管径选择与管道压力降计算四138~over

1、7浆液流7.1简述7.1.1浆液流型的分类浆液由液、固两相组成，届两相流范畴，其流型届非牛顿型流体；按固 体颗粒在连续相中的分布情况，乂可分为均匀相浆液、混合型浆液和非均匀相浆 液三种流型。7.1.2浆液输送管道尺寸确实定确定浆液输送管道的尺寸，必须注意以下几点：7.1.2.1均匀相流动的浆液，要求固体颗粒均匀地分布在液相介质之中，只要计 算出浆液中固体颗粒的最大粒径dmh,将它与筛分数据进行比拟，假设全部固 体颗粒小丁dmh,那么为均匀相浆液，否那么为混合型浆液或非均匀相浆液。7.1.2.2为防止固体粒子在管道中沉降，要使浆液浓度、粘度和沉降速度问处丁 合理的关系中。对丁均匀相浆液的输送，必

2、须确定浆液呈均匀相流动时的最低流 速，且要获得高浓度、低粘度、消沉降速度。浆液流动要求有一个适宜的流速， 它不宜太快，否那么管道摩擦压力降大；它亦不宜太慢，否那么易堵塞管道。该适宜 的最低流速数据由试验确定。为获得高浓度、低粘度、消沉降速度，可采用适宜 的添加剂。7.1.2.3混合型浆液或非均匀相浆液的输送，应保证浆液流动充分呈湍流工况。7.1.3本规定提出了计算浆液流体的管道压力降的数据收集、关联式回归和计算 步骤的一般内容和要求，适用丁均匀相浆液、混合型浆液或非均匀相浆液三种流 型的压力降计算。7.2计算方法7.2.1计算依据提供以下数据：7.2.1.1实测数据1最低的浆液流体流速Umin

3、；2固体筛分的质量白分数Xpi；3固体筛分的密度旧；4浆液流的表观粘度闻与男切速率寸的相关数据或流变常数T和流变 指数n。7.2.1.2可计算数据1连续相水的物性数据：粘度化、密度pL；2固体的质量流量WS或浆液的质量流量WSL及浆液的浓度CSL;3连续相水的质量流量WL；4浆液的平均密度伽；5固体的平均密度闾。7.2.2计算方法的应用7.2.2.1计算浆液流体物性数据1 ps、PL、WS、WL计算:SL(7.2.21)PSL、PL、WSL、CSL,计算(:SIVS= 1VSL CsL(7.2.22)(7.2.23)代=际何Ws/WsL * pLL归L)计算均匀相浆液的物性数据计算混合型浆液物

4、性数据赛=W“s (Xpi/100)ASWs (Xpi/100)/缶P2S = S (Xp3/100)/SClVs- 8.4时-141Ch=18.9Y当8.4 Y 0.5时Ch=21.11Y1.46当0.5AY 0.05时Ch=18.12Y0.963当0.05A Y 0.016时Ch=12.06Y0.824当0.016AY 0.00146时Ch=0.4当Y 0.00146时Ch=0dmh=1.65 Ch3 pa/ (p1Sfa)假设固体颗粒粒度全小丁dmh ,为均匀相浆液，否那么为混合型浆液或非均匀相浆液7.2.2.3管径确实定1输送均匀相浆液由试验获得浆液最低流速Umin，计算管径DD jJ

5、凡6Q0 X 0 785U.(7.2.212)(7.2.213)(7.2.214)(7.2.215)(7.2.216)(7.2.217)(7.2.218)(7.2.219)(7.2.2 20)(7.2.221)(7.2.222)(7.2.223)管径选择与管道压力降计算PS304-03142一浆液流流型应控制在滞流的范围之内，故Re在2300以下。调整D到满足要管径选择与管道压力降计算PS304-03143一求为止。2输送混合型浆液或非均匀相浆液由试验获得浆液最低流速Umin，可计算允许流速Ua；由浆液流的有关参数X、非均匀相中固体颗粒的平均粒径dwa，可计算管径D。X与Umin /gD.5的

6、关联式由回归获得。响+。.8+印)/(36OOX0. 785。受)z=100Xw心其(阪一卢/必dy=(XPW) /XXp?当dwa 368时Fd= 1当dwa368时Fd=dwa士386当0.006 x 2时Um/(.gDy =exp_l.O53Xm叮当2x5847时(7.2.225)(7.2.226)(7.2.227)(7.2.228)(7.2.2 29)(7.2.230)(7.2.2 32)Ua一U | a。调整D到满(7.2.2 33)管径选择与管道压力降计算PS304-03144一(7.2.2 34)Che=0.1管径选择与管道压力降计算PS304-03145 当20 Z 5847时

7、Che=0.4当1.5 Z 20时x-vc c r c -1.106Che=10.979Z当0.015 Z 1.5时Che=13.5Z-1.61叽=0. 003612摩擦压力降APK的计算它由直管段、阀门、管件的摩擦压力降组成。其值为正，表示压力下降。流 体流经阀门、管件的局部阻力有两种计算方法：阻力系数法和当量长度法。现推 荐当量长度法。a.均匀相浆液摩擦压力降/ PK的计算PK=0.03262 10 UaL Le/D27.2.2 40b.混合型浆液或非均匀相浆液摩擦压力降/PK的计算浆液中非均匀相固体的有效体积分率W为： =0.5 1U/Vt/sin Q：；0.25L1U / Vt/sin

8、 ： Xvhes，U / Vt/sin ：(7.2.2 41)UhsL=U+旺Vt2 sina(7.2.242)假设Xvhes2 Vt2 sinaU那么W=XvhesUhsL=U(7.2.243)(a)非垂直管道PKI= 4Fn/D, ；aU*LL Le/ 20000gc(7.2.2 44)dd=U2sL忻，/瓜口，9.81。(2$3)5(7.2.2-45)0.11 ：PK1 85- /dd 1：PK=(b)垂直管道PK=0.11l4Fn/D, ；a，U2SLL Le/ 20 0 01(7.2.2-47)(7.2.2 35)(7.2.2 36)(7.2.2 37)(7.2.238)(7.2.2

9、(7.2.2 46)1 0.1cos ：管径选择与管道压力降计算PS304-03(3)速度压力降(/ PV)的计算由温度和截面积变化引起密度和速度的变化，它导致压力降的变化。a.均匀相浆液速度压力降(/PV)的计算AR = 0.侣,U ； /(20000gc)(7.2.2-48)b.非均匀相浆液速度压力降(/PV)的计算D 0.11-XvheU；sL法八、队以硕七乂八上 R =-20000gc(7.2.2 49)假设Vt2 sin a UhsL,那么可用简化模型R =.1上*UsZ(20000gc)(7.2.2-50)(4)静压力降(/PS)的计算由丁管道系统进(出)口标高变化而产生的压力降称

10、静压力降。其值可为正值 或负值。正值表示压力降低，负值表示压力升高。a.匀相浆液静压力降(/PS)的计算/ PS=0.1Zs.d2 sin2陌/10000土(Hs.d210000)(7.2.2-51)b.非均匀相浆液静压力降(/ Ps)的计算/ PS=0.1 3 sin a1.1 W(欧怎)/闻+1(伽/10000)土(Hs.d2PSL/10000)(7.2.2-52)(5)泵压差(/ P)的计算E / PS= (PK)S+(PV)S+(PS)S(7.2.2 53)工/ Pd=(PK)d+(/ P)a+(Ps)d(7.2.2 54)/ P= Prd Prs+E/PS+E/ Pd(7.2.2 5

11、5)(6)摩擦系数(Fn)的计算推荐采用牛顿型流体摩擦系数的计算方法。a.在层流范围之内(Re2300)Fn=16/Re(7.2.2 56)b.在过渡流范围之内(230010000)管径选择与管道压力降计算PS304-03144 Fn=0.0027(16000 &/ D)022(7.2.2 58)(7)当量长度( Le)的计算假设只知阀门管件的局部阻力系数(Kn)的计算方法，可采用(Le)与(Kn)的关系式 求得Le。Le=Kn2D/(4Fn)(7.2.259)局部阻力系数、当量长度的计算方法见第1章“单相流(不可压缩流体)。7.2.3计算步骤7.2.3.1确定流型和管径(1)计算浆液

12、流体物性数据。(2)计算均匀相浆液的最大粒径(dmh)及管径(D)。a.设浆液全为均匀相浆液，校核其最大粒径。(a)计算均匀相固体的平均密度(河s)、均匀相固体的体积分率(XVS)。(b)计算管径(D)。(c)计算均匀相浆液的表观粘度(回。(d)计算均匀相浆液的允许流速(Ua)。(e)计算均匀相浆液的最大粒径(dmh)。b.设浆液为混合型浆液或非均匀相浆液，校核其最大粒径。(a)计算浆液均匀相局部固体的平均密度(盅)及非均匀相局部固体的平均密 度(出s)。(b)计算均匀相浆液密度(曲及非均匀相浆液中固体的体积分率(Xvhes)o(C)计算非均匀相浆液中固体颗粒的平均粒径(dwa)。(d)计算非

13、均匀相浆液中允许最低流速(Ua)及实际流速(U)。7.2.3.2计算吸入端、排出端总压力降(/PK)、(/Ps)、(/Pd)及泵压差(/P)。7.2.4计算例题7.2.4.1如图7.2.4所示的泥浆系统和以下数据：固体流量Ws= 122500kg/h,液体流量WL=40820kg/ h,固体平均密度 饵=2499kg/ m3,液体密度 住=865kg /m3,液体粘度& = 0.2mPa2 s,泥浆粘度 回=3mPa2 s,温度t= 26.7C ,最大 流速U=3.66m/s,流变常数0.0773,流变指数n =0.35,泵排出端容器液面的 压力为0.17MPa,泵吸入端容器液面的压力

14、为0.1MPa。管径选择与管道压力降计算PS304-03145 固体筛分数据管径选择与管道压力降计算PS304-03146 网目粒度闽重量白分数%密度kg / m320 488403005480648 6530021010400565 100210150203204100 200150 7430240320032574 4420240332544151602压力降计算有关数据a弯头数 三通数闸阀数钝边进口数钝边 出口数管道长度m泵吸入端：水平管0111106.5下降管一90100005泵排出端：水平管01210119上升管901000030试求系统管径和泵压差7.2.4.2解题1确定流型和管径

15、按7.2.3中计算步骤进行。先假设全为均匀相泥浆并校核其最大粒径，获结果: 固体颗粒粒径非全小丁最大粒径dmh,可见假设不妥具体计算步骤省略。然后 假设最后三个筛分级在均匀相泥浆中，重复上述计算，获结果：该三个筛分级固 体颗粒仍非全小丁最大粒径dmh,可见假设仍不妥具体计算步骤省略。继续假 设最后两个筛分级在均匀相泥浆中并校核其最大粒径。管径选择与管道压力降计算PS304-03147 6500 - 14000 -w图7.2.4计算示图按式(7.2.2-1):0=(归，+归L)/(Ws加 $)+(砂/片)=(122500+40820)/(122500/2499) +(40820/865) = 1

16、698kg/m3按式(7.2.2- 7):= 乏成二也奶。) -_122500(0.冬+05)费Sw,- (XpyiOO)/_ 122500(0* 2/2403) + (0. 1/1502)= 1979kg/n?按式(7.2.2 8):2VKs * (Xp2/lC0)所刘Wg (X性/IOO)7PQ=_ L225GO(O.0S0. 1 + Q.2 + 0.3)_1225。(。.05/4806)+(0.1/4005)+?0. 2/3204)+ (0. 3/2403)= 2920kg/mJ按式(7.2.2 9):(Xpl/100)+WLP一五见，(无/1而)7府+(叭。=_1225。(0.2+0.

17、15) +如82。_-122500(0. 2/2403)+ +(40820/865)= 1216kg/n?管径选择与管道压力降计算PS304-03148 按式(7.2.211):g 一 感/商)+ (雄饥)122500(0. 05/4806) + (0, 1/4005) + (0, 2/3204) + (0, 3/2403)_(122500/2499)+(40820/865)=。.283按式(7.2.228):,(XpE&iX) awfl=-yvpg=5 840X300+1。J30QX 210+0 J2IOX156+30 x/1插X74=(5 + 10+20+30) 180pm按式(7

18、.2.2 30):Fd=dwa/368= 180/ 368= 0.489按式(7.2.227):x= 1003 Xvhes3 Fd(心一fa)/俱=1003 0.2833 0.489(292卜1216)/1216= 19.4按式(7.2.2 32):Ui/IgDy心收(4.2718X10T&IX+5 0264XU)T)如:+4.7849X10THr+8.8996X10T = 2.19按式(7.2.225):U显=219(gD)0 $=2.19X9. 81心仿=6. 86JDl/LUmin+0, 8=6. 86在+CL 8按式(7.2.226):=/乩)+(归L/PL)=(12250W2

19、499) + (40820/865)=3600XQ. 785Q3600X0. 785X1)s目标函数，I Ua一U I V a,调整D,满足要求为止，见下表：D mUa m / sU m / s0.0752.686.040.1002.973.400.1253.232.18根据目标函数要求，选用0= 0.100m乂按式(7.2.212)式(7.2.2 21)得：区=1000VX/i=77.38X3. 4/0.1)心卜】=2. 02mP& sY=12.6MSLA)/PST= 12* 62 02(19791216)/1216勺28Ch=21.11丫1=3。.3出nh = L 65ChXpJ(

20、缶一任)管径选择与管道压力降计算PS304-03149 =L 65X30. 3X1216/(1979-1216) = 79* 7肝m经比拟，确定最后两个筛分级在均匀相泥浆中，其余筛分级在非均匀相泥浆 中。允许最低流速Ua= 2.97m/s；实际流速U = 3.4m/s。(2)计算压力降及泵压差a.计算通用数据(a)计算颗粒沉降速度(Vt)按式(7.2.2 33)式(7.2.2 38):Z=。0001181(-)/=0. 000118X 18O1216X (2920-1216)/2,02sK=l. 69C施=10. 9792-1空=6.15吼=口00361挡龚* = 00361 J*。祭*2.

21、023m/syXChey1216X6.15(b)计算非均匀相尺寸系数(Cra)按式(7.2.2 33)式(7.2.2 39)得：Z=0. 000118 V840X3U0H216X (4806-1216)2. 02叮坊=6. 06Che=0.979Zi.伽=1.52=0. 000118 7300X210C1516X (4005-1216)/2. 02叮 =2. 784=10.979Z-E= 3 5Z = 000118 V210X1501216X (32041216)/2. 02P=l. 76= 10.979Z-L& = 5.88Z=0. 000118 V150 X 74 1216 X (

22、2403 -1216)/2. 02*% = 0. 88(?旭=13. 52一】顶= 16. 6由式(7.2.2 39)得:W0诚灰(5+(20 x77)4(30X J16.6)raEX时(5+10+20+30)=3. 01b.计算压力降及泵压差按式(7.2.242)式(7.2.2 43)得：Xvhe2Vt2 sin90 =0.2833 0.023= 0.00651管径选择与管道压力降计算PS304-03150 由丁Xvhe2Vt2 sin90 U ,那么 小=0.283, UhsL=3.4m/s按式(7.2.224)和式(7.2.2 58)得：Re = 1000D S 孤-向/巧=1000X0

23、. IX 3. 4X1216/2* 02=204673Fn = 0. 0027C1 SOOOe/nIa=0, 0027(16000X0. 0000457/0. 1)!3=0, 00418泵吸入端(a)水平管道当量长度(Le)的计算泵吸入端水平管道连接管件件 数Le mKn闸板阀18D= 0.890短径弯头l30D=3三通直流120D=2进口即容器出口lKn3 D/(4Fn) = 5.981.0411.78压力降的计算按式(7.2.244, 45, 46, 47, 50, 52, 53, 54, 55)得；PKI=(4FJD),凡UnXL+L)/20000诳)= 4X0. 00418/0.100

24、X1216X3.妒X(6. 5 + 11. 78)/(20000X9. 81) = 0*219=3 4aX 1216X3. 01/cOfi0X9- 81X 0-1(29201216)b5= 127, 344APK=0,lUPKl/l + O/lcos)l + 850/rfrf)= 0.11X0. 219/(1+0, D(1+85X0.283/127. 344) = 0. O26MPa(b)垂直管道当量长度(Le)的计算泵吸入端垂直下降管道连接管件件数Le90 短径弯头130D= 313压力降的计算=0.,秘，UUCL+5Le)/(2M00c)=0.11E(4X0. 00418/0.1)X121

25、6X3. 4s(5+3)/(20000X9. 81)=0. 01Q54MPa管径选择与管道压力降计算PS304-03151 APT=-0* V&Xi7L/(30000gc) = -0+ 1X1216X3* 47(20000X9. 81)= -0. 00716MPa已=0.1(Z(, sin(L仲(但一R)/pJ+lg/10000)乩-/10000= 0 l一5sin9(rLlX0. 283(2920 1316)/1216+1 (1216/10000) 3 X1698/10000= -0. 1383MPa泵排出端(a)水平管道当量长度(Le)的计算泵排出端水平管道连接管件件数LemK1闸

26、板阀18D=0.8900短径弯头130D=3三通直流223 20D=4出口(即容器入口 )1K3 CK (4Fn)=2.990.5510.79压力降的计算PKl= W/D) A UU(L+)/(20000)= (4X0. 00418/0.1)X1216X3. 419+1O. 79)/(20000X9- 81)=0. 357MPadd =U* pt * Cn/cosa 9. 81Z)g$pD口= 3* 43X1216X3* 01/CeosOX9, 81X0. 1(292。一1216)= 127,344FK= 3UAPKI/(1+0.lcos)(l+85/dW)= 0 11X0. 357/(1+0

27、. DJC1+85X0. 283/127. 344)=0.0424MPA(b)垂直管道 当量长度(Le)的计算泵排出端垂直上升管道连接管件件数Lem900短径弯头130D=313力降的计算管径选择与管道压力降计算PS304-03152 M代=0. 11(4FJ) 向,货,L0+aW/2OOOO&)=0. ?l4X0. 00418/0.1X1216X3. 42(30+3)/(20000X9.81)=0, 0435MPaAPv 0*也,以虹/(20000争=0. 1X1216X3- 47(20000 X 9. 81)=0. 00716MPaR=0.1(ZH7incrLl现(阪一R)Mj+l

28、(pJ10000)+Hd,饱/10090=0. l30sin90H. 1X0. 283(2920-1216)/1216 + 13)(1216/10000)+3X1698/100。=0, 5749MPa计算结果汇总表/ PKMPa/ PVMPa/ PSMPaW PS.dMPa泵吸入端：水平管0.0260下降管0.010540.007160.13830.03650.007160.13830.1090泵排出端：水平管0.0424上升管0.04350.007160.57490.08590.007160.57490.6680(3)泵压差/P= Pra Prs+E/Ps+/ Pd= 0.17 0.1 0.

29、1090+0.66840.629MPa7.2.5管道计算表“浆液流管道压力降计算表见表7.2.5。编制步骤、用途及专业关系与“单管径选择与管道压力降计算PS304-03153 相流管道计算表相同管道计算表浆液流表7.2.5管道编号和类别自至浆液流里va/ h浆液平均密度kg/吊温度C流变常数小kg/ m2 s流变常数(1000kg/ (m2 s )泵吸入端泵排出端一管道公称直径mm表号或外径3壁厚流速m / s浆液表现粘度mPa2 s雷诺数直管长度m管件当里长度m弯头900三通大小头闸阀截止阀旋塞止逆阀其它总长度m摩擦压力降MPa速度压力降MPa始端液面标局距管接口m终端液面标局距管接口m静压

30、力降/PSMPa容器液面的压力MPa总压力降MPa版次或修改版次日期编制校核审核管径选择与管道压力降计算PS304-03154-7.3符号说明Ch阻滞系数；Che非均匀相阻滞系数；CsL 浆液浓度；Cra非均匀相尺寸系数；D管道内直径，m；di非均匀相浆液中固体颗粒的下限，pm；d2非均匀相浆液中固体颗粒的上限，四；dmh-均匀相浆液中最大粒径，gm；dwa非均匀相浆液中固体颗粒的平均粒径，回；dd计算？PK的中间变量；Fd直径系数；Fn非牛顿型流体的摩擦系数；2g-重力加速度，9.81m/s ;gc-因次常数，9.81kgm/kgf2 s2;Hd泵排出端容器液面至管接口之距离， m;Hs-泵吸入端容器液面至管接口之距离，m;Hs.d-泵吸入排出端容器液面至管接口之距离，m；Kn阀门、管件的局部阻力系数；L-直管段长度，m；Le-阀门、管件的当量长度，m；n流变指数；Prd-泵排出端容器液面的压力，MPa；Prs-泵吸入端容器液面的压力，MPa；Re-雷诺数；t温度，C；U浆液流的实际流速，m/s；Ua浆液流的允许流速，m/s；UhsL非均匀相浆液流体实际流速，m/s；Umin-浆液流体最低流速(试验确定),m/S；管