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1、20化 工 设 备 与 管 道第41卷 在化工、 热工等工艺管道设计中,需要确定管段 的工作压力和设计压力。 并依介质和压力、 温度条件 给出管道安装的检验和试验要求。对于类似压力容 器的直排管道,如:泄压出口管道、 排污管道以及通 过阀门一端连接压力容器,一端连接常压容器(如易 燃流体的泄出、利用突然泄压改变物料比表面积的 工艺等)的管道,有关设计规范只是原则上规定了管 道设计压力不应小于运行中遇到的最不利条件下的 压力。实际运用中,工作压力的确定往往存在争议, 一种认为背压为零的管道,工作压力自然为零,另一 种认为要考虑起点压力,不同观点导致对管道设计 压力的确定和检验、 试验要求有不同结
2、果。 1管道运行过程实际承压分析 1. 1公式推导柏努利方程的普遍式: z2 + ( u2 2 / 2g) + (P2/g) =z1 + ( u1 2/ 2 g) + (P1/g ) - Hf2(1) 或:zi + ( ui 2 / 2g) + (Pi/g) =z1 + ( ui 2/ 2 g) + (P1/g ) - Hfi(1a) 式中:足标1、2、i表示1、2截面以及两截面间 的任意截面i ;z各截面位压头;u各截面流速; P各 截面静压;流体密度;g重力加速度;Hf计算起 始截面至各截面的压头损失。 图1是压力容器排 出管道,等效的形式还可在管道出口连接常压容器 (图中双点划线 ) ,
3、 或将阀门替换为安全阀,管道为安 全阀排出管。 为简化问题,设出口管道为等径水平直 管,以管道出口截面中心为基准面,1、2截面分别设 在容器内液面和管道出口内截面,阀门紧靠容器出 口安装,阀前无直管段。 分析讨论压力容器出口阀门 开启后,阀后管段任意截面i上流体压头转换情况 及承受的静压。 图1 根据题设,有:z1=z,P1= P ,u1= 0 ,zi=z2= 0 , ui=u2=u, P2= 0 ,Hf2=hs+hv+Hf2;Hfi= hs+hv+Hfi 其中:hs为容器出口突然缩小的局部损失,阻力 系数0. 5;hv为阀门的局部阻力损失,当量长度为Lv; Hf2、Hfi分别为阀后至2截面和
4、i截面直管摩擦 阻力,摩擦系数,管道内径d,管道计算长度分别为L 和Li。则: hs= 0. 5(u2/ 2g ) , hv = ( /d) (u2/ 2g ) L v, Hf2 = ( /d) (u2/ 2g )L , Hfi = ( /d) (u2/ 2g )L i, 将上述参数代入(1)和(1a)式,得: (u2/ 2g ) = z+ ( P/g) - (hs+hv+Hf2)(2) (u2/ 2g) + ( Pi/g) =z+ (P/g) - (hs+hv+Hfi)(3) 将式(3) - (2) ,得: 压力容器直排管道设计压力的探讨 章雯 (温州市工业设计院,温州325003) 摘要运
5、用流体力学原理分析不可压缩流体直排管道运行过程实际承压情况,旁引设计手册、 规范,讨论这一类管道的设计压力确定, 并且依据管道的具体使用情况,探讨管道的检测要求。 关键词压力容器直排管道设计压力分析检验试验 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 212004年第2期 ( P i/g ) = Hf2-Hfi = ( /d) (u2/ 2g) ( L - Li)(4) 展开(2)式,得: (u2/ 2g) =z+ ( Pi/g) - 0. 5+ (Lv/d) + (L/d) (u2/ 2g)
6、(u2/ 2g) = z+ ( Pi/g) / 1. 5+ (Lv/d) + (L/d ) (5) 将(5)代入 (4) , 并整理: Pi= ( P+zg) 1- ( Li/L) / (1. 5 /) (d / L) + ( Lv/ L ) + 1(6) LLi,1- (Li/ L) 0 Pi0 ,即:尽管管道背压为零,但运行时整个 管段内压处处不为零。 对于等径的其它管系 ,(6) 式中的管道计算长度L 和Li应分别计入沿程对应的局部阻力当量长度总和 Le和 Lei, 令:L =L +Le, Li =L +Lei Pi= (P+g) 1- ( Li / L) / (1. 5 /) (d/
7、L) + (Lv/ L) + 1(7) (7)式是等径管阀后压力的普遍式,上述管道压 力不为零的结论在此同样适用。 1. 2最大工作压力分析 从(6)和(7)式可以看出,管道在Li= 0处,即:阀 出口截面处的静压最大,考察该截面静压,并令管道 长径比L/d=n, Pmax= (P+zg) / 1. 5 / (n) + (Lv/L) + 1 (8) 从(8)式可见,对于特定管系,PmaxP,斜率小于 1;对于给定的工艺条件, Pmax与所设计的管道特征尺 寸有关,n愈大,Pmax愈大。当选用闸阀,全开位时,阻 力当量长度Lv与L相比很小(公称直径 DN150的管 道,闸阀Lv 0. 48 P;
8、 当n250时(例如DN50,长度8m,三只标准弯头 ) , Pmax0. 7( P+zg)或Pmax 0. 7 P。 图2是最大静压Pmax与n、P的关系曲线。 图2 1. 3计算实例 压力为1. 28 MPa ,蒸发量为6. 5 t/ h的蒸汽锅炉 定 期 排 污 管 道,管 道 系 统 参 数 如 下:管 道 1,Pmax 0. 48 P,n250 时Pmax 0. 7 P。 (3)管道设计压力可取容器内工作压力。 (4)非可燃、 无毒介质直排管,管道系统元件仍按 设计压力选用,视设计条件可不检验或按比例抽检, 试压可不作要求。 参考文献 1锅炉房实用设计手册,机械工业出版社第2版,P404 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 3Vol. 41 No. 2 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.