管径选择与管道压力降计算最新版.docx

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1、管径选择与管道压力降计算PS304-03管径选择与管道压力降计算第一部分管径选择1 .应用范围和说明1.0.1本规定适用于化工生产装置中的工艺和公用物料管道，不包括储运系统的 长距离输送管道、非牛顿型流体及固体粒子气流输送管道。1.0.2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)和折旧费等项有密切的关系，应根据这些费用作出经济比 较，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。本规定介绍 推荐的方法和数据是以经验值，即采用预定流速或预定管道压力降值(设定压力降 控制值)来选择管径，可用于工程设计中的估算。1.0.3当按预定介质流速来确定

2、管径时，采用下式以初选管径：d=18.81W0.5 u-0.5 p0.5(1.0.3 1)或d=18.81V00.5u-0.5(1.0.3 2)式中d管道的内径，mm；W管内介质白质量流量，kg/h;V0管内介质白体积流量,m3/h；-介质在工作条件下的密度，kg/ m3;u介质在管内的平均流速，m/ s。预定介质流速的推荐值见表2.0.1。1.0.4当按每100m计算管长的压力降控制值(，Pf100)来选择管径时，采用下式 以初定管径：d=18.16W0.38 p0.207 F033，Pf100 0.207(1.0.41)或d=18.16V00.38 +173 E033，Pf100 0.20

3、7(1.0.4-2)式中11介质的动力粘度，Pas；/ Pf100 100m计算管长的压力降控制值，kPa。推荐的，Pf100值见表2.0.2。1.0.5本规定除注明外，压力均为绝对压力。2.管道内流体常用流速范围和一般工程设计中的压力降控制值 2.0.1管道内各种介质常用流速范围见表 2.0.1。表中管道的材质除注明外，一律为钢。该表中流速为推荐值2.0.2管道压力降控制值见表2.0.2 1和表2.0.2 2,该表中压力降值为推荐值常用流速的范围表的表介 质工作条件或管径范围流连m/s3。40饱和蒸汽DN-200 10035加3075PVIMPh15-20饱和蘸汽尸=14MPa20-40P=

4、4 12Mp总40 $0DJV20040-50过热蒸汽DNk 20gl0。5 s30DNC10O40 20二次蒸汽二次蒸汽要利用时15翔二次蒸汽不利用时60高压乏汽加1GD乏汽排气管上从受压容器排出80从无压容器排出15和直空5-10P0. 3Mp品表）ELZ。.au 装）20-10压缩气体F = 0.61MPh（表15-10尸=1WMPq（表）128P=2 3MP.（表）g3P = 3 3CM?a（表）3-0.5#管径选择与管道压力降计算PS304-03续表2. 0.1介 质工作条件或管径范围M 速 m/s尸=00. 05Mpa（表）10-5氧气注F=0. 050. 6MPa（表） ?=0.

5、6IMP虱表）8664P = 23Mp式表）43煤气管道长50100mQ27MPa30. 75P0. 27MPa12-8F40. 8MPa123半水煤气尸工0.10.15MPa （表）1015天然气30烟道气烟道内 管道内3634石灰窑窑气1012氮气尸=510MPa25氢氮混合气注尸=203OMPa5-10P =真空1525氮气尸VO.3M人（表）815P0, 6MPa（表）1020P2MPa（表）38乙烯气P22150MPa （表）56产0.OlMPa（表）34乙快气在尸VO.15MPa （表）48（最大）P2- 5MPa（表）最大4氮气体1025液体1.5氯仿气体液体102氯化氢气体（钢

6、衬胶管）20液体橡胶管）L5溟气体（玻璃管）10液体（玻璃管）1. 2续表2.0.1介 质工作条件或管径范围流速m/s氯化甲烷1气体液体202氯乙烯 二氯乙烯 三氯乙烽2乙二醇2苯乙烯2二溟乙烯玻璃管1尸=0.10.SMPa（表）0.52水及粘度相似的液体（表）F&8MPa （表）3-0. 532尸=2030Mp虱表）3. 52自来水主管P = 0. 3MPa （表）1. 53.5支管尸=0. 3MPa （表）1. 01.5锅炉给水巴0. 8MPa表）1.23.5蒸汽冷凝水0. 5L 5冷凝水自流0.26 5过热水2海水,微碱水PsDN250. 1仇2ZW5。0.160. 25DN1000.

7、250. 35 DN2000. 35-0.553-管径选择与管道压力降计算PS304-03续表2. 0门介 质工作条件或管径范围流速m/sF =真空0.0503液氮产 0.6MPa（表）0. 80.3P10MPa（表）812往复式真空泵吸入管1376往复式真空泵排出管2530油封式真空泵吸入管110 13续表2. 0.1介 质工作条件或管径范围流速m/s水及粘度相似的液体往复泵吸入管往复泵排出管0, 51.517离心泵吸入管（常温）离心泵吸入管（7011OC）离心泵排出管高压离心泵排出管1.520. 5L 51.533-3. 5齿轮泵吸入管齿轮泵排出管12注:本表所列流速，在选用时还应参照相应

8、的国家标褴. 氧气流速应参照氧气站设计规范MGB 50030-91）.班气流速应参照氢氧站设计规范虱GB 5017793 乙块流速应参照乙快站设计规范MGB 50031-91）,一般工程设计的管道压力降控制值 表2 0. 2-1管道类别最大摩擦压力降总氏力降kPa/100mkPa液体）臬进口管S泵出口管：DN40、5093QN8070DNW0及以上50蒸汽和气体公用物料总管按进口压力的5%公用物料支管按进口压力的2%压缩机进口管：P350kPM表）3.5-7压缩机出口管14 20蒸汽按进口压力的3%每100m管长的压力降控制值(APrioo) 表2. 0. 2-2介质管 道 种 类压力降kPa

9、负压管道注F49kPa|49kPaFC101kPa1. 131.9&通风机管道 P=101kPa1.9S输送气体的管道压缩机的吸入管道101kPaPUkPalllkPa0. 45MPaL 964. 50. 01P压缩机的排出管和其它压力管道尸0, 45Mpa4. 50. OLP工艺用的加热蒸汽管道 户10. 3Mp号0. 3MPaPC0. 6MPfi0. 6MPaPl. OMPa10.015.020.0自流的液体管道5. 0输送液体的管道泵的吸入管道 饱和液体 不蛔和液体10.071. 020. 022.0案的排出管道流量小于150ti?/h流量大于150m5/h45,050.045.0循环冷

10、却水管道30,0注 表中P为管道进口端的流体之压力(绝对压力).3. 核定3.0.1初选管径后，应在已确定的工作条件及物料性质的基础上，按不同流动情况的有关公式，准确地作出管道的水力计算，再进一步核定下述各项：3.0.2所计算出的管径应符合工程设计规定；3.0.3满足介质在管道输送时，对流速的安全规定；3.0.4满足噪声控制的要求。第二部分管道压力降计算1单相流（不可压缩流体）1.1 简述1.1.1 本规定适用于牛顿型单相流体在管道中流动压力降的计算。在化工工艺专业已基本确定各有关主要设备的工作压力的情况下，进行系统的水力计算。根据化 工工艺要求计算各主要设备之间的管道（包括管段、阀门、控制阀

11、流量计及管件 等）的压力降，使系统总压力降控制在给定的工作压力范围内，在此基础上确定管道尺寸、设备接管口尺寸、控制阀和流量计的允许压力降，以及安全阀和爆破片 的泄放压力等。1.1.2 牛顿型流体是流体剪应力与速度梯度成正比而粘度为其比例系数。凡是气体都是牛顿型流体，除由高分子等物质组成的液体和泥浆外，多数液体亦属牛顿型 流体。1.2 计算方法1.2.1 注意事项1.2.1.1 安全系数计算方法中未考虑安全系数，计算时应根据实际情况选用合理的数值。 通常, 对平均需要使用510年的钢管，在摩擦系数中加20%30%的安全系数，就可 以适应其粗糙度条件的变化；超过 510年，条件往往会保持稳定，但

12、也可能进 一步恶化。此系数中未考虑由于流量增加而增加的压力降，因此须再增加10%20%。的安全系数。规定中对摩擦压力降计算结果按1.15倍系数来确定系统的摩 擦压力降，但对静压力降和其它压力降不乘系数。1.2.1.2 计算准确度在工程计算中，计算结果取小数后两位有效数字为宜。对用当量长度计算压 力降的各项计算中，最后结果所取的有效数字仍不超过小数后两位。1.2.2 管径1.2.2.1 确定管径的一般原则（1）应根据设计条件来确定管道直径，需要时，可以有设计条件下压力降 15%25%的富裕量，但以下情况除外：a.有燃料油循环管路系统的排出管尺寸，应考虑一定的循环量；b.泵、压缩机和鼓风机的管道，

13、应按工艺最大流量 （在设备设计允许的流速下)来确定尺寸，而不能按机器的最大能力来确定管道尺寸；C.间断使用的管道(如开工旁路管道)尺寸，应按可能得到的压差来确定。(2)在允许压力降范围内，应采用经济管径，某些管道中流体允许压力降 范围见表1221。(3)某些对管壁有腐蚀及磨蚀的流体，由流速决定管径，其流速见表1.2.20.5W 18.8 u1.2.2.2 管径计算(1.2.2-1)Vf d 18.8 一 计算公式如下：u式中d管道内直径，mm；Vf流体体积流量，m3/h；u流体平均流速，m/s；W流体质量流量，kg/h;-流体密度，kg/m3。通常可由图1.2.2 1或图1.2.22查得管径9

14、管径选择与管道压力降计算PS304-03管内径()mm500 f体积流*匕）m3/h流速5)m/s400300200-60000 4 50000400001 -jo。20000-10000 t6000 二 一8卯!*0003150002000于 3000100-1000 j400= 8005009080 二70一:一300200-60-5g40-30-*寸0.3 0.2 图流速，流量、管径计算图管径选择与管道压力降计算PS304-0311m3/h100000)50000mm卜20000层流r：oooor5000卜 2Q00rlOOOl500-2001000二 500-500-200-00湍流

15、rlOOO100g，Eioo*20一2050MIO一 20一20*2TO11=0.1曲05to-1:10密度年）粘度3）kg/m3 s10000下 .二5000 : 20002000;10010007500/500:1 2OQ二七一TlT_一)oo-o0 5f_-fw3_r:*-T二J 20102 15 *o。仁/。】：0. 0050. 02二：”0.0020. 01J图L2.2 2液体，气体（P1000kPD经济管径图管径选择与管道压力降计算PS304-03某些管道中流体允许压力降范围表1.2.2 -1在舁 厅P管道种类及条件压力降范围kPa（100m管长）l蒸汽 P= 6.4-IOMPae

16、46 230总管 P3.5MPa（表）23 46支管 P3.5MPa（表）23 69排气管4.6 122大型压缩机735kW进口1.8 9出口4.6 6.9小型压缩机进出口2.3 23压缩机循环管道及压缩机出口管0.23 123安全阀进口管（接管点至阀）最大取整定压力的3%出口管最大取整定压力的10%出口汇总管最大取整定压力的7.5%4一般低压下工艺气体2.3 235一般高压工艺气体2.3 696塔顶出气管127水总管238水支管189泵进口管最大取8出口管110 m3/h12 46某些对管壁有腐蚀及磨蚀流体的流速表1.2. 2 2序号介质条件管道材料最大允许流速my7 Sl烧碱液(浓度5%

17、)碳钢1.222浓硫酸(浓度80%)碳钢1.223酚水(含酚1%)碳钢0.914含酚蒸汽碳钢18.005盐水碳钢1.83管径 900衬水泥或沥青钢管4.60管径900衬水泥或沥青钢管6.00注：当管道为含锲不锈钢时，流速有时可提高到表中流速的10倍以上1.2.3 管路1.2.3.1 简单管路凡是没有分支的管路称为简单管路。(1)管径不变的简单管路，流体通过整个管路的流量不变(2)由不同管径的管段组成的简单管路，称为串联管路。a.通过各管段的流量不变，对于不可压缩流体则有Vf = Vf1=Vf2=Vf3(1.2.3 1)b.整个管路的压力降等于各管段压力降之和，即，P=，R+，P2+，P3+ (

18、1.2.32)1.2.3.2 复杂管路凡是有分支的管路，称为复杂管路。复杂管路可视为由若干简单管路组成(1)并联管路 在主管某处分支，然后又汇合成为一根主管。a.各支管压力降相等，即/ P= / Pi =，P2=，P3(1.2.3 3)在计算压力降时，只计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)枝状管路从主管某处分出支管或支管上再分出支管而不汇合成为 根主管。-13-管径选择与管道压力降计算PS304-03a.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计算；c.对较复杂的枝状管路，可在分支点处将

19、其划分为若干简单管路，按一 般的简单管路分别计算。1.2.4 管道压力降计算1.2.4.1 概述(1)管道压力降为管道摩擦压力降、静压力降以及速度压力降之和。管道摩擦压力降包括直管、管件和阀门等的压力降，同时亦包括孔板、突然 扩大、突然缩小以及接管口等产生的局部压力降；静压力降是由于管道始端和终 端标高差而产生的；速度压力降是指管道始端和终端流体流速不等而产生的压力 降。(2)对复杂管路分段计算的原则，通常是在支管和总管(或管径变化处)连接 处拆开，管件(如异径三通)应划分在总管上，按总管直径选取当量长度。总管长 度按最远一台设备计算。(3)对因结垢而实际管径减小的管道，应按实际管径进行计算。

20、雷诺数按下式计算：duW Vf”，“、Re 354 354(1.2.4-1)dd式中Re雷诺数，无因次；u 流体平均流速， m/s；d管道内直径，mm；流体粘度，mPa- s；W流体的质量流量，kg/h;Vf流体的体积流量，m3/h；P流体密度，kg/m3。(4)管壁粗糙度管壁粗糙度通常是指绝对粗糙度(e积相对粗糙度(/d)。绝对粗糙度表示管子内壁凸出部分的平均高度。在选用时，应考虑到流体对 管壁的腐蚀、磨蚀、结垢以及使用情况等因素。如无缝钢管，当流体是石油气、饱和蒸汽以及干压缩空气等腐蚀性小的流体时，可选取绝对粗糙度-o.2mm；输送水时，若为冷凝液（有空气）则取0.5mm；纯水取0.2mm

21、未处理水取 0.30.5mm；对酸、碱等腐蚀性较大的流体，则可取=l mm或更大些。对相同绝对粗糙度的管道，直径愈小，对摩擦系数影响程度愈大，因此用 ， 和d的比值 Jd来表示管壁粗糙度，称为相对粗糙度。在湍流时，管壁粗糙度对 流体流动的摩擦系数影响甚大。摩擦系数（入加雷诺数（Re）及管壁相对粗糙度（Jd）的关系见图1241所示； 在完全湍流情况下，清洁新管的管径（d）占绝对粗糙度（e的关系见图1.2.42所示。某些工业管道的绝对粗糙度见表 1.2.4 1;相对粗糙度由图1.2.4 2查得。某些工业管道的绝对粗糙度表1.2.4-1序号管道类别绝对粗糙度（c） mm1无缝黄铜管、铜管及铅管0.

22、01 0.052新的无缝钢管或镀锌铁管0.1 0.23金新的铸铁管0.25 0.424属具有轻度腐蚀的无缝钢管0.2 0.35管具有显著腐蚀的无缝钢管0.5以上6旧的铸铁管0.85以上7钢板制管0.338干净玻璃管0.0015 0.019非橡皮软管0.01 0.0310金木管道0.251.2511属陶土排水管0.45 6.012管接头平整的水泥管0.3313石棉水泥管0.03 0.8（5）流动型态流体在管道中流动的型态分为层流和湍流两种流型，层流与湍流间有一段不 稳定的临界区。湍流区又可分为过渡区和完全湍流区。工业生产中流体流型大多 属于过渡区，见图1.2.41所示。确定管道内流体流动型态的准

23、则是雷诺数（Re）。15 L5露瞬壁照口. 050. Q40. 03仇020, 015Q. 010, Q080. COG。+ 0040.0020.皿10.01Q.其9Q, 00B瓦 cooa通 0006o. 00040. 0001口 000050. 06001三3, 000,001 3= 0.000,005雷诺数5CdaPS30463图1,2.4 -1摩擦系数GD与雷诺数（由）及管壁相对粗糙度江）的关系管径选择与管道压力降计算PS304-03-#-“鼠翼反拉Q. Q5口, 02-0.网Q. 010. 035600俄030- 0030, Q250. 002-0.020. ML0. 00网- -0

24、 018-0. O1C仇 00040.0003f onth 0D0210. 0120.。卯M.01Cl。第30. 000020. 00 &0. ooooi0. 00000815005 DOD75 10012&.25001350 20000.00060+ Q0D5值 000006Q 0000050. 000050. 0000550a 7g述学0. QO6 0+Q050. 0M0. 0001 O.OOQOE&级J5O匚管径a mmT-d 口08图LZ4 2清洁新瞥的粗糙度a.层流 雷诺数Re4000,其摩擦压力降几乎与流速的平方成正比。（a）过渡区 摩擦系数（感雷，g数（Re）和管壁相对粗糙度（

25、/d）的函数，在 工业生产中，除粘度较大的某些液体（如稠厚的油类等）外，为提高流量或传热、 传质速率，要求Re104o因此，工程设计中管内的流体流型多处于湍流过渡区范围内(b)完全湍流区 在图1.2.4 1中，M-N线上部范围内，摩擦系数与雷诺数 无关而仅随管壁粗糙度变化。c.临界区 2000Re3000时，可按湍流来考虑, 其摩擦系数和雷诺数及管壁粗糙度均有关，当粗糙度一定时，摩擦系数随雷诺数 而变化。(6)摩擦系数a.层流 层流时摩擦系数用式(1.2.4 2)计算或查图1241。入=64/Re(1.2.4 2)式中x-摩擦系数，无因次。b.过渡流和完全湍流，见图1.2.4 1所示。在较长的

26、钢管中，若输送的是为水所饱和的湿气体，如氢、二氧化碳、氮、 氧及类似的流体，应考虑到腐蚀而将查图所得摩擦系数乘以1.2。(7)压力降在管道系统中，计算流体压力降的理论基础是能量平衡方程。假设流体是在 绝热、不对外作功和等始条件下流动，对不可压缩流体密度是常数，则得：Z2Zig 10223 U2Ui210 3hf10(1.2.4-3)hfLe(1.2.4-4)因此Z23g 102U22Ui210 3Le10 3(1.2.4-5)，P=，PS+，PN + /Pf(1.2.4-6)式中/ P管道系统总压力降，kPa；管径选择与管道压力降计算PS304-03，Ps静压力降，kPa；，Pn一速度压力降，

27、kPa；，Pf摩擦压力降，kPa；Zi、Z2一分别为管道系统始端、终端的标高，m；ui、U2一分别为管道系统始端、终端的流体流速，m/s；u一流体平均流速，m/s；P流体密度，kg/m3；hf管内摩擦损失的能量，J/ kg;L、Le分别为管道的长度和阀门、管件等的当量长度，m；D管道内直径，m。1.2.4.2 压力降计算(1)圆形截面管a.摩擦压力降由于流体和管道管件等内壁摩擦产生的压力降称为摩擦力压降。 摩擦压力降 都是正值.正值表示压力下降。可由当量长度法表示，如式 (1.2, 45)的最末项。 亦可以阻力系数法表示，即Lu23PfK 10 3D2(1.2.4 7)此式称为范宁(Fanni

28、ng)方程式，为圆截面管道摩擦压力降计算的通式，对层 流和湍流两种流动型态均适用。式中/ Pf一管道总摩擦压力降，kPa；L摩擦系数，无因次；L一管道长度，m；D一管道内直径，m；Z2K一管件、阀门等阻力系数之和，无因次；u一流体平均流速，m/s；厂流体密度，kg/m3。通常，将直管摩擦压力降和管件、阀门等的局部压力降分开计算，对直管段 用以下公式计算。层流32 uLd2(1248)(b)湍流Pf2u2 10324 LW6.26 105 d56.26 104 之d (1.2.4 9)式中d管道内直径，mm；W流体质量流量,Vf流体体积流量,kg/h；m3/ h19 N流体粘度，mPa- So其

29、余符号意义同前。b.静压力降由于管道出口端和进口端标高不同而产生的压力降称为静压力降。静压力降可以是正值或负值，正值表示出口端标高大于进口端标高，负值则相反。其计 算式为：一一 一3(1.2.410)PsZ2 Z1 g 10式中，Ps一静压力降，kPa；Z2、Z1一管道出口端、进口端的标高，m；厂流体密度，kg/m3；g重力加速度，9.81m/s2c.速度压力降由于管道或系统的进、出口端截面不等使流体流速变化所产生的压差称速度压力降。速度压力降可以是正值，亦可以是负值。其计算式为:22(1.2.411)Pnu2 u110 32，Pn一速度压力降，kPa；U2、u1一出口端、进口端流体流速， m

30、/s；p一流体密度，kg/m3。管径选择与管道压力降计算PS304-03d.阀门、管件等的局部压力降流体经管件、阀门等产生的局部压力降，通常采用当量长度法和阻力系数法 计算，分述如下：（a）当量长度法将管件和阀门等折算为相当的直管长度， 此直管长度称为管件和阀门的当量 长度。计算管道压力降时，将当量长度加到直管长度中一并计算，所得压力降即 该管道的总摩擦压力降。常用管件和阀门的当量长度见表1.2.4 2和表1243。表1242和表1.2.4 3的使用说明为： 表中所列常用阀门和管件的当量长度计算式，是以新的清洁钢管绝对粗 糙度0.046mm,流体流型为完全湍流条件下求得的，计算中选用时应根据管

31、道 具体条件予以调整。 按条件计算，可由图1.2.4 1查得摩擦系数（九）（完全湍流摩擦系数）， 亦可采用1.2.44中数据。21 常用阀门以管径计的当量长度表1. 4-2序号名称及示意图当黄长度（工。m备 注1闸周（全开）摸形歌.双圆盘.桂状圆盍等k 7k=8。管道内直径（源）.CF工一 T通丁以下同2基 a.L止阀（全开）阀杵与流体垂直，阀座为平面倾斜及柱状金耳-1 islTca.L(s=34OQ管径选择与管道压力降计算PS304-0325续表 1,2. 4 -2名称及示意图止逆阀（全开）a旋启式（力Cb）当量长度ma (a)工u=100Da(b)Le=50DbMe=6OOD,b(b)e=

32、55D公称通径mmmct=550 200250350400120040Z)30 Z)2QD120 D90DGOD续表 1.2. 4 -2当量长阙4m序名称及示意图5截断式（全开）Le=40CDh. = 200。L300Od.d.Lq = 35ODLe=55D序名称及示意图 号当造长度山6rn7 球润（全开）b.心= 75DLe = 3OD8蝶阀（金开）公称通径DNmmqm50-200450250-35035 D40060025D管径选择与管道压力降计算PS304-03# 续表 1, 2. 4- 2名称及示意图旋塞（全开）a.直通b.三通(b)mJE视图国1C隔膜（全开）当量长度备 注ma.te

33、18Z?b(a)Ze= 30 0b(b)Z=goD公称通径（Z）N）匕已mmm50121D8。L28J1001352J150153D200164。图斗必出赧而租I小、叫 内直径仇出仙度.管径选择与管道压力降计算PS304-0329 序号当量长度(上巴)名际及示意图m常用管件以管径计的当量长度90”弯头(1)标准型(2)法兰连接或焊接45”弯头斜接弯头续表 1.2.4 3表 1.2. 4-3备 注口管道内直径(m),展下同r/dAe(m)ridkg12001030Dz1ZDit34。312。1438D414DU42。,617DIB46。S24D2050D上启=16DaL0QLt15W60.25。

34、30s75,4OD4515。90*600PkK32 10(1.2.412)Le = 20D b.Le = 60D图中：d内直径或表示内直径长度；r曲率半径；O-角度。新的清洁钢管在完全湍流下的摩擦系数(由图 1.2.4 1 查得) 表 1.2.4 4公称直径(DN) mm1 52 02 53 24 05 065801 0 01 2 51 502002503004045060摩擦系数(入T )0.0270.0250.0230.0220.02l0.0190.0180.0170.0160.0150. 01 40. 01 30. 012(b)阻力系数法管件或阀门的局部压力降按下式计算，式中有关符号见图1.2.43所示式中/ Pk 流体经管件或阀门的压力降，kPa；K阻力系数，无因次。其余符号意义同前。逐渐缩小的异径管_20.8sin - 122