标准节流装置的设计计算和应用

2011-02-27 02:26张俊杰庞宝新

化工与医药工程 2011年5期

张俊杰庞宝新

（上海科洋科技发展有限公司，上海 200120）

在工业生产过程中，大量物料的流量测量仍采用节流装置作为检测元件。节流装置的设计计算是确定标准节流装置规格和变送器规格的重要内容。国内一些单位仍采用GB/T 2624-1993的有关计算公式和程序，还有一些单位的程序中将GB/T 2624-1993和GB/T 2624-2006的有关公式混用，造成计算误差。为此，本文介绍根据GB/T 2624-2006的标准节流装置设计计算和应用。

1 程序设计要求

根据应用要求，对节流装置的设计计算程序提出如下设计原则：

(1)高精度：应获得高精度的计算结果。

(2)经济性：提高运行速度。

(3)易操作性：容易操作和实现。

(4)标准化：符合管道标准。

标准节流装置的一般计算公式如下：

考虑到MATLAB语言具有Solve等符号函数，可方便地求解方程，而节流装置传统求解过程需要迭代运算，影响运算速度。因此，选用MATLAB编程语言编写程序。

选用MATLAB编程语言的其他原因如下：

(1)高精度计算的考虑。MATLAB编程语言可提供有效数字的位数高达16位。因此，在设计计算中可不考虑计算引入的误差。实际显示数据可取位数小于16位。

(2)易操作性考虑。为便于操作，应考虑下列可操作性。

1）可方便地提供各种工程单位的换算。例如，压力单位可选Pa、kPa、MPa、kgf/cm2、bar、lb/in2、mmHg和mmH2O等，流量单位可选质量流量的kg/s、kg/h、t/h、lb/h、lb/s和体积流量的m3/s、m3/h、ft3/h和ft3/s等，其他物性数据也可有多种工程单位可选。

2）提供各种类型的选择。例如，选用角接取压、法兰取压和D-D/2取压等不同的孔板取压方式；选用ISA1932喷嘴、长径喷嘴和文丘利喷嘴等不同的喷嘴类型；选用不同的粗铸收缩段、机械加工收缩段、粗焊铁板收缩段等不同制造方法的经典文丘里管等。

3）提供非标准节流装置的设计计算。例如，应提供1/4圆缺孔板、锥形入口孔板、偏心孔板和双重孔板等节流装置的设计计算。

4）提供可修改输入数据的方法。例如，当多个同类型流体数据计算时，不需要重复输入其物性数据；当永久压损过大时，可只修改直径比初始值，以降低压损等。

5）提供测量方案的简图。为了解该测量方案的情况，应提供不同取压方式、不同喷嘴类型等情况下的安装简图。

6）考虑节能，应提供永久压损数据。

7）为确定误差大小，应提供至少5点不同流量下对应差压的数据。

(3)标准化考虑。应按国家标准系列选用差压变送器最大差压值。

2 径比设计计算基础

表孔板等部分节流装置流出系数设计计算公式和可膨胀系数

根据GB/T2624-2006的有关公式，孔板等部分节流装置流出系数设计计算公式如表所示。表中还提供相应节流装置的可膨胀系数计算公式。

3 节流装置设计计算程序框图

MATLAB编程语言工具箱中提供大量的函数，可方便地进行节流装置的设计计算。

设计计算节流装置的程序框图见图1。图中有关内容说明如下：

(1)输入数据：不同节流装置的输入数据内容不同。以孔板为例，输入数据如下：工程名称和仪表位号、流体介质名称、流体类型、流体最大刻度流量（体积流量或质量流量）q、工况下的管道内径d（或管道外径和壁厚）、工况温度t、管道和节流件材质、工况压力p1、工况下流体密度ρ、工况下流体动力粘度μ、系统允许压降Δp、工况下气体等熵指数κ（当被测量流体为气体或蒸汽时）、初选直径比β0和取压方式。

(2)工程单位可选：根据项目提供的数据可选用合适的工程单位。例如，流量项有可选工程单位9项，粘度项有可选工程单位7项。

(3)取压方式可选：可根据应用中的取压方式确定选用何种方式取压。

(4)考虑管道材料和孔板材料的多样性，提供了十九种不同类型材质的线膨胀系数，可方便地根据工况温度确定工况下的管道内径。计算结果可计算出20℃下的节流孔径。