孔板流量计计算公式

0 引言

孔板是典型的差压式流量计,它结构简单,制造方便,在柳钢炼铁厂使用广泛,主要用于测量氧气、氮气、空气、蒸汽及煤气等流体流量。由于孔板的流入截面是突然变小的,而流出截面是突然扩张的,流体的流动速度( 情况) 在孔板前后发生了很大的变化,从而且在孔板前后形成了差压,通过测量差压可以反映流体流量大小[1]。但是流量的计算是一个复杂的过程。炼铁厂以往仅仅是通过开方器对孔板前后差压进行开方,然后乘以设计最大流量从而获得实际流量值,如公式(1)所示。

(1)

其中Q ——体积流量,Nm3/h;

Q max ——设计最大流量,Nm3/h;

Δ P ——实际差压,Pa ;

Δ P 设——设计最大差压,Pa 。

其实这种方法并不能真实反映准确流量,特别是在压力、温度波动( 变化) 较大的时候,测量出来的流量和真实流量相差较大。所以,流量的计算还需要增加温度、压力补偿。在孔板通用公式中,增加压力、温度补偿的流量计算公式关键是对介质在工况下的密度进行处理,此外还需要孔板设计说明书上的流量系数、孔板开孔直径、膨胀系数、工况密度等参数,公式比较复杂;笔者经过大量的数据统计获得的简易公式则简单得多,只要有孔板的设计最大流量、设计差压和设计压力,即可准确获得实际流量值。

1 孔板流量计计算公式

1.1 通用计算公式(2)

(2)

其中Q ——体积流量,Nm3/h;

K ——系数;

d ——工况下节流件开孔直径,mm ;

ε——膨胀系数;

α——流量系数;

Δ P ——实际差压,Pa ;

ρ——介质工况密度,kg/m3。

公式(2)中的介质工况密度ρ 和温度、压力有关,根据克拉珀龙方程,有

(3)

P ——压力,单位Pa ;

V ——体积,单位m3;

T ——绝对温度,K ;

n ——物质的量;

R ——气体常数。

相同( 一定) 质量的气体在温度和压力发生变化时,有:

(4) P 1——某种状态下气体压强,Pa ;

V 1——某种状态下气体体积,m3;

T 1——某种状态下气体绝对温度,K ; 又: (5)

(5) 代入(4)式,由于m 1=m , 化简得

所以有:

(6)

(7)

(7)式代入(2)式,有:

(8)

P 1、T 1、 1 一般选择某一已知值,如标况下氮气压力P 1=101.15KPa,温度T 1=273K,密度 1=1.25kg/m3;或者根据流量计算书,令P 1= 工况压力,T 1= 工况温度, 1= 工况密度。同时,K 、d 、ε、α 也可在流量计算书上找到相应值,然后将这几个已知值代入(8)式,公式即可化简为:

(9)

其中K' 为常数。这样,从式(9)可以看出,流量的变化随压力、温度和孔板前后差压变化而变化。该公式涉及到很多参数,计算过程复杂,不利于检查。

1.2、简易计算公式

Q =Q M ⨯∆P (P 0+P 标) (t +273. 15) ⨯⨯ (10) ∆P 0(P +P 标) (t 0+273. 15)

其中Q max ——设计最大流量,Nm3/h;

Δ P ——实际差压,Pa ;

Δ P 0——设计差压,Pa ;

P 0——设计工作压力,Pa ;

P 标——标准大气压力,一般取0.101MPa ;

P ——实际工作压力,MPa ;

t ——实际工作温度,℃;

P 0——设计工作温度,℃。

该公式是通过将差压、压力、温度的实际值和设计值的比值来计算流量,公式简单明了,有利于记忆和检查。而且,在实际使用过程中,计量准确,和通用公式计算出来的结果相比较,误差很小。

0 引言

孔板是典型的差压式流量计,它结构简单,制造方便,在柳钢炼铁厂使用广泛,主要用于测量氧气、氮气、空气、蒸汽及煤气等流体流量。由于孔板的流入截面是突然变小的,而流出截面是突然扩张的,流体的流动速度( 情况) 在孔板前后发生了很大的变化,从而且在孔板前后形成了差压,通过测量差压可以反映流体流量大小[1]。但是流量的计算是一个复杂的过程。炼铁厂以往仅仅是通过开方器对孔板前后差压进行开方,然后乘以设计最大流量从而获得实际流量值,如公式(1)所示。

(1)

其中Q ——体积流量,Nm3/h;

Q max ——设计最大流量,Nm3/h;

Δ P ——实际差压,Pa ;

Δ P 设——设计最大差压,Pa 。

其实这种方法并不能真实反映准确流量,特别是在压力、温度波动( 变化) 较大的时候,测量出来的流量和真实流量相差较大。所以,流量的计算还需要增加温度、压力补偿。在孔板通用公式中,增加压力、温度补偿的流量计算公式关键是对介质在工况下的密度进行处理,此外还需要孔板设计说明书上的流量系数、孔板开孔直径、膨胀系数、工况密度等参数,公式比较复杂;笔者经过大量的数据统计获得的简易公式则简单得多,只要有孔板的设计最大流量、设计差压和设计压力,即可准确获得实际流量值。

1 孔板流量计计算公式

1.1 通用计算公式(2)

(2)

其中Q ——体积流量,Nm3/h;

K ——系数;

d ——工况下节流件开孔直径,mm ;

ε——膨胀系数;

α——流量系数;

Δ P ——实际差压,Pa ;

ρ——介质工况密度,kg/m3。

公式(2)中的介质工况密度ρ 和温度、压力有关,根据克拉珀龙方程,有

(3)

P ——压力,单位Pa ;

V ——体积,单位m3;

T ——绝对温度,K ;

n ——物质的量;

R ——气体常数。

相同( 一定) 质量的气体在温度和压力发生变化时,有:

(4) P 1——某种状态下气体压强,Pa ;

V 1——某种状态下气体体积,m3;

T 1——某种状态下气体绝对温度,K ; 又: (5)

(5) 代入(4)式,由于m 1=m , 化简得

所以有:

(6)

(7)

(7)式代入(2)式,有:

(8)

P 1、T 1、 1 一般选择某一已知值,如标况下氮气压力P 1=101.15KPa,温度T 1=273K,密度 1=1.25kg/m3;或者根据流量计算书,令P 1= 工况压力,T 1= 工况温度, 1= 工况密度。同时,K 、d 、ε、α 也可在流量计算书上找到相应值,然后将这几个已知值代入(8)式,公式即可化简为:

(9)

其中K' 为常数。这样,从式(9)可以看出,流量的变化随压力、温度和孔板前后差压变化而变化。该公式涉及到很多参数,计算过程复杂,不利于检查。

1.2、简易计算公式

Q =Q M ⨯∆P (P 0+P 标) (t +273. 15) ⨯⨯ (10) ∆P 0(P +P 标) (t 0+273. 15)

其中Q max ——设计最大流量,Nm3/h;

Δ P ——实际差压,Pa ;

Δ P 0——设计差压,Pa ;

P 0——设计工作压力,Pa ;

P 标——标准大气压力,一般取0.101MPa ;

P ——实际工作压力,MPa ;

t ——实际工作温度,℃;

P 0——设计工作温度,℃。

该公式是通过将差压、压力、温度的实际值和设计值的比值来计算流量,公式简单明了,有利于记忆和检查。而且,在实际使用过程中,计量准确,和通用公式计算出来的结果相比较,误差很小。


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