化工流體管路設(shè)計

1、流體輸送管路設(shè)計目錄1.任務(wù)書2.設(shè)計過程 2.1流程圖 2.2管道設(shè)計 2.2.1主管道規(guī)格確定2.2.2管道特性方程估算2.3泵的設(shè)計2.3.1項目基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及相關(guān)信息2.3.2泵型號確定及其基礎(chǔ)特性參數(shù)2.3.3泵工作點確定及其性能參數(shù)的校正2.3.4泵的安裝高度估算2.4設(shè)計結(jié)果一覽圖表3條件變化對輸送系統(tǒng)的影響分析4操作過程及注意事項5設(shè)計評述6參考文獻7.符號說明一、任務(wù)書某工廠需要將一定量溶劑從貯槽送往高位槽,兩槽液面穩(wěn)定,其間的垂直距離為10m, 溶劑溫度20, 溶劑貯槽液面與地面的距離為3m,試解決下列問題： 選擇輸送管子,并畫出示意圖； 選擇合適類型的泵； 求泵的軸功率和電機

2、功率； 確定泵的安裝位置； 確定泵的工作點、損耗在閥門上的軸功率； 現(xiàn)若流量需增加10%,可采取什么措施? 分析管路設(shè)計中可行的節(jié)能措施。注：學號單號同學選用溶劑為乙醇，雙號同學選用溶劑為甲醇，輸送量為（50+學號最后兩位）噸/小時。要求：查閱相關(guān)工程設(shè)計手冊或其它文獻，寫出設(shè)計報告，對工藝參數(shù)的選用附上相關(guān)出處。二、設(shè)計過程1.流程圖2.管道設(shè)計2.1物理參數(shù)及操作環(huán)境條件在20，即303.15K下進行，儲罐A與大氣相通，其液面上方大氣壓假定為1atm，離心泵根據(jù)管路計算選擇。輸送量為61000kg/h。常壓、303.15K下，乙醇的物性數(shù)據(jù)為：密度=789kg/m3,黏度=1.15*10-

3、3Pa·s。2.2管徑、流速、雷諾數(shù)的計算與流型的判斷工程設(shè)計中易燃易爆液體管道直徑的大小與安全流速值的大小有直接的關(guān)系。根據(jù)化工設(shè)計手冊1乙醇的安全流速u5m/s,結(jié)合乙醇在管路輸送的經(jīng)濟流速2，和泵吸入管的推薦流速0.5u2.0m/s和排出管的推薦流速2.4u3.0m/s3。假定液體在吸入管道內(nèi)的流速=2.2，在泵排出管內(nèi)的流速u1=3.0m/s,已知流量，由流量計算式得吸入管徑為：=112同理得排出管徑為：=96查流體輸送用不銹鋼無縫鋼管規(guī)格表【4】選取吸入管規(guī)格。則吸入管內(nèi)徑，實際流速為：吸入管雷諾數(shù)>4000因此可判斷流體的流形為湍流。選取排出管規(guī)格。則排出管內(nèi)徑，實

4、際流速為：排出管雷諾數(shù)因此可判斷流體的流形為湍流。查某些工業(yè)管道的絕對粗糙度表得新的無縫鋼管絕對粗糙度=0.02mm， 由于Re=4*1033*106，管內(nèi)徑50200mm,所以我們用顧毓珍公式公式：算得吸入管為0.0201，排出管為0.0196。4、管道特性方程估算（1）管件閥門數(shù)據(jù)由初步設(shè)計圖分析及查管件和閥件的局部阻力系數(shù)值表可得本項目所需閥門管件基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如下表所示：名稱個數(shù)備注標準彎頭20.75安泵處算一個彎頭閘閥30.17作為泵的切斷閥，全開標準截止閥16.4作節(jié)流閥，按球心閥全開處理(2)直管摩擦阻力的計算=0.0201+0.0196=1.6563m (3)局部阻力的計算。2.標準

5、彎頭造成的局部阻力。由管件與閥門的局部阻力系數(shù)表可查得，其90°的標準彎頭=0.75 3.閘閥造成的局部阻力。管件與閥門的局部阻力系數(shù)表可查得全開的閘閥的=0.174.渦輪流量計管徑在80100之間，取2.42綜上，計算局部阻力=2.443m綜上可得總管路的特性方程為：=z+hf=10+1.6563+2.443=14.0993m（單位m）4管路的特性方程的計算在特定的管路系統(tǒng)中，于一定條件下操作時，上式中動能一項可以忽略，z與p/g均為定值，令可將上式簡化為，對于特定管路，可令將上式進一步簡化為。在本設(shè)計中：K=z +p/g=（zA+pA/g）A+（zB+pB/g）B =(10+0.

6、4×106998.2×9.81)×8001400+(14+0.2×106998.2×9.81)×6001400=43.809mG=(L+Led+)82d4gi×i=0.0236×(6+6.5+2.7+0.6)/0.09+1(82×0.094×9.81) 814+0.0246×(10+1.5+0.5)/0.077+1(82×0.0774×9.81) 614=1.65×104 s2/m5因此管路的特性方程可以表示為：He=43.809+1.65×10

7、4Qe（二）泵的選擇和設(shè)計1、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及相關(guān)信息1）介質(zhì)物性：輸送對象為乙醇，=789,=1.15*10-3Pas，基本無固體顆粒、氣體等雜質(zhì)。2）操作條件：液體溫度與環(huán)境溫度相等，為20，2、泵型號確定及其基礎(chǔ)性能參數(shù)由管路計算分析得需對管路提供的壓頭he=14.0993考慮到安全系數(shù)1.05到1.10，把泵的揚程定為H=15.5m泵的流量至少為=78由上述信息查65Y60型泵性能表和性能曲線圖，選擇65Y60B型油泵并獲得泵的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：所選泵為單吸離心臥式油泵（Y），吸入口直徑65mm，單吸揚程60m，葉輪級數(shù)為1，比基本型號65Y60離心油泵直徑小二級（B），原始性能參數(shù)（即出廠用20清

8、水測值）如下表所示。流量Q揚程H轉(zhuǎn)速n軸功率N電機功率效率汽蝕余量泵殼允許應(yīng)力2038m2950r/min4.22kW5.5kW492.7m1570/2250結(jié)構(gòu)形式單級懸臂3、泵性能參數(shù)的校正及工作點的確定（1）工作點確定 由項目要求知主管道流量=77.3，等于泵原始性能參數(shù)中的流量值，故泵工作點為：=20；相應(yīng)=38m。由附圖查得最高效率=51%，泵應(yīng)在不低于92%內(nèi)工作，即高效區(qū)下界=92%=46.9%=49%，因此泵在高效區(qū)工作。（2）校正 本項目輸送液體為混合烷烴，非出廠時測定泵性能參數(shù)所用的清水，因此需要對泵的參數(shù)進行校正。1）液體密度影響：離心泵流量、壓頭均與液體密度無關(guān)，效率也

9、不隨液體密度改變，但軸功率理論表達式為N=H/(102),可知其較正式N=kW=3.467kW。2)液體黏度影響：當液體黏度20×時泵的性能參數(shù)需要進行修正。（課本P94）本項目中液體的運動黏度為=0.975cSt20×，而計算可得20下水的運動粘度為=1.007 cSt,與混合烷烴值近似，故可認為該液體黏度對泵參數(shù)基本無影響。3）另外，這里不考慮液體變化對離心泵汽蝕余量的影響?？偨Y(jié)以上分析，漿泵的實際工作參數(shù)列于下表：流量Q揚程H轉(zhuǎn)速n軸功率N電機功率效率汽蝕余量泵殼允許應(yīng)力2038m2950r/min3.467kW5.5kW492.7m1570/2250結(jié)構(gòu)形式單級懸臂

10、4、泵的安裝高度估算泵的安裝高度Hg=,其中=120kPa=120 kPa, =820,=2.7m,罐泵間的動壓頭損失=()=0.22m將各已知數(shù)帶入得安裝高度Hg=2.92m，結(jié)果表示泵應(yīng)安裝在低于油罐液面2.92m處。（三）設(shè)計結(jié)果一覽圖表二、條件變化對輸送系統(tǒng)的影響分析2、操作條件變化（1）流量變化：理論上流量變化基本不會改變管道特性方程He=K+G中的兩個參數(shù)。由65Y60B泵的性能表可知，輸送液體流量稍有增加或減小在 范圍左右變動時，所選泵均能維持系統(tǒng)正常運行?？梢哉{(diào)節(jié)輸送管路上的閥門改變管路特性來使系統(tǒng)處于不同的工作點。但要求流量若在該范圍之外，則要考慮換其他型號的泵。（2）壓力變

11、化：若油罐A，高位槽B、C內(nèi)的壓力有較大變動，要滿足輸送要求，則需要重新設(shè)計管路以及選擇泵型。因為從設(shè)計過程來看壓力確定是一個大的前提，其變化會導致管路特性方程中K值的變化，進而影響隨后的設(shè)計，另外由泵安裝高度計算式Hg=得P變化也會對泵位置的確定有影響。三、設(shè)計評述1、對設(shè)計的整體概括 本次設(shè)計根據(jù)項目所給條件先確定主管道規(guī)格，然后設(shè)定c支管道的規(guī)格與主管道相同（依據(jù)是減小截面突變而引起丫頭損失），再根據(jù)分支管路內(nèi)單位質(zhì)量流體在流動終了時機械能與能量損失之和相等的特點列式并用試差法得出b支管路的規(guī)格，最后計算出管路的特性方程并選出滿足要求的泵。本設(shè)計對孔板流量計進行了設(shè)計，對六項因素導致管路

12、壓頭的損失進行了分析估算，對泵的性能參數(shù)進行了校正，還分析了液體物性和操作條件變化對系統(tǒng)的影響。2、設(shè)計的不足之處分析 本設(shè)計只是初步設(shè)計，其中有很多忽略或不嚴密之處：（1） 因設(shè)計任務(wù)書未給出詳細的罐槽平立面相對位置，對管道長度做了近似處理。（2） 管道上管件閥門個數(shù)、類型以及局部阻力系數(shù)也是大致的情況并按照閥門全開處理，實際施工完成后可能與之有一定差別。設(shè)計未能給出所用閥門管件的具體規(guī)格、相關(guān)參數(shù)及在管路中的相對位置。（3） 管道特性方程計算Re對值的影響。（4） 未對轉(zhuǎn)子流量計進行相關(guān)計算。（5） 因泵安裝引起的管道壓頭損失估算過程不很嚴密，且未將單向底閥、旁路流量調(diào)節(jié)的輔助管路、放凈閥

13、及其所在支路等對管道特性方程的影響考慮在內(nèi)。（6） 泵的確定所用圖表來自1976年的參考資料，可能會與現(xiàn)在有所不同，但我將其與流體流動課本后泵規(guī)格表對比了一下發(fā)現(xiàn)差別幾乎可以忽略不計。（7） 安裝高度一項未考慮因“倒灌”安裝而導致管路長度的變化。（8） 未考慮安裝安全閥的問題，為對系統(tǒng)的安全性進行分析。（9） 限于時間及技術(shù)問題，作業(yè)設(shè)計當然以上幾點只是不足之處的部分情況，是我個人能夠察覺到的明顯存在不足的地方，還需要進一步分析整個設(shè)計存在的問題。參考文獻（1） 柴誠敬、張國亮.化工流體流動與傳熱.第二版.北京：化學工業(yè)出版社，2007.（2） 婁愛娟.吳志泉.吳敘美.化工設(shè)計.上海:華東理工

14、大學出版社，2002.（3） 石油化學工業(yè)部石油化工規(guī)劃設(shè)計院組織.泵和電動機的選用.第一版.北京:石油化學工業(yè)出版社,1976.（4） 高鴻賓.有機化學.第四版.北京：高等教育出版社，2005（5） 石油化工劇毒、易燃、可燃介質(zhì)管道施工及驗收規(guī)范的規(guī)定進行（6） 無縫鋼管：在化工廠中廣泛應(yīng)用，特點是品質(zhì)均勻、強度高，可用于輸送有壓力的物料、蒸汽、高壓水、過熱水以及輸送有燃燒性、爆炸性和有毒害性的物料，極限工作溫度為435。 輸送強腐蝕性或高溫介質(zhì)(可達900950)則用合金鋼或耐熱鋼制成的無縫鋼管，如鎳鉻鋼能耐HN03與H3PO4等，但具有還原性的介質(zhì)不宜采用。無縫鋼管還可用作各種設(shè)備的換熱

15、管。無縫鋼管可用法蘭或焊接聯(lián)接，兩種連接方法通?；旌喜捎茫?） 輸送易燃、易爆、有毒及有腐蝕性的物料管道不得鋪設(shè)在生活間、樓梯、走廊和門等處，這類管道上應(yīng)設(shè)安全閥、防爆膜、阻火器和水封等防火防爆裝置，并應(yīng)將放空管引到指定地點或高過屋面2米以上（8） 管道鋪設(shè)時應(yīng)有一定的坡度，坡度的方向一般為1/100-5/1000 （9） 管道應(yīng)盡量沿墻面鋪設(shè)，或鋪設(shè)在固定在墻上的管架上，管道與墻之間的距離以能容納管件、閥門及方便安裝維修為原則（10） 為安裝和操作方便，管道上的閥門和儀表的布置高度可參考以下數(shù)據(jù)： 閥門（包括球閥、截止閥、閘閥） 1.2-1.6m安全閥 2.2m 溫度計、壓力計 1.1-1.6m（11） 為方便管道安裝、檢修及防止變形后碰撞，管道間應(yīng)該保持一定的間距。閥門、法蘭應(yīng)盡量錯開排列，以減少間距。（12） 為了