化工流体管路设计讲解

1、MU工工罟18流体输送管路设计目录1.任务书2.设计过程2.1流程图2.2管道设计2.2.1主管道规格确定2.2.2管道特性方程估算2.3泵的设计2.3.1项目基础数据及相关信息2.3.2泵型号确定及其基础特性参数2.3.3泵工作点确定及其性能参数的校正2.3.4泵的安装高度估算2.4设计结果一览图表3条件变化对输送系统的影响分析4操作过程及注意事项5设计评述6参考文献7.符号说明、任务书某工厂需要将一定量溶剂从贮槽送往高位槽,两槽液面稳定,其间的垂直距离为10m，溶剂温度20°C，溶剂贮槽液面与地面的距离为3m,试解决下列问题：选择输送管子,并画出示意图；选择合适类型的泵；求泵的轴

2、功率和电机功率；确定泵的安装位置；确定泵的工作点、损耗在阀门上的轴功率；现若流量需增加10%,可采取什么措施？分析管路设计中可行的节能措施。注：学号单号同学选用溶剂为乙醇，双号同学选用溶剂为甲醇，输送量为（50+学号最后两位）吨/小时。要求：查阅相关工程设计手册或其它文献，写出设计报告，对工艺参数的选用附上相关出处。二、设计过程1.流程图2.1物理参数及操作环境条件在20°C，即303.15K下进行，储罐A与大气相通，其液面上方大气压假定为1atm，离心泵根据管路计算选择。输送量为61000kg/h。常压、303.15K下，乙醇的物性数据为：密度p=789kg/m3,黏度p=1.15

3、*103Pas。2.2管径、流速、雷诺数的计算与流型的判断工程设计中易燃易爆液体管道直径的大小与安全流速值的大小有直接的关系。根据化工设计手册1乙醇的安全流速uW5m/s,结合乙醇在管路输送的经济流速2，和泵吸入管的推荐流速0.5WuW20m/s和排出管的推荐流速2.4WuW3.0m/s3。假定液体在吸入管道内的流速u0=2.2ms，在泵排出管内的流速u=3.0m/s,已知流量V=77.3m3/h=0.0215加/s，由1a流量计算式V得吸入管径为：Va兀U0小，-0.0215=.TIEmm=112mm同理得排出管径为：d10.0215mm=96mm3.14x3.096mm查流体输送用不锈钢无

4、缝钢管规格表【4】选取吸入管规格0121mmx4mm。则吸入管内径d-121-4x2mm=113mm，0实际流速为：u0Va-2.143m/s兀（d0）2（0.113、2兀丿23.14x0.0215吸入管雷诺数Re0-坯-°.113x竺x789-166142.1>4000卩1.15x10-3因此可判断流体的流形为湍流。选取排出管规格0102mmx3.5mm。则排出管内径d-102-3.5x2mm-95mm，1实际流速为：u1Va3.03m/s兀（d1）2°”（0.095、2兀（屮23.14x0.0215排出管雷诺数dup95x10-3x3.03x789-1i-1974

5、90.1卩1.15x10-3因此可判断流体的流形为湍流。查某些工业管道的绝对粗糙度表得新的无缝钢管绝对粗糙Re1度£=0.02mm,由于Re=4*1033*106,管内径50200mm,所以我们用顾毓珍公式九-0.01227+07竺公式：算得吸入管入为0.0201，排出Re0.38管入为0.0196。4、管道特性方程估算(1) 管件阀门数据由初步设计图分析及查管件和阀件的局部阻力系数匚值九LUL+九L住=X0.0201xM+旦X0.0196X0d02gdi2g0.1132g°.°95H=工f112g表可得本项目所需阀门管件基础数据如下表所示：名称个数备注90标准弯

6、头20.75安泵处算一个弯头闸阀30.17作为泵的切断阀，全开标准截止阀16.4作节流阀，按球心阀全开处理(2)直管摩擦阻力的计算u2=1.6563m(3)局部阻力的计算。2. 标准弯头造成的局部阻力由管件与阀门的局部阻力系数表可查得，其90°的标准弯头g=0.753. 闸阀造成的局部阻力。管件与阀门的局部阻力系数表可查得全开的闸阀的g=0.174. 涡轮流量计和涨iH计限力系散帰前ON405&801001502002.562.472.4T251041.?4管径在80100之间，©取2.42综上，计算局部阻力Hf13.0322*9.81工匚也+工EU2=(0.75+

7、0.17+0.5)2.1432+(2.42+0.17*2+1+0.o2g12g2*9.81=2.443m综上可得总管路的特性方程为：He=z+h=10+1.6563+2.443=14.0993mf(He单位m)4管路的特性方程的计算ApAu2H=Az+-+b+ZHep2f在特定的管路系统中，于一定条件下操作时，上式中动能一项可以忽略，z与p/pg均为定值，令K=Az+也pg可将上式简化为H=K+ZH，对于特定管路，可令efG上竺+韵亠Vd丿兀2d4g将上式进一步简化为H=K+GQ2。ee在本设计中：K=Az+p/pg=(za+ApA/pg)3A+(zb+ApB/pg)3B=(10+二=于沢三二

8、2w+(14+32:=43.809m*刀（入-匸）丈邙3i=0.0236：(6+6.5+2.7+0.6)/0.09+1(_：,.-0.0246：(10+1.5+0.5)/0.077+（二.）：1.65:104s2/m5因此管路的特性方程可以表示为：电=也809+1-65104Qe（二）泵的选择和设计1、基础数据及相关信息1）介质物性：输送对象为乙醇，p=789kgm3,厂1.15*10-3Pa.s,基本无固体颗粒、气体等杂质。2）操作条件：液体温度与环境温度相等，为20°C,P=1.013<10）Pa环境2、泵型号确定及其基础性能参数由管路计算分析得需对管路提供的压头he=14

9、.0993考虑到安全系数1.05到1.10（2）,把泵的扬程定为H=15.5m泵的流量至少为Q=78m3/h由上述信息查65Y60型泵性能表和性能曲线图，选择65Y60B型油泵并获得泵的基础数据：所选泵为单吸离心卧式油泵（Y）,吸入口直径65mm,单吸扬程60m,叶轮级数为1,比基本型号65Y60离心油泵直径小二级（B）,原始性能参数（即出厂用20°C清水测值）如下表所示。流量Q扬程H转速n轴功率N电机功率N效率n汽蚀余-量Ah泵壳允许应力20m3h38m2950r/min4.22kW5.5kW49%2.7m1570/2250结构形式单级悬臂3、泵性能参数的校正及工作点的确定（1）工

10、作点确定由项目要求知主管道流量Q=77.3m3；h，等于泵原始a'性能参数中的流量值,故泵工作点为：Q=Q=20mh;相应H=38m。由附图查得最高效率waw耳=51%，泵应在不低于n92%内工作，即高效区下界maxmaxn=92%n=46.9%n=49%,因此泵在高效区工作。minmaxw（2）校正本项目输送液体为混合烷烃,非出厂时测定泵性能参数所用的清水,因此需要对泵的参数进行校正。1）液体密度影响：离心泵流量、压头均与液体密度无关,效率也不随液体密度改变,但轴功率理论表达式为N=Hqp/（102n）,可知其较正式N'=p-液N=820x422kW=3.467kW。p水99

11、8.2'2）液体黏度影响：当液体黏度v>20X1m2/s时泵的性能参数需要进行修正。（课本P94）本项目中液体的运动黏度为v=h=0.8x10-3p820x106=0.975cStVV20X而计算可得20°C下水的运动粘度为v=L005x10-5叫s=1.007cSt，与混合998.2v烷烃值近似，故可认为该液体黏度对泵参数基本无影响。3）另外，这里不考虑液体变化对离心泵汽蚀余量的影响。总结以上分析，浆泵的实际工作参数列于下表：流量Q扬程H转速n轴功率N电机功率N'效率汽蚀余-量Ah泵壳允许应力20m3h38m2950r/min3.467kW5.5kW49%2.

12、7m1570/2250结构形式单级悬臂4、泵的安装高度估算.Pp*泵的安装高度Hg二一AhH，其中p=120kPapgf,01aP*=120kPa,p=820kgm3,=2.7m,罐泵间的动压头损失h=工九匕+匚）；=（°.°27*3+0.17+0.5）ua2=0.22mf,0-1d2g0.0682g将各已知数带入得安装高度Hg=2.92m，结果表示泵应安装在低于油罐液面2.92m处。（三）设计结果一览图表二、条件变化对输送系统的影响分析2、操作条件变化（1）流量变化：理论上流量变化基本不会改变管道特性方程He二K+Gq2中的两个参数。由65Y60B泵的性能表可知，输送液体

13、流量稍有增加或减小在范围左右变动时，所选泵均能维持系统正常运行。可以调节输送管路上的阀门改变管路特性来使系统处于不同的工作点。但要求流量若在该范围之外，则要考虑换其他型号的泵。（2）压力变化：若油罐A，高位槽B、C内的压力有较大变动，要满足输送要求，则需要重新设计管路以及选择泵型。因为从设计过程来看压力确定是一个大的前提，其变化会导致管路特性方程中K值的变化，进而影响随后的设计，另外P-P*由泵安装高度计算式Hg=一-Ah-H得P变化也会对泵pgf，0-1位置的确定有影响。三、设计评述1、对设计的整体概括本次设计根据项目所给条件先确定主管道规格，然后设定c支管道的规格与主管道相同（依据是减小截

14、面突变而引起丫头损失），再根据分支管路内单位质量流体在流动终了时机械能与能量损失之和相等的特点列式并用试差法得出b支管路的规格，最后计算出管路的特性方程并选出满足要求的泵。本设计对孔板流量计进行了设计，对六项因素导致管路压头的损失进行了分析估算，对泵的性能参数进行了校正，还分析了液体物性和操作条件变化对系统的影响。2、设计的不足之处分析本设计只是初步设计，其中有很多忽略或不严密之处：（1）因设计任务书未给出详细的罐槽平立面相对位置，对管道长度做了近似处理。（2）管道上管件阀门个数、类型以及局部阻力系数也是大致的情况并按照阀门全开处理，实际施工完成后可能与之有一定差别。设计未能给出所用阀门管件的

15、具体规格、相关参数及在管路中的相对位置。（3）管道特性方程计算Re对值的影响。（4）未对转子流量计进行相关计算。（5）因泵安装引起的管道压头损失估算过程不很严密，且未将单向底阀、旁路流量调节的辅助管路、放净阀及其所在支路等对管道特性方程的影响考虑在内。（6）泵的确定所用图表来自1976年的参考资料，可能会与现在有所不同，但我将其与流体流动课本后泵规格表对比了一下发现差别几乎可以忽略不计。（7）安装高度H一项未考虑因“倒灌”安装而导致管路f,01长度的变化。（8）未考虑安装安全阀的问题，为对系统的安全性进行分析。（9）限于时间及技术问题，作业设计当然以上几点只是不足之处的部分情况，是我个人能够察

16、觉到的明显存在不足的地方，还需要进一步分析整个设计存在的问题。参考文献1）柴诚敬、张国亮.化工流体流动与传热.第二版.北京：化学工业出版社2007.娄爱娟.吴志泉.吴叙美.化工设计.上海:华东理工大学出版社，2002.石油化学工业部石油化工规划设计院组织.泵和电动机的选用.第一版.北京:石油化学工业出版社,1976.高鸿宾.有机化学.第四版.北京：高等教育出版社，2005石油化工剧毒、易燃、可燃介质管道施工及验收规范的规定进行无缝钢管：在化工厂中广泛应用，特点是品质均匀、强度高，可用于输送有压力的物料、蒸汽、高压水、过热水以及输送有燃烧性、爆炸性和有毒害性的物料，极限工作温度为435°

17、;C。输送强腐蚀性或高温介质(可达900950C)则用合金钢或耐热钢制成的无缝钢管，如镍铬钢能耐HN03与H3PO4等，但具有还原性的介质不宜采用。无缝钢管还可用作各种设备的换热管。无缝钢管可用法兰或焊接联接，两种连接方法通常混合采用输送易燃、易爆、有毒及有腐蚀性的物料管道不得铺设在生活间、楼梯、走廊和门等处，这类管道上应设安全阀、防爆膜、阻火器和水封等防火防爆装置，并应将放空管引到指定地点或高过屋面2米以上管道铺设时应有一定的坡度，坡度的方向一般为1/100-5/1000管道应尽量沿墙面铺设，或铺设在固定在墙上的管架上，管道与墙之间的距离以能容纳管件、阀门及方便安装维修为原则为安装和操作方便

18、，管道上的阀门和仪表的布置高度可参考以下数据：阀门(包括球阀、截止阀、闸阀)1.2-1.6m安全阀2.2m温度计、压力计2)3)4)5)6)7)8)9)10)11)12)13)14)1.1-1.6m为方便管道安装、检修及防止变形后碰撞，管道间应该保持一定的间距。阀门、法兰应尽量错开排列，以减少间距。为了防止介质在管内流动产生静电聚集而发生危险，易燃易爆介质的管道应采取接地措施，以保证安全生产小直径管道可支承在大直径管道上，节约管架宽度，节省材料。管廊下有泵时要大于4m。15)序号名称数量备注16立方多功能提取罐4单台配搅拌、冷凝器、双联过滤器、料泵，单台搅拌功率了.5千瓦21500型单效浓缩器3每套含加热釜、蒸发器.冷凝器310立方立式酒精储罐4共配酒精泵2台410立方卧式酒精储罐2配酒精泵2台56立方料液储醸6单台各配料泵1台6800型酒精精憎塔1含主体、三级冷凝器、收料