管道阻力降的计算.pdf

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1、1.概述 石油化工装置主要是由设 石 油 化装 置要 是 由 设 系统。管道系统的主要作用 输入与输及操作条件，管道 重要内容。而管道阻力降计 最基本的工作。 般的管道可根据物料平 一般的管道可根据物料平 速或允许压力降来选用管径 准） 但对某些水力计算有 准）。但对某些水力计算有 详细的水力学计算。 如下部位的管道协调通常 如下部位的管道协调通常 塔及反应器的入口管道； 泵的吸入管道 泵的吸入管道； 往高位输送或长距离输送 设备、管道、仪表构成的一个 设备 管 仪表构成的 个 用是流体输送，控制着设备的 道系统设计是工艺设计的一项 计算则是管道系统设计的一项 平衡表中的物料流量 推荐流 平衡

2、表中的物料流量、推荐流 径（所选管径应符合材料标 有特殊要求的管道 则应进行 有特殊要求的管道，则应进行 常就需要进行详细水力学计算 常就需要进行详细水力学计算： 送的液体管道；要求流量均匀分配的管道 液封管道(须校核液封足否 液封管道(须校核液封足否 提升管道； 两相流管道 两相流管道； 压缩机吸入或排出管道； 塔的 流管道 塔的回流管道； 安全阀的入口和出口管道 降不超过其定压的3，出口 安全阀定压的影响)； 热虹吸再沸器工艺物料的 热虹吸再沸器工艺物料的 有调节阀的管道（确定合 道； 否会被冲掉或吸入) 否会被冲掉或吸入)； 道(控制安全阀人口管道的压 口管道须校核安全阀的背压对 的进出

3、 管道 的进出口管道； 合适的调节阀压降）等。2.管径选择的一般要求 管道尺寸的确定，应在充 进行，对于给定的流量，管 次投资费（材料和安装）、 ）和折旧费等有密切的关系 ）和折旧费等有密切的关系 济比较，并使管道系统的总 压力范围内 以选择适当的 压力范围内，以选择适当的 流速及其它条件的限制。在 考虑以下几个原则 考虑以下几个原则。 2.1 流量的考虑 管道系统的设计应满足 管道系统的设计应满足工 流通能力应按正常生产条件 摩力 其最大摩擦压力降应不超过 于根据介质的特性所确定的 充分分析实际情况的基础上 管径的大小与管道系统的一 操作费（动力消耗和维修 系 应根据这些费用作出经 系。应根

4、据这些费用作出经 总压力降控制在给定的工作 的管径 此外还应考虑安全 的管径，此外还应考虑安全 在选定管道系统管径时，应 艺对管道系统的要求 其 工艺对管道系统的要求，其 件下介质的最大流量考虑。 允 过工艺允许值，其流速应位 的安全流速的范围内。2.2 综合权衡建设费用和 在设计管道系统时，一般 在设计管道系统时 般 下尽可能地选用较小管径， 更需慎重对待，以节省投资 速增高 摩擦阻力增大 增 速增高，摩擦阻力增大，增 耗，从而增加了操作费用。 合权衡投资和操作费用两种 合权衡投资和操作费用两种 2.3 流速的选择 为了防止因介质流速过高 为了防止因介质流速过高 动和噪声等现象，液体流速 速

5、一般不超过其临界速度的 速一般不超过其临界速度的 100 m/s；含有固体物质的流 固体沉积在管内而堵塞管道 固体沉积在管内而堵塞管道 管道的磨损或冲蚀。 和运行费用 般应在允许摩擦压力降的前提 般应在允许摩擦压力降的前提 特别是在确定合金管管径时 资。但是，管径太小则介质流 增加了机泵的投资和功率消 增加了机泵的投资和功率消 因此，在确定管径时，应综 种因素 取其最佳值 种因素，取其最佳值。 高而引起管道冲蚀 磨损 振 高而引起管道冲蚀、磨损、振 速一般不宜超过4 m/s；气体流 的85 真空下最大不超过 的85 ，真空下最大不超过 流体，其流速不应过低，以免 道，但也不宜太高，以免加速 道

6、，但也不宜太高，以免加速2.4 高速流体管道 当流体突然改变方向（例 于流向的表面局部压力会急 初始压力的函数。而流速反 高速流体管道尺寸的确定需 例如在弯头或三通中），垂直 急剧增加，它是流速、密度和 反比于管道直径的平方，所以 需要慎重。3.如何确定管径 管道阻力降计算是确定管 管道阻力降计算是确定管 统水力学计算的一个重要组 在石油化工工艺设计中， 在石油化工工艺设计中， 课题，如果管线直径过大， 但随着管径增大会导致管线 但随着管径增大会导致管线 件阀门尺寸增加，相应管支 增加了管道投资成本；但如 增加了管道投资成本；但如 力降较大，需要选用扬程更 缩机等），这样不但会增加 缩机等），

7、这样不但会增加 导致整个装置的能耗增加， 此，管径的合理、经济选择 此，管径的合理、经济选择 置的系统设计相当重要，但 择管径，管道阻力降的计算 择管径 管 阻力降的计算 管道直径的重要依据；是系 管道直径的重要依据；是系 组成部分。 管径的选择是一个重要的 管径的选择是 个重要的 虽然管线阻力降减小了， 线壁厚增加 重量增加 管 线壁厚增加、重量增加、管 支架、框架结构加大，从而 如果管线直径过小，管线阻 如果管线直径过小，管线阻 更高的增压设备（如泵、压 加转动设备投资成本，同时 加转动设备投资成本，同时 长期的运行成本升高。因 择对于一个石油化工工艺装 择对于 个石油化工工艺装 但是，想

8、要经济、合理的选 算就是重要的依据了。 算就是 要的依据了管径的选择 必须符合管 管径的选择，必须符合管 的管道标准可能会略有差别 管道材料标准 各项目采用 管道材料标准，各项目采用 别。本文以ASME标准为例。百米压降与介质流速是水 参数，管径的选取是否合适 参数，管径的选取是否合适 断。 在进行初估管道管径时 在进行初估管道管径时， 降可参考以下推荐值（一般 中值） 中值）。 下面分别按三种常用计算 荐的百米压降与介质流速控 荐的百米压降与介质流速控 工艺液体管道 工艺气体管道 公用工程管道 公用工程管道 水力学计算中最重要的两项 适通常都由这两个参数来判 适通常都由这两个参数来判 管内流

9、速及最大摩擦压力 管内流速及最大摩擦压力 般初始值可采用推荐范围的 算管道，提供工程计算中推 控制范围 控制范围：工艺液体 P100百米 (kgf/cm2/ 泵吸入口 饱和液 0.05 泵吸入口 过冷液 0.08 泵吸入口 过冷液 0.08 泵排出口 0.15-1.5 塔抽出口 0.05 重力流 重力流 再沸器入口 0.03 有闪蒸调节阀入 有闪蒸调节阀入口 0.05 体管道 米压降 100m) 流速 (m/s) 0.51.5 1.02.0 .0 .0 经济流速（一般 不超过4m/s) 1 1 1 0.31.2 0.51.0P100 (kg 工艺气体 P100 (kg 常压/真空 0.01-0

10、.07 1.0MPaG 0.07-0.20 10.0MPaG 0.2-0.7 10.0MPaG 0.7% 操作压 再沸器返回口 0.02-0.05 往复压缩机 离心压缩机 005 离心压缩机 0-0.5 气相转油线 0.3-1.7 液相转油线 0.11-0.75 气液相转油线 0.16-1.10 gf/cm2/100m) 流速 (m/s) 体管道 gf/cm2/100m) 流速 (m/s) 1030 1030 720 压力 720 12 经济流速 经济流速公用工程 公用工程 仪表风 业 常压/真空 工业风 0.35MPaG 0.7MPaG 1.0MPaG 饱和蒸汽 0.7MPaG 0.7MPa

11、G 过热蒸汽 1.0MPaG 过热蒸汽 1.0MPaG 1.0MPaG 疏水器调节阀前凝液 005 疏水器调节阀前凝液 0.05 疏水器调节阀后凝液 循环水 程管道 P100(kgf / 2/100 ) 流速(m/s) 程管道 /cm2/100m) 0.05 经济流速 G 0.07 经济流速 0.11 经济流速 0.13 经济流速 0.2 40-60 0.45 30-50 0.07-0.2 75 0.07 0.2 75 0.2-0.7 75 0.2-0.7 两相流计算 0.3 1-4 4.管道阻力降计算 常见的管道阻力降类型 常见的管道阻力降类型 不可压缩流体 不可压缩流体 可压缩流体 气液两

12、相流 （非闪蒸型）4.1 不可压缩流体阻力降计 411不可压缩流体 4.1.1 不可压缩流体 液体 管道进出口压差小于进 管道进出口压差小于进 4.1.2 管道阻力降 流体在管道中的压力降可 流体在管道中的压力降可 力降，局部阻力降指的是管 的局部阻力。局部阻力降通 的局部阻力。局部阻力降通 阻力元件产生的阻力降与相 降相同，则此直管长度为此 降相同则管 长 度 为 当量长度通过实验测定。 各局部阻力降元件的参考 计算 进口压力10%的气体管道 进口压力10%的气体管道 可分为直管阻力降与局部压 可分为直管阻力降与局部压 管件、阀门、流量元件等产生 通常上采用当量长度法 局部 通常上采用当量长

13、度法,局部 相同管径的直管段产生的阻力 此局部阻力元件的当量长度， 局部阻力元件的当量长度 考当量长度见下表。局部阻力降元件 局部阻力降元件的参考当量长度表 的参考当量长度表管道当量长度估算： ）当没有管道布置图时 1）当没有管道布置图时， 量长度Le 工艺装置 Le3.0 Ls 一般区域 Le（1.3-1.5 般区域 Le （1.3 1.5 Ls管道直线长度 2）泵入口管线在没有布置 可按以下方法估算管道当 ，可按以下方法估算管道当 5）Ls 5）Ls 度 置图时 Le 50 m4.1.3 阻力降计算方法 1) 范宁（Fanning）公式 1 2 L e D P s 2 f P：阻力降 kg

14、/cm2 2 D f 阻力降 g/ S2 ：1.02x10-5 f ：摩擦系数 f ：摩擦系数 m Le ：当量长度 D: 管道内径 m D : 管道内径 m V : 介质在管内的平均 :介质在工作条件下的 2 1 2 V 2 均流速 ms 的密度 kgm32)雷诺数（Re） 摩擦系数与流体的流动状 摩擦系数与流体的流动状 诺数（Re）来表示： DV S1：1000 V: 介质在管内的平均 D: 管道内径 m V: 介质在管内的平均 :介质在工作条件下 :介质在工作条件下 状态有关 流动状态可用雷 状态有关，流动状态可用雷 GD 流速 ms 流速 ms 下的密度 kgm3 下的粘度 m Pa . S (cp)