管径选择与管道压力降计算(四)138~over

1、管径选择与管道压力降计算PS304-037 浆液流7.1简述7.1.1浆液流型的分类浆液由液、固两相组成，属两相流范畴，其流型属非牛顿型流体；按固 体颗粒在连续相中的分布情况，又可分为均匀相浆液、混合型浆液和非均匀相浆 液三种流型。7.1.2浆液输送管道尺寸的确定确定浆液输送管道的尺寸，必须注意下列几点：7.121均匀相流动的浆液，要求固体颗粒均匀地分布在液相介质之中，只要计 算出浆液中固体颗粒的最大粒径（dmh），将它与已知筛分数据进行比较，若全部固 体颗粒小于dmh，则为均匀相浆液，否则为混合型浆液或非均匀相浆液。7.1.2.2为避免固体粒子在管道中沉降，要使浆液浓度、粘度和沉降速度间处于

2、 合理的关系中。对于均匀相浆液的输送，必须确定浆液呈均匀相流动时的最低流 速，且要获得高浓度、低粘度、低沉降速度。浆液流动要求有一个适宜的流速， 它不宜太快，否则管道摩擦压力降大；它亦不宜太慢，否则易堵塞管道。该适宜 的最低流速数据由试验确定。为获得高浓度、低粘度、低沉降速度，可采用合适 的添加剂。7.1.2.3混合型浆液或非均匀相浆液的输送，应保证浆液流动充分呈湍流工况。7.1.3本规定提出了计算浆液流体的管道压力降的数据收集、关联式回归和计算 步骤的一般内容和要求，适用于均匀相浆液、混合型浆液或非均匀相浆液三种流 型的压力降计算。7.2计算方法7.2.1计算依据提供下列数据:7.2.1.1

3、实测数据最低的浆液流体流速（Umin）；固体筛分的质量百分数（Xpi）；(3)固体筛分的密度（pi）；(4)浆液流的表观粘度(由)与剪切速率(Y的相关数据或流变常数(n和流变 指数(n)。721.2可计算数据(1) 连续相冰)的物性数据：粘度(山)、密度(pL)；(2) 固体的质量流量(Ws)或浆液的质量流量(Wsl)及浆液的浓度(Csl);(3) 连续相冰)的质量流量(Wl);(4) 浆液的平均密度(PSL)；(5) 固体的平均密度(。7.2.2计算方法的应用7.2.2.1计算浆液流体物性数据(1)已知 ps、pl、Ws、Wl 计算 psl昵岛)十(附"他门(7.2.2 1)已知

4、psl、pl、Wsl、Csl,计算 psIVs = 1Vsl * Csl(7.2.22)(7.2.2 3)代=他他 Vs/WsL *他一矶岛L)(7.2.2 4)(3)计算均匀相浆液的物性数据(7.2.2 5)(7.2.2 6)计算混合型浆液物性数据*(Xpl/ioo)/<iys *(xP1/ioo)/(7.2.2 7)他= (Xp./lOOJ/SDVs - <Xp2/100)/(7.2.2 8)工(xpl/ioo)+iyL伽 必 邀附八(禺】/100)/屈+(晒7他)(7.2.2 9)(恥附l/他)(7.2.210)* (X/100)/岛订/(肌+仇J(7.2.211)722.2

5、浆液流体流型的确定和计算均匀相浆液的最大粒径(dmh)140管径选择与管道压力降计算PS304-03根据流变常数（n、流变指数（n）由试验测得浆液流的表观粘度（Ua）与剪切速率 （Y的相关数据求得计算阳；由浆液流的有关参数（丫）、阻滞系数（Ch）（Y与Ch的关 联式由实验数据回归获得）计算dmh。均匀相浆液的表现粘度（w）由下式计算：尸 8Ua/ D(7.2.212)J2a=ioooixrt1(7.2.213)Y12.-厲）/疋扌(7.2.214)当Y >8.4时1 41Ch=18.9Y .(7.2.215)当 8.4> Y >0.5 时Ch=21.11Y1.46(7.2.2

6、16)当0.5Y > 0.05时Ch=18.12Y0'963(7.2.217)当 0.05Y > 0.016 时Ch=12.06Y0.824(7.2.218)当 0.016Y > 0.00146 时Ch=0.4(7.2.219)当 Y < 0.00146 时Ch =0(7.2.2 20)dmh=1.65 Ch 3 p/ ( ps p)(7.2.221)若固体颗粒粒度全小于dmh，为均匀相浆液，否则为混合型浆液或非均匀相浆液。7.223管径的确定（1）输送均匀相浆液(72222)(722 23)由试验获得浆液最低流速（Umin），计算管径（D）D-4_（WjpiM

7、/aSOOX0. 785tJa）Re = 1M0D X 丹 XU J 如浆液流流型应控制在滞流的范围之内，故Re在2300以下。调整D到满足要求为止。(2) 输送混合型浆液或非均匀相浆液由试验获得浆液最低流速(Umin)，可计算允许流速(Ua)；由浆液流的有关参数(X)、非均匀相中固体颗粒的平均粒径(dwa)，可计算管径(D)。X与Umin/(gD)"的关联式由回归获得。/(36OOXO. 785£)f)卫=100X皿 Fg塾一心jp* dwa.2 (XppJ) / 工 Xp2当 dwa> 368 时Fd= 1当 dwaV 368 时Fd= dwa* 386当 0.0

8、06V x < 2 时Um/(.gDy =exp_l. O53X0 lt9当2Vx< 70时”品/(&。)以=呂殍4 2718X10、冷工+ 5. 0264XIO-2)/+4 7849X1 旷叮加r+& 8996X1Q-2(722 25)(72226)(7.2.2 27)(7.2.2 28)(7.2.2 29)(7.2.230)(7.2.2 31)(7.2.2 32)Ua 一 U |< &调整D到满浆液流应控制在湍流的范围之内，目标函数, 足要求为止。7.224泵压差(夕)的计算管道中包括直管段、阀门、管件、控制阀、流量计孔板等。管道系统的压力 降是各

9、个部分的摩擦压力降、速度压力降和静压力降的总和。(1)通用数据的计算由浆液流的有关参数(Z)、非均匀相阻滞系数(Che)(Z与Che的关联式由回归获 得)，可计算非均匀相尺寸系数(Cra)、沉降流速(Vt)。= 0* 000118/口卩.(他! J 角)/疋仃 2 2 33)当Z> 5847时Che= 0.1(7.2.2 34)当 20v Z< 5847 时(7.2.2 35)(7.2.2 36)(7.2.2 37)(7.2.2 38)(7.2.2 39)Che= 0.4当 1.5V Z < 20 时x-v> c r c r-1.106Che= 10.979Z当 0.0

10、15V Z < 1.5 时 = 0. 00361 JdgDgXCQChe= 13.5Z-1.61G尸工（X疏応MIX巩（2）摩擦压力降（APk）的计算它由直管段、阀门、管件的摩擦压力降组成。其值为正，表示压力下降。流 体流经阀门、管件的局部阻力有两种计算方法：阻力系数法和当量长度法。现推 荐当量长度法。a. 均匀相浆液摩擦压力降（/ Pk）的计算Pk =0.03262 10“ Ua L ' Le /D2（7.2.2 40）b. 混合型浆液或非均匀相浆液摩擦压力降（/Pk）的计算浆液中非均匀相固体的有效体积分率（屮）为：=0.51 -U / Vt/s in :典:£0.2

11、51U /Vt/si n ： F X vhes U / Vt / s in：(7.2.2 41)UhsL= U+ 费 Vt2 sina(7.2.242)若 Xvhes2 Vt2 sin a V<J 则 Xvhes UhsL= U(7.2.243)(a) 非垂直管道Pk1 = 4Fn/D -aU：sL L ' L° / 20000gc(7.2.2 44)(7.2.245)(7.2.2 46)dd =U：sL Pa Ga/Cosa 9.81叽 - Pa W"0.11 ：Pk 185'/dd 11 0.1cos:(b) 垂直管道Pk =0.114Fn/D -

12、a U：s lL ' Le/ 20 0 g0】(7.2.2 47)(3) 速度压力降(/ Pv)的计算由温度和截面积变化引起密度和速度的变化，它导致压力降的变化。a. 均匀相浆液速度压力降(/Pv)的计算.FV =0.1订 *U2/(20000gc)(7.2.248)b. 非均匀相浆液速度压力降(/Pv)的计算0.11-XvheUfsLs/a 5 sM Si 2Xv h JS a :pv :20000gc(72249)若Vt2 sin a <UhsL，贝U可用简化模型pv =0.1a ufs/(20000gc)(7.2.2 50)(4) 静压力降(/ Ps)的计算由于管道系统进(

13、出)口标高变化而产生的压力降称静压力降。其值可为正值 或负值。正值表示压力降低，负值表示压力升高。a. 匀相浆液静压力降(/Ps)的计算/Ps= 0.1Zs.d2 sino2 p/10000± (Hs.d2 pl/ 10000)(7.2.2 51)b. 非均匀相浆液静压力降(/ Ps)的计算/Ps= 0.1 Zs.d2 sina1.1 W( ps- p)/p+1( p/10000)± (Hs.d2 pl/ 10000)(7.2.2 52)(5) 泵压差(/ P)的计算X/ Ps= (Pk)s+(Pv)s+(Ps)s(7.2.2 53)X/ Pd= (PK)d+(/ P)a+

14、(Ps)d(7.2.2 54)/ P= Prd-Prs+X/ Ps+X/ Pd(7.2.2 55)摩擦系数(Fn)的计算推荐采用牛顿型流体摩擦系数的计算方法。a. 在层流范围之内(Re<2300)Fn= 16/Re(7.2.2 56)b. 在过渡流范围之内(2300<Re< 10000)60 22Fn= 0.0027(10 /Re)+16000 / D .(7.2.2 57)c. 在湍流范围之内(Re>10000)(7.2.2 58)0 22Fn=0.0027(16000c/ D)当量长度(刀Le)的计算若只知阀门管件的局部阻力系数(Kn)的计算方法，可采用(Le)与(

15、Kn)的关系式求得LeoLe= Kn2 D/(4Fn)(7.2.259)局部阻力系数、当量长度的计算方法见第1章“单相流(不可压缩流体)”。723计算步骤 723.1确定流型和管径(1) 计算浆液流体物性数据。(2) 计算均匀相浆液的最大粒径(dmh)及管径(D)a.设浆液全为均匀相浆液，校核其最大粒径。(a)计算均匀相固体的平均密度(ps)、均匀相固体的体积分率(Xvs)o(b) 计算管径(D) o(c) 计算均匀相浆液的表观粘度(w)(d) 计算均匀相浆液的允许流速(Ua) o(e) 计算均匀相浆液的最大粒径(dmh)，b.设浆液为混合型浆液或非均匀相浆液，校核其最大粒径(a) 计算浆液均

16、匀相部分固体的平均密度(ps)及非均匀相部分固体的平均密 度(p2s)o(b) 计算均匀相浆液密度(p)及非均匀相浆液中固体的体积分率(Xvhes) o(C)计算非均匀相浆液中固体颗粒的平均粒径(dwa) o(d)计算非均匀相浆液中允许最低流速(Ua)及实际流速(U) o723.2计算吸入端、排出端总压力降(/Pk)、(/Ps)、(/Pd)及泵压差(/P)o 7.2.4计算例题7.2.4.1已知如图7.2.4所示的泥浆系统和下列数据：固体流量Ws= 122500kg/h, 液体流量 Wl = 40820kg/h,固体平均密度2499kg/m3,液体密度 p = 865kg/m3，液体粘度 w

17、= 0.2mPa2 s,泥浆粘度3mPa2 s,温度t= 267C，最大流速U=3.66m/s,流变常数n= 0.0773,流变指数n = 0.35,泵排出端容器液面的 压力为0.17MPa,泵吸入端容器液面的压力为 0.1MPao固体筛分数据网目粒度（帥）重量百分数 密度kg / vm20 488403005480648 6530021010400565 100210150203204100 200150 7430240320032574 4420240332544151602压力降计算有关数据a弯头数三通数闸阀数钝边 进口数钝边 出口数管道长度m泵吸入端： 水平管0111106.5下降管9

18、0100005泵排出端： 水平管01210119上升管901000030试求系统管径和泵压差724.2解题（1）确定流型和管径按723中计算步骤进行。先假设全为均匀相泥浆并校核其最大粒径，获结果: 固体颗粒粒径非全小于最大粒径（dmh）,可见假设不妥（具体计算步骤省略）。然后 假设最后三个筛分级在均匀相泥浆中，重复上述计算，获结果：该三个筛分级固 体颗粒仍非全小于最大粒径（dmh），可见假设仍不妥（具体计算步骤省略）。继续假 设最后两个筛分级在均匀相泥浆中并校核其最大粒径。f6500 14000 ssb图7.2.4计算示图按式(722 1):呃=(附週+呵於+(晒7他>=(122500+

19、40820)/(122500/2499) +(40820/865) = 1698kg/m3 按式(7.2.2 7):=八(Xpi/100) =122500(0. 2+6 15)处Sw, - (XpyiOO)/_ 122500(0* 2/2403) + (0. 1/1502)= 1979kg/m3按式(7.2.2 8):_ 2VKS * (XPg/100)他-习 (X®100)7p訂= 1_22500(005 七0.1+0 2 + 0")-122500(0, 05/4806)+(0.1/4005)+ (0. 2/3204>+3/2403)= 2920kg/mJ按式(7.

20、2.2 9):观咛(Xpl/100)+WLa(/ioo)7a+<H/L/)=122500(0.2+615) + 40820122500(0. 2/2403)+ <0j5/1602> +(40820/865)-1215kg/ms按式(72211):戒/显)+(叭7如刀122500(0. 05/4806) + (0. 1/4005) + (0. 2/麗04) +(6 3/2403) (122500/24&9)+ (40820/865)=6 283按式(7.2.228):Wwfl!=寸 Hpg=5 J840X 300+10 "300X210+)J21O>X

21、156+3。x/lKx”=(5 + 10+20+30) 180pm按式(7.2.2 30):Fd= dwa/ 368= 180/ 368= 0.489按式(7.2.227):x= 1003 Xvhes3 Fd( ps p) / p=1003 0.2833 0.489(2920-1216)/1216= 19.4按式(7.2.2 32):3nMgD"=m/U(4 2718X10-3；nx+5.0264X10"2)ter+4. 7849X107尿r+8.8996X107 = 2.19按式(7.2.225):U也=2.19(jD)° *=>2.19X9.81哄打=6

22、. 86 Jd1/戶gin+O* 8=6+ 863+0.8按式(7.2.226):口=(叱/估)+ (晒7仇)=(122500/2499)于包0820/865)= 3600X6 785。' f 3600X0.785X1)目标函数，丨Ua一 U调整D，满足要求为止，见下表：D mUa m / sU m / s0.0752.686.040.1002.973.400.1253.232.18根据目标函数要求，选用0二0.100m又按式(72212)式(72221)得： = 10Q07X7ft-J=77. 3(8X3. 4/0.1)°-35"1 = 2, 02mPa sY =

23、1Z 6以仍T门= 12* 62 02(19791216)/1216勺価=1.28Ch=21. liy1- = 30* 3dnh =1» 654Xpj=1. 65X30. 3X1216/(1979-1216) = 79* 7严m经比较，确定最后两个筛分级在均匀相泥浆中，其余筛分级在非均匀相泥浆 中。允许最低流速 Ua= 2.97m/s；实际流速U = 3.4m/s。(2)计算压力降及泵压差a.计算通用数据(a) 计算颗粒沉降速度(Vt)按式(7.2.2 33)式(7.2.2 38):Z =0. 00Q118总p二伽一朽”疋=0000118X 18O1216X (2920-1216)/

24、2,02sK=l. 69Cta=10* 979Z-rl0<=6-15讥“ 00361褒吾“。逾严當黑穿严j论/s(b) 计算非均匀相尺寸系数(Cra)按式(7.2.2 33)式(7.2.2 39)得：Z=0. 00W18 V840X3U0H216X(4806-1216)2. 0公严=606Che=10979ZTw=l52=0. 000118 7300X210C1516X (4005-1216)/2. 02勺堀=2. 78Ch严 血97彩7诃=35Z-0. 000118 V210X150C1216X (3204-1216)/2. 0冷品=1 76= 10. 979Z-L!OG = 5. 8

25、8Z=0. 000118 V150 X 74 1216 X (2403 -1216)/2. 0沪% = 0. 88Cht=13. 5Z_LS1 = 16* 6由式(72239)得:ra XXp£(5 "MO+20+30)=3, 01b.计算压力降及泵压差按式(7.2.242)式(7.2.2 43)得：XvheQ Vt2 sin90°= 0.2833 0.023= 0.00651由于 Xvhe& Vt2 sin90° <<U，贝U 片0.283, UhsL= 3.4m/s按式(7.2.224)和式(7.2.2 58)得：Re = lQO

26、QD /=1000XDt 1X 3* 4X1216/2* 02=204673=0027C1 SOOOe/nIa=0, 0027(16000X0. Q000457/0. 1)!3=0, 0041S泵吸入端(a)水平管道当量长度(Le)的计算泵吸入端水平管道连接管件件 数Le mKn闸板阀18D= 0.890°短径弯头l30D=3三通直流120D=2进口（即容器出口）lKn3 D/(4Fn) = 5.981.0411.78压力降的计算按式(7.2.244, 45, 46, 47, 50, 52, 53, 54, 55)得；Fk】=(AFJD佝 U紅U+E厶)/吃0000小)= 4X0.

27、00418/0.100X1216X3.X(6* 5+1L 78)/(20000X9. 81)-0.219dd (7LlXXCra/casaX9. 81D(fea)K£=& 4aX 1216X3. 01/cOfi0X9- 81X0-1(29201216)b5 = 127, 344 P武=0. lUPKl/<l + O/lcos)<l + 850/rfrf)= 0 11X0. 219/(1+0, l)(l+85X0. 283/127, 344) = 0. O26MPa(b) 垂直管道当量长度(L e)的计算泵吸入端垂直下降管道连接管件件数Le90。短径弯头130D=

28、313压力降的计算=(X UE<4Fn/)丹5Le)/(2M00c)=0.11C4X0. 00418/0.1)X1216X3. 48(5-H3)/(20000X9. 81)=CL 01054MPaAPt =-0* V&Xi7L/(30000gc) = -0* 1X1216X3* 47(20000X9. 81) =一0 00716MPaF* =0.1Z( 或ii咄 1.坤L(-pe)/+l W10000)-Ht -如/10OQ0=0. l-5sin90fliaX0.283(2920-1216)/1216+1 (1216/10000)-3X 1698/10000n-6 1383MPa

29、泵排出端(a) 水平管道当量长度(L e)的计算泵排出端水平管道连接管件件数Le mK1闸板阀18D=0.890°短径弯头130D=3三通直流223 20D=4出口(即容器入口)1D/(4Fn)=2.990.5510.79压力降的计算PKl = W/D) - A- UC£+)/C20000gJ= (4X6 00418/0.1)X1216X3. 4®<19+1O. 79)/(20000X9- 81)=0. 357MPadd = U * 吗 * Cru/Ecostf * 9* 81D(弘一仇刀“= 3. 43X1216X3* 01/CeosOX9, 81X0.

30、1 (252Q-1216)1= 127,344PK =g lUPiu/d+O. lcos«)(l+85/dW)= 0 11X0. 357/(1+0. DJC1+85X0. 283/127. 344)=G 0424MPa(b) 垂直管道 当量长度(L e)的计算泵排出端垂直上升管道连接管件件数Le m90°短径弯头130D=3X13力降的计算弘=6 门(4几/£)-島 *总)=6 ll4X0.00418/0.1X1216X3. 42(30+3)/(20000X9.81)=0, 0435MPaPy =0 g CL/(20000jfe)=0.1X1216X3- 47(2

31、0000 X 9. 81)=0* 00716MPaF* =CU忆 sinftL(/lOOOOJ+Hj - p/lOQQQ=0. l30sin90H. 1X0. 283E(2920-1216)/1216 + 13)(1216/10000)+3X1698/10000=0, 5749MPa计算结果汇总表/ Pk MPa/ FV MPa/ Ps MPaX/ R.d MPa泵吸入端：水平管0.0260下降管0.010540.007160.1383X0.03650.007160.13830.1090泵排出端：水平管0.0424上升管0.04350.007160.5749X0.08590.007160.57

32、490.6680泵压差/ P= Pra Rs+X/Ps+X/ Pd = 0.17 0.1 0.1090+0.6680= 0.629MPa725管道计算表“浆液流”管道压力降计算表见表 725。编制步骤、用途及专业关系与“单相流”管道计算表相同。管道计算表（浆液流）表725管道编号和类别自至浆液流量mi/ h浆液平均密度kg/ m温度C流变常数（nkg/ （m2 s ）流变常数(1000 nkg/ (m2 s )泵吸入端泵排出端管道公称直径mm表号或外径3壁厚流速 m / s浆液表现粘度mPa2 s雷诺数直管长度m管 件 当量长 度m弯头90°三通大小头闸阀截止阀旋塞止逆阀其它总长度m

33、摩擦压力降MPa速度压力降MPa始端液面标咼（距管接口）m终端液面标咼（距管接口）m静压力降（/Ps）MPa容器液面的压力MPa总压力降MPa版 次 或 修 改版次日期编制校核审核7.3符号说明Ch 阻滞系数；Che非均匀相阻滞系数；CsL浆液浓度；Cra非均匀相尺寸系数；D 管道内直径，m；di非均匀相浆液中固体颗粒的下限，pm；d2非均匀相浆液中固体颗粒的上限，pm；dmh 均匀相浆液中最大粒径，gm；dwa非均匀相浆液中固体颗粒的平均粒径，pm；dd计算？Pk的中间变量；Fd直径系数；Fn非牛顿型流体的摩擦系数；2g重力加速度，9.81m/s ；gc因次常数，9.81kgm/kgf2 s2；Hd泵排出端容器液面至管接口之距离，m;H s 泵吸入端容器液面至管接口之距离，m;Hs.d泵吸入（排出）端容器液面至管接口之距离，m；Kn阀门、管件的局部阻力系数；L 直管段长度，m；Le阀门、管件的当量长度，m；n流变指数；Prd泵排出端容器液