管径选择与管道压力降计算

管道直径选择和管道压降计算第一部分管道直径选择1.服务范围和说明1.0.1本规定适用于化工生产设备的工艺和公用物料管道，但存储和运输系统的长距离输送管道、非牛顿流体和固体颗粒气流输送管道除外。1.0.2管道直径的大小与给定流的管道系统的一次性投资(材料和安装)、运营(电力消耗和维护)和折旧费用等密切相关，必须根据这些成本进行经济比较，选择适当的管道直径，还必须考虑安全流速和其他条件的限制。本部分介绍了使用预先确定的流速或预先确定的管道压降值(设定压降控制值)选择管道直径的建议方法和数据，以便在设计时进行估算。1.0.3根据预先确定的介质流速确定管道直径时，选择第一个管道直径，如下所示：D=18.81w 0.5 u-0.5 -0.5 (1.0.3-1)或d=18.81 v 00.5 u-0.5 (1.0.3-2)格式中D管直径，公厘；W管内介质的质量流量，kg/h；V0管内介质的体积流量，m3/h；作业条件下3354介质的密度，kg/m3；u介质在管内的平均流速，m/s预定介质流速的建议值见表2.0.1。使用1.0.4管道长度的压降控制值(Pf100)选择管道直径时，请按如下方式确定管道直径：d=18.16 w 0.38-0 . 2070 . 033pf 1000.207(1 . 0 . 4-1)或d=18.16v 00.380.173pf 1000.207(1 . 0 . 4-2)格式中介质的动态粘度，Pas；Pf100100m管道长度的压降控制值，计算kPa。建议的Pf100值显示在表2.0.2中。1.0.5除了规定的情况外，压力都是绝对压力。2.管道中的流体通常使用流速范围和常规工程设计中的压降控制值2.0.1管道中各种介质常用的流速范围见表2.0.1。表中管道的材料始终是钢，除非明确说明。此表格中的流速是建议值。2.0.2管道压降控制值显示在表2.0.2-1和具有建议压降值的表2.0.2-2中。3.批准3.0.1首次选择管道直径后，根据确定的工作条件和材料特性，根据不同流动情况的公式，准确进行管道水力计算后，应进一步批准以下事项：3.0.2计算的直径应符合工程设计要求。3.0.3满足管道运输中介质流速的安全规定。3.0.4满足噪声控制要求。管道压降计算的第二部分1单相流(不可压缩流体)1.1概述1.1.1本规定适用于牛顿单相流体管道内流动压降的计算。化工专业人员在基本确定了主要设备的工作压力的情况下进行了系统的水力计算。主要设备(包括管段、阀、控制阀、流量计和管件)之间的压力降是根据化学工艺要求计算的，因此总系统压力降控制在指定的工作压力范围内，从而确定管道尺寸、设备接管尺寸、控制阀和流量计的允许压力降、安全阀和破裂盘的排放压力等。1.1.2牛顿流体的流体剪应力与速度梯度成比例，黏度为比例系数。所有气体都是牛顿流体，大部分液体是牛顿流体，除了由聚合物等物质组成的液体和泥浆。1.2计算方法1.2.1注意事项1.2.1.1安全系数计算方法中不考虑安全系数，根据实际情况，必须使用相应的数值。对于通常需要5-10年的钢管，如果向摩擦系数添加20%-30%的安全系数，则可以适应粗糙度条件的变化。超过5 10年，条件趋于稳定，但也可能进一步恶化。流动增量引起的压力降不会在此系数中考虑，因此必须再增加10%到20%。的安全系数。指定摩擦压力降的计算结果以1.15倍系数确定系统的摩擦压力降，但对于静态压力降和其他压力降，不乘以系数。1.2.1.2计算精度在工程计算中，计算结果取小数点后两位有效数字是适当的。在计算等效长度的压降的每个计算中，最终结果的有效数字不超过小数点后两位。1.2.2管道直径1.2.2.1测定管道直径的一般原则(1)管道直径应根据设计条件确定，必要时可以在设计条件下减少15%到25%的丰足量，以下情况除外：A.有燃料油循环管道系统的排出管的大小应考虑一定的循环量。B.泵、压缩机和鼓风机的管道必须根据最大工艺流(设备设计允许的速度下)确定尺寸，而不是根据机器的最大能力确定管道尺寸。C.间歇使用的管道(如旁路开工)的大小应尽可能的压差确定。(2)必须在允许的压力降范围内使用经济管道直径，某些管道的流体允许压力降范围见表1.2.2-1。(3)管道壁上有腐蚀和腐蚀的一些流体根据流速确定直径，其流速见表1.2.2-2。1.2.2.2计算管道直径方程式如下：(1.2.2-1)格式中D管直径，公厘；Vf流体体积流量，m3/h；U流体平均流量，m/s；W流体质量流量，kg/h；3354流体密度，kg/m3。通常，管道直径可在图1.2.2-1或图1.2.2-2中找到。部分管道的流体允许压降范围表1.2.2-1序号管道类别和条件压降范围kPa(100m管长度)l蒸汽p=6.4 iompa(表)46-230浏览器P 3.5MPa(表)12-35P 3.5MPa(表)23-46分支P 3.5MPa(表)23-46P 3.5MPa(表)23-69排气管4.6-122大型压缩机735kW进口1.8-9出口4.6-6.9小型压缩机进出口2.3-23压缩机循环管和压缩机出口管0.23-123安全阀入口管道(阀门的接管点)最大设定压力的3%出口官最大设定压力的10%出口汇总管道最大设定压力的7.5%4普通低压工艺气体2.3-235一般高压工艺气体2.3-696塔顶有煤气127水资源管理器238水支管189泵进口管道最多8个出口管道34 m3/h35-13834至110m3/h23-92110m3/h12-46管道壁上有腐蚀磨损流体的部分流速表1.2.2-2序号媒体条件管道材料最大允许速度m/sl烧碱(浓度5%)碳钢1.222浓硫酸(浓度80%)碳钢1.223酚水(苯酚1%)碳钢0.9l4苯酚蒸汽碳钢18.005盐水碳钢1.83直径900水泥或沥青钢管衬里4.60管道直径900水泥或沥青钢管衬里6.00注意事项：如果管是含镍的不锈钢，则流速有时会增加到表格流速的10倍以上。1.2.3管路1.2.3.1简单管路没有支管的所有管路称为简单管路。(1)直径保持不变的简单管路，流体流经整个管路的流动保持不变。(2)包含各种管道直径的管段的简单管路称为导线内管路。A.通过每个段的流保持不变，对于不可压缩流体Vf=vf1=vf2=vf3.(1.2.3-1)B.整个管路的压力降等于每个管段的压力降之和。也就是说p=plp2P3.(1.2.3-2)1.2.3.2复合管道具有支管的所有管路称为组合管路。复杂管路可以包含多个简单管路。(1)平行管道在监督人受到某种处分后，再次成为一名监督人。A.每个管道的压力降都相同。p= pl= p2= P3.(1.2.3-3)计算压力降时，只需计算其中一个管道。B.每个分支流的总和等于主管流。Vf=vf1 vf2 vf3 10.(1.2.3-4)(2)分支管道重新分类主管(非主管)的报废分支或分支中的分支。A.主管流等于每个管道流的总和。B.分支所需的能量由消耗最多能量的分支计算。C.对于更复杂的分支管道，可以从分支点分成单独计算的简单管道，作为一般简单管道。1.2.4管道压降计算1.2.4.1概述(1)将管道压力降减少为管道摩擦压力降、静态压力降和速度压力降之和。管道摩擦压力降包括直管、管件和阀门等的压力降，还包括孔板、突然扩张、突然收缩、焦炭等引起的部分压力降。静态压力降是由管的起点和终点高程差异引起的。速度压力降是由于管道的起点和终点流体流速不相等而引起的压力降。(2)复杂管路的分段计算原则通常在支管和管理器(或管道直径变化)连接中分解，管道管件(例如其他直径t形三通)在管理器中分割，必须按管道直径选择等效长度。浏览器长度是以最远的装置计算的。(3)因结垢而减少实际直径的管道，应以实际直径计算。雷诺数计算：(1.2.4-1)格式中Re雷诺数，无原因；U流体平均流量，m/s；D管直径，公厘；流体粘度，mPas；W流体质量流量，kg/h；Vf流体体积流量，m3/h；3354流体密度，kg/m3。(4)管道壁粗糙度管道壁粗糙度通常指绝对粗糙度()和相对粗糙度(/d)。绝对粗糙度表示管道内壁突出部分的平均高度。必须考虑管壁的流体腐蚀、磨损、结垢和使用。对于无缝钢管，如果流体是腐蚀性较小的流体(例如lpg、饱和蒸汽和干式压缩空气)，则可以选择绝对粗糙度=o.2mm。运输水时，对于凝结水(有空气)，使用=0.5mm。纯净水=0.2mm；未处理的水=0.3 0.5mm；对于腐蚀性较大的流体(例如酸、碱)，所需值=l mm以上。在具有相同绝对粗糙度的管道中，直径越小，对摩擦系数的影响就越大，因此使用和d的比率/d将管道壁粗糙度称为相对粗糙度。湍流中，管壁粗糙度对流体流动的摩擦系数影响很大。摩擦系数()和雷诺数(Re)以及管道壁的相对粗糙度(/d)的关系如图1.2.4-1所示。在完全湍流的情况下，干净的新管道的直径(d)占绝对粗糙度()的关系如图1.2.4-2所示。部分工业管道的绝对粗糙度见表1.2.4-1。相对粗糙度由图1.2.4-2确定。部分工业管道的绝对粗糙度表1.2.4-1序号管道类绝对粗糙度(c)毫米1234567金属管无缝黄铜、黄铜和铅管新型无缝钢管或镀锌钢管新铸铁管有轻微腐蚀的无缝钢管具有相当腐蚀的无缝钢管旧铸铁管钢板管0.01至0.050.1至0.20.25至0.420.2至0.30.5或更高版本0.85以上0.338910111213非金属管清洁玻璃管橡胶软管木管粘土排水管接缝扁平的水泥管石棉水泥管0.0015至0.010.01至0.030.25-1.250.45-6.00.330.03至0.8(5)流类型流体在管道中流动的类型分为两种流动类型：层流和湍流，层流和湍流之间存在不稳定的临界区域。湍流区可分为过渡区和完全湍流区。工业生产中的流体流动模式大部分属于过渡区域(见图1.2.4-1)。确定管道流体流动类型的标准是雷诺数(Re)。A.层流雷诺数Re2000与剪切应力成正比，摩擦压降与流体流速的一次平方成正比。B.湍流雷诺数Re4000，摩擦压降与流速的平方几乎成正比。(a)过渡区域摩擦系数()是雷诺数(Re)和管壁相对粗糙度(/d)的函数，需要使用Re104来提高流量或传热、材料传送速度，但在工业生产中粘度大的特定液体(例如厚油)除外。因此，在工程设计中，管道内的流体流动模式大部分位于湍流过渡区域内。(b)在整个湍流区域图1.2.4-1中，M-N线范围的摩擦系数与雷诺数无关，仅根据管道壁粗糙度变化。C.对于临界区域20003000，摩擦系数与雷诺数和管道壁粗糙度相关联，且粗糙度恒定时，摩擦系数可能会随雷诺数而变化。(6)摩擦系数A.层流