1、管径选择与管道压力降计算第一部分 管径选择1 应用范围和说明1.0.1 本规定适用于化工生产装置中的工艺和公用物料管道，不包括储运系统的长距离输送管道、非牛顿型流体及固体粒子气流输送管道。1.0.2 对于给定的流量，管径的大小与管道系统的一次投资费(材料和安装)、操作费(动力消耗和维修) 和折旧费等项有密切的关系，应根据这些费用作出经济比较，以选择适当的管径，此外还应考虑安全流速及其它条件的限制。本规定介绍推荐的方法和数据是以经验值，即采用预定流速或预定管道压力降值(设定压力降控制值)来选择管径，可用于工程设计中的估算。1.0.3 当按预定介质流速来确定管径时，采用下式以初选管径：d=18.8
2、1W0.5 u-0.5 -0.5 (1.0.31)或 d=18.81V00.5 u-0.5 (1.0.32)式中d管道的内径，mm；W管内介质的质量流量， kgh；V0管内介质的体积流量，m 3h；介质在工作条件下的密度，kgm 3；u介质在管内的平均流速，ms。预定介质流速的推荐值见表 2.0.1。1.0.4 当按每 100m 计算管长的压力降控制值(Pf100)来选择管径时，采用下式以初定管径：d18.16W 0.38 -0.207 0.033 P f100 0.207 (1.0.41)或 d18.16V 00.38 0.173 0.033 P f100 0.207 (1.0.42)式中介
3、质的动力粘度，Pas；P f100100m 计算管长的压力降控制值，kPa。推荐的P f100 值见表 2.0.2。1.0.5 本规定除注明外，压力均为绝对压力。2 管道内流体常用流速范围和一般工程设计中的压力降控制值2.0.1 管道内各种介质常用流速范围见表 2.0.1。表中管道的材质除注明外，一律为钢。该表中流速为推荐值。2.0.2 管道压力降控制值见表 2.0.21 和表 2.0.22，该表中压力降值为推荐值。3 核定3.0.1 初选管径后，应在已确定的工作条件及物料性质的基础上，按不同流动情况的有关公式，准确地作出管道的水力计算，再进一步核定下述各项：3.0.2 所计算出的管径应符合工
4、程设计规定；3.0.3 满足介质在管道输送时，对流速的安全规定；3.0.4 满足噪声控制的要求。第二部分 管道压力降计算1 单相流(不可压缩流体)1.1 简述1.1.1 本规定适用于牛顿型单相流体在管道中流动压力降的计算。在化工工艺专业已基本确定各有关主要设备的工作压力的情况下，进行系统的水力计算。根据化工工艺要求计算各主要设备之间的管道(包括管段、阀门、控制阀、流量计及管件等)的压力降，使系统总压力降控制在给定的工作压力范围内，在此基础上确定管道尺寸、设备接管口尺寸、控制阀和流量计的允许压力降，以及安全阀和爆破片的泄放压力等。1.1.2 牛顿型流体是流体剪应力与速度梯度成正比而粘度为其比例系
5、数。凡是气体都是牛顿型流体，除由高分子等物质组成的液体和泥浆外，多数液体亦属牛顿型流体。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未考虑安全系数，计算时应根据实际情况选用合理的数值。通常，对平均需要使用 510 年的钢管，在摩擦系数中加 2030的安全系数，就可以适应其粗糙度条件的变化；超过 510 年，条件往往会保持稳定，但也可能进一步恶化。此系数中未考虑由于流量增加而增加的压力降，因此须再增加1020。的安全系数。规定中对摩擦压力降计算结果按 1.15 倍系数来确定系统的摩擦压力降，但对静压力降和其它压力降不乘系数。1.2.1.2 计算准确度在工程计算中，计算结
6、果取小数后两位有效数字为宜。对用当量长度计算压力降的各项计算中，最后结果所取的有效数字仍不超过小数后两位。1.2.2 管 径1.2.2.1 确定管径的一般原则(1) 应根据设计条件来确定管道直径，需要时，可以有设计条件下压力降1525的富裕量，但以下情况除外：a. 有燃料油循环管路系统的排出管尺寸，应考虑一定的循环量；b. 泵、压缩机和鼓风机的管道，应按工艺最大流量(在设备设计允许的流速下)来确定尺寸，而不能按机器的最大能力来确定管道尺寸；c. 间断使用的管道(如开工旁路管道) 尺寸，应按可能得到的压差来确定。(2) 在允许压力降范围内，应采用经济管径，某些管道中流体允许压力降范围见表 1.2
7、.21。(3) 某些对管壁有腐蚀及磨蚀的流体，由流速决定管径，其流速见表1.2.22。1.2.2.2 管径计算计算公式如下： (1. 2. 21)5.05.0u81u8.1WVdf式中d管道内直径，mm；Vf流体体积流量，m 3/h；u流体平均流速，m/s；W流体质量流量，kg/h；流体密度，kg/m 3。通常可由图 1.2.21 或图 1.2.22 查得管径。某 些 管 道 中 流 体 允 许 压 力 降 范 围 表 1.2.21序号 管道种类及条件 压力降范围 kPa(100m 管长)l 蒸汽 P6.4IOMPa(表) 46230总管 P735kW进口 1.89出口 4.66.9小型压缩机
8、进出口 2.323压缩机循环管道及压缩机出口管 0.23123 安全阀进口管(接管点至阀) 最大取整定压力的 3%出口管 最大取整定压力的 10%出口汇总管 最大取整定压力的 7.5%4 一般低压下工艺气体 2.3235 一般高压工艺气体 2.3696 塔顶出气管 127 水总管 238 水支管 189 泵进口管 最大取 8出口管110 m3h 1246某些对管壁有腐蚀及磨蚀流体的流速 表 1. 2. 22序 号 介 质 条 件 管 道 材 料 最 大 允 许 流 速 m Sl 烧 碱 液 (浓 度 5 ) 碳 钢 1.222 浓 硫 酸 (浓 度 80 ) 碳 钢 1.223 酚 水 (含
9、酚 1 ) 碳 钢 0.9l4 含 酚 蒸 汽 碳 钢 18.005 盐 水 碳 钢 1.83管 径 900 衬 水 泥 或 沥 青 钢 管 4.60管 径 104。因此，工程设计中管内的流体流型多处于湍流过渡区范围内。(b) 完全湍流区 在图 1.2.41 中，M-N 线上部范围内，摩擦系数与雷诺数无关而仅随管壁粗糙度变化。c. 临界区 20003000 时，可按湍流来考虑，其摩擦系数和雷诺数及管壁粗糙度均有关，当粗糙度一定时，摩擦系数随雷诺数而变化。(6) 摩擦系数 a. 层流 层流时摩擦系数用式(1.2.42) 计算或查图 1.2.4l。64Re (1.2.42)式中摩擦系数，无因次。b
10、. 过渡流和完全湍流，见图 1.2.41 所示。在较长的钢管中，若输送的是为水所饱和的湿气体，如氢、二氧化碳、氮、氧及类似的流体，应考虑到腐蚀而将查图所得摩擦系数乘以 1.2。(7) 压力降在管道系统中，计算流体压力降的理论基础是能量平衡方程。假设流体是在绝热、不对外作功和等焓条件下流动，对不可压缩流体密度是常数，则得：(1. 2. 43) 3321312 1000fhugZP2DLhef (1. 2. 44)因此 32321312 1000 uDLugZP e(1. 2. 45)或PP S+P N+P f (1. 2. 46)式中P管道系统总压力降，kPa；P S静压力降，kPa；P N速度
11、压力降， kPa；P f摩擦压力降，kPa；Z1、Z 2分别为管道系统始端、终端的标高，m；u1、u 2分别为管道系统始端、终端的流体流速，m s ；u流体平均流速，ms；P流体密度， kg m3；hf管内摩擦损失的能量，Jkg；L、L e分别为管道的长度和阀门、管件等的当量长度，m ；D管道内直径，m。1.2.4.2 压力降计算(1) 圆形截面管a. 摩擦压力降由于流体和管道管件等内壁摩擦产生的压力降称为摩擦力压降。摩擦压力降都是正值.正值表示压力下降。可由当量长度法表示，如式(1.2，45)的最末项。亦可以阻力系数法表示，即(1.2.47)3210uKDLPf此式称为范宁(Fanning)
12、 方程式，为圆截面管道摩擦压力降计算的通式，对层流和湍流两种流动型态均适用。式中P f管道总摩擦压力降，kPa；摩擦系数，无因次；L管道长度，m；D管道内直径，m；K管件、阀门等阻力系数之和，无因次；u流体平均流速，ms；流体密度，kgm 3。通常，将直管摩擦压力降和管件、阀门等的局部压力降分开计算，对直管段用以下公式计算。层流(1.2.48)23duLP（b）湍流（1. 2. 49）52452432 106.106. dLVdLWuDff 式中d管道内直径，mm；W流体质量流量，kgh；Vf流体体积流量，m 3h；流体粘度，mPas。其余符号意义同前。b. 静压力降由于管道出口端和进口端标高
13、不同而产生的压力降称为静压力降。静压力降可以是正值或负值，正值表示出口端标高大于进口端标高，负值则相反。其计算式为：（1. 2. 410）3120gZPs式中P S静压力降，kPa；Z2、Z 1管道出口端、进口端的标高，m；流体密度，kgm 3；g重力加速度，9.81ms 2c. 速度压力降由于管道或系统的进、出口端截面不等使流体流速变化所产生的压差称速度压力降。速度压力降可以是正值，亦可以是负值。其计算式为：（1. 2. 411）3210uPNP N速度压力降， kPa；u2、u 1出口端、进口端流体流速，ms；流体密度，kgm 3。d. 阀门、管件等的局部压力降流体经管件、阀门等产生的局部
14、压力降，通常采用当量长度法和阻力系数法计算，分述如下：(a) 当量长度法将管件和阀门等折算为相当的直管长度，此直管长度称为管件和阀门的当量长度。计算管道压力降时，将当量长度加到直管长度中一并计算，所得压力降即该管道的总摩擦压力降。常用管件和阀门的当量长度见表 1.2.42 和表 1.2.43。表 1.2.42 和表 1.2.43 的使用说明为： 表中所列常用阀门和管件的当量长度计算式，是以新的清洁钢管绝对粗糙度 0.046mm，流体流型为完全湍流条件下求得的，计算中选用时应根据管道具体条件予以调整。 按条件计算，可由图 1.2.41 查得摩擦系数( T)(完全湍流摩擦系数)，亦可采用 1.2.
15、44 中数据。续表 1.2.43图中： d内直径或表示内直径长度；r曲率半径；角度。新的清洁钢管在完全湍流下的摩擦系数(由图 1. 2.41 查得) 表 1.2.44公称直径(DN)mm 15 20 25 32 40 50 65 80 100 125 150 200 250 300 400 450 600摩擦系数(T) 0.027 0.025 0.023 0.022 0.02l 0.019 0.018 0.017 0.016 0.015 0.014 0.013 0.012(b) 阻力系数法管件或阀门的局部压力降按下式计算，式中有关符号见图 1.2.43 所示。(1.2.412)3210uKP式
16、中P K流体经管件或阀门的压力降， kPa；K阻力系数，无因次。其余符号意义同前。逐渐缩小的异径管当 45时(1.2.413)421sin8.0K21d当 45180时(1.2.414)42sin15.0K逐渐扩大的异径管当 45时(1.2.415)421sin6.2K当 45180时(1.2.416)421K式中各符号意义同前，并见图 1.2.43 说明。图中符号说明：a1、a 2异径管的小管段、大管段截面积；d1、d 2异径管的小管段、大管段内径；异径管的变径角度。图 1.2.43 逐渐缩小及逐渐扩大的异径管应用式(1.2.41316)通常，流体经孔板、突然扩大或缩小以及接管口等处，将产生
17、局部压力降。突然缩小和从容器到管口(容器出口)按下式计算：(1.2.417)3210uKPV突然扩大和从管口到容器(容器进口)按下式计算：(1.2.418)3210uVK式中P K局部压力降， kPa；K阻力系数，无因次，见表 1.2.45。通常取： K0.5；KV管件速度变化阻力系数，无因次。其余符号意义同前。管件速度变化阻力系数 KV1( )4。对容器接管口，( )4 值甚小，可大小d大小d略去不计，故 KVl。因此，通常 K+KV1.5，KK V0.5；将此关系式分别代入式(1.2.4 17)和式(1.2.4 18)得：容器出口 (1.2.419)32105.uPK容器进口 (1.2.4
18、20)32.当P K 为负值，表示压力回升，计算中作为富裕量，略去不计。完全湍流时容器接管口阻力系数，在要求比较精确的计算中，可查表 1.2.45，层流时阀门和管件的阻力系数见表 1.2.46。容器接管口的阻力系数(K)(湍流) 表 1.2.451 容 器 的 出 口 管 (接 管 插 入 容 器 ) 1. 02 容 器 或 其 它 设 备 进 口 (锐 边 接 口 ) 1.03 容 器 进 口 管 (小 圆 角 接 口 ) 1.04 容 器 的 进 口 管 (接 管 插 入 容 器 ) 0.785 容 器 或 其 它 设 备 出 口 (锐 边 接 口 ) 0.56 容 器 的 出 口 管 (小 圆 角 接 口 ) 0.287 容 器 的 出 口 管 (大 圆 角 接 口 ) 0.04
