（川化股份有限公司，四川 成都610301）
［中图分类号］TK222 ［文献标识码］B ［文章编号］1004-9932(2013)03-0057-02
高压蒸汽的品质对下游汽轮机的运行有着至关重要的影响，蒸汽品质下降会使汽轮机的叶轮上结盐，从而影响汽轮机的运行效率与使用寿命。为了对川化股份有限公司化肥厂二合车间10 MPa高压蒸汽品质进行有效的监测，即测量10 MPa高压蒸汽的电导率和pH，必须使用在线连续测量仪，而通常电导率仪和工业pH计只能在常温和常压下使用，故须使用节流元件（孔板）对高压蒸汽进行降压，并对高压蒸汽降温，使10 MPa高压蒸汽减压到0.4 MPa，然后通过蛇形盘管冷却为蒸汽冷凝液，再取样分析。以下运用减压孔板的相关理论对高压蒸汽取样孔板进行设计计算。
1 汽水流过孔板时的热力过程分析
1.1 单相蒸汽流过孔板时的热力学状态
单相蒸汽在流过普通节流孔板时通常有2种状态，即亚临界状态或临界状态。在临界状态下，如果增大节流孔板前后的压力差，蒸汽通过孔板时的流速会增大，并逐渐接近当地音速。当蒸汽流速达到当地音速时，蒸汽处于临界状态，其流速也达到极限，不会再随孔板前后压力差的增大而增大，相应通过孔板的蒸汽流量也不会再增大。
设单相蒸汽通过孔板前、后的压力分别为p1 和p2，孔板前的滞止压力为p10，孔板后压力与孔板前滞止压力比为ε=p2/ p10，当ε达到 时（式中，k值对过热蒸汽为0.546，对干饱和蒸汽为0.577），蒸汽处于临界状态，此时的流量为当地环境下能通过孔板的最大流量。蒸汽流过孔板不发生状态变化时，一般不易引起相应管路的振动，但如果孔板选择不当，就会导致经过孔板后蒸汽的参数达不到相应要求，造成热力系统隐性的经济性下降。
1.2 水流过孔板时的物理状态及现象分析
锅炉汽水管路中，最可能出现管路振动的位置大都是最容易发生气液两相流的地方，这些位置有一个特点，即孔板前后的压力差很大，这些地方的孔板如果选用不当，会给安全运行带来很大隐患。
当水经过节流孔板缩口时，流束会变细或收缩，流束的最小横断面出现在实际缩口的下游，称为缩流断面。在缩流断面处水的流速是最大的。由流体力学理论可知，流速的增加伴随着缩流断面处压力pv的降低，在缩流断面后的区域，流速下降、压力增加，但由于能量损失的存在，下游的压力不会完全恢复到与上游相同的压力。图1形象地反映了水流过孔板时的物理过程，其中pv为缩流断面处的压力，v1和v2分别为孔板前、后的流速。
当缩流断面处的压力pv 小于当地水的饱和蒸汽压力pvc时，部分水会汽化，同时溶解在水中的部分气体也会逸出，形成蒸汽与气体混合的小气泡。如果孔板下游的压力p2仍低于当地水的饱和蒸汽压力，气泡将在下游的管道继续产生，气液两相混合存在，形成闪蒸现象。产生闪蒸以后，如果p2没有保持在相应水的饱和蒸汽压力以下，而是恢复到高于该饱和压力的水平，那么气泡会在高压的作用下迅速凝结而破裂，在气泡破裂的瞬间产生局部空穴，高压水以极高的速度流向这些原气泡占有的空间，形成一个冲击力。由于气泡中的气体和蒸汽来不及在瞬间全部溶解和凝结，在冲击力作用下又分成小气泡，再被高压水压缩、凝结，如此多次反复，产生空化现象。通常我们把闪蒸和空化合称为气蚀，气蚀造成的破坏是巨大的：气泡破裂和高速冲击会引起严重噪音，管道振动大，在流道表面极微小的面积上冲击力形成的压力可高达几百甚至上千兆帕，冲击频率可达每秒几万次，在短时间内就可能引起冲刷面的严重损坏。可见，不论是闪蒸还是空化，对安全运行都是不利的，因此选择节流孔板时应避免这种情况的发生。
2 取样孔板的设计计算
取样孔板的设计计算一般包括确定孔板的孔径d、孔板级数n、孔板厚度Sc，使一定流量的流体实现适宜的压降。由前述分析可知，多级取样孔板的选择计算必须要避免产生空化，以防气蚀对管材的破坏，并减少噪音的产生。计算初始条件为