管徑選擇與管道壓力降計(jì)算

管徑選擇與管道壓力降計(jì)算

第一部分管徑選擇

1.應(yīng)用范圍和說明

1.0.1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)的長距離輸送管道、非牛頓型流體及固體粒子氣流輸送管道。

1.0.2對于給定的流量，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)墓軓剑送膺€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)來選擇管徑，可用于工程設(shè)計(jì)中的估算。

1.0.3當(dāng)按預(yù)定介質(zhì)流速來確定管徑時(shí)，采用下式以初選管徑：

d=18.81W05U0-5P.(1.0.3—1)

0505

或d=18.81V0-u-(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；

Vo---管內(nèi)介質(zhì)的體積流量，m'/h；

P——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/So

1.0.4當(dāng)按每100m計(jì)算管長的壓力降控制值(/PflOO)來選擇管徑時(shí)，采用

下式以初定管徑：

d=18.16W0-38P-°-207u0033ZlPnoo(1.0.4-1)

03801730033

或d=18.16V0Pn/Pnoo""(1.0.4—2)

式中

M---介質(zhì)的動(dòng)力粘度，Pa?s；

ZlPnoo——100m計(jì)算管長的壓力降控制值，kPa。

推薦的/Pnoo

1.0.5本規(guī)定除注明外，壓力均為絕對壓力。

2.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

3.核定

3.0.1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):

3.0.2所計(jì)算出的管徑應(yīng)符合工程設(shè)計(jì)規(guī)定；

3.0.3滿足介質(zhì)在管道輸送時(shí)，對流速的安全規(guī)定；

3.0.4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。

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)

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)定中對摩擦壓力降計(jì)算結(jié)果按

1.15倍系數(shù)來確定系統(tǒng)的摩擦壓力降，但對靜壓力降和其它壓力降不乘系

數(shù)。

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。對用當(dāng)量長度計(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)字仍不超過小數(shù)后兩位。

1.2.2管徑

確定管徑的一般原則

（1）應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)條件來確定管道直徑，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）來確定尺寸，而不能按機(jī)器的最大能力來確定管道尺寸；

c.間斷使用的管道（如開工旁路管道）尺寸，應(yīng)按可能得到的壓差來確

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

壓力降范圍見表1.2.2-10

管徑計(jì)算

/X05z\0.5

"=18.8匕.=18.8藝

計(jì)算公式如下：IS（i.2.2

—1）

式中

d---管道內(nèi)直徑，mm；

Vf---流體體積流量，mVh；

u---流體平均流速，m/s；

W---流體質(zhì)量流量，kg/h；

P一一流體密度，kg/m3o

通?？捎蓤D1.2.2-1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）

1蒸汽P=6.4?lOMPa（表）46~230

總管P<3.5MPa（表）12-35

P23.5MPa（表）23-46

支管P<3.5MPa（表）23~46

P23.5MPa（表）23?69

排氣管4.6~12

2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—12

3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?23

5一般高壓工藝氣體2.3-69

6塔頂出氣管12

7水總管23

8水支管18

9泵

進(jìn)口管最大取8

出口管〈34m/h35~138

3

34~110m/h23-92

>110m3/h12?46

某些對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/S

1燒堿液（濃度＞5%）碳鋼1.22

2濃硫酸（濃度＞80%）碳鋼1.22

3酚水（含酚＞1%）碳鋼0.91

4含酚蒸汽碳鋼18.00

5鹽水碳鋼1.83

管徑2900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)管道為含銀不銹鋼時(shí)，流速有時(shí)可提高到表中流速的10倍

以上。

1.2.3管路

簡單管路

凡是沒有分支的管路稱為簡單管路。

(1)管徑不變的簡單管路，流體通過整個(gè)管路的流量不變。

(2)由不同管徑的管段組成的簡單管路，稱為串聯(lián)管路。

a.通過各管段的流量不變，對于不可壓縮流體則有

Vf=Vri=Vf2=Vr3……(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=/P1+/P2+/P3+.(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=/P尸，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

—取十……(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.對較復(fù)雜的枝狀管路，可在分支點(diǎn)處將其劃分為若干簡單管路,

按一般的簡單管路分別計(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，管件(如異徑三通)應(yīng)劃分在總管上,按總管直徑選取當(dāng)量長度。

總管長度按最遠(yuǎn)一臺(tái)設(shè)備計(jì)算。

(3)對因結(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：

Re=絲=354也=354衛(wèi)(1.2.4—1)

〃d/ad/j

式中

Re——雷諾數(shù)，無因次；

u---流體平均流速，m/s；

d---管道內(nèi)直徑，mm；

U---流體粘度，mPa?s；

W---流體的質(zhì)量流量，kg/h；

3

Vr--流體的體積流量，m/h；

P——流體密度，kg/

(4)管壁粗糙度

管壁粗糙度通常是指絕對粗糙度(￡)和相對粗糙度(e/d)o

絕對粗糙度表示管子內(nèi)壁凸出部分的平均高度。在選用時(shí)，應(yīng)考慮到流

體對管壁的腐蝕、磨蝕、結(jié)垢以及使用情況等因素。如無縫鋼管，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)，可選取絕對粗糙度

e=o.2mm；輸送水時(shí)，若為冷凝液(有空氣)則取e=0.5mm；純水取￡=

0.2mm；未處理水取￡=0.3?0.5mm；對酸、堿等腐蝕性較大的流體，則可

取=1mm或更大些。

對相同絕對粗糙度的管道，直徑愈小，對摩擦系數(shù)影響程度愈大，因此

用￡和d的比值￡/d來表示管壁粗糙度，稱為相對粗糙度。在湍流時(shí)，

管壁粗糙度對流體流動(dòng)的摩擦系數(shù)影響甚大。

摩擦系數(shù)(入)與雷諾數(shù)(Re)及管壁相對粗糙度(￡/d)的關(guān)系見圖

1.2.4-1所示；在完全湍流情況下，清潔新管的管徑(d)占絕對粗糙度(￡)

的關(guān)系見圖1.2.4—2所示。

某些工業(yè)管道的絕對粗糙度見表1.2.4—1；相對粗糙度由圖1.2.4—2

查得。

某些工業(yè)管道的絕對粗糙度表1.2.4-1

序號(hào)管道類別絕對粗糙度(c)mm

1無縫黃銅管、銅管及鉛管0.01-0.05

2新的無縫鋼管或鍍鋅鐵管0.1~0.2

3金新的鑄鐵管0.25-0.42

4屬具有輕度腐蝕的無縫鋼管0.2~0.3

5管具有顯著腐蝕的無縫鋼管0.5以上

6舊的鑄鐵管0.85以上

7鋼板制管0.33

8干凈玻璃管0.0015—0.01

9非橡皮軟管0.01-0.03

10金木管道0.25—1.25

11屬陶土排水管0.45?6.0

12管接頭平整的水泥管0.33

13石棉水泥管0.03~0.8

(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

流型大多屬于過渡區(qū)，見圖L2.4—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)o

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)Re24000,其摩擦壓力降幾乎與流速的平方成正比。

(a)過渡區(qū)摩擦系數(shù)(入)是雷諾數(shù)(Re)和管壁相對粗糙度(￡/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>10"。因此，工程設(shè)計(jì)中管內(nèi)的流體流型

多處于湍流過渡區(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—

X=64/Re(1.2.4—

2)

式中

入一一摩擦系數(shù)，無因次。

b.過渡流和完全湍流，見圖1.2.4—1所示。

在較長的鋼管中，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、不對外作功和等焰條件下流動(dòng)，對不可壓縮流體密度是常數(shù)，則

得：

△P=(Z2—ZjpgxK)-3+(〃27)/xlO-3+Z%(pxl()-3)(

-3)

(1.2.

4-4)

因此

(1.2.4

—5)

或

/P=/Ps+/P、+/Pf(1.2.4-6)

式中

，P—管道系統(tǒng)總壓力降，kPa；

/Ps一靜壓力降，kPa；

/P、一速度壓力降，kPa；

/Pr—摩擦壓力降，kPa；

Zi、Z2一分別為管道系統(tǒng)始端、終端的標(biāo)高，m；

5、5—分別為管道系統(tǒng)始端、終端的流體流速，m/s；

u一流體平均流速，m/s；

P一一流體密度，kg/m3；

h,一一管內(nèi)摩擦損失的能量，J/kg；

L、L0——分別為管道的長度和閥門、管件等的當(dāng)量長度，m；

D----管道內(nèi)直徑，m。

(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?？捎僧?dāng)量長度法表示，如式(1.2,4

—5)的最末項(xiàng)。亦可以阻力系數(shù)法表示，即

bPf=X10-3

(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,

對層流和湍流兩種流動(dòng)型態(tài)均適用。

式中

/Pr一管道總摩擦壓力降，kPa；

人一摩擦系數(shù)，無因次；

L—管道長度，m；

D一管道內(nèi)直徑，m；

EK一管件、閥門等阻力系數(shù)之和，無因次；

u一流體平均流速，m/s；

P一流體密度，kg/n?。

通常，將直管摩擦壓力降和管件、閥門等的局部壓力降分開計(jì)算，對直

管段用以下公式計(jì)算。

層流

(b)湍流

M%=6.26x1O,匹詈=6.26x1O,巴"

/D2x103d5Pd5a-.4-9)

式中

d---管道內(nèi)直徑，mm；

W---流體質(zhì)量流量，kg/h；

Vr---流體體積流量，/h；

u---流體粘度，mPa,So

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：

3

APs=(Z2-Z,)^xlO-(1.2.4

-10)

式中

/Ps一靜壓力降，kPa；

Z2>Zi一管道出口端、進(jìn)口端的標(biāo)高，m；

P一流體密度，kg/m3；

g---重力加速度，9.81m/s2

c.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：

11）

/Px—速度壓力降，kPa；

Uz、th一出口端、進(jìn)口端流體流速，m/s；

3

P一流體密度,kg/mo

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)量長度法和阻力

系數(shù)法計(jì)算，分述如下：

（a）當(dāng)量長度法

將管件和閥門等折算為相當(dāng)?shù)闹惫荛L度，此直管長度稱為管件和閥門

的當(dāng)量長度。計(jì)算管道壓力降時(shí)，將當(dāng)量長度加到直管長度中一并計(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)量長度見表1.2.4

—2和表1.2.4—3o

表1.2.4—2和表1.2.4—3的使用說明為：

①表中所列常用閥門和管件的當(dāng)量長度計(jì)算式，是以新的清潔鋼管絕

對粗糙度e=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)（L）（完全湍流摩

擦系數(shù)），亦可采用1.2.4-4中數(shù)據(jù)。

Le=3d/入T

續(xù)表1.2.4—3

圖中：d——內(nèi)直徑或表示內(nèi)直徑長度；

r---曲率半徑；

a---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

15202532405065?80100125150200~250300~400450?600

(DN)mm

摩擦系數(shù)

(入0.0270.0250.0230.0220.0210.0190.0180.0170.0160.0150.0140.0130.012

T)

(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)見圖L2.4—3

所示。

u2p

△&=K?3

2xl0(1.2.4——

12)

式中

ZIPK——流體經(jīng)管件或閥門的壓力降，kPa；

K——阻力系數(shù)，無因次。

其余符號(hào)意義同前。

逐漸縮小的異徑管

當(dāng)0W45°時(shí)

0.8sin

K=-------------------

伊(1.2.4—

13)

當(dāng)45°<9<180°時(shí)

(1.2.4—

14)

逐漸擴(kuò)大的異徑管

當(dāng)0W45°時(shí)

2.6sin-(l-/72)2

K=--------------------

伊(1.2.4—

當(dāng)45°<e<180°時(shí)

K=S

(1.2.4—

式中各符號(hào)意義同前，并見圖1.2.4—3說明。

圖中符號(hào)說明：

a2——異徑管的小管段、大管段截面積；

山、d2一一異徑管的小管段、大管段內(nèi)徑；

0一—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—

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—

式中

/PK----局部壓力降，kPa；

K——阻力系數(shù)，無因次，見表1.2.4—5。通常?。篕=0.5；

Kv一一管件速度變化阻力系數(shù)，無因次。

其余符號(hào)意義同前。

管件速度變化阻力系數(shù)卜=1一（“大）4。對容器接管口，（"大）4值甚

小，可略去不計(jì)，故Kv=l。因此，通常K+K、，=L5,K-Kv=-0.5；將此關(guān)

系式分別代入式（L2.4—17）和式（1.2.4—18）得:

=1.5p^y]

容器出口（2x10J（1.2.4—

19）

=-0.5".

容器進(jìn)口2x10（1.2.4—

20）

當(dāng)/R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)見表1.2.4-6o

容器接管口的阻力系數(shù)（K）（湍流）表1.2.4-5

1容器的出口管（接管插入容器）1.0

2容器或其它設(shè)備進(jìn)口（銳邊接口）1.0

3容器進(jìn)口管（小圓角接口）1.0

4容器的進(jìn)口管（接管插入容器）0.78

5容器或其它設(shè)備出口（銳邊接口）0.5

6容器的出口管（小圓角接口）0.28

7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

序局部阻力系數(shù)

號(hào)管件及閥門名稱（K）

Re=1000Re=500Re=100Re=50

190°彎頭（短曲率半徑）0.91.07.516

2三通（直通）0.40.52.5

（分枝）1.51.84.99.3

3閘閥1.21.79.924

4截止閥11122030

5旋塞12141927

6角閥88.51119

7旋啟式止回閥44.51755

1.2.5計(jì)算步驟及例題

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.選擇管壁絕對粗糙度，計(jì)算相對粗糙度，查圖1.2.4—1得摩擦系

數(shù)；

c.求單位管道長度的壓力降；

d.確定直管長度和管件及閥門等的當(dāng)量長度；

e.分別求出ZIP,、/P、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.求單位管道長度的壓力降；

e.確定直管長度和管件及閥門等的當(dāng)量長度；

f.分別求出，Pf、/Px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。

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9.1X10'Pa?s,流經(jīng)控制閥時(shí)基本上

沒有閃蒸，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（G38X2.5）,則實(shí)際流速為

雷諾數(shù)

R=354區(qū);一354x4900―=5.78x10-4〉400G

,勿33x9.1x10-4x1000（湍流）

摩擦系數(shù)

取管壁絕對粗糙度￡=0.2,則相對粗糙度￡/d=0.2/33=0.0061,

查圖

1.2.4—1,得摩擦系數(shù)1=0.0336^0.034

單位管道長度的摩擦壓力降

當(dāng)量長度（管件及閥門均為法蘭連接）

直管176m

90°彎頭（曲率半徑為2倍，管內(nèi)徑15個(gè)）0.4X15=6m

三通（6個(gè)直通，兩個(gè)支流）0.66X6+1.98X2=7.92m

閘閥（4個(gè)全開）0.264X4=L06m

總長度（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

2

△PN=（K-Ky），~J

儲(chǔ)槽進(jìn)口（銳邊）：2X1（）3

查表1.2.4—5得K=l,又Kv=l,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（2Pv）為以上壓差與以上各項(xiàng)摩擦壓力降之和的

差值，即

[△6/(△&+AP)]x100%134.23

zxlOO%=33.42%

計(jì)算134.23+267.4

通常此值為25獷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,

=1200m,L2=1500m,L:i=800m；管道內(nèi)直徑di=600mm,d2=500mni,d;i=800mm；

油的粘度為5.lmPa*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

/P產(chǎn)/P2=/P3，即

又因匕'=""+匕'2+匕3

設(shè)管壁絕對粗糙度e1=e2=e3,取鋼管E=0.2mm

e)/^=0.2/600=3.33X10'

e2/d2=0.2/500=4X10'

4

e3/d3=O.2/800=2.5X10

設(shè)流體在全湍流條件下流動(dòng)，則又與Re無關(guān)，查圖1.2.4—1得:

X,=0.0153,入2=0.016,入3=0.0144

6005I5OO5I8005

0.0153x1200'V0.016x1500'V0.0144x800

=2057983：1141088.7：5333333.3

=1：0.554：2.592

校核\值：

查圖1.2.4—1得入1=0.0173,入2=0.0185,入3=0.0159,與原假設(shè)

不符，應(yīng)重新計(jì)算。

第二次假設(shè)

X,=0.0173,3=0.0185,X3=o.0159

I6005I5005180()5

則v/i:vf2-vf3=\0.0173x1200-V0.0185x1500-V0.0159x800

=1935372：1061191：5075530

=1：0.5483：2.6225

所以

核校X值：

X,=0.0173,3=0.0185,入3=0.0159,與假設(shè)值符合，故Vr,=

2589m3/h；Vf2=1209m3/h；Vr3=6791m3/h可作為本題答案。

并聯(lián)管路壓力降

/P=/P尸/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lOOkPa)□

1.2.6管道計(jì)算表

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。

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)不對外專業(yè)提出條件

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。

編制步驟及說明

(1)填寫已有條件。

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/m?，

真空度

管道公稱直徑mm

表號(hào)或外徑X壁厚

流速m/s

雷諾數(shù)

流導(dǎo)cm3/s

壓力降kPa(100m)

直管長度m

管

件彎頭90。

當(dāng)

里

長

度

m

通

三

大小頭

閘閥

截止閥

旋塞

止逆閥

其它

m

總長度

kPa

力降

管道壓

kPa

力降

孔板壓

kPa

壓力降

控制閥

kPa

力降

設(shè)備壓

m

高

始端標(biāo)

m

高

終端標(biāo)

kPa

降

靜壓力

kPa

力降

管口壓

設(shè)備接

kPa

降

總壓力

kPa

始端）

壓力（

kPa

）

終端

壓力（

版

次

版次

或

修

日期

改

編制

校核

審核

1.3符號(hào)說明

A——管道截面積，m2；

a——正方形、長方形、等邊三角形邊長，m；

B——螺旋管阻力比，無因次；

b一一環(huán)形管寬度，m；

C---浸潤周邊，m；

C——光滑管附加阻力系數(shù)；

Cm---Hazen-Williams系數(shù)；

D---管道內(nèi)直徑，m；

De---螺旋管直徑，m；

D0---當(dāng)量直徑，m；

d---管道內(nèi)直徑，mm；

E一一新鋼管校正系數(shù)，無因次；

f一一摩擦系數(shù)，無因次；

fc——螺旋管摩擦系數(shù)，無因次；

g——重力加速度，9.81m/s2；

H---螺距，m；

hf一一管內(nèi)摩擦損失的能量，J/kg；

J——常數(shù)；

K——阻力系數(shù)，無因次；

Kv——管件速度變化阻力系數(shù)，無因次：

L一一管道長度，m；

Lc---螺旋管長度，m；

U——管件當(dāng)量長度，D1;

n——螺旋管圈數(shù)；

P---壓力，kPa；

Re——雷諾數(shù)，無因次；

(Re)f——螺旋管臨界雷諾數(shù)；

Ru---水力半徑，m；

u---流體平均流速，m/s；

*、Ui----出口端、進(jìn)口端流體流速，m/s；

V---流體體積，m3；

V,——流體體積流量，

W---流體質(zhì)量流量，kg/h；

Z——管道中液柱高度，m；

Z2、Z,——管道出口端、進(jìn)口端的標(biāo)高，m；

P---壓力降，kPa；

P,——摩擦壓力降，kPa；

Pk---局部壓力降，kPa；

P.\---速度壓力降，kPa；

Ps---靜壓力降，kPa；

Pv——控制閥的允許壓力降；

￡一一管壁絕對粗糙度，mm；

X一一摩擦系數(shù)；

Ac——螺旋管摩擦系數(shù)；

入T——完全湍流下的摩擦系數(shù)；

u---流體粘度，mPa,s,Pa,s；

P一—流體密度，kg/m3；

壓力一一本規(guī)定除注明外，均為絕對壓力。

2單相流(可壓縮流體)

2.1簡述

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)算式也作了簡單介紹。

2.1.2可壓縮流體是指氣體、蒸汽和蒸氣等(以下簡稱氣體)，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。

可壓縮流體沿管道流動(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)

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；對高壓氣體首先要分析氣體是否

處于臨界流動(dòng)。

一般氣體管道，當(dāng)管道長度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。

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。

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

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⑵2.2-17)或式⑵2.2-18)進(jìn)行計(jì)算。

(3)為簡化計(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)對天然氣、空氣、蒸汽等可用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。

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=/P1+/Ps+/Px(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，對長管(L>60m)在計(jì)算/Pr時(shí)，應(yīng)分段計(jì)算

密度，然后分別求得各段的ZIP”最后得到的總和才較正確。

(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/P=C(等溫流動(dòng))(2.2.2

—3)

對絕熱流動(dòng)，式(2.2.2—3)應(yīng)變化為：

P/Pk=C(2.2.2

一4)

上述各式中

/P一—管道系統(tǒng)總壓力降，kPa；

/P,、/Ps、/P、一一分別為管道的摩擦壓力降，靜壓力降和速度壓力降,

kPa；

P---氣體壓力，kPa；

V---氣體體積，m'!；

W---氣體質(zhì)量，kg；

M---氣體分子量；

R——?dú)怏w常數(shù)，8.314kJ/(kmol?K)；

P---氣體密度，kg/m3；

C一一常數(shù)；

k——?dú)怏w絕熱指數(shù)

k=&/Cv(2.2.2—

5)

6，、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)見行業(yè)標(biāo)

準(zhǔn)《安全閥的設(shè)置和選用》(HG/T20570.2—

一般單原子氣體(He、Ar,Hg等)k=1.66,雙原子氣體(。2、乩、N,,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)⑵2.2—

7)

式中

uc---氣體的聲速，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的絕對溫度，K；

M---氣體的分子量。

b.臨界流動(dòng)判別。通?？捎孟率脚袆e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)。

P2/P]<0.605國

(2.2.2—

8)

c.臨界質(zhì)量流速

G=nP[MjT,

cxy(2.2.2—

9)

式中

Pi、P2——分別為管道上、下游氣體的壓力，kPa；

2

Gi、G2——分別為氣體的質(zhì)量流速和臨界質(zhì)量流速，kg/(m?s)；

「、T2一一分別為管道上、下游氣體溫度，K；

Gcni---參數(shù)，見式(2.2.2—14),kg/(m''s)；

G---氣體的質(zhì)量流速，kg/(m'?s)o

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)。

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

流動(dòng)，如煤氣、天然氣等長管道就屬于等溫流動(dòng)。

等溫流動(dòng)計(jì)算式如下：

AP,=6.26xIO,

d"，”(2.2.2—

10)