节流装置煤矿瓦斯抽采节流装置优化设计

为了体现新型节流装置的轻便耐腐蚀等特性，节流装置上下游直管部分采用矿用高强度的塑料，节流装置的孔板与直管件采用内镶嵌结构以保证其同心性。即取管径相同的2段管，一端采用车内圆加工出和孔板直径相同的内径；另一端利用车外圆加工法削去其外缘，使其内圆外径等于孔板直径，外圆长度值等于内圆长度减去孔板的厚度值。等各部件加工之后再将孔板嵌入内圆加工段，最后嵌入外圆加工段即可。

1 带有定位槽的新型孔板

孔板是节流装置的核心部件，考虑到孔板的定位稳定问题，加工制作时采用在标准原有孔板基础上在其上游侧加上20mm的定位槽，其余标准保持不变，这样就解决了孔板的定位问题。

2 上下游测管

设计使用标准节流装置，在保证孔板的几何相似度之外，还必须遵守管道和流体条件，以保证管路流动介质的动力学相似。孔板上下游直管道最小长度应按照标准流量节流装置设计要求进行。

3 上下游测管组合

节流装置组合安装图如图，在孔板和上下游直管段加工好之后，按照图的组合方式进行安装。

孔径小的一侧与下游直管内部环形凹台阶紧密接触，然后在下游直管上轴向距离标准孔板的D/2（D为上游直管和下游直管的内径尺寸）处钻孔，在上游直管轴向距离标准孔板的D处钻孔，上游测气嘴和下游测气嘴均用铜棒加工而成，中部设有测气孔，一端有丝扣，旋入孔板上下直管兼有定位功能。在上游直管和下游直管钻孔处设置上游测气嘴和下游测气嘴。

4 测气嘴和气嘴橡皮帽

节流装置有上下2个侧气嘴，平时处于封闭状态，测量时取下，设计中测气嘴橡皮帽利用橡胶模具加工，为防止意外丢失，测气嘴橡皮帽带有橡皮环，环的直径略大于孔板流量计的直径，平时橡皮帽扣在测气嘴之上，测量时可取下。工作使用时，取下橡皮帽和橡皮帽，将U型压差计的2个测量口与上游测气嘴和下游测气嘴连接，U型压差计测出2个测量口瓦斯混合气体之间的压力差。根据测量出的压力差及矿下所测得温度数值，可以计算出瓦斯混合气体的流量。

5结论

新型的矿用瓦斯抽采节流装置，取消法兰连接，孔板内嵌于下游直管之内，定位精确，和上下游直管同轴度高，上下游直管采用矿用工程塑料，插接连接，具有安装便捷，校准方便，耐腐蚀等特点。

使用标准节流装置时，流体的性质和状态必须满足下列条件：

①流体必须充满管道和节流装置，并连续地流经管道。

②流体必须是牛顿流体，即在物理上和热力学上是均匀的、单相的，或者可以认为是单相的，包括混合气体，溶液和分散性粒子小于0.1m的胶体．在气体中有不大于2%（质量成分）均匀分散的固体微粒，或液体中有不大于5%（体积成分）均匀分散的气泡，也可认为是单相流体．但其密度应取平均密度。

③流体流经节流件时不发生相交。

④流体流量不随时间变化或变化非常缓慢。

⑤流体在流经节流件以前，流束是平行于管道轴线的无旋流。

标准节流装置不适用于动流和临界流的流量测量。

不少国家对节流装置做了很多研究工作。AGA（美国气体协会）和ASME（美国机械工程师协会）从本世纪初就开始进行节流装置的实验，研究结果分别在1969年和1971年的报告中发表。DIN（德国工业标准）中，早就对节流装置进行了规定，到1969年已经过六次修订国际标准化组织（ISO）在汇总了各国的研究成果的基础上，分别于1967年和1968年出版了ISO/R541和ISO/R781，作为节流装置的国际标准。1980年又对前面的两个文件进行了修订，出版了适合于孔板、喷嘴和文丘里管的国际标准ISO 5167。我国也于1981年出版了流量测量节流装置的国家标准GB 2624，对角接取压、法兰取压的标准孔板和角接取压标准喷嘴做了具体规定。

尤其是第二个优点，使得节流式流量计在制造和使用上都非常方便。因为对一个流量计，特别是大流量测量用的流量计，在检定时将会遇到各种各样的困难。

节流式流量计通常由能将流体流量转换成差压信号的节流装置及测量差压并显示流量的差压计组成。安装在流通管道中的节流装置也称“一次装置”，它包括节流件、取压装置和前后直管段．显示装置也称“二次装置”，它包括差压信号管路利测量中所需的仪表。

节流式流量计是一种典型的差压式流量计．是工业生产中用来测量气体、液体和蒸气流量的最常用的一种流量仪表．据调查统计，在炼钢厂、炼油厂等工业生产系统中所使用的流量计有（70—80）%左右是节流式流量计。在整个工业生产领域中，节流式流量计也占流量仪表总数的一半以上。节流式流量计所以得到如此广泛的应用，主要是因为它具有以下两个非常突出的优点：

①结构简单，安装方便，工作可靠，成本低，又具有一定准确度．能满足工程测量的需要。

②有很长的使用历史，有丰富的、可靠的实验数据，设计加工已经标准化．只要按标准设计加工的节流式流量计，不需要进行实际标定，也能在已知的不确定度范围内进行流量。

连续流体介质在管道中运动的过程中，流经管道内预置的节流装置时，其流束将会在节流装置处形成局部的缩径状态。从而使流体介质的流速增大，静水压力相对降低。这种状况就会在节流装置（孔板）上游和下游产生压力降（压差）。流动介质的流量相对越大，那么在节流装置上下游所产生的压差也会越大。

因此，可通过节流测量装置的压差，经一定转换来相对衡量流经节流装置内流体流量的大小，这就是利用节流装置来具体测定管道内连续流动介质流量的基本原理。

节流装置作为流量计中最重要的一个分支，它分为标准节流装置和非标准节流装置两大类。标准节流装置有：标准孔板，ISA标准喷嘴，长颈喷嘴，经典文丘里管和文丘里喷嘴； 非标准节流装置有：环形孔板，四分之一圆喷嘴，四分之一圆孔板，锥形入口孔板，圆缺孔板，偏心孔板，双重孔板，低压损流量管，矩形文丘里管，V型锥流量计，楔形流量计，内藏孔板，限流孔板等 。

标准节流装置是按照国际标准ISO5167和ISO9300、国家标准GB/T2624-2006规定的技术条件设计，制造，使用的一套节流装置。

节流装置是在充满管道的流体流经管道内的一种流装置，流束将在节流处形成局部收缩，从而使流速增加，静压力降低，于是在节流件前后产生了静压力差（或称节流式流量计）。2100433B

以节流装置为检测件的差压流量计是使用成熟、用量巨大的一类流量计，手册分三部分概述了节流装置使用中需要的资料。此次修订核心内容主要是流出系数公式和直管段长度的规定。修订后，手册完全符合标准ISO 5167：2003（E）。

手册第一篇介绍了标准节流装置的结构形式、安装要求、使用及设计计算方法，并收集了偏离标准的处理，以及各类非标准节流装置的应用资料。第二篇汇编了通用性及流体物性方面的有关资料。第三篇是制造安装图，可供读者自行设计制造节流装置时使用。

第一篇 原理和基础

第一章 基本原理

第一节 概述

第二节 节流装置测量原理

一、流体通过节流装置的流动情况

二、流量方程式

三、标准节流装置的测量原理

第二章 流量方程式中各参数的确定方法

第一节 概述

第二节 流出系数

一、孔板、喷嘴的流出系数特性

二、标准孔板的流出系数

第三节 可膨胀性系数

第四节 被测介质的物性参数

一、密度

二、黏度

三、等熵指数κ

第五节 雷诺数

第六节 压力、温度和密度的测量

一、压力测量

二、温度测量

三、密度测量

第七节 材料的热膨胀系数

第八节 流体通过节流装置时的压力损失

一、孔板和喷嘴的压力损失

二、文丘里喷嘴和经典文丘里管的压力损失

三、能耗计算式

四、耗能费（年）

第九节 差压上限值的确定

第三章 标准节流装置的结构形式和技术要求

第一节 概述

第二节 孔板的结构形式和技术要求

一、孔板的结构形式

二、孔板的取压装置

第三节 喷嘴的结构形式和技术要求

一、ISA喷嘴

二、长径喷嘴

第四节 经典文丘里管的结构形式和技术要求

一、经典文丘里管的结构形式

二、各种类型经典文丘里管的廓形特性

三、取压装置

第五节 文丘里喷嘴的结构形式和技术要求

一、文丘里喷嘴的几何廓形

二、文丘里喷嘴的取压装置

第四章 标准节流装置的安装

第一节 概述

第二节 阻流件的影响

一、速度分布畸变和旋涡角

二、弯头

三、渐扩管和突扩管

四、渐缩管和突缩管

五、阀门

第三节 标准节流装置的安装要求

一、概述

二、测量管及其安装

三、节流件的安装

四、差压信号管路的安装

第五章 标准节流装置与差压计的使用

第一节 概述

第二节 标准节流装置的使用条件

第三节 制造节流装置的材料

第四节 孔板的强度计算

第五节 标准节流装置的选择原则

第六节 标准节流装置的检验方法

一、几何检验法

二、系数检验法

第七节 差压计(差压变送器)的检验

一、差压计(差压变送器)的技术要求

二、差压计(差压变送器)的检验条件

三、差压计(差压变送器)的检验项目和方法

第六章 标准节流装置的设计计算

第一节 概述

第二节 常用设计计算命题的计算办法

第三节 设计计算实例

一，实例之一 被测介质为水

二，实例之二 被测介质为天然气

三， 实例之三 被测介质为水

四， 实例之四 被测介质为过热蒸气

五， 实例之五 被测介质为空气

六， 实例之六 被测介质为高炉煤气

七， 实例之七 被测介质为天然气

八， 实例之八 被测介质为焦炉煤气

九， 实例之九 被测介质为过热水蒸气

第七章 标准节流装置偏离标准规定的处理和测量的附加误差

第一节 概述

第二节 节流装置不符合标准要求

第三节 管道布置不符合标准要求

第四节 使用条件不符合标准要求

第五节 管道粗糙度不符合标准要求

第八章 其他(非标准)节流装置

第九章 流量测量的不确定度

第一节 概述

第二节 流量测量不确定度的计算

第三节 流量测量不确定度计算举例

第二篇 设计计算用图表

第一章 通用图表

第二章 气体的物理性质图表

第三章 液体的物理性质图表

第四章 水和水蒸气的物理性质表

第五章 节流装置的流出系数和可膨胀性系数

第三篇 节流装置制造安装图

第一章 标准节流装置制造安装图

第二章 非标准节流装置制造安装参考图

第三章 差压信号管路的安装示意图

参考文献

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