口相接。

在非正常吸人工況下，離心泵的壓力可能超過(guò)泵體能承受的最高壓力，或者高于下

游配管最大允許工作壓力的133%時(shí)，要設(shè)安全閥。

往復(fù)式壓縮機(jī)各級(jí)出口都要設(shè)安全閥，并排往同級(jí)的吸入口。

冷凝式汽輪機(jī)常在出口管或冷凝器上設(shè)置安全閥，以保護(hù)汽輪機(jī)的低壓側(cè)和冷凝器

在冷卻水系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)不超壓。

(5)管道系統(tǒng)

裝置內(nèi)的一般管道不需考慮由于液體熱膨脹造成的超壓。制冷劑管線，當(dāng)兩端閥門

可能被切斷，且常溫下制冷劑蒸汽的壓力可能超過(guò)管線的最大允許工作壓力的133%時(shí),

要設(shè)保護(hù)措施。

裝置外的架空液體管道，當(dāng)管徑大于或等于200mll1,長(zhǎng)度超過(guò)30m,且可能被切斷

閥在兩端切斷時(shí)，要設(shè)液體膨脹泄壓用安全閥。安全閥的入口管徑為DN200,定壓為工

作溫度下管線法蘭所允許的最高工作壓力。

液化石油氣管道兩端可能被切斷時(shí)，要考慮設(shè)置泄壓設(shè)施。

若在切斷閥旁設(shè)一帶止回閥的旁通，當(dāng)管線內(nèi)壓力升高時(shí)，止回閥能起到泄壓作用，

可免設(shè)液體膨脹用安全閥。

2.安全閥的選型

排放不可壓縮流體(如水和油等液體)時(shí)，應(yīng)選用微啟式安全閥；排放可壓縮流體

(如蒸汽和其他氣體)時(shí)，應(yīng)選用全啟式安全閥。

(1)通用式安全閥

當(dāng)積聚背壓太高或附加壓力與設(shè)定壓力相比變化很大，及介質(zhì)具有腐蝕性時(shí)不能選

用。

(2)平衡式安全閥

當(dāng)積聚壓力太大或與設(shè)定壓力相比附加壓力變化很大時(shí)，不能采用通用式安全閥，

而應(yīng)采用平衡式安全閥。平衡式安全閥可用于總背壓(附加背壓加積聚背壓)不超過(guò)設(shè)

定壓力50%的工況。當(dāng)可壓縮流體(不包括多相流)的背壓超過(guò)設(shè)定壓力的50%時(shí)，就

變成亞臨界流動(dòng)，這時(shí)就應(yīng)要求安全閥制造商提供背壓修正系數(shù)或安全閥操作的特殊限

制。

(3)導(dǎo)桿式安全閥

可用于結(jié)冰或帶有固體的工藝介質(zhì)。

3.相關(guān)術(shù)語(yǔ)

(1)安全閥的定壓(整定壓力)

安全閥入口處的靜壓達(dá)到該值時(shí)，安全閥立即動(dòng)作。

(2)積聚

系指在安全閥排放過(guò)程中，超過(guò)容器最大允許工作壓力的壓力，用壓力單位，或用

最大允許工作壓力或設(shè)計(jì)壓力的百分?jǐn)?shù)表示。

(3)最大允許積聚壓力

系為安全閥最大允許工作壓力與最大允許積聚之和。

(4)背壓

是由于排放系統(tǒng)有壓力而存在于安全閥出口處的壓力，背壓可以是固定的，也可以

是變化的。背壓是附加背壓和積聚背壓之和。

(5)附加背壓

當(dāng)安全閥未啟動(dòng)時(shí)，由于其他閥排放而存在于安全閥出口的靜壓，它可能是固定的，

也可能是變化的。

(6)積聚背壓

當(dāng)安全閥打開后，由于排放使主管中增加的壓力。

4.安全閥的計(jì)算

1)安全閥釋放量計(jì)算

安全閥釋放量是確定安全閥尺寸的一個(gè)重要系數(shù)。

(1)排放氣體或蒸汽時(shí)

%=2304($+1)游氏(8.3-1)

式中：外為排放量,kg/h;4為閥的有效通過(guò)面積,cm?;p,為安全閥定壓,Pa(表)；(為排出氣

體的絕對(duì)溫度,K;M為氣體相對(duì)分子質(zhì)量，被排出氣體為混合物時(shí)，其相對(duì)分子質(zhì)量為平均相

對(duì)分子質(zhì)量;凡為背壓影響泄放能力的修正系數(shù),可由圖查得。

(2)按氣體進(jìn)料調(diào)節(jié)閥計(jì)算釋放量

安全釋放量按進(jìn)料調(diào)節(jié)閥流量進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)調(diào)節(jié)閥有旁路時(shí)，含旁路閥流量。設(shè)調(diào)

節(jié)閥全開，出口閥全關(guān)。用通過(guò)每一個(gè)調(diào)節(jié)閥的最大流量作為安全閥釋放量。

對(duì)非阻塞流

(8.3-2)

對(duì)阻塞流

Qv=泮C(8.3-3)

\KXr

式中：Qv為氣體通過(guò)調(diào)節(jié)閥流量(釋放量)，m"標(biāo))/h;pi為閥前壓力，kPa;「為閥前氣體溫

度,K;p,為氣體標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下密度,kg/m“標(biāo))；Z為氣體壓縮系數(shù),量綱為1;APM為調(diào)節(jié)閥計(jì)算

壓差,kPa;丫為膨脹系數(shù)，y=i-續(xù)鉀；FK為比熱比系數(shù)，空氣凡=1，非空氣FzK/

1.4;XT為臨界壓差比，查表；C為氣體流量系數(shù);K為氣體絕熱指數(shù)。

⑶排放水蒸氣時(shí)

=40(1+1)AC11Kb(8.3-4)

式中：為過(guò)熱蒸汽修正系數(shù)，由表查得；"L為背壓修正系數(shù)，由圖查得。

(4)排放液體時(shí)

①一般液體

WL=366(M|/Ps-Pvtg1K(8.3-5)

L、IO5

式中：％.為液體釋放量,kg/h;4為安全閥有效流通面積,cn?；p,為安全閥整定壓力，I、(表);

p”為安全閥背壓,Pa(表)；S為液體的相對(duì)密度；勺為積聚壓力修正系數(shù)，查圖8.3-1。

②高黏度液體

%.=%?￡(8.3-6)

式中：/［為高黏度液體釋放量,kg/h;K,為修正系數(shù)，查表8.3-1。

積聚壓力/%

圖8.3-1安全閥泄放液體時(shí)，由于積聚壓力的泄放能力修正系數(shù)Kp

(1)積聚壓力低于25%,泄放能力受孔口系數(shù)和積聚壓力變化的影響；當(dāng)積聚壓力大

于25%時(shí)，泄放能力只受積聚壓力數(shù)值的影響。

(2)積聚壓力值不宜小于10%0

衰8.34由雷諾數(shù)決定的岫度修正系數(shù)

雷諾數(shù)50003000200015001000500

黏度修正系數(shù)(0.980.970.960.950.910.89

雷諾數(shù)1005040302010

熟度修正系數(shù)Ky0.590.410.350.280.190.11

采用波紋管平衡式安全閥時(shí)

見二%?Kv?Kw

式中Kw為修正系數(shù)。

③按液體進(jìn)料調(diào)節(jié)閥計(jì)算釋放量

對(duì)非阻塞流

式中：QL為液體通過(guò)調(diào)節(jié)閥的流量,n?/h;pL為液體密度,"anOApm為調(diào)節(jié)閥計(jì)算壓差,通

對(duì)阻塞流QL=O.ICJ^1F小)(8.3-8)

式中：FL為壓力恢復(fù)系數(shù)，查表；FF為液體臨界壓力比系數(shù)，查圖；P。為閥人口溫度

下液體介質(zhì)的飽和蒸氣壓，kPa.

(5)液體貯槽遇火或受外熱時(shí)

①不保溫貯槽

Wu=2552A4FA^0/r(8.3-9)

式中：弘.為火災(zāi)工況時(shí)安全閥擇放量(汽化量),kg/h;F為容器外壁校正系數(shù)，查表8.3-2;4w

為暴露于火中(外熱源)的潤(rùn)濕表面積,n?;r為液體的汽化熱,J/kg。

表8.12容器外量校正系數(shù)

類型不保溫容器不保溫且有水噴淋采用減壓和卸樂(lè)等空罐措施地下尤?地面上”被的

F1.01.01.00.30.03

②保溫貯槽

n

WL=2.61x(650-()XAZ/SL(8.3-10)

式中：t為釋放液體的飽和溫度，℃；X為常溫下絕熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)，J/(m.h.℃);L

為保溫層厚度m;WL為液體釋放量，kg/ho

2)安全釋放面積計(jì)算

(1)全啟式安全閥

當(dāng)安全閥閥瓣開啟高度等于或大于1/4噴嘴喉部直徑時(shí)，安全閥釋放面積計(jì)算公式

為

4=0.785(8.3-11)

式中：A為安全閥有效流通面積，citf；d為安全閥閥嘴喉部直徑，cm。

(2)微啟式安全閥

當(dāng)安全閥閥瓣開啟高度小于1/4噴嘴喉部直徑時(shí)，安全閥釋放面積計(jì)算公式為

A=7t</0(8.3-12)

式中：dO為安全閥閥座直徑，cm;L0為閥瓣開啟高度，cm。

當(dāng)閥座面為斜面時(shí)

A=nd0Lgsin0(8.3-13)

式中e為斜面角度。

(3)安全閥氣體釋放面積A

A=----------%=(8.3-14)

230偉+W粘

(4)安全閥液體釋放面積

A=----------1(8.3-15)

3660Kp

(5)氣體貯罐火災(zāi)工況釋放面積A

4=1^!(8.3-⑹

V1(?

式中：/為安全閥匚作系數(shù)，查圖8.3-2M.為暴露于火中的潤(rùn)濕表面積,in?為安全閥整定

壓力.Pa(絕

安全網(wǎng)工作系數(shù)P

圖8.3-2安全閥工作系數(shù)曲線圖

（6）換熱器安全閥釋放面積

安全閥整定壓力尸〔取低壓側(cè)（殼側(cè)）設(shè)計(jì)壓力。安全閥尺寸為

(8.3-17)

式中：Ad為安全閥閥孔尺寸，cltf（在25%積聚壓力時(shí)）；Ah為一根換熱器的斷面積，c

itf；ph為高壓側(cè)最大允許壓力（管側(cè)），Pa（表）；pL為低壓側(cè)最大允許壓力（殼側(cè)），

Pa俵）。

8.3.3爆破板

爆破板同安全閥一樣，在化工生產(chǎn)裝置中常作為保護(hù)系統(tǒng)超壓而采用的一種泄壓裝

置。由于爆破板模片材料強(qiáng)度難以精確計(jì)算而未被廣泛應(yīng)用。

1.爆破板的設(shè)置原則

在石油化工生產(chǎn)過(guò)程中，為了防止因火災(zāi)烘烤或操作失誤造成化工裝置系統(tǒng)壓力超

過(guò)設(shè)計(jì)壓力而發(fā)生爆炸事故，應(yīng)在壓力容器設(shè)備、管道系統(tǒng)或其他密閉空間上設(shè)置防止

超壓的爆破板泄壓設(shè)施。獨(dú)立的壓力容器和/或壓力管道系統(tǒng)設(shè)有安全閥、爆破板裝置

或這二者的組合設(shè)施。

①滿足下列情況之一應(yīng)優(yōu)先選用爆破板：壓力有可能迅速上升的；泄放介質(zhì)含有顆

粒、易沉淀、易結(jié)晶、易聚合和介質(zhì)黏度較大；泄放介質(zhì)有強(qiáng)腐蝕性，使用安全閥時(shí)其

價(jià)格很高；工藝介質(zhì)十分貴重或有劇毒，在工作過(guò)程中不允許有任何泄漏，應(yīng)與安全閥

串聯(lián)使用；工作壓力很低或很高時(shí)，選用安全閥則其制造比較困難；當(dāng)使用溫度較低而

影響安全閥的工作特性；需要較大泄放面積。

②對(duì)于一次性使用的管道系統(tǒng)（如開車前吹掃的管道放空系統(tǒng)），爆破板的破裂不

影響操作和生產(chǎn)的場(chǎng)合，可設(shè)置爆破板。

③為減少爆破板破裂后的工藝介質(zhì)的損失及易堵物料，可與安全閥串聯(lián)使用。

④為增加異常工況（如火災(zāi)等）下的泄放面積，爆破可并聯(lián)使用。

⑤爆破板不適用于經(jīng)常超壓的場(chǎng)合。

⑥爆破板不宜用于溫度波動(dòng)很大的場(chǎng)合。

2.爆破板泄壓面積計(jì)算

爆破板釋放量計(jì)算同安全閥。上述給定的安全閥釋放量計(jì)算公式均適用于爆破板。

（1）氣體和蒸汽爆破板泄壓面積

A=___外

a-0.4471中加Ek⑻

式中:4皿為爆破板最小沖壓面積,mm?;外為氣體或蒸汽釋放量，341；0局為爆破板爆破壓力,

MPa（絕）；V為氣體容積,為排出結(jié)構(gòu)系數(shù)，查表8.3-3;6為排出函數(shù)。

<8.3-3排出結(jié)構(gòu)系數(shù)夕

結(jié)構(gòu)形式0

容器或管道上垂直安裝一個(gè)接管0.55

快裝法蘭

0.7

對(duì)接安裝在容器和管束換熱器上

爆破板入門無(wú)棱角0.77

對(duì)臨界流

S=J=J^i（告I廣'（8.3-19）

式8.3-18變?yōu)?/p>

」791贏庠（"20）

式中：K為氣體絕熱指數(shù)；r為氣體釋放溫度，K;M為氣體相對(duì)分子質(zhì)量；Z為氣體壓縮

系數(shù)。

對(duì)非臨界流

(8.3-21)

式8.3T8變?yōu)?/p>

4^=0.01964(8.3-22)

式中：Pve為爆破板背壓，MPa;R為氣體常數(shù)。

(2)液體爆破板泄壓面積

最小泄壓面積A0為

1.9641—產(chǎn)工=(8.3-23)

p/p^Ap

式中：即L為液體釋放量,kg/h;pL為液體密度,kg/m'；Ap為釋放壓力與背壓差,=PT-p”，

MPa;3為排出結(jié)構(gòu)系數(shù)。

3.爆破板壓力確定及選擇

爆破板爆破壓力PW通常取被保護(hù)設(shè)備和管線正常操作壓力的1.5倍，對(duì)壓力有脈

動(dòng)時(shí)，可適當(dāng)選大一些，最好為正常操作壓力的2倍。即

p.=(l.5~2)pt(8.3-24)

式中P,為被保護(hù)設(shè)備元件正常工作壓力，MPa。

對(duì)是否設(shè)置爆破板或安全閥以及爆破板尺寸和數(shù)量如表8.3-4和表8.3-5

表8.3-4普通換熱器保護(hù)裝置選擇

高壓初介質(zhì)低壓健介質(zhì)安全裝置高壓倒介質(zhì)低壓'儲(chǔ)介質(zhì)安全裝置

液體氣體安全閥氣體氣體安全同

液體液體爆破板氣體液體爆破板

?S8.3-5爆破板直徑、數(shù)?選擇

換熱器形式高壓側(cè)壓力/kPa程數(shù)爆破板直徑/mm爆破板數(shù)量/塊安裝位置

4654

單

程

多

4654-13789程76.21液晶出口主管

程76.21

熱

13789-27578程液的出口主管

器1021

程

單液儡出口主管

程1021

27578~32405多

1022液到進(jìn)出口主管

1551~413750.81保護(hù)殼的，直接裝在殼體

4137-827476.21上;保護(hù)管M,盡量靠近出口

管連接處

8274~324051021

8.3.4限流孔板尺寸設(shè)計(jì)

1.概述

限流孔板主要用于流體需要連續(xù)通過(guò)的小流量場(chǎng)合。如分析取樣管、泵的沖洗管線、

儀表吹氣管線、熱備泵的旁路管線、調(diào)節(jié)閥的旁路閥以及管線中阻力元件承受壓降過(guò)大

以至達(dá)到臨界壓力降時(shí)，均需采用若干塊限流孔板，用于連續(xù)降壓，使其在允許的壓力

范圍內(nèi)運(yùn)行。從而避免和減少摩擦沖蝕對(duì)管線和阻力元件的損耗，降低噪音。由于限流

孔板具有上述特點(diǎn)，并且制造簡(jiǎn)單，成本低，故在化工廠中得到廣泛的應(yīng)用。

限流孔板應(yīng)用于以下幾種場(chǎng)合：

①工藝物料需要降壓且精度要求不高。

②在管道中閥門上、下游需要有較大壓降時(shí)，為減少流體對(duì)閥門的沖蝕，當(dāng)經(jīng)過(guò)孔

板節(jié)流不會(huì)產(chǎn)生汽化時(shí)，可在閥門上游串聯(lián)孔板。

③流體需要小流量且連續(xù)流通的地方，如泵的沖洗管道、熱備用泵的旁路管道(低

流量保護(hù)管道)、分析取樣管等場(chǎng)所。

④需要降壓以減少噪聲或磨損的地方，如放空系統(tǒng)。

2.單孔限流孔板流量計(jì)算公式

限流介質(zhì)經(jīng)過(guò)限流孔板時(shí)，其流速特性、壓力降與孔板流量計(jì)計(jì)算原理相似。故限

流孔板流量方程與差壓式標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)算公式一致。

(1)液體用計(jì)算公式

Q=1.252續(xù)J誓(8.3-25)

式中：Q為操作狀態(tài)下體積流量，

//h；C為限流孔系數(shù);P為操作狀態(tài)下液體密度,kg/n?;4

為孔板直徑，mm；

APL為通過(guò)孔板的計(jì)算壓力降,kgf/cm2(lkgf/cm2=9.8xlO4Pa)。

當(dāng)孔板壓力降用Pa表示時(shí)，式8.3-25變?yōu)?/p>

Q=3.997/10"Ca：J華(8.3-26)

式8.3-27為英制單位，式8.3-28為修正后的常用計(jì)算公式。

Q385Cd，“毀(8.3-27)

Q=3O.3QC/詫(8.3-28)

式中：Q為操作狀態(tài)下流量」》min(1lb/min=0.4536kg/min);C為限流孔系數(shù)；SGg為在60

下條件下液體相對(duì)密度；d：為孔板直徑,in;Ap二為通過(guò)孔板的計(jì)算壓力降/b/in“l(fā)Ib/in?=

6894.76Pa)。

①孔板計(jì)算壓力降：孔板計(jì)算壓力降如圖8.3-3所示。

P?PlPlPb

——■~CD

圖8.3-3孔板計(jì)算壓力降示意圖

a-上游端點(diǎn)6一下游端點(diǎn)

1、2一限流孔板已一各點(diǎn)壓力

由前所述，管系壓力降計(jì)算知

△Pafc=Pa-P6

=Ape+Api,+Mb+Apg(8.3-29)

其中Ap。=△p.f+阻Zb=△PM+△Pkj

△Piun—PiZPi-P-L

所以，通過(guò)孔板的計(jì)算壓力降為

Apk=Ap&-(Ap.+g+XpJ(8.3-30)

式中：^Pab為管系上、下游總壓力降，kPa；4Pa為孔板前至上游管道壓力降，kPa;

△Pab為孔板后至下游管道壓力降，kPa；Zkph為靜壓頭損失，kPa；Z\Paf為孔板前管

道直管阻力，kPa；Z^pbf為孔板后管道直管阻力，kPa;Z\paj為孔板前管局部道阻力，

kPa；ZXPbj為孔板后管局部道阻力，kPa。

②孔徑計(jì)算：由式8.3-26得

j2=________Q____-”

3.997xIO-。J誓

根據(jù)已知條件Q、POPK1n，設(shè)?個(gè)限流孔系數(shù)C,代入上式可計(jì)算出do.

③核算C值：由do可計(jì)算出do/D值其中D為管道內(nèi)徑。再由do/D值與以D為基

準(zhǔn)的雷諾數(shù)關(guān)系圖（圖8.3-4,圖8.3-5）解出限流孔系數(shù)C計(jì)。比較C設(shè)-C計(jì)是否接

近在誤差范圍。直至滿足要求為止。最后圓整所選限流孔板孔徑。

以D為基準(zhǔn)的雷諾數(shù)為

He=354解（8.3-31）

DR

式中：Q為操作狀態(tài)下體積流量n）3/h;P為操作狀態(tài)下流體密度，kg/m3;；D為管道直

徑，mm；口為液體動(dòng)力黏度，mPa.s（cP）o

13

12

1I

1O

3

o9

蒙

版o8

屈

燧o7

限

o6

O5

0.4

0.3

24561020406080102246

以0為基準(zhǔn)雷諾數(shù)”e

圖8.3-4限流孔板系數(shù)曲線圖（Re=2~Kr）

02

0

o.0

0.6

58

0.7

0.

0.76

o.74

0.

0.72

O也.7O

b3

0.S

0.

&6

64

62

GQ

68102*68102468100-0.2

以O(shè)為基赫雷謝效Ke

圖8.3-5限流孔系數(shù)曲線圖（/=KT-I（r

(2)氣體用計(jì)算公式

…3優(yōu)pj圖(擊)[(3-幅)”](8.3-32)

式中：即為操作狀態(tài)下質(zhì)■流ILS/h'C為限藻孔系數(shù)；d.為孔板直徑,nw；n,心為孔板前,

后壓力.Wan"當(dāng)達(dá)臨界壓力時(shí).〃=P.：Z為壓縮系數(shù)：M勺相對(duì)分子質(zhì)量；T為孔板前溫

度,K;K為氣體絕熱指數(shù)，

臨界壓力人;飽和蒸汽p.=0.58?1，過(guò)熱嘉汽及多原干氣體pr=0.55?)，空氣及雙原子氣

體P,a0.53p|o

當(dāng)P>P1用P.代怦時(shí).式8332變?yōu)?/p>

％府值疝肝而1n(8333)

當(dāng)用英制單位時(shí)

~577.3."5弗)(右)[閘-圖](8334)

1為操作狀態(tài)下質(zhì)量流量,lb/h;《為孔板直彷in;p'”p；為孔板前、后壓力，lb/品「為

孔板前溫度460+(),℃。

計(jì)算方法同前，以D為基準(zhǔn)的雷諾數(shù)為

勵(lì)=3542(8.3-35)

Dp

式中：W為操作狀態(tài)下質(zhì)量流量，kg/h;U為氣體動(dòng)力黏度，mPa.s(cP)；D為管道直徑，

mmo

(3)兩相流用計(jì)算公式

將兩相流分別按液相和氣相公式計(jì)算，分別得到dov和doL孔板孔徑。然后按下式

計(jì)算兩相流孔板孔徑。

das-/心+(8.3-36)

式中：

d&v為兩相流孔板直徑,mm；d山為按液相計(jì)算的孔板直徑,mm；4v

為按氣相計(jì)算的孔板直徑，mm。

3.多孔限流孔板尺寸計(jì)算

多孔限流孔板開孔總面積可按單孔限流孔板面積計(jì)算。

(1)液體限流孔板開孔公式

液體限流孔板開孔d。由式8.3-26求得。

(2)氣體限流孔板開孔公式

氣體限流孔板開孔d?由式8.3-33求得。

(3)兩相流限流孔板開孔公式

兩相流限流孔板開孔doLV由式8.3-36求得。

(4)確定孔徑及孔數(shù)

多孔限流孔板的大小可根據(jù)介質(zhì)特性選定。一般情況下可按12.5mm、20mm>25mm、

40mm開孔。干凈介質(zhì)可開小些，臟污介質(zhì)可開大些。合成氨裝置中某些介質(zhì)開孔參考值

如下：

脫碳?xì)夥趴誨。=20mm;變換氣放空d。=25mm;合成氣放空d。=20mm;低變氣放空d。

=40mm;苯菲爾溶液d。=80T60mm。

開孔數(shù)計(jì)算式為

〃=李(8,3-37)

4“小

式中：人小為選定小限流孔徑,nun;<為按單孔計(jì)算限流孔徑,mm。

⑸最大開孔數(shù)

人=°?蟲好?可⑻會(huì))

式中：n-為最多開孔數(shù);D為管道直徑,mm;S為焊縫高度,m；小小為選定小限流孔徑,n?i;/

為孔間距-mm°

實(shí)際開孔數(shù)n<n.。

(6)板間距

多級(jí)泄壓的孔板，孔板間距不宜過(guò)大。為便于安裝，對(duì)DN150管道，兩板板間距約

為0.61m;三板板間距約為0.46m;蒸汽管約為0.61m。

8.3.5阻火器

1.阻火器分類

阻火器可分為安全水封及干式阻火器兩種。安全水封主要是利用其恒定的水位，阻

隔火焰向系統(tǒng)蔓延。而干式阻火器是裝有孔徑一定的金屬屑、絲網(wǎng)、粉末冶金等多孔性

材料，以減小氣流通道的直徑或間隙，并利用其冷卻傳熱及器壁效應(yīng)使火焰自行熄滅。

干式阻火器種類有：

①金屬絲網(wǎng)式：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但孔隙尺寸不易控制，阻火網(wǎng)材質(zhì)可為鋼或銅材，網(wǎng)孔

一般為210~250孔/cm2（37。40目/時(shí)）；

②粉末冶金多孔制品（板、管）：孔隙小，結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單，但阻力較大。

③金屬波紋板式：阻力小，能阻止爆裂現(xiàn)象，易于清洗，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。材料可為銅、

黃銅、不銹鋼。

④礫石填料形式：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，阻力大，適用于氣體流量小的管路上。

2.阻火器的選用原則（SH/T3413-1999）

阻火器殼體應(yīng)能承受介質(zhì)的壓力和允許溫度，還要能耐介質(zhì)的腐蝕。

②填料應(yīng)有一定強(qiáng)度，且不能和介質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)。

③阻火器的結(jié)構(gòu)類型主要根據(jù)介質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)、溫度和壓力等選用。

一般介質(zhì)的使用壓力不大于LOMPa,溫度小于80C時(shí)，均采用碳鋼鍍鋅鐵絲網(wǎng)阻

火器。特殊的介質(zhì)如乙烘氣管道，特別是壓力大于0.15MPa的高壓乙烘氣管道，應(yīng)采用

特殊的阻火器，工作壓力允許達(dá)到2.5MPa時(shí)，制造要求較高。

3.阻火器的設(shè)置原則

阻火器是種能夠通過(guò)氣體的、具有許多細(xì)小通道或縫隙的材料組成。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，

火焰進(jìn)入安裝在化工裝置上的阻火器后，被阻火元件分成許多細(xì)小的火焰流，由于氣體

被冷卻的傳熱效應(yīng)和器壁效應(yīng)，使火焰流淬滅。

（1）放空阻火器的設(shè)置

①石油油品儲(chǔ)罐的設(shè)置應(yīng)按照《石油庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范》1995年局部修訂（GBJ74-84）規(guī)

定執(zhí)行。

②化學(xué)油品的閃點(diǎn)小于等于430c的儲(chǔ)罐（和槽車），其直接放空管道（含帶有呼吸

閥的放空管道）上設(shè)置阻火器。

③墮罐（和槽車）內(nèi)物料的最高工作溫度大于或等于該物料的閃點(diǎn)時(shí)，其直接放空

管道（含帶有呼嘎兩酌預(yù)至百道）上設(shè)置阻逛量，最高工作溫度要考慮到環(huán)境溫度變化、

日光照射、加熱管失控等因素。

④可燃?xì)怏w在線分析設(shè)備的放空匯總管上設(shè)置阻火器。

⑤進(jìn)入爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)排氣口管道上設(shè)置阻火器。

（2）管道阻火器的設(shè)置

①管道阻火器安裝在密閉的管道系統(tǒng)中，用以防止管道系統(tǒng)一端的火焰蔓延到管道

系統(tǒng)的另一端。

②輸送有可能產(chǎn)生爆炸或轟炸性混合氣體的管道（兼考慮