管道阻力降的计算

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1、管道阻力降管道阻力降计算计算王王勇勇2011年12月18日 第2页概述概述一主要内容管径选择的管径选择的一般要求一般要求二如何确定管径如何确定管径三管道阻力降计算管道阻力降计算四常见管道压降元件典型压降常见管道压降元件典型压降五2011年12月18日 第3页 1.概述概述石油化工装置主要是由设备、管道、仪表构成的一个石油化工装置主要是由设备、管道、仪表构成的一个系统。管道系统的主要作用是流体输送，控制着设备的系统。管道系统的主要作用是流体输送，控制着设备的输入与输及操作条件，管道系统设计是工艺设计的一项输入与输及操作条件，管道系统设计是工艺设计的一项重要内容。而管道阻力降计算则是管道系统设计的

2、一项重要内容。而管道阻力降计算则是管道系统设计的一项最基本的工作。最基本的工作。一般的管道可根据物料平衡表中的物料流量、推荐流一般的管道可根据物料平衡表中的物料流量、推荐流速或允许压力降来选用管径（所选管径应符合材料标速或允许压力降来选用管径（所选管径应符合材料标准）。但对某些水力计算有特殊要求的管道，则应进行准）。但对某些水力计算有特殊要求的管道，则应进行详细的水力学计算。详细的水力学计算。如下部位的管道协调通常就需要进行详细如下部位的管道协调通常就需要进行详细水力学计算水力学计算：塔及反应器的入口管道；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的液体管道；往高

3、位输送或长距离输送的液体管道；2011年12月18日 第4页要求流量均匀分配的管道；要求流量均匀分配的管道；液封管道液封管道(须校核液封足否会被冲掉或吸入须校核液封足否会被冲掉或吸入)；提升管道；提升管道；两相流管道；两相流管道；压缩机吸入或排出管道；压缩机吸入或排出管道；塔的回流管道；塔的回流管道；安全阀的入口和出口管道安全阀的入口和出口管道(控制安全阀人口管道的压控制安全阀人口管道的压降不超过其定压的降不超过其定压的3，出口管道须校核安全阀的背压对，出口管道须校核安全阀的背压对安全阀定压的影响安全阀定压的影响)；热虹吸再沸器工艺物料的进出口管道；热虹吸再沸器工艺物料的进出口管道；有调节阀的

4、管道（确定合适的调节阀压降）等。有调节阀的管道（确定合适的调节阀压降）等。2011年12月18日 第5页 2.管径选择的一般要求管径选择的一般要求管道尺寸的确定，应在充分分析实际情况的基础上管道尺寸的确定，应在充分分析实际情况的基础上进行，对于给定的流量，管径的大小与管道系统的一进行，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（动力消耗和维修次投资费（材料和安装）、操作费（动力消耗和维修）和折旧费等有密切的关系。应根据这些费用作出经）和折旧费等有密切的关系。应根据这些费用作出经济比较，并使管道系统的总压力降控制在给定的工作济比较，并使管道系统的总压力降控制在给定的工

5、作压力范围内，以选择适当的管径，此外还应考虑安全压力范围内，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。在选定管道系统管径时，应流速及其它条件的限制。在选定管道系统管径时，应考虑以下几个原则。考虑以下几个原则。 2.1 流量的考虑流量的考虑管道系统的设计应满足工艺对管道系统的要求，其管道系统的设计应满足工艺对管道系统的要求，其流通能力应按正常生产条件下介质的最大流量考虑。流通能力应按正常生产条件下介质的最大流量考虑。其最大摩擦压力降应不超过工艺允许值，其流速应位其最大摩擦压力降应不超过工艺允许值，其流速应位于根据介质的特性所确定的安全流速的范围内。于根据介质的特性所确定的安全流速的

6、范围内。2011年12月18日 第6页 2.2 综合权衡建设费用和运行费用综合权衡建设费用和运行费用在设计管道系统时，一般应在允许摩擦压力降的前提在设计管道系统时，一般应在允许摩擦压力降的前提下尽可能地选用较小管径，特别是在确定合金管管径时下尽可能地选用较小管径，特别是在确定合金管管径时更需慎重对待，以节省投资。但是，管径太小则介质流更需慎重对待，以节省投资。但是，管径太小则介质流速增高，摩擦阻力增大，增加了机泵的投资和功率消速增高，摩擦阻力增大，增加了机泵的投资和功率消耗，从而增加了操作费用。因此，在确定管径时，应综耗，从而增加了操作费用。因此，在确定管径时，应综合权衡投资和操作费用两种因素

7、，取其最佳值。合权衡投资和操作费用两种因素，取其最佳值。 2.3 流速的选择流速的选择为了防止因介质流速过高而引起管道冲蚀、磨损、振为了防止因介质流速过高而引起管道冲蚀、磨损、振动和噪声等现象，液体流速一般不宜超过动和噪声等现象，液体流速一般不宜超过4 m/s；气体流；气体流速一般不超过其临界速度的速一般不超过其临界速度的85 ，真空下最大不超过，真空下最大不超过100 m/s；含有固体物质的流体，其流速不应过低，以免；含有固体物质的流体，其流速不应过低，以免固体沉积在管内而堵塞管道，但也不宜太高，以免加速固体沉积在管内而堵塞管道，但也不宜太高，以免加速管道的磨损或冲蚀。管道的磨损或冲蚀。20

8、11年12月18日 第7页 2.4 高速流体管道高速流体管道当流体突然改变方向（例如在弯头或三通中），垂直当流体突然改变方向（例如在弯头或三通中），垂直于流向的表面局部压力会急剧增加，它是流速、密度和于流向的表面局部压力会急剧增加，它是流速、密度和初始压力的函数。而流速反比于管道直径的平方，所以初始压力的函数。而流速反比于管道直径的平方，所以高速流体管道尺寸的确定需要慎重。高速流体管道尺寸的确定需要慎重。2011年12月18日 第8页 3.如何确定管径如何确定管径管道阻力降计算是确定管道直径的重要依据；是系管道阻力降计算是确定管道直径的重要依据；是系统水力学计算的一个重要组成部分。统水力学计算

9、的一个重要组成部分。在石油化工工艺设计中，管径的选择是一个重要的在石油化工工艺设计中，管径的选择是一个重要的课题，如果管线直径过大，虽然管线阻力降减小了，课题，如果管线直径过大，虽然管线阻力降减小了，但随着管径增大会导致管线壁厚增加、重量增加、管但随着管径增大会导致管线壁厚增加、重量增加、管件阀门尺寸增加，相应管支架、框架结构加大，从而件阀门尺寸增加，相应管支架、框架结构加大，从而增加了管道投资成本；但如果管线直径过小，管线阻增加了管道投资成本；但如果管线直径过小，管线阻力降较大，需要选用扬程更高的增压设备（如泵、压力降较大，需要选用扬程更高的增压设备（如泵、压缩机等），这样不但会增加转动设备

10、投资成本，同时缩机等），这样不但会增加转动设备投资成本，同时导致整个装置的能耗增加，长期的运行成本升高。因导致整个装置的能耗增加，长期的运行成本升高。因此，管径的合理、经济选择对于一个石油化工工艺装此，管径的合理、经济选择对于一个石油化工工艺装置的系统设计相当重要，但是，想要经济、合理的选置的系统设计相当重要，但是，想要经济、合理的选择管径，管道阻力降的计算就是重要的依据了。择管径，管道阻力降的计算就是重要的依据了。2011年12月18日 第9页管径的选择，必须符合管道材料标准，各项目采用管径的选择，必须符合管道材料标准，各项目采用的管道标准可能会略有差别。本文以的管道标准可能会略有差别。本文

11、以ASME标准标准为例。为例。2011年12月18日 第10页百米压降与介质流速是水力学计算中最重要的两项百米压降与介质流速是水力学计算中最重要的两项参数，管径的选取是否合适通常都由这两个参数来判参数，管径的选取是否合适通常都由这两个参数来判断。断。在进行初估管道管径时，管内流速及最大摩擦压力在进行初估管道管径时，管内流速及最大摩擦压力降可参考以下推荐值（一般初始值可采用推荐范围的降可参考以下推荐值（一般初始值可采用推荐范围的中值）。中值）。下面分别按三种常用计算管道，提供工程计算中推下面分别按三种常用计算管道，提供工程计算中推荐的百米压降与介质流速控制范围：荐的百米压降与介质流速控制范围：

12、工艺液体管道工艺液体管道 工艺气体管道工艺气体管道 公用工程管道公用工程管道2011年12月18日 第11页工艺液体管道工艺液体管道0.51.00.05有闪蒸调节阀入口有闪蒸调节阀入口0.31.20.03再沸器入口再沸器入口1重力流重力流10.05塔抽出口塔抽出口经济流速（一般经济流速（一般不超过不超过4m/s)0.15-1.5泵排出口泵排出口1.02.00.08泵吸入口泵吸入口过冷液过冷液0.51.50.05泵吸入口泵吸入口饱和液饱和液流速流速(m/s)P100百米压降百米压降(kgf/cm2/100m)2011年12月18日 第12页工艺气体管道工艺气体管道0.11-0.75液相转油线液相

13、转油线经济流速经济流速0-0.5离心压缩机离心压缩机12往复压缩机往复压缩机0.16-1.10气液相转油线气液相转油线0.3-1.7气相转油线气相转油线0.02-0.05再沸器返回口再沸器返回口7200.7% 操作压力操作压力10.0MPaG7200.2-0.710.0MPaG10300.07-0.201.0MPaG10300.01-0.07常压常压/真空真空流速流速(m/s)P100 (kgf/cm2/100m)2011年12月18日 第13页公用工程管道公用工程管道1-40.3循环水循环水两相流计算两相流计算0.2-0.7疏水器调节阀后凝液疏水器调节阀后凝液0.05疏水器调节阀前凝液疏水器

14、调节阀前凝液1.0MPaG0.7MPaG40-600.20.7MPaG饱和蒸汽饱和蒸汽经济流速经济流速0.131.0MPaG经济流速经济流速0.110.7MPaG经济流速经济流速0.070.35MPaG经济流速经济流速0.05常压常压/真空真空仪表风仪表风工业风工业风流速流速(m/s)P100(kgf/cm2/100m)2011年12月18日 第14页 4.管道阻力降计算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 可压缩流体可压缩流体 气液两相流气液两相流 （非闪蒸型）（非闪蒸型）2011年12月18日 第15页4.1 不可压缩流体阻力降计算不可压缩流体阻

15、力降计算4.1.1 不可压缩流体不可压缩流体 液体液体 管道进出口压差小于进口压力管道进出口压差小于进口压力 10%的气体管道的气体管道4.1.2 管道阻力降管道阻力降流体在管道中的压力降可分为直管阻力降与局部压流体在管道中的压力降可分为直管阻力降与局部压力降，局部阻力降指的是管件、阀门、流量元件等产生力降，局部阻力降指的是管件、阀门、流量元件等产生的局部阻力。局部阻力降通常上采用当量长度法的局部阻力。局部阻力降通常上采用当量长度法,局部局部阻力元件产生的阻力降与相同管径的直管段产生的阻力阻力元件产生的阻力降与相同管径的直管段产生的阻力降相同，则此直管长度为此局部阻力元件的当量长度，降相同，则

16、此直管长度为此局部阻力元件的当量长度，当量长度通过实验测定。当量长度通过实验测定。各局部阻力降元件的参考当量长度见下各局部阻力降元件的参考当量长度见下表表。2011年12月18日 第16页局部阻力降元件的参考当量长度局部阻力降元件的参考当量长度表表2011年12月18日 第17页管道当量长度估算：管道当量长度估算：1）当没有管道布置图时，可按以下方法估算管道当）当没有管道布置图时，可按以下方法估算管道当量长度量长度Le 工艺装置工艺装置 Le 3.0 Ls 一般区域一般区域 Le（ 1.3-1.5） LsLs管道直线长度管道直线长度2）泵入口管线在没有布置图时）泵入口管线在没有布置图时Le 50