第十四章管道系统的设计.ppt

1、第十四章管道系统的设计管道系统的设计是广泛的。本章重点介绍管道系统压力损失计算、管道布置、管道保温、防腐防爆、管道热补偿设计。第1节管道系统压力损失计算1。管道内气体流动的压力损失管道内气体流动的压力损失有两种，一种是气体本身的粘度及其与管壁的摩擦引起的压力损失，称为摩擦压力损失或沿途压力损失；另一种是当气体流经管道系统中的一些局部部件时，由于速度和方向的变化而产生的涡流所造成的压力损失，称为局部压力损失。摩擦压力损失和局部压力损失之和就是管道系统的总压力损失。根据流体力学原理，当气体流过等截面直管时，摩擦压力损失PL可按下式计算，其中：Rm单位长度管道的摩擦压力损失，称为比压力损失(或比摩擦

2、阻力)，Pa/m；l直管段长度，m；摩擦系数和压力损失；管道中气体的平均速度，m/s；管道中的气体密度，kg/m3；Rs管道的水力半径，m。指当流体流经直管段时，流体的横截面积A(m2)与润湿周长x(m)的比值。(1)圆管比压损失的确定：从公式(14-2)可以看出，数值的确定是计算Rm值的关键。该值是气体流动状态(Re标准值)和管道相对粗糙度(K/d)的函数。在局部排气净化系统中，细钢管内的气流状态大多属于从湍流光滑区到粗糙区的过渡区。通常，高速空气导管中的流动状态也处于过渡区。只有小直径、粗糙表面的砖混凝土风管内的流动状态属于粗糙区域。计算过渡区摩擦和压力损失系数的公式很多，但适用范围很广。

3、柯勒布鲁克公式被广泛使用：其中：管道内壁粗糙度k，m。具体值见表14-1。表14-1各种材质风管的粗糙度K，(2)矩形管比压损失的确定：流速当量直径的计算方法：矩形管的流速当量直径定义为：如果矩形管和圆管的压力损失系数、流速和比压损失相等，圆管的直径称为矩形管的流速当量直径，用dv表示。根据上述定义，可以推导出边长为A、B的矩形管道的等效流速直径可计算为0，可直接用“计算表”计算：上述“计算表”专门制作了矩形管道压力损失的计算表，根据已知的流量和选定的流速，可直接从“计算表”中找出待设计的管道尺寸和Rm值。2.当气体流过异形管件(如阀门、弯头、三通等)时的局部压力损失。)的管道系统，由流动条件

4、的突然变化引起的能量损失称为局部压力损失。局部压力损失Pm通常表示为动压的倍数，即：局部压力损失系数；异形管件处管道截面的平均速度，m/s.局部压力损失系数通常由实验确定。在实验中，首先测量管件前后的总压差(即管件的局部压力损失)，然后除以相应动压的2/2得到该值。各种管件的局部压力损失系数可在相关设计手册中找到。2.管道系统压力损失的计算管道系统压力损失计算的目的是确定管道的横截面尺寸和系统的压力损失，并从系统的总风量和总压力损失中选择合适的风机和电机。管道计算的常用方法是速度控制法，也称为比摩擦法，即以管道中的气流速度为控制因素，相应地计算管道的截面尺寸和压力损失。管道计算方法表l4-2列

5、出了除尘管道中的最低气流速度，可作为设计参考。表l4-2除尘管道内最小气流速度：m/s，各管段的截面尺寸根据系统各管段的风量和选定流速确定。对于圆形管道，在已知流量Q和预选流量V的前提下，管道内径可计算如下：Q体积流量，m3/h；w质量流量，kg/h.对于除尘管道，为防止粉尘堵塞，管道直径不得小于以下值：输送细粉尘(如筛分、研磨细粉)，d80 mm；运输粗粉尘(如锯末)，d100毫米；输送粗粉尘(用小块)，d130 mm，在风管截面尺寸确定后，根据风管内的实际流速计算压力损失。压力损失的计算应从最不利的回路(系统中压力损失最大的回路)开始。计算并联管道的压力平衡。两个支管段之间的压差应满足以下

6、要求：除尘系统应小于10，其他通风系统应小于15。否则，必须调整管径或增加压力调节装置(阀门、阻力环等)。)满足上述要求。调节管径的平衡压力：可计算如下：其中：d2调节管径，mm；调整前的dl直径，mm；管径调整前的P1压力损失，pa；P2压力平衡参考值(若调整支管直径，则为主管压力损失)，帕。计算管道系统的总压力损失(即系统中最不利回路的总压力损失)。可以列出以上计算内容。根据系统的总风量和总压力损失，选择风机和电机。所选通风机的风量按下式计算：m3/h，其中：q管道计算的总风量，m3/h；K1考虑系统空气泄漏带来的安全系数。一般管道取k=0.1除尘管道取K=0.10.15。风机风压按下式计

7、算：(14 -12): p为管道计算的总压损失，Pa: K2为考虑管道计算误差、系统漏风等因素后采用的安全系数。一般管道K=0.10.15，除尘管道k=0.150.2。0.p0和T0风扇性能表中给出的校准状态下的空气密度、压力和温度。一般来说，通风机p0=101.3千帕，t0=20，0=1.2公斤/立方米，引风机t0=200，0=0.745公斤/立方米；在运行条件下进入风机时，p，t气体密度、压力和温度。计算出Q0和p0后，可根据通风机产品样品给出的性能曲线或表格选择所需通风机的型号和规格。所需电机功率Ne可根据以下公式计算(千瓦)(14 -13): k电机备用系数。对于风机，电机功率为25

8、kW时为1.2，大于5 kW时为1.15；引风机取1.3；1.呼吸机的总压效率可以在呼吸机样本中找到，一般为0 . 50 . 7；2.直接驱动的机械传动效率为1，耦合驱动为0.98，皮带驱动为0.95。3.管道计算实例实例14-1有色冶炼车间除尘系统管道布置如图14-1所示。系统内气体平均温度为20，钢管粗糙度为K=0.15 mm，气体粉尘浓度为10 g/m3，所选除尘器压力损失为981 Pa。气体罩1和2的局部压力损失系数分别为1=0.12和2=0.19，气体罩的排气容积分别为Q1=4 950 m3/h和Q2=3 120 m3/h。需要确定系统的管径和压力损失，并选择风机。解决方案：(1)给

9、管道编号，并记下每个管段的流速和长度。(2)选择计算循环。一般来说，它是从最远的管段开始计算的。本主题从管道部分开始。(3)有色冶炼车间粉尘为重矿粉和灰土，根据表14-2，水平管道流速为16 m/s。(4)管径和压力损失的计算：第二节挥发性有机化合物污染防治挥发性有机化合物污染防治技术的污染防治基本上可分为两类：第一类是预防措施1.挥发性有机化合物取代了挥发性有机化合物涂料的替代品，建筑、油漆、电缆、印刷、粘接、金属清洗等行业都需要使用有机溶剂作为原料的稀释剂或清洗剂。在使用过程中，这些有机溶剂大多挥发到大气中，造成严重的局部污染。因此，使用无毒或低毒的原料来替代或部分替代有机溶剂。不排放或减

10、少有害的挥发性有机化合物是减少这种污染的有效方法。减少有机溶剂量的具体方法见表106。二。工艺改造工艺改造比末端处理措施更经济有效，通过工艺改造减少挥发性有机化合物的形成。许多依赖挥发性溶剂的涂料和装饰工艺已逐渐被其他非挥发性溶剂工艺所取代。减少石油石化生产中原材料和成品的消耗也是减少挥发性有机化合物排放的重要措施。石化企业生产、储存和运输的每一个环节都会发生碳氢化合物的排放和泄漏。这些排放和泄漏造成了原材料的损失和大气污染。因此，应采取多种方法回收放空气体，改进工艺设备，减少油品挥发损失。泄漏损失和控制泄漏损失和控制1。填充、呼吸和排空损失当挥发性有机化合物溶液填充到容器中或从容器中排出时，

11、挥发性有机化合物气体由于温度和压力的变化而逸出，这种排放称为操作损失。图104是挥发性有机化合物充电、呼吸和排空损失的示意图。当液体进入容器时，液面上升，容器上的蒸汽空间(顶部空间)减少，蒸汽通过顶部排气口排出；当液体从容器中抽出时，液位下降，空气通过排气口进入容器的顶部空间。当容器没有开口时，改变液位将导致填充过程中的增压或排空过程中的真空。温度变化引起的“吸入和呼出”造成的有机物损失称为呼吸损失。通常白天呼气，晚上吸气。对于固定容器，蒸汽活塞流的假设是可行的，但是对于移动车辆上的油箱，容器上部的蒸汽通过摇动液体而随时保持饱和。在这种情况下，可以假设蒸汽在变化的温度范围内处于平衡，并且有机物

12、的排放量可以通过积分来计算。计算的排放量略大于实际排放量。呼吸、填充和排空损失可以通过在容器出口增加真空压力阀来控制，也称为蒸汽保护阀。当压差很小时，阀门关闭。当充气、排空或温度、压力变化较大时，会引起明显的蒸汽流出和流入，阀门会自动打开。2.汽油转移和呼吸损失挥发性有机化合物的挥发主要取决于有机物质的蒸汽压和分子量。对于纯组分(如对苯)，分子量是恒定的，蒸汽压是温度的简单函数。对于挥发性有机化合物混合物(如汽油)，当液态有机物蒸发时，蒸汽的蒸汽压和分子量发生变化，挥发量是温度、分子量和蒸汽压的函数。汽油的蒸汽压和分子量随挥发量的变化如图105所示。为了计算混合物的转移和呼吸损失，首先观察少量

13、汽油蒸发到容器的顶部空间，使得汽油的蒸汽压和分子量与没有蒸发的相应值相似。从图105可以看出，在20点钟时，汽油的蒸汽压约为0.4大气压，分子量约为60克/摩尔。第三节燃烧法对挥发性有机化合物污染的控制燃烧过程中挥发性有机化合物污染的控制通过燃烧法将有害气体、蒸汽、液体或烟灰转化为无害物质的过程称为燃烧净化，也称为焚烧法。燃烧净化过程中的化学反应主要是高温下的燃烧氧化和热分解。因此，这种方法只能用于净化易燃或可在高温下分解的有害物质。燃烧也可以用来消除恶臭。由于有机气体污染物燃烧和氧化的最终产物是CO2和H2O，所以有用的物质不能1.挥发性有机化合物燃烧转化原理和燃烧动力学挥发性有机化合物1燃

14、烧反应是一个放热化学反应，可以用普通热化学反应方程来表示，例如，式中：Q -反应过程中释放的热量，j .燃烧每摩尔燃料释放的热量称为燃烧热，其单位为kj/mol。2.燃烧动力学挥发性有机化合物的燃烧反应速率，即每单位时间浓度的降低，可以表示如下：在大多数情况下，氧气的浓度远远高于挥发性有机化合物的浓度。上述公式可表述如下：3。燃烧和爆炸当混合气体中含有的氧气和可燃成分处于一定的浓度范围时，某一点燃烧产生的热量会继续点燃周围的混合气体，该浓度范围即为燃烧极限浓度范围。当燃烧在有限的空间内迅速扩散时，就形成了爆炸。因此，就混合气体的成分浓度而言，可燃混合气体是爆炸性混合气体，燃烧极限浓度范围也是爆

15、炸极限浓度范围。燃烧技术目前，实际使用的燃烧净化方法包括直接燃烧、热燃烧和催化燃烧。1.直接燃烧直接燃烧也称为直接火焰燃烧，它使用废气中的可燃和有害成分作为直接燃烧的燃料。因此，该方法仅适用于净化具有高浓度可燃有害成分的废气，或者用于净化在有害成分燃烧过程中具有高热值的废气，因为只有当燃烧过程中释放的热量能够补偿散发到环境中的热量时，燃烧区中的温度才能保持并且燃烧能够持续。当各种可燃气体或各种溶剂蒸汽混合在废气中时，只要浓度值合适，它们也可以直接燃烧。如果可燃成分的浓度高于燃烧上限，它可以与空气混合燃烧；如果可燃成分的浓度低于燃烧下限，一定量的辅助燃料(如天然气等。)来维持燃烧。2.热燃烧热燃

16、烧用于净化可燃有机物质含量低的废气。流程如图106所示。这种废气中可燃有机成分的含量通常很低，不能维持燃烧。在热燃烧中，净化的废气不用作燃烧燃料，而是当氧含量足够时用作助燃气体，当不含氧时用作燃烧对象。在热燃烧中，通常需要燃烧其他燃料(如天然气、石油等)。)，将废气的温度升高到热燃烧所需的温度，并氧化其中的气态污染物，将其分解成CO2，H2O、N2等。为了将废气的温度提高到有害成分的分解温度，在热燃烧过程中需要辅助燃料燃烧来供热。然而，辅助燃料不能与所有待净化的废气直接混合，这将使混合物中可燃物质的浓度低于燃烧下限，从而不能维持燃烧。如果废气主要是空气，也就是说，它含有足够的氧气，那么一些废气可以用来燃烧辅助燃料，使得气体温度可以达到大约1 370，并且高温气体可以与剩余的废气混合以达到热燃烧温度。这部分用于助燃辅助燃料的废气称为助燃废气，其余称为旁路废气。如果废气主要是惰性气体，也就是说，废气缺乏氧气，不能起到助燃作用，就必须使用空气助燃，所有废气都作为