【正文】 管徑選擇與管道壓力降計(jì)算第一部分 管徑選擇1． 應(yīng)用范圍和說明 本規(guī)定適用于化工生產(chǎn)裝置中的工藝和公用物料管道，不包括儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的長(zhǎng)距離輸送管道、非牛頓型流體及固體粒子氣流輸送管道。 對(duì)于給定的流量，管徑的大小與管道系統(tǒng)的一次投資費(fèi)(材料和安裝)、操作費(fèi)(動(dòng)力消耗和維修)和折舊費(fèi)等項(xiàng)有密切的關(guān)系，應(yīng)根據(jù)這些費(fèi)用作出經(jīng)濟(jì)比較，以選擇適當(dāng)?shù)墓軓?，此外還應(yīng)考慮安全流速及其它條件的限制。本規(guī)定介紹推薦的方法和數(shù)據(jù)是以經(jīng)驗(yàn)值，即采用預(yù)定流速或預(yù)定管道壓力降值(設(shè)定壓力降控制值)來選擇管徑，可用于工程設(shè)計(jì)中的估算。 當(dāng)按預(yù)定介質(zhì)流速來確定管徑時(shí)，采用下式以初選管徑： d= (—1) 或 d= (—2) 式中 d——管道的內(nèi)徑，mm； W——管內(nèi)介質(zhì)的質(zhì)量流量，kg／h； V0——管內(nèi)介質(zhì)的體積流量，m3／h； ρ——介質(zhì)在工作條件下的密度，kg／m3； u——介質(zhì)在管內(nèi)的平均流速，m／s。 當(dāng)按每100m計(jì)算管長(zhǎng)的壓力降控制值(⊿Pf100)來選擇管徑時(shí)，采用下式以初定管徑： d＝ ⊿Pf100 – (—1) 或 d＝ ⊿Pf100 – (—2) 式中 181?！橘|(zhì)的動(dòng)力粘度，Pas；⊿Pf100——100m計(jì)算管長(zhǎng)的壓力降控制值，kPa。 推薦的⊿。 本規(guī)定除注明外，壓力均為絕對(duì)壓力。2． 管道內(nèi)流體常用流速范圍和一般工程設(shè)計(jì)中的壓力降控制值 。表中管道的材質(zhì)除注明外，一律為鋼。該表中流速為推薦值。 －－2，該表中壓力降值為推薦值。3． 核定 初選管徑后，應(yīng)在已確定的工作條件及物料性質(zhì)的基礎(chǔ)上，按不同流動(dòng)情況的有關(guān)公式，準(zhǔn)確地作出管道的水力計(jì)算，再進(jìn)一步核定下述各項(xiàng)： 所計(jì)算出的管徑應(yīng)符合工程設(shè)計(jì)規(guī)定； 滿足介質(zhì)在管道輸送時(shí)，對(duì)流速的安全規(guī)定； 滿足噪聲控制的要求。第二部分 管道壓力降計(jì)算1 單相流(不可壓縮流體) 簡(jiǎn)述 本規(guī)定適用于牛頓型單相流體在管道中流動(dòng)壓力降的計(jì)算。在化工工藝專業(yè)已基本確定各有關(guān)主要設(shè)備的工作壓力的情況下，進(jìn)行系統(tǒng)的水力計(jì)算。根據(jù)化工工藝要求計(jì)算各主要設(shè)備之間的管道(包括管段、閥門、控制閥、流量計(jì)及管件等)的壓力降，使系統(tǒng)總壓力降控制在給定的工作壓力范圍內(nèi)，在此基礎(chǔ)上確定管道尺寸、設(shè)備接管口尺寸、控制閥和流量計(jì)的允許壓力降，以及安全閥和爆破片的泄放壓力等。 牛頓型流體是流體剪應(yīng)力與速度梯度成正比而粘度為其比例系數(shù)。凡是氣體都是牛頓型流體，除由高分子等物質(zhì)組成的液體和泥漿外，多數(shù)液體亦屬牛頓型流體。 計(jì)算方法 注意事項(xiàng) 安全系數(shù) 計(jì)算方法中未考慮安全系數(shù)，計(jì)算時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選用合理的數(shù)值。通常，對(duì)平均需要使用5～10年的鋼管，在摩擦系數(shù)中加20％～30％的安全系數(shù)，就可以適應(yīng)其粗糙度條件的變化；超過5～10年，條件往往會(huì)保持穩(wěn)定，但也可能進(jìn)一步惡化。此系數(shù)中未考慮由于流量增加而增加的壓力降，因此須再增加10％～20％。的安全系數(shù)。，但對(duì)靜壓力降和其它壓力降不乘系數(shù)。 計(jì)算準(zhǔn)確度 在工程計(jì)算中，計(jì)算結(jié)果取小數(shù)后兩位有效數(shù)字為宜。對(duì)用當(dāng)量長(zhǎng)度計(jì)算壓力降的各項(xiàng)計(jì)算中，最后結(jié)果所取的有效數(shù)字仍不超過小數(shù)后兩位。 管 徑 確定管徑的一般原則 (1) 應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)條件來確定管道直徑，需要時(shí)，可以有設(shè)計(jì)條件下壓力降15％～25％的富裕量，但以下情況除外： a. 有燃料油循環(huán)管路系統(tǒng)的排出管尺寸，應(yīng)考慮一定的循環(huán)量； b. 泵、壓縮機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)的管道，應(yīng)按工藝最大流量(在設(shè)備設(shè)計(jì)允許的流速下)來確定尺寸，而不能按機(jī)器的最大能力來確定管道尺寸； c. 間斷使用的管道(如開工旁路管道)尺寸，應(yīng)按可能得到的壓差來確定。 (2) 在允許壓力降范圍內(nèi)，應(yīng)采用經(jīng)濟(jì)管徑，—1。 (3) 某些對(duì)管壁有腐蝕及磨蝕的流體，由流速?zèng)Q定管徑，－2。 管徑計(jì)算 計(jì)算公式如下： (1. 2. 2－1)式中 d——管道內(nèi)直徑，mm； Vf——流體體積流量，m3/h； u——流體平均流速，m/s； W——流體質(zhì)量流量，kg/h； ρ——流體密度，kg/m3?！?查得管徑。某些管道中流體允許壓力降范圍 —1序號(hào)管道種類及條件壓力降范圍kPa(100m管長(zhǎng))l蒸汽 P＝～I(xiàn)OMPa(表)46～230總管 P (表)12～35P ≥(表)23～46支管 P (表)23～46P ≥(表)23～69排氣管～122大型壓縮機(jī) 735kW進(jìn)口～9出口～小型壓縮機(jī)進(jìn)出口～23壓縮機(jī)循環(huán)管道及壓縮機(jī)出口管～123安全閥進(jìn)口管(接管點(diǎn)至閥)最大取整定壓力的3%出口管最大取整定壓力的10%出口匯總管%4一般低壓下工藝氣體～235一般高壓工藝氣體～696塔頂出氣管127水總管238水支管189泵進(jìn)口管最大取8出口管 34 m3／h35～13834～110 m3／h23～92110 m3／h12～46某些對(duì)管壁有腐蝕及磨蝕流體的流速 表1. 2. 2－2序 號(hào)介質(zhì)條件管道材料最大允許流速 m／Sl燒堿液(濃度5％)碳鋼2濃硫酸(濃度80％)碳鋼3酚水(含酚1％)碳鋼4含酚蒸汽碳鋼5鹽水碳鋼管徑≥900襯水泥或?yàn)r青鋼管管徑900襯水泥或?yàn)r青鋼管 注：當(dāng)管道為含鎳不銹鋼時(shí)，流速有時(shí)可提高到表中流速的10倍以上。 管路 簡(jiǎn)單管路 凡是沒有分支的管路稱為簡(jiǎn)單管路。 (1) 管徑不變的簡(jiǎn)單管路，流體通過整個(gè)管路的流量不變。 (2) 由不同管徑的管段組成的簡(jiǎn)單管路，稱為串聯(lián)管路。 a. 通過各管段的流量不變，對(duì)于不可壓縮流體則有 Vf＝Vf1=Vf2=Vf3…… (—1) b. 整個(gè)管路的壓力降等于各管段壓力降之和，即 ⊿P＝⊿Pl+⊿P2+⊿P3＋…… (—2) 復(fù)雜管路 凡是有分支的管路，稱為復(fù)雜管路。復(fù)雜管路可視為由若干簡(jiǎn)單管路組成。 (1) 并聯(lián)管路 在主管某處分支，然后又匯合成為一根主管。 a. 各支管壓力降相等，即 ⊿P＝⊿Pl＝⊿P2＝⊿P3…… (—3) 在計(jì)算壓力降時(shí)，只計(jì)算其中一根管子即可。 b. 各支管流量之和等于主管流量，即 Vf＝Vf1＋Vf2＋Vf3十…… (—4) (2) 枝狀管路 從主管某處分出支管或支管上再分出支管而不匯合成為一根主管。 a. 主管流量等于各支管流量之和； b. 支管所需能量按耗能最大的支管計(jì)算； c. 對(duì)較復(fù)雜的枝狀管路，可在分支點(diǎn)處將其劃分為若干簡(jiǎn)單管路，按一般的簡(jiǎn)單管路分別計(jì)算。 管道壓力降計(jì)算 概述(1) 管道壓力降為管道摩擦壓力降、靜壓力降以及速度壓力降之和。管道摩擦壓力降包括直管、管件和閥門等的壓力降，同時(shí)亦包括孔板、突然擴(kuò)大、突然縮小以及接管口等產(chǎn)生的局部壓力降；靜壓力降是由于管道始端和終端標(biāo)高差而產(chǎn)生的；速度壓力降是指管道始端和終端流體流速不等而產(chǎn)生的壓力降。(2) 對(duì)復(fù)雜管路分段計(jì)算的原則，通常是在支管和總管(或管徑變化處)連接處拆開，管件(如異徑三通)應(yīng)劃分在總管上，按總管直徑選取當(dāng)量長(zhǎng)度?？偣荛L(zhǎng)度按最遠(yuǎn)一臺(tái)設(shè)備計(jì)算。(3) 對(duì)因結(jié)垢而實(shí)際管徑減小的管道，應(yīng)按實(shí)際管徑進(jìn)行計(jì)算。 雷諾數(shù)按下式計(jì)算： （－1）式中Re——雷諾數(shù)，無因次；u——流體平均流速，m／s；d——管道內(nèi)直徑，mm；181?！黧w粘度，mPas；W——流體的質(zhì)量流量，kg／h；Vf——流體的體積流量，m3／h；ρ——流體密度，kg／m3。(4) 管壁粗糙度管壁粗糙度通常是指絕對(duì)粗糙度(ε)和相對(duì)粗糙度(ε／d)。絕對(duì)粗糙度表示管子內(nèi)壁凸出部分的平均高度。在選用時(shí)，應(yīng)考慮到流體對(duì)管壁的腐蝕、磨蝕、結(jié)垢以及使用情況等因素。如無縫鋼管，當(dāng)流體是石油氣、飽和蒸汽以及干壓縮空氣等腐蝕性小的流體時(shí)，可選取絕對(duì)粗糙度ε＝；輸送水時(shí)，若為冷凝液(有空氣)則取ε＝；純水取ε＝；未處理水取ε＝～；對(duì)酸、堿等腐蝕性較大的流體，則可取＝l mm或更大些。對(duì)相同絕對(duì)粗糙度的管道，直徑愈小，對(duì)摩擦系數(shù)影響程度愈大，因此用ε和d的比值ε／d來表示管壁粗糙度，稱為相對(duì)粗糙度。在湍流時(shí)，管壁粗糙度對(duì)流體流動(dòng)的摩擦系數(shù)影響甚大。摩擦系數(shù)(λ)與雷諾數(shù)(Re)及管壁相對(duì)粗糙度(ε／d)—1所示；在完全湍流情況下，清潔新管的管徑(d)占絕對(duì)粗糙度(ε)—2所示?！?；—2查得。某些工業(yè)管道的絕對(duì)粗糙度 表1. —1序 號(hào)管 道 類 別絕對(duì)粗糙度(c) mm1234567金屬管無縫黃銅管、銅管及鉛管新的無縫鋼管或鍍鋅鐵管新的鑄鐵管具有輕度腐蝕的無縫鋼管具有顯著腐蝕的無縫鋼管舊的鑄鐵管鋼板制管～～～～8910111213非金屬管干凈玻璃管橡皮軟管木管道陶土排水管接頭平整的水泥管石棉水泥管～～—～～(5) 流動(dòng)型態(tài) 流體在管道中流動(dòng)的型態(tài)分為層流和湍流兩種流型，層流與湍流間有一段不穩(wěn)定的臨界區(qū)。湍流區(qū)又可分為過渡區(qū)和完全湍流區(qū)。工業(yè)生產(chǎn)中流體流型大多屬于過渡區(qū)，—1所示。 確定管道內(nèi)流體流動(dòng)型態(tài)的準(zhǔn)則是雷諾數(shù)(Re)。a. 層流 雷諾數(shù)Re2000，其摩擦損失與剪應(yīng)力成正比，摩擦壓力降與流體流速的一次方成正比。 b. 湍流 雷諾數(shù)Re≥4000，其摩擦壓力降幾乎與流速的平方成正比。 (a) 過渡區(qū) 摩擦系數(shù)(λ)是雷諾數(shù)(Re)和管壁相對(duì)粗糙度(ε／d)的函數(shù)，在工業(yè)生產(chǎn)中，除粘度較大的某些液體(如稠厚的油類等)外，為提高流量或傳熱、傳質(zhì)速率，要求Re104。因此，工程設(shè)計(jì)中管內(nèi)的流體流型多處于湍流過渡區(qū)范圍內(nèi)。(b) 完全湍流區(qū) —1中，MN線上部范圍內(nèi)，摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)無關(guān)而僅隨管壁粗糙度變化。c. 臨界區(qū) 200