1、工艺管道经济流速的探讨艾晓欣摘要本文主要介绍工艺管道经济流速的选择及其与管道压力降的关系关键词经济流速管径百米压降1、概述在化工生产中我们常常遇到的流体运动，绝大多数是湍流。当输送流体的实力肯定时，管径大小干脆影响经济效果。管径小，介质流速大，管路压力降大，从而增加了流体输送设备的动力操作班用。反之，增大管径，虽然动力费用削减，但管路建立费用却增加。因此，为求得其冲突的统一，设计上必需选择合理的管径。管路压力降计算的目的，是依据介质流量及允许的压力降来确定管径或依据管径和介质流量来验算压力降。确定管径时应依据运行中可能出现的最大流量和允许的最大压力降来计算。经济流速、管径、压力降这三者之间是休
2、戚相关的，他们之间的选择与确定应当依据介质性质、操作状况、建立投资和操作费用、工程建立要求等状况详细确定。但是它们的选取还是有肯定规律可循的，在日常的工作中，一些年轻的工程师在确定经济流速时往往是杏手册标准中相关表格中的数据，这些表格中的数据虽然正确，但是在应用到详细实际问题中却略显粗糙，以下我便对液体、气体、水蒸汽、气液两相流等流体经济流速的选取进展概括与探讨，并真对详细问题完善常用流速范围及压力降举荐值。2、各种流体的探讨探讨2.1液体液体是我们在化工生产中常见的流体种类，最常见的有水、酸、碱、有机物、油品、液化燃等。不同的流体按其性质、状态和操作要求的不同，应选用不同的流速。粘度较高的液
3、体，摩擦阻力较大，应选择较低的流速。允许压力降较小的管道，例如常压自流管道和输送泡点状态液体的泵入口管道，应应选择较低的流速。允许压力降较大或介质粘度较小的管道，应选择较高的流速。一些含有固体颗粒或较易结晶的管道，应选择较高的流速。同时为防止因介质流速过高引起管道冲蚀、磨损、振动和噪声等现象，液体流速一般不宜超过4m/so流速的选择.1特殊液体最大流速值名称最大流速（ms）酚水溶液浓硫酸碱液盐水和弱碱液氨液氯富C02胺液（不锈钢）含悬浮固体0.9（最低）.2一般液体流速的选择在目前工程的设计中，大多数液体的输送是由泵来实现的。泵的进口液体流速一般在0.51.5ms,泵的出口液体流速一般在1.5
4、2.5ms,设备底部出口液体流速一般在1.01.5ms,对于自流的管道出口液体流速一般在0.71.5ms,罐区大罐底部出口的流速一般在0.51.0mso详细常见液体经济流速举荐值见表Io表1常见液体经济流速举荐值名称流速(ms)层流湍流密度：1600kgmi密度：800kgm3密度：320kgm3泵进口饱和液体不饱和液体负压下泵出口流量:50n7h流量：50160mh流量:160h齿轮泵吸入口排出口往复泵吸入口排出口结晶母液泵前速度泉后速度34凝聚水（自流）自流管道冷冻剂管道设备底部出口塔进料油及粘度较大的液体粘度sDN25DN50DN1.OO粘度sDN25DN50DN1.OODN200粘度
5、IPasDN25DN50DN1.OODN2002.1.2压降的选择.1压降的计算在平常的工艺设计中，估算直管道的百米压降值是较为常见的。其公式为：P尸入D2其中：入摩擦因子，无量纲1.管长，mD管道内径，m流体平均流速，m/s摩擦因子与管内流淌介质的雷诺数Re和管壁相对粗糙度，沙有关，详细见表2。表2摩擦因子、雷诺数Re和相对粗糙度的关系流体流型雷诺数层流Re2000湍流水力光滑管区31ORc4X10水力光滑管区310jRe1.10s过渡区阻力平方区无关流体流型相对粗糙度eD层流无关湍流水力光滑管区3DRc水力光滑管区560D-r7流体流型摩擦因子入层流X=史Rc湍流水力光滑管区苏=21g(R
6、e水Jj光滑管区、_0.3164Rcnj5过渡区=1.74-21g(xi1.D+与)Rc阻力=1.74-21g()D平方区表3局部工业管道的肯定粗糙度金属管道肯定粗糙度,mm金属管道匕士皿月E租糙度,mm新无缝钢管干净的玻璃管正常工作的无缝钢管橡皮软管正常工作的焊接钢管及少腐蚀的无缝钢管上釉陶器管中等腐蚀的无缝钢管-1.11：；水泥管严峻腐蚀的钢管13石棉水泥管中等状况铜管，铅管水泥管铝管木管0.新铸铁管帆布管运用过的铸铁管玻璃钢管2压降的选取在用离心泵输送液体的状况中，对于一对一的供料方式来说选取适当的流速和压降，最终泵的扬程在2050m较为经济，最好不大于5OmO对于一对多用户供料的状况泵
7、的扬程可能出现大于50m的状况，这在公用工程的设计中是非常常见的。在泵的进口管道设计中，由于目前国内机泵的设计水平，较为常见的离心泵的NPSHr大于2,所以在选取相宜的流速和压降的前提下计算出的NPSHa应当大于4m为宜，在输送饱和液体的状况下，PSHa也以不小于3m为宜。一些液体的压力降举荐值可见表4表4局部液体的压力降举荐值名称压力降kpa100m泵进口饱和液体10不饱和液体20负压下5泵出口流量:50n7h80流量：50160mh60流量：160n?/h45循环冷却水管道30在公用工程系统的设计中，我们常常见到的液体流体有循环水、纯水、冷冻水、簇新水、软水、生活用水等。从总图上看，由于从
8、水站或界区到各生产装置的距离较长，所以在公用工程的设计中各专业一般取百米压降值为10-20kpa,以水为例，输水管道的流量、流速压力降比照表见表5。表5输水管道流量、流速、压力降比照简表流量范围m3h管径nun流速范围m/s压力降范围kpa100m15202532403850616651020801935100356512555100150120210200210380250340600300500-90035070013004001000-18004501300-24005002000-380060030005500700450080008006000HOOO9008000-14000100
9、012000-2200012001800035000140025000-16004500035000-65000180045000-8000020002.2气体常见的气体有压缩空气、氮气、氧气、氢气、煤气、烟道气、氨气、气态烧类等。气体流速一般不超过其临界速度的85%,真空下最大不超过100m/so流速的选择.1特殊气体最大流速值名称设计压力(MPa)最大流速(ms)备注氢气10碳钢氢气管道相宜采纳球阀、截至阀0.r15碳钢按允许压碳钢力降确定化硫25不锈钢乙烯PW22MPaW3022MPa106工作压力大于0.1MPa的阀门，严禁采纳闸阀15按允许压力降确定.2一般气体流速的选择对于气体管道
10、一般流速限制在1015ms,真空度高的管道流速较高，可在80m/s以上。详细常见气体经济流速举荐值见表6。忒气25乙烘8管道内径不应超过8Onim表6常见气体经济流速举荐值0.15MPaPWMPa4管道内径不应超过20mm名称流速(m/s)气PWMPa20压缩空气真空5.070VPaPMPa88.0-121020Vt200.6MPaA10-15MPaA8.0-10MPaAMPaA氮气1025氧气0.050.6。Pa0.6-MPaMPa2.O-MPa氢气氯化氢20浪气10真空度65071OmmHg管道80130塔顶MBa1215常压1830负压3860烟道气烟道内管道内风管距风机最远处最近处8.
11、072通风机吸入口1015排出口1520旋风别离器入气1525出气4.0-15乙烘气MPa150.1-0.15MPa84氨气真空15250.3MPa8150.6MPa10202.2.2压降的选择气体在管道内得流淌过程，因流速高导致压力降较大时，气体得密度将产生显著的改变，当管道末端的压力小于始端压力的80%时，应按nJ压缩流体的计算方法选择管径和计算压力值。在工程设计中，一般可按志向气体进展计算，长度大于管内径1000倍的不隔热管道，可按等温流淌计算：长度小于管内径100O倍的不隔热管道，可按绝热流淌计算。在同一管道内，气体按等温或绝热流淌计算所得到的流通实力是不同的。绝热流淌的实力比等温流淌
12、的实力大20%左右，但等温流淌计算方法比拟简洁，在工程设计时，假如用等温流淌计算绝热流淌管道，其结果偏于平安，是允许的。一些气体的压力降举荐值可见表7表7局部气体的压力降举荐值名称压力降kpa/100m一般气体(正压)451.4-3.5MPa351.01.4MPa150.351.OMPa700.35MPa一般气体(负压)负压PP49kpa压缩机进口P450kpa进口P450kpa3.57(0.01P)出口P450kpa1P5=450kpa塔顶MPa470常压41012在公用工程系统的设计中，我们常常见到的气体流体有压缩空气、仪表空气、氮气等。在这些气体中压缩空气、仪表空气常规的压力规格为0.7
13、MPa(G),氮气常规的压力规格为0.6MPa(G)0以0.7MPa(G)压缩空气和0.6MPa(G)氮气为例，气体管道的流量、流速、压力降比照我分别见表8和表9。表8压缩空气管道流量、流速、压力降比照简表流量范围Nra3h管径mm流速范国m/s压力降范国kpa100m5701527.91022201.72240258407532275-14040140-26050*w260500655008508085016001008160030001253000480015010.828.5480010000200100OO180002501800030030000表9钗气管道流量、流速、压力降比照简表
14、流量范围Nn3h管径mm流速范国m/s压力降范围kpa100m510152.31022201.9-8.92240252.78.94075322.475140402.68.8140260502.7260500652.35008508085016001002.5-8.8160030001252.79.6300048001503.74800100002008.9100oO180002502.89.018000300003009.62. 3水蒸汽水蒸汽是目前最常用的热源，它具有热焰高、易于制备和输送、运用比拟平安等优点。依据其饱和温度区分可分为饱和蒸汽和过热蒸汽。目前运用较普遍的低压蒸汽规格有0.45
15、MPa(G),1.OMPa(G)o2.3. 1流速的选择蒸汽管道的流速比气体管道的要大些，一般限制在1520m/so详细常见水蒸汽经济流速举荐值见表100表10常见气体经济流速举荐值名称流速(ms)水蒸汽(正P0.3MPaA100.3-1.OMPaA1520压)MPaA2040MPaA4060水蒸汽(负压)50kpa100kpa4020kpa50kpa605kpa20kpa75饱和蒸汽主管30-40支管2030过执蒸汽主管4060支管3540泵驱动机进口4102.3.2压降的选择水蒸汽压降的计算通常是查蒸汽算图，但是算图的种类很多，其适用范围不同，同时在查图过程中会由于尺寸连线的不精确使结果产
16、生误差。目前在进展蒸汽压降的计算中，较稳妥的计算方法是通过PR02进展模拟运算，运算方法可选用SRK。表11水蒸汽的压力降举荐值水蒸汽的压力降举荐值可见表11名称压力降kpa100m水蒸汽PWO.3MPa100.3MPa15MPa20MPa20PMPa30以0.45MPa(G)水蒸汽和MPa(G)水蒸汽为例，管道的流量、流速、压力降比照分别见表12和表13表12水蒸汽管道流量、流速、压力降比照简表流量范围kg/h管径mm流速范围m/s压力降范akpa100m102515159625502020805080256180150321571503004070300-50050605006521000
17、100o160080195016003000100300050001251650007500150271740750015000200*Z15000-2500025029.425000-350003003500045000350450006000040086000080000450364880000500IO5表131.0MPa水蒸汽管道流量、流速、压力降比照简表流量范围kg/h管径mm流速范围m/s压力降范困kpa100m10351535602060-100256.110.117.2100-2003212.8-2004004015.91640075050750-120065】8.0一1200
18、2000802000400010011400060001252600015028.210000100oo2000020015.931.87.7200003000025030000450003008.3450007000035023.3-370000IO540027.83*ZIOS12500045011250001800005002.3.3气体与水蒸汽经济流速的比拟由表6和表10可以看出，蒸汽管道内介质流速随着蒸汽压力增大而增加，而压缩空气管道介质流速随空气压力增大而减小。关于蒸汽的流速之所以压力越高允许的流速越大，主要是因为蒸汽都是用锅炉产生的，工业领域运用蒸汽主要是利用其供应热能，也就是尽量
19、防止输送过程的热损失，通常长距离输送的蒸汽都是过热度较高的蒸汽，然后经过减温减压后再送至用户运用。因而蒸汽管道的允许压降较大，所以可以在较高流速下输送。而运用压缩空气，主要是利用其压力，压力过多的损失在管道上所导致的因压力损失而增加的压缩功就很大，这样压缩机的投资增加较多，就不经济了。2.4气液两相流体汽液两相混合物在管道中的流淌是石油化工企业工艺装置中常见的流体流淌过程之一，具有单相流淌所不存在的很多困难因素。其流淌状态不能仅由滞流和湍流确定，而是要取决于不同的流淌型态（分层流。泡状流、雾状流、波状流、环状流、塞装流）和两相间的H由界面等因素，这些因素使问题变得很困难，因而迄今尚没有一种完善
20、的方法普遍的适用于各种不同的两相流计算，往往须要依据工程经验采纳不同的方法并依据不同的状况加以修订正。2.4.1流速的选择气液两相流管道的流速较低，一般限制在m/s以下。2.4.2压降的计算蒸汽冷凝液产生的凝聚水在管道内流淌时，由于摩擦压力降而产生的自蒸发觉象，使管道内出现汽水两相状态。较为简洁的计算方法是首先按水（未汽化）计算其所需内径和管道压力降。再用以下公式换算为凝聚水（有汽化）的管径、压力降。ds按汽水混合物计算的管内径,mmdi按液态凝聚水计算的管内径,mmP1.按液态凝聚水计算的密度，kgmA按汽水混合物计算的密度,kgm,在目前公用工程的设计中运用较普遍的低压蒸汽规格有045MP
21、a(G),其产生的冷凝液假设忽视通过加热设备的压力损失和过冷因素，那么冷凝液的压力可按0.45MPa(G)考虑，温度不变。冷凝液管道加设疏水阀后排至凝液收集系统，假设凝液收集系统是用来制造热水，那么一般收集罐是常压的，假设疏水阀的背压设为O25MPa(G)那么不同管道管径、流量、汽液两相压力降值之间的关系可见表15o表15汽液两相流管道流量、流速、压力降比照简表流量范围kg/h管径mm流速范围m/s压力降范Skpa100m160400250.145300400150040223501500-250050100290250040006570180250040008022-574000800080
22、57265800015000100713501500030000125781410150003000015030135300004000015013527030000-5000020026803、结论经过对液体、气体、水蒸汽、气液两相流等流体流速、管径、压力降的分析探讨，11J以总结出以卜结论：h管道的设计应满意工艺对管道的要求，其流通实力应按正常生产条件下介质的最大流量考虑，其最大压力降应不超过工艺允许值，其流速应位于依据介质的特性所确定的平安流速的范围内。2）综合权衡建立投资和操作费用.一套石扮装置的管道投资一般占装置投资20%左右。随着管径的增加，不仅增大了管壁厚度和管子重量，而且增大了
23、管道上的阀门和管件，增加了隔热层厚度和材料的用量。因此，在设计管道时，一般在允许压力降的前提下尽量的选用较小管径，特殊是在确定合金管管径时更需慎重对待，以节约投资。但是，管径太小那么介质流速增高，磨擦阻力增大，增加了机泵的投资和功率消耗，从而增加了操作锄用。因此，在确定管径时，应综合权衡投资和操作费用两种因素，用其最正确值。3）不同流体按其性质、状态和操作要求的不同，应选用不同的流速。粘度较高的液体，摩擦阻力较大，应选用较低的流速。允许压力降较小的管道，例如常压自流管道和输送泡点状态液体的泵入口管道，应选用较低的流速。允许压力降较大或介质粘度较小的管道，应选用较高流速。4）为防止因介质流速过高
24、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4m/s。气体流速一般不超过其临界速度的85%,真空下最大不超过100m/so含有固体物质的流体，其流速不应过低，以免固体沉淀在管内而堵塞管道，但也不宜太高，以免加速管道的磨损或冲蚀。5）同一介质在不同管径的状况下，虽然流速和管长一样，但管道的压力降却可能相差较大。因此，在设计管道时，如允许压力降一样，小流率介质应选用较小管道，大流率介质可选用较高流速。确定管径后，应选用符合管材的标准规格，对工艺用管道，不举荐选用不32、DN65和DN125管子。参考文献?石油化工工艺装置管径选择导那么？，SH/T3035-2007,中华人民共和国国家
25、开展和改革委员会?化工工艺设计手册？（上册、下册），化学工业出版社2019年8月第三版?石油化工装置工艺管道安装设计手册？（第篇），中国石化出版社1994年4月第一版?工艺系统工程设计技术规定？，化工部工程建立标准编译中心1996年9月?ASME管道数据手册？，2001?石油化工设计F册？，化学工业出版社2002年1月第一版?化工管路手册？，石油化学工业出版社?APP1.IEDPROCESSDESIGNFORCHEMIC1.ANDPETROCHEMICA1.P1.ANTS?化工流体流淌与传质？，化学工业出版社2000年9月第版?石油化工工艺管道设计与安装？，中国石化出版社2002年2月第一版?化工配管用无缝及焊接钢管尺寸选用系列？，化工部工程建立标准编辑中心1994年7月
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