sgin0051节流装置计算导则

设计导则 中国石化工程建设公司

节流装置计算导则 SGIN 0051-2000 实施日期 2000年 11月 20日 共 28 页 第 1 页 目 录

序言?????????????????????????????2 1 名词和术语 ????????????????????????4 2 符号和单位 ????????????????????????5 3 节流装置计算 ???????????????????????6 3.1 节流装置计算的约束条件(ISO 5167)????????????6 3.2 管道雷诺数ReD 的计算 ??????????????????7 3.3 气体膨胀系数 ? 的计算 ?????????????????8 3.4 流出系数C的计算 ????????????????????8 3.5 节流装置的选型计算???????????????????8 3.6 节流装置的使用计算???????????????????11 3.7 节流装置选型说明????????????????????12 4 附录

4.1 Intools 节流装置计算程序????????????????12 4.2 程序的使用说明?????????????????????12 4.3 Intools节流装置计算公式 ????????????????14 4.4 InstruCalc 节流装置计算程序 ??????????????23 4.5 节流装置计算的标准???????????????????27

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序言

在流程行业中流量测量具有非常重要的意义，工艺过程的物料平衡和能量平衡无不依赖于精确的流量测量和控制。在长期的工程实践中，人们总结出了许许多多流量测量的方法。但在工程中应用最广泛的测量方法还是根据流体经过节流时压差的变化来测量流量，即利用节流装置和差压变送器来测量流量。

流体经过节流件时，节流件上下游的压差与流量之间具有确定的关系，利用这一关系，通过测量经过节流件的压差来测量流量。压差与流量之间的关系可以通过柏努利方程推导得出。这种流量测量方法很早就已经使用，不同组织先后进行过大量的流量测量实验、发布了流量测量数据，ISO 国际标准化组织还制定了ISO 5167标准、规定了测量的使用条件、计算公式和误差估算。使得采用该标准建立的流量测量系统具有一定的精确性和复现性，并且测量的不确定度可以预测。

需要说明的是流量与压差的开方之间的线形关系是有条件的。用户可以参看3.1节《节流装置计算的约束条件(ISO 5167)》的说明。

采用节流装置配用差压变送器来测量流量包含这样一个假设，即流量与压差的开方之间具有线形关系。而实际情况是由于流量系数? (或流出系数C)并非恒定的，它是与管道雷诺数有关的一个变量、而管道雷诺数又与流量具有线性关系。这就是说不同工况 (流量)下，由差压变送器测出的流量本身就存在误差，并且误差的分布是不同的。ISO标准和AGA标准推荐Beta值为0.55左右，在这一取值范围内系统的误差较小。

这种系统误差对测量的影响包含在节流装置测量的不确定度的分析中，而且雷诺数的变化对流出系数C的影响可以参看《3.4 流出系数C的计算》一节。由于流出系数C引入的误差在整个测量误差中占有很小比例，因此在使用状态下，由节流装置和流量变送器组成的测量系统所测量的流量可以近似地作为实际流量。在节流装置选用计算时，在确定孔径比Beta值后，通常要计算采用该孔径比的节流装置进行测量的不确定度。

此外还有许多因素影响着流量测量的精度，例如流体的流动状况对流量测量的影响。在雷诺Re小于2000时，流体处于层流状态。在层流状态下流量与压差近似成线性关系。在雷诺Re大于40000时，流体处于湍流状态、由于湍流状态下流体具有充分发展的流动剖面、流速的分布比较均匀，在满足节流装置的其他约束条件下，流量与压差的开方成比例关系。界于湍流和层流状态之间的过渡流状态其流量与压差之间没有确定关系。流体的流量测量只有在湍流状态下才是有意义的。换句话说，必须保证流体在正常流量下管道雷诺数大于限定最小雷诺数。用户可以参看3.1节《节流装置计算的约束条件(ISO 5167)》,以了解影响流量测量的各种因素、以及它们对流量测量的不确定度的影响。

本导则并不进行节流装置理论计算的探讨，而是面向工程设计人员的生产实践，希望能对其计算、选型工作给予帮助。考虑到设计人员广泛使用Intools 和InstruCalc计

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算程序，我们在附录中提供了这些程序的使用说明和计算公式。

目前在节流装置计算方面主要有下面一些标准： ISO 5167-1 1980/1991

《流量测量节流装置用孔板、喷嘴、和文丘里管测量充满圆管的流体流量》GB/T2624-93

British standard 1042. (1989)

ANSI/API 2530 (1991) [AGA Report 3] (AGA 美国天然气协会)

此外对某些非标准节流装置采用了R.W. Miller所著《流量测量工程手册》中的计算公式。该流量测量手册的英文全称为:

《Flow Measurement Engineering Handbook》 by R.W. Miller, edition (1996) 由于ISO 5167 标准是由国际标准化组织ISO所制定,并且在国际上被广泛接受和使用。本导则中使用的名词术语、计算公式将主要依据ISO 5167 标准。对于采用其他标准的节流装置计算公式一般都给出遵循的国际(内)标准，

注： ISO 5167-1标准是由ISO /TC30“封闭管道中流体流量的测量” 技术委员会的SC2 “差压装置”分技术委员会制定，该标准的总题目(Topic)为：“用差压装置测量流 体流量”。

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1 名词和术语

1.1 差压

在考虑节流装置取压口上下游之间的高度差之后，在一次装置上游的静压P1 和下游（或文丘里管喉部）的静压P2 间的差值，ISO 5167标准中规定了各种节流装置和取压方式的取压口的位置。只有从满足规定的取压口中测出的压力才能作为P1 、P2 。 1.2 节流孔(或喉部)

一次装置中横截面积最小的开孔,标准节流装置的节流孔是圆的，并且与管线同轴。 1.3 雷诺数 ReＤ

表示惯性力和粘性力之比的无量纲的参数

4qm ReD???1?D 1.4 等熵指数κ

在基本可逆(等熵)转换条件下，压力的相对变化对密度的相对变化之比。等熵指数K随气体的性质及温度和压力而变化，由于许多气体的等熵指数K没有公布过, ISO 5167标准允许使用理想气体的比热比来代替等熵指数κ计算流量。 1.5 流出系数C

对不可压缩流体理论计算的流量与实际测量的流量存在偏差，为了补偿这种偏差，引入流出系数C，其定义式为：Q实际=C ? Q理论 流出系数的计算式为：

C?qm1??4?/4?d22?P?1

流量系数? 与流出系数C的关系为：?= C ?（1/1??4）

对于给定装置的流出系数C仅仅与雷诺数有关，对于不同的装置，只要这些装置是几何相似的、并且流动都是以相同的雷诺数来表征的，则C的数值是相同的。 1.6 膨胀系数 ?

对可压缩流体(气体)由于流体可压缩性、理论计算的流量要小于实际测量的流量。通过引入的修正系数?来补偿流体可压缩性的影响。对不可压缩流体，其膨胀系数 ? = 1，而对可压缩流体膨胀系数 ? ＜ 1 。气体膨胀系数 ? 取决于差压、静压、和等熵指数。

1.7 不可恢复压力损失

流体经过节流件时，从节流件上游到缩流处(Vena Contracta),由于流通面积缩小、流速增加，压力减小。而由缩流处到节流件下游，流速被恢复而压差不能完全被恢复，存在一部分压力损失。与流体经过节流件的压差不同，不可恢复压力损失反映了流体经过节流件时的能量损失，并且这部分能量损失是由于在忽略流体位能变化后，在速度头和压头之间的机械能转化时，有一部分机械能以热能的形式散失了。从不可恢复压力损