管徑選擇與管道壓力降計(jì)算(一)1~60

管徑選擇與管道壓力降計(jì)算PS304-03—PAGE111—管徑選擇與管道壓力降計(jì)算(一)1~60管徑選擇與管道壓力降計(jì)算第一部分管徑選擇應(yīng)用范圍和說(shuō)明本規(guī)定適用于化工生產(chǎn)裝置中的工藝和公用物料管道，不包括儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的長(zhǎng)距離輸送管道、非牛頓型流體及固體粒子氣流輸送管道。對(duì)于給定的流量，管徑的大小與管道系統(tǒng)的一次投資費(fèi)(材料和安裝)、操作費(fèi)(動(dòng)力消耗和維修)和折舊費(fèi)等項(xiàng)有密切的關(guān)系，應(yīng)根據(jù)這些費(fèi)用作出經(jīng)濟(jì)比較，以選擇適當(dāng)?shù)墓軓?，此外還應(yīng)考慮安全流速及其它條件的限制。本規(guī)定介紹推薦的方法和數(shù)據(jù)是以經(jīng)驗(yàn)值，即采用預(yù)定流速或預(yù)定管道壓力降值(設(shè)定壓力降控制值)來(lái)選擇管徑，可用于工程設(shè)計(jì)中的估算。當(dāng)按預(yù)定介質(zhì)流速來(lái)確定管徑時(shí)，采用下式以初選管徑：d=18.81W0.5u-0.5ρ-0.5(1.0.3—1)或d=18.81V00.5u-0.5(1.0.3—2)式中d——管道的內(nèi)徑，mm；W——管內(nèi)介質(zhì)的質(zhì)量流量，kg／h；V0——管內(nèi)介質(zhì)的體積流量，m3／h；ρ——介質(zhì)在工作條件下的密度，kg／m3；u——介質(zhì)在管內(nèi)的平均流速，m／s。預(yù)定介質(zhì)流速的推薦值見(jiàn)表2.0.1。當(dāng)按每100m計(jì)算管長(zhǎng)的壓力降控制值(⊿Pf100)來(lái)選擇管徑時(shí)，采用下式以初定管徑：d＝18.16W0.38ρ-0.207μ0.033⊿Pf100–0.207(1.0.4—1)或d＝18.16V00.38ρ0.173μ0.033⊿Pf100–0.207(1.0.4—2)式中μ——介質(zhì)的動(dòng)力粘度，Pa·s；⊿Pf100——100m計(jì)算管長(zhǎng)的壓力降控制值，kPa。推薦的⊿Pf100值見(jiàn)表2.0.2。本規(guī)定除注明外，壓力均為絕對(duì)壓力。管道內(nèi)流體常用流速范圍和一般工程設(shè)計(jì)中的壓力降控制值管道內(nèi)各種介質(zhì)常用流速范圍見(jiàn)表2.0.1。表中管道的材質(zhì)除注明外，一律為鋼。該表中流速為推薦值。管道壓力降控制值見(jiàn)表2.0.2－1和表2.0.2－2，該表中壓力降值為推薦值。核定初選管徑后，應(yīng)在已確定的工作條件及物料性質(zhì)的基礎(chǔ)上，按不同流動(dòng)情況的有關(guān)公式，準(zhǔn)確地作出管道的水力計(jì)算，再進(jìn)一步核定下述各項(xiàng)：所計(jì)算出的管徑應(yīng)符合工程設(shè)計(jì)規(guī)定；滿足介質(zhì)在管道輸送時(shí)，對(duì)流速的安全規(guī)定；滿足噪聲控制的要求。

第二部分管道壓力降計(jì)算1單相流(不可壓縮流體)1.1簡(jiǎn)述1.1.1本規(guī)定適用于牛頓型單相流體在管道中流動(dòng)壓力降的計(jì)算。在化工工藝專業(yè)已基本確定各有關(guān)主要設(shè)備的工作壓力的情況下，進(jìn)行系統(tǒng)的水力計(jì)算。根據(jù)化工工藝要求計(jì)算各主要設(shè)備之間的管道(包括管段、閥門、控制閥、流量計(jì)及管件等)的壓力降，使系統(tǒng)總壓力降控制在給定的工作壓力范圍內(nèi)，在此基礎(chǔ)上確定管道尺寸、設(shè)備接管口尺寸、控制閥和流量計(jì)的允許壓力降，以及安全閥和爆破片的泄放壓力等。1.1.2牛頓型流體是流體剪應(yīng)力與速度梯度成正比而粘度為其比例系數(shù)。凡是氣體都是牛頓型流體，除由高分子等物質(zhì)組成的液體和泥漿外，多數(shù)液體亦屬牛頓型流體。1.2計(jì)算方法1.2.1注意事項(xiàng)1.2.1.1安全系數(shù)計(jì)算方法中未考慮安全系數(shù)，計(jì)算時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選用合理的數(shù)值。通常，對(duì)平均需要使用5～10年的鋼管，在摩擦系數(shù)中加20％～30％的安全系數(shù)，就可以適應(yīng)其粗糙度條件的變化；超過(guò)5～10年，條件往往會(huì)保持穩(wěn)定，但也可能進(jìn)一步惡化。此系數(shù)中未考慮由于流量增加而增加的壓力降，因此須再增加10％～20％。的安全系數(shù)。規(guī)定中對(duì)摩擦壓力降計(jì)算結(jié)果按1.15倍系數(shù)來(lái)確定系統(tǒng)的摩擦壓力降，但對(duì)靜壓力降和其它壓力降不乘系數(shù)。1.2.1.2計(jì)算準(zhǔn)確度在工程計(jì)算中，計(jì)算結(jié)果取小數(shù)后兩位有效數(shù)字為宜。對(duì)用當(dāng)量長(zhǎng)度計(jì)算壓力降的各項(xiàng)計(jì)算中，最后結(jié)果所取的有效數(shù)字仍不超過(guò)小數(shù)后兩位。1.2.2管徑1.2.2.1確定管徑的一般原則(1)應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)條件來(lái)確定管道直徑，需要時(shí)，可以有設(shè)計(jì)條件下壓力降15％～25％的富裕量，但以下情況除外：a.有燃料油循環(huán)管路系統(tǒng)的排出管尺寸，應(yīng)考慮一定的循環(huán)量；b.泵、壓縮機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)的管道，應(yīng)按工藝最大流量(在設(shè)備設(shè)計(jì)允許的流速下)來(lái)確定尺寸，而不能按機(jī)器的最大能力來(lái)確定管道尺寸；c.間斷使用的管道(如開(kāi)工旁路管道)尺寸，應(yīng)按可能得到的壓差來(lái)確定。(2)在允許壓力降范圍內(nèi)，應(yīng)采用經(jīng)濟(jì)管徑，某些管道中流體允許壓力降范圍見(jiàn)表1.2.2—1。(3)某些對(duì)管壁有腐蝕及磨蝕的流體，由流速?zèng)Q定管徑，其流速見(jiàn)表1.2.2－2。1.2.2.2管徑計(jì)算計(jì)算公式如下：(1.2.2－1)式中d——管道內(nèi)直徑，mm；Vf——流體體積流量，m3/h；u——流體平均流速，m/s；W——流體質(zhì)量流量，kg/h；ρ——流體密度，kg/m3。通常可由圖1.2.2—1或圖1.2.2—2查得管徑。某些管道中流體允許壓力降范圍表1.2.2—1序號(hào)管道種類及條件壓力降范圍kPa(100m管長(zhǎng))l蒸汽P＝6.4～I(xiàn)OMPa(表)46～230總管P<3.5MPa(表)12～35P≥3.5MPa(表)23～46支管P<3.5MPa(表)23～46P≥3.5MPa(表)23～69排氣管4.6～122大型壓縮機(jī)>735kW進(jìn)口1.8～9出口4.6～6.9小型壓縮機(jī)進(jìn)出口2.3～23壓縮機(jī)循環(huán)管道及壓縮機(jī)出口管0.23～123安全閥進(jìn)口管(接管點(diǎn)至閥)最大取整定壓力的3%出口管最大取整定壓力的10%出口匯總管最大取整定壓力的7.5%4一般低壓下工藝氣體2.3～235一般高壓工藝氣體2.3～696塔頂出氣管127水總管238水支管189泵進(jìn)口管最大取8出口管<34m3／h35～13834～110m3／h23～92>110m3／h12～46某些對(duì)管壁有腐蝕及磨蝕流體的流速表1.2.2－2序號(hào)介質(zhì)條件管道材料最大允許流速m／Sl燒堿液(濃度>5％)碳鋼1.222濃硫酸(濃度>80％)碳鋼1.223酚水(含酚>1％)碳鋼0.9l4含酚蒸汽碳鋼18.005鹽水碳鋼1.83管徑≥900襯水泥或?yàn)r青鋼管4.60管徑<900襯水泥或?yàn)r青鋼管6.00注：當(dāng)管道為含鎳不銹鋼時(shí)，流速有時(shí)可提高到表中流速的10倍以上。1.2.3管路1.2.3.1簡(jiǎn)單管路凡是沒(méi)有分支的管路稱為簡(jiǎn)單管路。(1)管徑不變的簡(jiǎn)單管路，流體通過(guò)整個(gè)管路的流量不變。(2)由不同管徑的管段組成的簡(jiǎn)單管路，稱為串聯(lián)管路。a.通過(guò)各管段的流量不變，對(duì)于不可壓縮流體則有Vf＝Vf1=Vf2=Vf3……(1.2.3—1)b.整個(gè)管路的壓力降等于各管段壓力降之和，即⊿P＝⊿Pl+⊿P2+⊿P3＋……(1.2.3—2)1.2.3.2復(fù)雜管路凡是有分支的管路，稱為復(fù)雜管路。復(fù)雜管路可視為由若干簡(jiǎn)單管路組成。(1)并聯(lián)管路在主管某處分支，然后又匯合成為一根主管。a.各支管壓力降相等，即⊿P＝⊿Pl＝⊿P2＝⊿P3……(1.2.3—3)在計(jì)算壓力降時(shí)，只計(jì)算其中一根管子即可。b.各支管流量之和等于主管流量，即Vf＝Vf1＋Vf2＋Vf3十……(1.2.3—4)(2)枝狀管路從主管某處分出支管或支管上再分出支管而不匯合成為一根主管。a.主管流量等于各支管流量之和；b.支管所需能量按耗能最大的支管計(jì)算；c.對(duì)較復(fù)雜的枝狀管路，可在分支點(diǎn)處將其劃分為若干簡(jiǎn)單管路，按一般的簡(jiǎn)單管路分別計(jì)算。1.2.4管道壓力降計(jì)算1.2.4.1概述(1)管道壓力降為管道摩擦壓力降、靜壓力降以及速度壓力降之和。管道摩擦壓力降包括直管、管件和閥門等的壓力降，同時(shí)亦包括孔板、突然擴(kuò)大、突然縮小以及接管口等產(chǎn)生的局部壓力降；靜壓力降是由于管道始端和終端標(biāo)高差而產(chǎn)生的；速度壓力降是指管道始端和終端流體流速不等而產(chǎn)生的壓力降。(2)對(duì)復(fù)雜管路分段計(jì)算的原則，通常是在支管和總管(或管徑變化處)連接處拆開(kāi)，管件(如異徑三通)應(yīng)劃分在總管上，按總管直徑選取當(dāng)量長(zhǎng)度?？偣荛L(zhǎng)度按最遠(yuǎn)一臺(tái)設(shè)備計(jì)算。(3)對(duì)因結(jié)垢而實(shí)際管徑減小的管道，應(yīng)按實(shí)際管徑進(jìn)行計(jì)算。雷諾數(shù)按下式計(jì)算：（1.2.4－1）式中Re——雷諾數(shù)，無(wú)因次；u——流體平均流速，m／s；d——管道內(nèi)直徑，mm；μ——流體粘度，mPa·s；W——流體的質(zhì)量流量，kg／h；Vf——流體的體積流量，m3／h；ρ——流體密度，kg／m3。(4)管壁粗糙度管壁粗糙度通常是指絕對(duì)粗糙度(ε)和相對(duì)粗糙度(ε／d)。絕對(duì)粗糙度表示管子內(nèi)壁凸出部分的平均高度。在選用時(shí)，應(yīng)考慮到流體對(duì)管壁的腐蝕、磨蝕、結(jié)垢以及使用情況等因素。如無(wú)縫鋼管，當(dāng)流體是石油氣、飽和蒸汽以及干壓縮空氣等腐蝕性小的流體時(shí)，可選取絕對(duì)粗糙度ε＝o.2mm；輸送水時(shí)，若為冷凝液(有空氣)則取ε＝0.5mm；純水取ε＝0.2mm；未處理水取ε＝0.3～0.5mm；對(duì)酸、堿等腐蝕性較大的流體，則可?。絣mm或更大些。對(duì)相同絕對(duì)粗糙度的管道，直徑愈小，對(duì)摩擦系數(shù)影響程度愈大，因此用ε和d的比值ε／d來(lái)表示管壁粗糙度，稱為相對(duì)粗糙度。在湍流時(shí)，管壁粗糙度對(duì)流體流動(dòng)的摩擦系數(shù)影響甚大。摩擦系數(shù)(λ)與雷諾數(shù)(Re)及管壁相對(duì)粗糙度(ε／d)的關(guān)系見(jiàn)圖1.2.4—1所示；在完全湍流情況下，清潔新管的管徑(d)占絕對(duì)粗糙度(ε)的關(guān)系見(jiàn)圖1.2.4—2所示。某些工業(yè)管道的絕對(duì)粗糙度見(jiàn)表1.2.4—1；相對(duì)粗糙度由圖1.2.4—2查得。某些工業(yè)管道的絕對(duì)粗糙度表1.2.4—1序號(hào)管道類別絕對(duì)粗糙度(c)mm1234567金屬管無(wú)縫黃銅管、銅管及鉛管新的無(wú)縫鋼管或鍍鋅鐵管新的鑄鐵管具有輕度腐蝕的無(wú)縫鋼管具有顯著腐蝕的無(wú)縫鋼管舊的鑄鐵管鋼板制管0.01～0.050.1～0.20.25～0.420.2～0.30.5以上0.85以上0.338910111213非金屬管干凈玻璃管橡皮軟管木管道陶土排水管接頭平整的水泥管石棉水泥管0.0015～0.010.01～0.030.25—1.250.45～6.00.330.03～0.8(5)流動(dòng)型態(tài)流體在管道中流動(dòng)的型態(tài)分為層流和湍流兩種流型，層流與湍流間有一段不穩(wěn)定的臨界區(qū)。湍流區(qū)又可分為過(guò)渡區(qū)和完全湍流區(qū)。工業(yè)生產(chǎn)中流體流型大多屬于過(guò)渡區(qū)，見(jiàn)圖1.2.4—1所示。確定管道內(nèi)流體流動(dòng)型態(tài)的準(zhǔn)則是雷諾數(shù)(Re)。a.層流雷諾數(shù)Re<2000，其摩擦損失與剪應(yīng)力成正比，摩擦壓力降與流體流速的一次方成正比。b.湍流雷諾數(shù)Re≥4000，其摩擦壓力降幾乎與流速的平方成正比。(a)過(guò)渡區(qū)摩擦系數(shù)(λ)是雷諾數(shù)(Re)和管壁相對(duì)粗糙度(ε／d)的函數(shù)，在工業(yè)生產(chǎn)中，除粘度較大的某些液體(如稠厚的油類等)外，為提高流量或傳熱、傳質(zhì)速率，要求Re>104。因此，工程設(shè)計(jì)中管內(nèi)的流體流型多處于湍流過(guò)渡區(qū)范圍內(nèi)。(b)完全湍流區(qū)在圖1.2.4—1中，M-N線上部范圍內(nèi)，摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)無(wú)關(guān)而僅隨管壁粗糙度變化。c.臨界區(qū)2000<Re<4000，在計(jì)算中，當(dāng)Re>3000時(shí)，可按湍流來(lái)考慮，其摩擦系數(shù)和雷諾數(shù)及管壁粗糙度均有關(guān)，當(dāng)粗糙度一定時(shí)，摩擦系數(shù)隨雷諾數(shù)而變化。(6)摩擦系數(shù)a.層流層流時(shí)摩擦系數(shù)用式(1.2.4—2)計(jì)算或查圖1.2.4－l。λ＝64／Re(1.2.4—2)式中λ——摩擦系數(shù)，無(wú)因次。b.過(guò)渡流和完全湍流，見(jiàn)圖1.2.4—1所示。在較長(zhǎng)的鋼管中，若輸送的是為水所飽和的濕氣體，如氫、二氧化碳、氮、氧及類似的流體，應(yīng)考慮到腐蝕而將查圖所得摩擦系數(shù)乘以1.2。(7)壓力降在管道系統(tǒng)中，計(jì)算流體壓力降的理論基礎(chǔ)是能量平衡方程。假設(shè)流體是在絕熱、不對(duì)外作功和等焓條件下流動(dòng)，對(duì)不可壓縮流體密度是常數(shù)，則得：(1.2.4－3)(1.2.4－4)因此(1.2.4－5)或⊿P＝⊿PS+⊿PN+⊿Pf(1.2.4－6)式中⊿P—管道系統(tǒng)總壓力降，kPa；⊿PS—靜壓力降，kPa；⊿PN—速度壓力降，kPa；⊿Pf—摩擦壓力降，kPa；Z1、Z2—分別為管道系統(tǒng)始端、終端的標(biāo)高，m；u1、u2—分別為管道系統(tǒng)始端、終端的流體流速，m／s；u—流體平均流速，m／s；P——流體密度，kg／m3；hf——管內(nèi)摩擦損失的能量，J／kg；L、Le——分別為管道的長(zhǎng)度和閥門、管件等的當(dāng)量長(zhǎng)度，m；D——管道內(nèi)直徑，m。1.2.4.2壓力降計(jì)算(1)圓形截面管a.摩擦壓力降由于流體和管道管件等內(nèi)壁摩擦產(chǎn)生的壓力降稱為摩擦力壓降。摩擦壓力降都是正值.正值表示壓力下降。可由當(dāng)量長(zhǎng)度法表示，如式(1.2，4—5)的最末項(xiàng)。亦可以阻力系數(shù)法表示，即(1.2.4—7)此式稱為范寧(Fanning)方程式，為圓截面管道摩擦壓力降計(jì)算的通式，對(duì)層流和湍流兩種流動(dòng)型態(tài)均適用。式中⊿Pf—管道總摩擦壓力降，kPa；λ—摩擦系數(shù)，無(wú)因次；L—管道長(zhǎng)度，m；D—管道內(nèi)直徑，m；∑K—管件、閥門等阻力系數(shù)之和，無(wú)因次；u—流體平均流速，m／s；ρ—流體密度，kg／m3。通常，將直管摩擦壓力降和管件、閥門等的局部壓力降分開(kāi)計(jì)算，對(duì)直管段用以下公式計(jì)算。層流(1.2.4－8)（b）湍流（1.2.4－9）式中d——管道內(nèi)直徑，mm；W——流體質(zhì)量流量，kg／h；Vf——流體體積流量，m3／h；μ——流體粘度，mPa·s。其余符號(hào)意義同前。b.靜壓力降由于管道出口端和進(jìn)口端標(biāo)高不同而產(chǎn)生的壓力降稱為靜壓力降。靜壓力降可以是正值或負(fù)值，正值表示出口端標(biāo)高大于進(jìn)口端標(biāo)高，負(fù)值則相反。其計(jì)算式為：（1.2.4－10）式中⊿PS—靜壓力降，kPa；Z2、Z1—管道出口端、進(jìn)口端的標(biāo)高，m；ρ—流體密度，kg／m3；g——重力加速度，9.81m／s2c.速度壓力降由于管道或系統(tǒng)的進(jìn)、出口端截面不等使流體流速變化所產(chǎn)生的壓差稱速度壓力降。速度壓力降可以是正值，亦可以是負(fù)值。其計(jì)算式為：（1.2.4－11）⊿PN—速度壓力降，kPa；u2、u1—出口端、進(jìn)口端流體流速，m／s；ρ—流體密度，kg／m3。d.閥門、管件等的局部壓力降流體經(jīng)管件、閥門等產(chǎn)生的局部壓力降，通常采用當(dāng)量長(zhǎng)度法和阻力系數(shù)法計(jì)算，分述如下：(a)當(dāng)量長(zhǎng)度法將管件和閥門等折算為相當(dāng)?shù)闹惫荛L(zhǎng)度，此直管長(zhǎng)度稱為管件和閥門的當(dāng)量長(zhǎng)度。計(jì)算管道壓力降時(shí)，將當(dāng)量長(zhǎng)度加到直管長(zhǎng)度中一并計(jì)算，所得壓力降即該管道的總摩擦壓力降。常用管件和閥門的當(dāng)量長(zhǎng)度見(jiàn)表1.2.4—2和表1.2.4—3。表1.2.4—2和表1.2.4—3的使用說(shuō)明為：①表中所列常用閥門和管件的當(dāng)量長(zhǎng)度計(jì)算式，是以新的清潔鋼管絕對(duì)粗糙度ε＝0.046mm，流體流型為完全湍流條件下求得的，計(jì)算中選用時(shí)應(yīng)根據(jù)管道具體條件予以調(diào)整。②按①條件計(jì)算，可由圖1.2.4—1查得摩擦系數(shù)(λT)(完全湍流摩擦系數(shù))，亦可采用1.2.4—4中數(shù)據(jù)。續(xù)表1.2.4—3圖中：d——內(nèi)直徑或表示內(nèi)直徑長(zhǎng)度；r——曲率半徑；α——角度。新的清潔鋼管在完全湍流下的摩擦系數(shù)(由圖1.2.4—1查得)表1.2.4—4公稱直徑(DN)mm15202532405065～80100125150200～250300～400450～600摩擦系數(shù)(λT)0.0270.0250.0230.0220.02l0.0190.0180.0170.0160.0150.0140.0130.012(b)阻力系數(shù)法①管件或閥門的局部壓力降按下式計(jì)算，式中有關(guān)符號(hào)見(jiàn)圖1.2.4—3所示。(1.2.4——12)式中⊿PK——流體經(jīng)管件或閥門的壓力降，kPa；K——阻力系數(shù)，無(wú)因次。其余符號(hào)意義同前。逐漸縮小的異徑管當(dāng)θ≤45°時(shí)(1.2.4—13)當(dāng)45°<θ≤180°時(shí)(1.2.4—14)逐漸擴(kuò)大的異徑管當(dāng)θ≤45°時(shí)(1.2.4—15)當(dāng)45°<θ≤180°時(shí)(1.2.4—16)式中各符號(hào)意義同前，并見(jiàn)圖1.2.4—3說(shuō)明。圖中符號(hào)說(shuō)明：a1、a2——異徑管的小管段、大管段截面積；d1、d2——異徑管的小管段、大管段內(nèi)徑；θ——異徑管的變徑角度。圖1.2.4—3逐漸縮小及逐漸擴(kuò)大的異徑管[應(yīng)用式(1.2.4—13～16)]②通常，流體經(jīng)孔板、突然擴(kuò)大或縮小以及接管口等處，將產(chǎn)生局部壓力降。突然縮小和從容器到管口(容器出口)按下式計(jì)算：(1.2.4—17)突然擴(kuò)大和從管口到容器(容器進(jìn)口)按下式計(jì)算：(1.2.4—18)式中⊿PK——局部壓力降，kPa；K——阻力系數(shù)，無(wú)因次，見(jiàn)表1.2.4—5。通常取：K＝0.5；KV——管件速度變化阻力系數(shù)，無(wú)因次。其余符號(hào)意義同前。管件速度變化阻力系數(shù)KV＝1－()4。對(duì)容器接管口，()4值甚小，可略去不計(jì)，故KV＝l。因此，通常K+KV＝1.5，K－KV＝－0.5；將此關(guān)系式分別代入式(1.2.4—17)和式(1.2.4—18)得：容器出口(1.2.4—19)容器進(jìn)口(1.2.4—20)當(dāng)⊿PK為負(fù)值，表示壓力回升，計(jì)算中作為富裕量，略去不計(jì)。完全湍流時(shí)容器接管口阻力系數(shù)，在要求比較精確的計(jì)算中，可查表1.2.4—5，層流時(shí)閥門和管件的阻力系數(shù)見(jiàn)表1.2.4—6。容器接管口的阻力系數(shù)(K)(湍流)表1.2.4—51容器的出口管(接管插入容器)1.02容器或其它設(shè)備進(jìn)口(銳邊接口)1.03容器進(jìn)口管(小圓角接口)1.04容器的進(jìn)口管(接管插入容器)0.785容器或其它設(shè)備出口(銳邊接口)0.56容器的出口管(小圓角接口)0.287容器的出口管(大圓角接口)0.04

管件、閥門局部阻力系數(shù)(層流)表1.2.4—6序號(hào)管件及閥門名稱局部阻力系數(shù)(K)Re＝1000Re＝500Re＝100Re＝50l90°彎頭(短曲率半徑)0.91.07.5162三通(直通)0.40.52.5(分枝)1.51.84.99.33閘閥1.21.79.9244截止閥111220305旋塞121419276角閥88.511197旋啟式止回閥44.51755(2)非圓形截面管a.水力半徑：水力半徑為流體通過(guò)管道的自由截面積與被流體所浸潤(rùn)的周邊之比，即RH＝A/C(1.2.4—21)b.當(dāng)量直徑：當(dāng)量直徑為水力半徑的四倍，即De＝4RH(1.2.4—22)c.壓力降：用當(dāng)量直徑計(jì)算湍流非圓形截面管壓力降。計(jì)算公式如下：(1.2.4—23)各式中RH——水力半徑，m；A——管道的自由截面積，m2；C——浸潤(rùn)周邊，m；De——管道的當(dāng)量直徑，m。其余符號(hào)意義同前。式(1.2.4—23)對(duì)非滿流的圓截面管也適用，但不適用于很窄或成狹縫的流動(dòng)截面，對(duì)矩形管其周邊長(zhǎng)度與寬度之比不得超過(guò)三比一，對(duì)環(huán)形截面管可靠性較差。對(duì)層流用當(dāng)量直徑計(jì)算不可靠，在必須使用當(dāng)量直徑計(jì)算時(shí)，應(yīng)對(duì)摩擦系數(shù)進(jìn)行修正，即(1.2.4—24)式中——雷諾數(shù)，無(wú)因次；J——常數(shù)，無(wú)因次，見(jiàn)表1.2.4—7。某些非圓形管的當(dāng)量直徑(D)及常數(shù)(J)表1.2.4—7序號(hào)非圓形截面管當(dāng)量直徑(De)m常數(shù)(J)1正方形，邊長(zhǎng)為dO572等邊三角形，邊長(zhǎng)為a0.58a533環(huán)隙形，環(huán)寬度b＝(d1－d2)／2(d1為外管內(nèi)徑，d2為內(nèi)管外徑)d1～d2964長(zhǎng)方形，長(zhǎng)為2a，寬為a1.3a625長(zhǎng)方形，長(zhǎng)為4ad，寬為a1.6a73(3)冷卻水管冷卻水管有結(jié)垢，推薦采用哈森—威廉①的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，即(1.2.4—25)式中⊿Pf——摩擦壓力降，kPa；Vf——冷卻水體積流量，m3／h；CHW——Hazen-Williams系數(shù)鑄鐵管CHW＝100襯水泥鑄鐵管CHW＝120碳鋼管CHW＝112玻璃纖維增強(qiáng)塑料管CHW＝150d——管道內(nèi)直徑，mm；①哈森—威廉式即Hazen—Williams式。L——管道長(zhǎng)度，m。式(1.2.4—25)僅在流體的粘度約為1.1mPa·s(水在l5.5℃時(shí)的數(shù)值)時(shí)，其值才準(zhǔn)確。水的粘度隨溫度而變化，0℃時(shí)為1.8mPa·s；100℃時(shí)為0.29mPa·s。在0℃時(shí)可能使計(jì)算出的摩擦壓力降增大20%，100℃時(shí)可能減小20%。其它流體當(dāng)粘度和水近似時(shí)，也可用此公式計(jì)算。(4)螺旋管流體經(jīng)螺旋管的摩擦壓力降按下式計(jì)算：(1.2.4—26)(1.2.4—27)式中⊿Pf——螺旋管摩擦壓力降，kPa；fc、λc——螺旋管摩擦系數(shù)，由圖1.2.4—4得出(λc＝4fc)；K——螺旋管進(jìn)、出口連接管口的阻力系數(shù)，由表1.2.4—5查得；如果出口管口直接與螺旋管相切連接，則滯流時(shí)K＝0.5，湍流時(shí)K＝0.1；u——流體平均流速，m／s；ρ——流體密度，kg／m3；Lc——螺旋管長(zhǎng)度，m；D——螺旋管管子內(nèi)直徑，m；Dc——螺旋管直徑(以管中心為準(zhǔn))，m；H——螺距(以管中心為準(zhǔn))，m；n——螺旋管圈數(shù)。求fc步驟：1.層流：當(dāng)Re<(Re)c，(Re)c由曲線①而得：光滑管fc＝16B／Re；新鋼管fc＝19.2B／Re，B由曲線②而得。2.湍流：當(dāng)Re>(Re)c，f由曲線③而得：光滑管fc＝c+f，c由曲線④而得；新鋼管fc＝E(c+f)，E由曲線⑤而得。圖1.2.4—4螺旋管摩擦系數(shù)1.2.5計(jì)算步驟及例題1.2.5.1計(jì)算步驟(1)已知管徑、流量求壓力降a.計(jì)算雷諾數(shù)以確定流型；b.選擇管壁絕對(duì)粗糙度，計(jì)算相對(duì)粗糙度，查圖1.2.4—1得摩擦系數(shù)；c.求單位管道長(zhǎng)度的壓力降；d.確定直管長(zhǎng)度和管件及閥門等的當(dāng)量長(zhǎng)度；e.分別求出⊿Pf、⊿PN和⊿PS得到管道的總壓力降。(2)已知允許壓力降、流量求管徑a.選定合理流速估算管徑；b.計(jì)算雷諾數(shù)確定流型；c.選擇管壁粗糙度查摩擦系數(shù)；d.求單位管道長(zhǎng)度的壓力降；e.確定直管長(zhǎng)度和管件及閥門等的當(dāng)量長(zhǎng)度；f.分別求出⊿Pf、⊿PN和⊿PS，其和則為總壓力降；g.得到總壓力降后，按額定負(fù)荷進(jìn)行壓力降平衡計(jì)算和核算管徑。如計(jì)算的管徑與最初估算的管徑值不符，則按上述步驟重新計(jì)算，直至兩者基本符合，最后以105%負(fù)荷進(jìn)行校核。以上僅為管道計(jì)算的一般步驟，計(jì)算時(shí)應(yīng)按實(shí)際情況確定計(jì)算步驟后再進(jìn)行計(jì)算。1.2.5.2例題例1：某液體反應(yīng)器系統(tǒng)，由反應(yīng)器經(jīng)一個(gè)控制閥和一個(gè)流量計(jì)孔板，將液體排入一個(gè)儲(chǔ)槽中，反應(yīng)器中的壓力為540kPa，溫度為35℃，反應(yīng)器中液體的密度為930kg／m3，粘度為9.1×10-4Pa·s，流經(jīng)控制閥時(shí)基本上沒(méi)有閃蒸，質(zhì)量流量為4900kg／h，管道為鋼管，求控制閥的允許壓力降。解：選流體流速為1.8m／s，則管徑為選用內(nèi)直徑為33mm管(Ф38×2.5)，則實(shí)際流速為雷諾數(shù)（湍流）摩擦系數(shù)取管壁絕對(duì)粗糙度ε＝0.2，則相對(duì)粗糙度ε／d＝0.2／33＝0.0061，查圖1.2.4—1，得摩擦系數(shù)λ＝0.0336≈0.034單位管道長(zhǎng)度的摩擦壓力降當(dāng)量長(zhǎng)度(管件及閥門均為法蘭連接)直管176m90°彎頭(曲率半徑為2倍，管內(nèi)徑15個(gè))0.4×15＝6m三通(6個(gè)直通，兩個(gè)支流)0.66×6+1.98×2＝7.92m閘閥(4個(gè)全開(kāi))0.264×4＝1.06m總長(zhǎng)度(以上合計(jì))190.98＝191m因此，摩擦壓力降為：反應(yīng)器出口(銳邊)查表1.2.4—5得K＝0.5，又KV＝1，則儲(chǔ)槽進(jìn)口(銳邊)：查表1.2.4—5得K＝1，又KV＝1，故⊿PN＝0取孔板允許壓力降為35kPa以上摩擦壓力降之和為267.4+92.04+35＝304.44kPa反應(yīng)器和儲(chǔ)槽的壓差為控制閥的允許壓力降(⊿PV)為以上壓差與以上各項(xiàng)摩擦壓力降之和的差值，即計(jì)算通常此值為25%~60%，故計(jì)算結(jié)果可以使用。例2：一并聯(lián)輸油管路，總體積流量10800m3／h，各支管的尺寸分別為L(zhǎng)1＝1200m，L2＝1500m，L3＝800m；管道內(nèi)直徑d1＝600mm，d2＝500mm，d3＝800mm；油的粘度為5.1mPa·s，密度為890kg／m3，管道材質(zhì)為鋼，求并聯(lián)管路的壓力降及各支管的流量。解：并聯(lián)管路各支管壓力降相等，即⊿Pl＝⊿P2＝⊿P3，即則又因設(shè)管壁絕對(duì)粗糙度ε1＝ε2＝ε3，取鋼管ε＝0.2mmεl／dl＝0.2／600＝3.33×10-4ε2／d2＝0.2／500＝4×10-4ε3／d3＝0.2／800＝2.5×10-4設(shè)流體在全湍流條件下流動(dòng)，則又與Re無(wú)關(guān)，查圖1.2.4—1得：λ1＝0.0153，λ2＝0.016，λ3＝0.0144由＝＝2057983：1141088.7：5333333.3＝1：0.554：2.592校核λ值：查圖1.2.4—1得λ1＝0.0173，λ2＝0.0185，λ3＝0.0159，與原假設(shè)不符，應(yīng)重新計(jì)算。第二次假設(shè)λ1＝0.0173，λ2＝0.0185，λ3＝0.0159則＝＝1935372：1061191：5075530＝1：0.5483：2.6225所以核校λ值：查圖1.2.4－1得λ1＝0.0173，λ2＝0.0185，λ3＝0.0159，與假設(shè)值符合，故Vf1＝2589m3/h；Vf2＝1209m3/h；Vf3＝6791m3/h可作為本題答案。并聯(lián)管路壓力降⊿P＝⊿Pl＝⊿P2＝⊿P3三根支管壓力降差別極微，即流量與實(shí)際流量略有差別，計(jì)算結(jié)果是正確的，可取⊿P值為99.76kPa(或100kPa)。1.2.6管道計(jì)算表1.2.6.1用途將計(jì)算結(jié)果填入表中，供各版次管道儀表流程圖(P&ID)使用。1.2.6.2專業(yè)關(guān)系(1)化工工藝專業(yè)提供設(shè)備壓力降、系統(tǒng)允許壓力降以及有關(guān)物性數(shù)據(jù)等，管道及布置專業(yè)提供設(shè)備布置圖，設(shè)備專業(yè)提供設(shè)備總裝配圖以及自控專業(yè)提供流量計(jì)孔板壓差等。(2)不對(duì)外專業(yè)提出條件1.2.6.3編制時(shí)間和各版P&ID相適應(yīng)，即每版P&ID應(yīng)有相應(yīng)的管道計(jì)算表。1.2.6.4編制步驟及說(shuō)明(1)填寫已有條件。(2)參照計(jì)算步驟逐項(xiàng)計(jì)算包括管道(直管、管件及閥門等)、控制閥、流量計(jì)孔板等的壓力降，使這些壓力降之和小于系統(tǒng)允許壓力降，將最終計(jì)算結(jié)果填入表中，見(jiàn)表1.2.6。管道計(jì)算表(單相流)表1.2.6管道編號(hào)和類別自至物料名稱流量m3／h分子量溫度℃壓力kPa粘度mPa·s壓縮系數(shù)密度kg／m3真空度管道公稱直徑mm表號(hào)或外徑×壁厚流速m／s雷諾數(shù)流導(dǎo)cm3／s壓力降kPa(100m)直管長(zhǎng)度m管件當(dāng)量長(zhǎng)度m彎頭90°三通大小頭閘閥截止閥旋塞止逆閥其它總長(zhǎng)度m管道壓力降kPa孔板壓力降kPa控制閥壓力降kPa設(shè)備壓力降kPa始端標(biāo)高m終端標(biāo)高m靜壓力降kPa設(shè)備接管口壓力降kPa總壓力降kPa壓力(始端)kPa壓力(終端)kPa版次或修改版次日期編制校核審核

1.3符號(hào)說(shuō)明A——管道截面積，m2；a——正方形、長(zhǎng)方形、等邊三角形邊長(zhǎng)，m；B——螺旋管阻力比，無(wú)因次；b——環(huán)形管寬度，m；C——浸潤(rùn)周邊，m；C——光滑管附加阻力系數(shù)；CHW——Hazen-Williams系數(shù)；D——管道內(nèi)直徑，m；Dc——螺旋管直徑，m；De——當(dāng)量直徑，m；d——管道內(nèi)直徑，mm；E——新鋼管校正系數(shù)，無(wú)因次；f——摩擦系數(shù)，無(wú)因次；fC——螺旋管摩擦系數(shù)，無(wú)因次；g——重力加速度，9.81m／s2；H——螺距，m；hf——管內(nèi)摩擦損失的能量，J／kg；J——常數(shù)；K——阻力系數(shù)，無(wú)因次；KV——管件速度變化阻力系數(shù)，無(wú)因次：L——管道長(zhǎng)度，m；LC——螺旋管長(zhǎng)度，m；Le——管件當(dāng)量長(zhǎng)度，m；n——螺旋管圈數(shù)；P——壓力，kPa；Re——雷諾數(shù)，無(wú)因次；(Re)C——螺旋管臨界雷諾數(shù)；RH——水力半徑，m；u——流體平均流速，m／s；u2、u1——出口端、進(jìn)口端流體流速，m／s；V——流體體積，m3；Vf——流體體積流量，m3／h；W——流體質(zhì)量流量，kg／h；Z——管道中液柱高度，m；Z2、Z1——管道出口端、進(jìn)口端的標(biāo)高，m；P——壓力降，kPa；Pf——摩擦壓力降，kPa；Pk——局部壓力降，kPa；PN——速度壓力降，kPa；PS——靜壓力降，kPa；PV——控制閥的允許壓力降；ε——管壁絕對(duì)粗糙度，mm；λ——摩擦系數(shù)；λC——螺旋管摩擦系數(shù)；λT——完全湍流下的摩擦系數(shù)；μ——流體粘度，mPa·s，Pa·s；ρ——流體密度，kg／m3；壓力——本規(guī)定除注明外，均為絕對(duì)壓力。

2單相流(可壓縮流體)2.1簡(jiǎn)述2.1.1本規(guī)定適用于工程設(shè)計(jì)中單相可壓縮流體在管道中流動(dòng)壓力降的一般計(jì)算，對(duì)某些流體在高壓下流動(dòng)壓力降的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式也作了簡(jiǎn)單介紹。2.1.2可壓縮流體是指氣體、蒸汽和蒸氣等(以下簡(jiǎn)稱氣體)，因其密度隨壓力和溫度的變化而差別很大，具有壓縮性和膨脹性?？蓧嚎s流體沿管道流動(dòng)的顯著特點(diǎn)是沿程摩擦損失使壓力下降，從而使氣體密度減小，管內(nèi)氣體流速增加。壓力降越大，這些參數(shù)的變化也越大。2.2計(jì)算方法2.2.1注意事項(xiàng)2.2.1.1壓力較低，壓力降較小的氣體管道，按等溫流動(dòng)一般計(jì)算式或不可壓縮流體流動(dòng)公式計(jì)算，計(jì)算時(shí)密度用平均密度；對(duì)高壓氣體首先要分析氣體是否處于臨界流動(dòng)。2.2.1.2一般氣體管道，當(dāng)管道長(zhǎng)度L>60m時(shí)，按等溫流動(dòng)公式計(jì)算；L<60m時(shí)，按絕熱流動(dòng)公式計(jì)算，必要時(shí)用兩種方法分別計(jì)算，取壓力降較大的結(jié)果。2.2.1.3流體所有的流動(dòng)參數(shù)(壓力、體積、溫度、密度等)只沿流動(dòng)方向變化。2.2.1.4安全閥、放空閥后的管道、蒸發(fā)器至冷凝器管道及其它高流速及壓力降大的管道系統(tǒng)，都不適宜用等溫流動(dòng)計(jì)算。2.2.2管道壓力降計(jì)算2.2.2.1概述(1)可壓縮流體當(dāng)壓力降小于進(jìn)口壓力的10％時(shí)，不可壓縮流體計(jì)算公式、圖表以及一般規(guī)定等均適用，誤差在5％范圍以內(nèi)。(2)流體壓力降大于進(jìn)口壓力40％時(shí)，如蒸汽管可用式(2.2.2—16)進(jìn)行計(jì)算；天然氣管可用式(2.2.2—17)或式(2.2.2—18)進(jìn)行計(jì)算。(3)為簡(jiǎn)化計(jì)算，在一般情況下，采用等溫流動(dòng)公式計(jì)算壓力降，誤差在5％范圍以內(nèi)。必要時(shí)對(duì)天然氣、空氣、蒸汽等可用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。2.2.2.2一般計(jì)算(1)管道系統(tǒng)壓力降的計(jì)算與不可壓縮流體基本相同，即⊿P＝⊿Pf+⊿PS+⊿PN(2.2.2—1)靜壓力降⊿PS，當(dāng)氣體壓力低、密度小時(shí)，可略去不計(jì)；但壓力高時(shí)應(yīng)計(jì)算。在壓力降較大的情況下，對(duì)長(zhǎng)管(L>60m)在計(jì)算⊿Pf時(shí)，應(yīng)分段計(jì)算密度，然后分別求得各段的⊿Pf，最后得到⊿Pf的總和才較正確。(2)可壓縮流體壓力降計(jì)算的理論基礎(chǔ)是能量平衡方程及理想氣體狀態(tài)方程，理想氣體狀態(tài)方程為：PV＝WRT／M(2.2.2—2)或P／ρ=C(等溫流動(dòng))(2.2.2—3)對(duì)絕熱流動(dòng)，式(2.2.2—3)應(yīng)變化為：P／ρk=C(2.2.2—4)上述各式中⊿P——管道系統(tǒng)總壓力降，kPa；⊿Pf、⊿PS、⊿PN——分別為管道的摩擦壓力降，靜壓力降和速度壓力降，kPa；P——?dú)怏w壓力，kPa；V——?dú)怏w體積，m3；W——?dú)怏w質(zhì)量，kg；M——?dú)怏w分子量；R——?dú)怏w常數(shù)，8.314kJ／(kmol·K)；ρ——?dú)怏w密度，kg／m3；C——常數(shù)；k——?dú)怏w絕熱指數(shù)k=Cp／CV(2.2.2—5)Cp、CV——分別為氣體的定壓比熱和定容比熱，kJ／(kg·K)。(3)絕熱指數(shù)(k)絕熱指數(shù)(k)值由氣體的分子結(jié)構(gòu)而定，部分物料的絕熱指數(shù)見(jiàn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《安全閥的設(shè)置和選用》(HG／T20570.2—95)表16.0.2所列。一般單原子氣體(He、Ar、Hg等)k＝1.66，雙原子氣體(O2、H2、N2、CO和空氣等)k=1.40。(4)臨界流動(dòng)當(dāng)氣體流速達(dá)到聲速時(shí)，稱為臨界流動(dòng)。a.聲速聲速即臨界流速，是可壓縮流體在管道出口處可能達(dá)到的最大速度。通常，當(dāng)系統(tǒng)的出口壓力等于或小于入口絕對(duì)壓力的一半時(shí)，將達(dá)到聲速。達(dá)到聲速后系統(tǒng)壓力降不再增加，即使將流體排入較達(dá)到聲速之處壓力更低的設(shè)備中(如大氣)，流速仍不會(huì)改變。對(duì)于系統(tǒng)條件是由中壓到高壓范圍排入大氣(或真空)時(shí)，應(yīng)判斷氣體狀態(tài)是否達(dá)到聲速，否則計(jì)算出的壓力降可能有誤。氣體的聲速按以下公式計(jì)算：絕熱流動(dòng)(2.2.2—6)等溫流動(dòng)(2.2.2—7)式中uc——?dú)怏w的聲速，m／s；k——?dú)怏w的絕熱指數(shù)；R——?dú)怏w常數(shù)，8.314kJ／(kmol·K)；T——?dú)怏w的絕對(duì)溫度，K；M——?dú)怏w的分子量。b.臨界流動(dòng)判別。通常可用下式判別氣體是否處于臨界流動(dòng)狀態(tài)，下式成立時(shí)，即達(dá)到臨界流動(dòng)。(2.2.2—8)c.臨界質(zhì)量流速(2.2.2—9)式中P1、P2——分別為管道上、下游氣體的壓力，kPa；G1、G2——分別為氣體的質(zhì)量流速和臨界質(zhì)量流速，kg／(m2·s)；T1、T2——分別為管道上、下游氣體溫度，K；Gcni——參數(shù)，見(jiàn)式(2.2.2—14)，kg／(m2·s)；G——?dú)怏w的質(zhì)量流速，kg／(m2·s)。其余符號(hào)意義同前。(5)管道中氣體的流速應(yīng)控制在低于聲速的范圍內(nèi)。2.2.2.3管道壓力降計(jì)算(1)摩擦壓力降a.等溫流動(dòng)當(dāng)氣體與外界有熱交換，能使氣體溫度很快地按近于周圍介質(zhì)的溫度來(lái)流動(dòng)，如煤氣、天然氣等長(zhǎng)管道就屬于等溫流動(dòng)。等溫流動(dòng)計(jì)算式如下：(2.2.2—10)式中⊿Pf——管道摩擦壓力降，kPa；g——重力加速度，9.81m／s2；λ——摩擦系數(shù)，無(wú)因次；L——管道長(zhǎng)度，m；WG——?dú)怏w質(zhì)量流量，kg／h；d——管道內(nèi)直徑，mm；ρm——?dú)怏w平均密度，kg／m：(2.2.2—11)ρ1、ρ2--分別為管道上、下游氣體密度，kg／m3。b.絕熱流動(dòng)(a)假設(shè)條件對(duì)絕熱流動(dòng)，當(dāng)管道較長(zhǎng)時(shí)(L>60m)，仍可按等溫流動(dòng)計(jì)算，誤差一般不超過(guò)5％，在工程計(jì)算中是允許的。對(duì)短管可用以下方法進(jìn)行計(jì)算，但應(yīng)符合下列假設(shè)條件：①在計(jì)算范圍內(nèi)氣體的絕熱指數(shù)是常數(shù)；②在勻截面水平管中的流動(dòng)；③質(zhì)量流速在整個(gè)管內(nèi)橫截面上是均勻分布的；④摩擦系數(shù)是常數(shù)。(6)計(jì)算步驟可壓縮流體絕熱流動(dòng)的管道壓力降計(jì)算輔助圖見(jiàn)圖2.2.2所示。①計(jì)算上游的質(zhì)量流速G1＝WG／A(G1＝G，G1即圖2.2.2中G)(2.2.2—12)②計(jì)算質(zhì)量流量(2.2.2—13)③計(jì)算參數(shù)(Gcni)(2.2.2—14)④假設(shè)N值，然后進(jìn)行核算(2.2.2—15)⑤計(jì)算下游壓力(P2)，根據(jù)N和G1／Gcni值，由圖2.2.2查得P2／P1值，即可求得下游壓力(P2)。式中G——?dú)怏w的質(zhì)量流速，kg／(m2·s)；G1——上游條件下氣體的質(zhì)量流速，kg／(m2·s)；WG——?dú)怏w的質(zhì)量流量，kg／s；W——?dú)怏w的質(zhì)量，kg；A——管道截面積，m2；P1——?dú)怏w上游壓力，kPa；d——管道內(nèi)直徑，mm；M——?dú)怏w分子量；T1——?dú)怏w上游溫度，K；Gcni——無(wú)實(shí)際意義，是為使用圖2.2.2方便而引入的一個(gè)參數(shù)，kg／(m2·s)；N——速度頭數(shù)；λ——摩擦系數(shù)；L——管道長(zhǎng)度，m；D——管道內(nèi)直徑，m。c.高壓下的流動(dòng)當(dāng)壓力降大于進(jìn)口壓力的40％時(shí)，用等溫流動(dòng)和絕熱流動(dòng)計(jì)算式均可能有較大誤差，在這種情況下，可采用以下的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算：巴布科克式(巴布科克式即Babcock式)(2.2.2—16)式中⊿Pf——摩擦壓力降，kPa；WG——?dú)怏w的質(zhì)量流量，kg／h；L——管道長(zhǎng)度，m；ρm——?dú)怏w平均密度，kg／m3；d——管道內(nèi)直徑，mm。本式用于蒸汽管的計(jì)算，在壓力等于或小于3450kPa情況下結(jié)果較好，但當(dāng)管徑小于100mm時(shí)，計(jì)算結(jié)果可能偏高。(b)韋默思式(韋默思式即Weymouth式)(2.2.2—17)式中VG——?dú)怏w體積流量，m3(標(biāo))／s，(標(biāo))——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)；d——管道內(nèi)直徑，mm；P1、P2——分別為管道上、下游壓力，kPa；γ——?dú)怏w相對(duì)密度。氣體密度與相同溫度、壓力下的空氣密度之比；L——管道長(zhǎng)度，km；T——?dú)怏w絕對(duì)溫度，K。本式用于在310～4240kPa壓力、管道直徑大于150mm的穩(wěn)定流動(dòng)情況下，計(jì)算天然氣管道壓力降的結(jié)果較好。對(duì)相對(duì)密度接近0.6，常溫，流速為4.5～9.0m／s，直徑為500mm～600mm的氣體管道也適用。(c)潘漢德式(潘漢德式即Panhandle式)(2.2.2—18)式中E——流動(dòng)效率系數(shù)；L——管道長(zhǎng)度，km。對(duì)于沒(méi)有管道附件、閥門的水平新管，取E＝1.00；工作條件較好，取E＝0.95；工作條件一般，取E＝0.92；工作條件較差，取E＝0.85。其余符號(hào)意義同前。本式用于管道直徑在150mm～600mm，Re＝5×106～1.4×107的天然氣管道，準(zhǔn)確度較式(2.2.2—17)稍好。(d)海瑞思式(海瑞思式即Harris式)(2.2.2—19)式中Pm——?dú)怏w平均壓力，kPa(2.2.2—20)其余符號(hào)意義同前。本式通常用于壓縮空氣管道的計(jì)算。(2)局部壓力降局部壓力降和“單相流(不可壓縮流體)”一樣，采用當(dāng)量長(zhǎng)度或阻力系數(shù)法計(jì)算，在粗略計(jì)算中可按直管長(zhǎng)度的1.05～1.10倍作為總的計(jì)算長(zhǎng)度。(3)速度壓力降速度壓力降采用“單相流(不可壓縮流體)”的管道一樣的計(jì)算方法。在工程計(jì)算中對(duì)較長(zhǎng)管道此項(xiàng)壓力降可略去不計(jì)。(4)靜壓力降靜壓力降計(jì)算與“單相流(不可壓縮流體)”壓力降中的方法相同，僅在管道內(nèi)氣體壓力較高時(shí)才需計(jì)算，壓力較低時(shí)密度小，可略去不計(jì)。2.2.3計(jì)算步驟及例題2.2.3.1計(jì)算步驟(1)一般計(jì)算步驟a.“不可壓縮流體”管道的一般計(jì)算步驟，雷諾數(shù)、摩擦系數(shù)和管壁粗糙度等的求取方法及有關(guān)圖表、規(guī)定等均適用。b.假設(shè)流體流速以估算管徑。計(jì)算雷諾數(shù)(Re)、相對(duì)粗糙度(ε／d)，然后查第1章“單相流(不可壓縮流體)”圖1.2.4—1，求摩擦系數(shù)(λ)值。d.確定直管長(zhǎng)度及管件和閥門等的當(dāng)量長(zhǎng)度。e.確定或假設(shè)孔板和控制閥等的壓力降。f.計(jì)算單位管道長(zhǎng)度壓力降或直接計(jì)算系統(tǒng)壓力降。g.如管道總壓力降超過(guò)系統(tǒng)允許壓力降，則應(yīng)核算管道摩擦壓力降或系統(tǒng)中其它部分引起的壓力降，并進(jìn)行調(diào)整，使總壓力降低于允許壓力降。如管道摩擦壓力降過(guò)大，可增大管徑以減少壓力降。h.如管道較短，則按絕熱流動(dòng)進(jìn)行計(jì)算。(2)臨界流動(dòng)的計(jì)算步驟a.已知流量、壓力降求管徑(a)假設(shè)管徑，用已知流量計(jì)算氣體流速。(b)計(jì)算流體的聲速。(c)當(dāng)流體的聲速大于流體流速，則用有關(guān)計(jì)算式計(jì)算，可得到比較滿意的結(jié)果。如兩種流速相等，即流體達(dá)到臨界流動(dòng)狀況，計(jì)算出的壓力降不正確。因此，重新假設(shè)管徑使流速小于聲速，方可繼續(xù)進(jìn)行計(jì)算，直到流速低于聲速時(shí)的管徑，才是所求得的管徑。(d)或用式(2.2.2—8)進(jìn)行判別，如氣體處于臨界流動(dòng)狀態(tài)，則應(yīng)重新假設(shè)管徑計(jì)算。b.已知管徑和壓力降求流量，計(jì)算步驟同上，但要先假設(shè)流量，將求出的壓力降與已知壓力降相比較，略低于已知壓力降即可。c.已知管徑和流量，確定管道系統(tǒng)入口處的壓力(P1)(a)確定管道出口處條件下的聲速，并用已知流量下的流速去核對(duì)，若聲速小于實(shí)際流速，則必須以聲速作為極限流速，流量也要以與聲速相適應(yīng)的值為極限。(b)采用較聲速低的流速以及與之相適應(yīng)的流量為計(jì)算條件，然后用有關(guān)計(jì)算式計(jì)算壓力降。(c)對(duì)較長(zhǎng)管道，可由管道出口端開(kāi)始，利用系統(tǒng)中在某些點(diǎn)上的物理性質(zhì)將管道分為若干段，從出口端至進(jìn)口端逐段計(jì)算各段的摩擦壓力降，其和即為該管道的總壓力降。(d)出口壓力與壓力降之和為管道系統(tǒng)入口處的壓力(P1)。2.2.3.2例題例1：將25℃的天然氣(成份大部分為甲烷)，用管道由甲地輸送到相距45km的乙地，兩地高差不大，每小時(shí)送氣量為5000kg，管道直徑為307mm(內(nèi)徑)的鋼管(ε＝0.2mm)，已知管道終端壓力為147kPa，求管道始端氣體的壓力。解：(1)天然氣在長(zhǎng)管中流動(dòng)，可視為等溫流動(dòng)，用等溫流動(dòng)公式計(jì)算天然氣可視為純甲烷，則分子量M＝16設(shè)：管道始端壓力P1＝440kPa摩擦壓力降按式(2.2.2—10)計(jì)算，即雷諾數(shù)Re＝354WG／dμ25℃時(shí)甲烷粘度μ為0.01lmPa·s則Re＝354×5000／307×0.011=5.24×l05相對(duì)粗糙度ε／d＝0.2／307＝6.51×10-4由第1章“單相流(不可壓縮流體)”中圖1.2.4—1，查得且λ＝0.0176因此，P1＝147+286.4≈433.4kPa(2)用韋默思式計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體密度氣體比重γ＝16／29＝0.552d2.667＝(307)2.667＝4297.32×103標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體體積流量VG＝WG／ρ＝5000／0.7143≈7000m3(標(biāo))／hP1＝365.08≈365.1kPa⊿P＝218.08kPa，此值較等溫流動(dòng)式計(jì)算值小。用潘漢德式計(jì)算P1＝375.68≈375.7kPa⊿P＝375.68－147＝228.68kPa，此值較等溫流動(dòng)式計(jì)算值小，而較韋默思式計(jì)算值大。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表：項(xiàng)目計(jì)算式壓力kPa壓力降(⊿P)kPa誤差％始端P1終端P2P1⊿P等溫式韋默思式潘漢德式平均433.4365.1375.7391.4147147147286.4218.1228.7244.4+9.03－6.98－4.28+11.71－11.1－6.8由計(jì)算結(jié)果看出，用潘漢德式計(jì)算誤差最小，但為穩(wěn)妥起見(jiàn)，工程設(shè)計(jì)中應(yīng)采用等溫式計(jì)算的結(jié)果，即天然氣管始端壓力為433.4kPa?？紤]到未計(jì)算局部阻力以及計(jì)算誤差等，工程計(jì)算中可采用433.4×1.15kPa＝498.4≈500kPa作為此天然氣管道始端的壓力。例2：空氣流量8000m3(標(biāo))／h，溫度38℃，鋼管內(nèi)直徑100mm，長(zhǎng)度64m，已知始端壓力為785kPa，求壓力降。在何種條件下達(dá)到聲速，產(chǎn)生聲速處的壓力是多少?解：(1)按等溫流動(dòng)計(jì)算設(shè)終點(diǎn)壓力P2＝590kPa密度ρ1＝P1M／(RT)＝785×29／(8.3143×311)：8.804kg／m3ρ2＝P2M／(RT)＝590×29／(8.3143×311)＝6.617kg／m3因此查得標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣密度ρ＝1.293kg／m3則空氣的質(zhì)量流量Wc＝VGρ＝8000×1.293＝10344kg／h查得38℃空氣粘度μ＝0.019mPa·s雷諾數(shù)取ε＝0.2mm，則ε／d＝0.2／100＝0.002查圖得λ=0.0235[由第1章“單相流(不可壓縮流體)”中圖1.2.4—1中查得]。