管道的设计计算

1、管道的设计计算一一管径和管壁厚度管路、阀门等和其它设备构成一个完整的系统。管道的设计计算和安装不当，将会 影响整个系统的经济性及工作的可靠性，甚至会带来严重的破坏性事故。A.管内径：管道内径可按预先选取的介质流速由下式求得：d=8.8q/ui/2式中，为管道内径（mm）； qv为介质容积流量（也枫）；为管内气体平均流速（M），下表中给出介质平均流速取值范围。管内平均流速推荐值介质压力范围P （Mpa）平均流速u （ m/s）气体0.3 0.610 200.6 1.010 151.0 2.08122.0 3.036例1： 2台町F-1.5/30及2台H-6S型空压机共同使用一根排气管路，计算此排

2、气管路内径。已知町F-1.5/30型空压机排气量为1.5 m3/min排气压力为3.0 MPa已知H-6S型空压机排气量为0.6 m3/min排气压力为3.0 MPa4 台空压机合计排气量= 1.5X2+0.6X2 = 4.2 mvq3/min=252 m3/h如上表所示u=6 m/s带入上述公式d=18.8qjui/2=18.8252/6i/2=121.8 mm得出管路内径为121mmB.管壁厚度：管壁厚度0取决于管道内气体压力。低压管道，可采用碳钢、合金钢焊接钢管；中压管道，通常采用碳钢、合金钢无缝 钢管。其壁厚可近似按薄壁圆筒公式计算：0 min =npd/2o 0np+ c式中，P为管

3、内气体压力（MPa）； n为强度安全系数n=1.52.5，取。为管材的许 用应力（MPa），常用管材许用应力值列于下表；0为焊缝系数，无缝钢管0=1，直缝 焊接钢管0 =0.8； c为附加壁厚（包括：壁厚偏差、腐蚀裕度、加工减薄量），为简便 起见，通常当c0 6mm时，CR0.18O ；当0 W6mm时，c =1mm。当管子被弯曲时，管壁应适当增加厚度，可取6 ,=6 +6 d0/2R式中，do为管道外径；R为管道弯曲半径。b.高压管道的壁厚，应查阅相关专业资料进行计算，在此不做叙述。常用管材许用应力钢号壁厚6 (mm)不同温度下需用应力值9 (MPa)W20C100 C150 C101011

4、311310920133133131Ocr18Ni9Ti1401401401cr18Ni9Ti140140140注：管路输气压力在1.5MPa以上时，管路材料推荐采用20#钢。例2：算出例1中排气管路的厚度。管路材料为20#钢公式6 min =叫20 0 - np+ c中 n=2 , p=3.0 MPa ,妇21 如上表20#钢150oC时的许用应力为131，即。=1310 =1 , C =1带入公式6 min =npd/2lo 0 np+ C=2X3X 121/(2X121X1-2X3)+1=3.8 mm 管路厚度取4 mm材料的许用应力材料的许用应力是指材料的强度指标除以相应的安全系数而得

5、到的值。材料的机械性能 指标有屈服极限、强度极限、蠕变极限、疲劳极限等，这些指标分别反映了不同状态下 失效的极限值。为了保证管道运行中的强度可靠，常将管道元件中的应力限制在各强度 指标下某一值，该数值即为许用应力。当管道元件中的应力超过其许用应力值时，就认 为其强度已不能得到保证。因此说，材料的许用应力是确定管道壁厚等级的基本参数。 不同的设计标准，选取材料的许用应力值是不同的。对压力管道来说，国内的设计标准 是按GB150钢制压力容器确定的许用应力值，ASTM材料则是取按ANSI B31.3Process Piping标准确定的许用应力值。腐蚀余量腐蚀余量是考虑因介质对管道的腐蚀而造成的管道

6、壁厚减薄，从而增加的管道壁厚值。它的大小直接影响到管道壁厚的取值，或者说直接影响到壁厚等级的确定。目前我国尚没有一套有关各种腐蚀介质在不同条件下对各种材料的腐蚀速率数据，因 此，工程上大多数情况下仍是凭经验来确定其腐蚀余量的。许多国内外的工程公司或设 计院通常都将腐蚀余量分为如下四级：无腐蚀余量。对一般的不锈钢管道多取该值；1.6mm腐蚀余量。对于腐蚀不严重的碳素钢和格钼钢多取该值；3.2mm腐蚀余量。对于腐蚀比较严重的碳素钢和格钼钢管道多取该值；加强级（大于3.2mn）腐蚀余量。对于有固体颗粒冲刷等特殊情况下的管道，根据实际情 况确定其具体值。.管子及其元件的制造壁厚偏差管子及其元件在制造过

7、程中，相对于其公称壁厚（或者叫理论壁厚）都会有正、负偏差，因此在确定管子及其元件公称壁厚时一定要考虑可能出现的负偏差值。各种钢管标准中 规定的负偏差值是不完全相同的，GB/T8163流体输送用无缝钢管、GB/T14976流 体输送用不锈钢无缝钢管规定的壁厚偏差值如下：常用标准的壁厚偏差值材料标准壁厚（mm）偏差值（%）GB/T816320+15， -10， +12， -5， -1015+15,-12.5GB/T14976N15+20，-15焊缝系数金属的焊接过程，实质上是一个冶金过程，其组织带有明显的铸造组织特征。一般情况 下，铸造组织缺陷较多，材料性能也有所下降。对于有纵焊缝和螺旋焊缝的焊接管子及 其元件，相对于无缝管子及其元件来说，工程上常给它一个强度降低系数（即焊缝系数）， 以衡量其机械性能下降的程度。其焊缝系数的取值如下：序号焊接方法接头形式焊缝型式检