管径选择与管道压力降计算(一)1~60

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管径时，采用下式以初选管径：

d=18.81W0-5u0-5p-0'5(1.0.3—1)

或d=18.81Vo0-5u0-5(1.0.3—2)

式中

d------管道的内径，mm；

W------管内介质的质量流量，kg/h；

Vo——管内介质的体积流量，m3/h；

p——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/So

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(/PflOO)来选择管径时，采用下式

以初定管径：

d=18.16W°38p-°207心33Jpfl00^207(1.0.4—1)

03801730033-0207

或d=18,16V0-pgZlPnoo-(1.0.4—2)

式中

口——介质的动力粘度，Pa・s；

/Pfioo——100m计算管长的压力降控制值，kPao

推荐的/Pfioo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202—1和表202—2,该表中压力降值为推荐值。

常用流速的范围表注①表2.0.1

介质工作条件或管径范围流速m/&

DN>20030〜40

饱和藜汽ON=200〜10035〜25

DNV10030-15

PVIMPa15〜20

饱和蒸汽P=1〜4MPa20〜40

P=4〜12Mpa40〜60

DN>20040〜60

过热蒸汽DN=200〜10050〜30

DN<10040〜20

二次蒸汽要利用时15〜30

二次蒸汽

二次蒸汽不利用时60

高压乏汽80〜100

排气管:从受压容器排出80

乏汽

从无压容器排出15〜30

真空5~10

P40.3MPa（表）8〜12

P=0.3-0.6MPa（表）20〜10

压缩气体P=0.6〜iMPa（表）15〜10

P=1〜2MPa（表）12~8

P=2〜3MPa（表）8〜3

P=3〜3QMPa（表）3—0.5

续表2.0.1

介质工作条件或管径范围流速m/s

P=0〜0.05MPa（表）10〜5

尸=0.05~0.6MPa（表）8〜6

氧气注②

P=0.6〜IMPa（表）6〜4

P=2〜3MPa（表）4〜3

管道长50〜100m

尸40.027MPa3-0.75

煤气

尸《0.27MPa12〜8

P40.8MPa12〜3

半水煤气P=0.1〜0.15Mpa（表）10〜15

天然气30

烟道内3〜6

烟道气

管道内3〜4

石灰窑窑气10〜12

氮气P=5〜lOMPa2〜5

氢氮混合气性③p=20〜30MPa5〜10

p=真空15〜25

P<0.3MPa（表）8〜15

氨气

P<0.6MPa（表）10〜20

PV2MPa（表）3〜8

乙烯气P=22〜150Mpa（表）5-6

P<0.OIMPa（表）3〜4

乙快气注④P<0.15MPa（表）4〜8（最大）

P<2.5MPa（表）最大4

气体10〜25

氮

液体1.5

气体10

氯仿

液体2

气体（钢衬胶管）20

氯化氢

液体（橡胶管）1.5

气体（玻璃管）10

溟

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

气体20

氯化甲烷

液体2

氯乙烯

二氯乙烯2

三氯乙烯

乙二醇2

苯乙烯2

二澳乙烯玻璃管1

尸=0.l~0.3MPa（表）0.5-2

尸&IMPa（表）3-0.5

水及粘度相似的液体

8MPa（表）3〜2

P420〜30MPa（表）3.5〜2

主管尸=0.3MPa（表）1.5-3.5

自来水

支管P=0.3MPa（表）1.0-1.5

锅炉给水P>0.8MPa（表）1.2〜3.5

蒸汽冷凝水0.5〜1.5

冷凝水自流0.2〜0.5

过热水2

海水,微碱水P<0.6MPa（表）1.5~2.5

粘度0.05Pa•s

DN250.5—0.9

DN500.7—1.0

DN1001.0-1.6

粘度0.IPa•s

DN250.3〜0.6

DN500.5〜0.7

油及粘度较大的液体

DN1000.7-1.0

DN2001.2—1.6

粘度IPa-s

DN250.1-0.2

DN500.16〜0.25

ONI000.25〜0・35

DN2000.35-0.55

续表2.0.1

介质工作条件或管径范围流速m/s

尸=真空0.05〜0.3

液氨P〈O.6MPa（表）0.8〜0.3

P42MPa（表）1.5〜0.8

浓度。〜30%2

氢氧化钠30〜50%1.5

50〜73%1.2

四氯化碳2

浓度88〜93%（铅管）1.2

硫酸

93〜100%（铸铁管,钢管）1.2

盐酸（衬胶管）1.5

带有固体2〜4.5

氯化钠

无固体1.5

排出废水0.4~0.8

浓度15%2・5〜3

泥状混合物25%3〜4

65%2.5-3

鼓风机吸入管10〜15

鼓风机排出管15〜20

压缩机吸入管10〜20

压缩机排出管：

PVIMPa（表）10〜8

气体

P=1〜lOMPa（表）10〜20

P>10MPa（表）8〜12

往复式真空泵吸入管13〜16

往复式真空泵排出管25〜30

油封式真空泵吸入管10〜13

续表2.0.1

介质工作条件或管径范围流速m/s

往复泵吸入管0.5—1.5

往复泵排出管1〜2

离心泵吸入管(常温)1.5-2

离心泵吸入管(70〜11OC)0.5-1.5

水及粘度相似的液体

离心泵排出管1.5-3

高压离心泵排出管3-3.5

齿轮泵吸入管<1

齿轮泵排出管1〜2

注:①本表所列流速，在选用时还应参照相应的国家标准。

②氧气流速应参照《氧气站设计规范》(GB50030-91).

③氢气流速应参照《氢氧站设计规范》(GB50177-93).

④乙块流速应参照《乙块站设计规范》(GB50031-91).

一般工程设计的管道压力降控制值表2.0.2-1

最大摩擦压力降总压力降

管道类别

kPa/100mkPa

液体

泵进口管8

泵出口管：

DN40.5093

ON8070

ON100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：

PV350kPa（表）1.8-3.5

尸>350kPa（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（APnQ表2.0.2—2

介质管道种类压力降kPa

负压管道法e

F449kPa1.13

49kPa<P<101kPa1.96

通风机管道P=101kPa1.96

压缩机的吸入管道

101kPa<P<lllkPa1.96

lllkPaVP&O.45Mpa4.5

输送气体的管道P>0.45MPa0.01P

压缩机的排出管和其它压力管道

尸40.45MPa4.5

P>0.45MPa0.01P

工艺用的加热蒸汽管道

P40.3MPa10.0

0.3MPaV尸WO.6MPa15.0

0.GMPaV^P^l.OMPa20.0

自流的液体管道5.0

泵的吸入管道

饱和液体10.0-11.0

不饱和液体20.0—22.0

输送液体的管道

泵的排出管道

流量小于150m，/h45.0〜50.0

流量大于150m7h45.0

循环冷却水管道30.0

注①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、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5〜10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5〜10年，条件往往会保持稳定，但也可能进

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%o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，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1.2.2—lo

(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122

-2。

1.2.2.2管径计算

MV(吟。3

4=18.8，=18.8一

计算公式如下：卜⑺(u刀(1.2.2-1)

式中

d----管道内直径，mm；

3

Vf—流体体积流量，m/h；

u---流体平均流速，m/s；

W----流体质量流量，kg/h；

p---流体密度，kg/m3o

通常可由图1.2.2—1或图122—2查得管径。

管内径(d)体积流最匕)流速(〃)

mm

m〃hm/s

500-n

400-60000q.50000

40000^-30000

300-.rl00

20000-90-80

10000r70

800CE-60

200-4000^F00050

二40

2000：WO

-30

-20

IOOO3.800

400=~500

…二-300

200-

100二

=-80

40三-50

貂X

/】。:8

，6三V

4三Y

2-0.9L-1

0,710.8

】三_0.80.5二°。6

0.4三°，5^•0.4

~0.3

0.2--0.3

0.1~・0.2

0.04=~L

图1.2.2—1流速、流量、管径计算图

密度(P)粘度

体积流3

kg/mm/>a•s

m3/h

IOOOOTT5000

100000经济管径5000-

2000

450000mm

2000-r1000

-20000层流r50

1000^°

湍流

rioooo

r-200

?5000

.二TOO

-2000-500-500而0-：CA

*•150

rlOOO100-:

r500:-20

-200-20050--

：rlO

200

20-

rlOOrioo

15010-1

：-2

「50-505-,

?20

：10

-20

-5-20

•2TO

rlO

-0.02

[0.2

0.05；01

r0.1

：rO.005

二0.05

0.02-：

-0.002

0.01」

图1.2.2-2液体、气体(PVlOOOkPa)经济管径图

某些管道中流体允许压力降范围表1.2.2—1

序号管道种类及条件压力降范围kPa（100m管长）

1蒸汽P=6.4〜lOMPa（表）46〜230

总管P<3.5MPa（表）12〜35

P23.5MPa（表）23〜46

支管P<3.5MPa（表）23〜46

P23.5MPa（表）23〜69

排气管4.6—12

2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0.23~12

3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—23

5一般高压工艺气体2.3—69

6塔顶出气管12

7水总管23

8水支管18

9泵

进口管最大取8

出口管<34m3/h35~138

34~110m3/h23-92

>110m3/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m/S

1烧碱液(浓度＞5%)碳钢1.22

2浓硫酸(浓度＞80%)碳钢1.22

3酚水(含酚＞1%)碳钢0.91

4含酚蒸汽碳钢18.00

5盐水碳钢1.83

管径2900衬水泥或沥青钢管4.60

管径＜900衬水泥或沥青钢管6.00

注：当管道为含银不锈钢时，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=V『V滔VB……(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=/Pi+/P2+/P3+..(1.2.3—2)

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=/P1=/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=Vn+Vn+VB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

一根主管。

a.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。

雷诺数按下式计算：

Re=处=354上=354=(1.2.4-1)

/LId/Lid/Li

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；

M---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/nA

(4)管壁粗糙度

管壁粗糙度通常是指绝对粗糙度⑸和相对粗糙度(£/d)o

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；未处理水取£

=0.3〜0.5mm；对酸、碱等腐蚀性较大的流体，则可取=1mm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s

和d的比值£/d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)与雷诺数(Re)及管壁相对粗糙度(£/d)的关系见图124—1所示;

在完全湍流情况下，清洁新管的管径(d)占绝对粗糙度⑸的关系见图1.2.4—2所示。

某些工业管道的绝对粗糙度见表124—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)mm

1无缝黄铜管、铜管及铅管0.01-0.05

2新的无缝钢管或镀锌铁管0.1~0.2

3金新的铸铁管0.25-0.42

4属具有轻度腐蚀的无缝钢管0.2~0.3

5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0.33

8干净玻璃管0.0015-0.01

9非橡皮软管0.01-0.03

10金木管道0.25—1.25

11属陶土排水管0.45~6.0

12管接头平整的水泥管0.33

13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124—1所示。

确定管道内流体流动型态的准则是雷诺数(Re)。

0.1

0.09

0.08

0.07

D.008

0.006&

0.004超

翼

0.002我

X

IB

0.001

0.0008

0.0006

0.0004

0.0002

0.0001

0.00005

0.01

0.009

0.008

To1234568IO434568io523456810,234568104568101

=0.000,005

雷诺数依分z=°

图1,2.4-1摩擦系数与雷诺数(Ke)及管壁相对粗糙度《/d)的关系

0.002

W

温

0.00]帐

里

0.0008

018»

0.0006如

0.0005«

0.0004用

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