管径的选择和管道压力降的计算

管径的选择和管道压力降的计算

一管径选择方法

1.应用范围

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。

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。

当按预定介质流速来确定管径时，采用下式以初选管径：

d-18.81W0-5U05p-0-5

505

或d=18.81V0°-u-

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201。

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°-38pm。？1。33/pf100s207

380173

或d=18.16Vo°-p心33/Pf⑼4207

式中

g---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202。

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

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。

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/s

DN>20030〜40

饱和蒸汽ON=200〜10035〜25

DN<10030〜15

P<lMPa15〜20

饱和蒸汽P=1〜4MPa20〜40

p=4〜]2MPa40~60

DN>2Q040〜60

过热蒸汽DN=200〜10050〜30

ON<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

P<0.3MPa（表）8〜12

P=0.3〜0.6MPa（表）20〜10

压缩气体P=Q.6〜iMPa（表）15〜10

P=1〜2MPa（表）12-8

P=2〜3MPa（表）8〜3

P=3〜30Mpa（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

尸=0.6〜IMPa（表）6〜4

P=2〜3MPa（表）4〜3

管道长50〜100m

尸40.027MPa3-0.75

煤气

P&0.27MPa12〜8

P&0.8MPa12〜3

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

氢氮混合气住③P=20〜30MPa5〜10

p=真空15〜25

P<0.3Mlia（表）8〜15

氨气

P<0.6MPa（表）10〜20

PV2MPa（表）3〜8

乙烯气尸=22〜150Mpa（表）5〜6

P<0.OIMPa（表）3〜4

乙焕气注④尸VO.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=0.1-0.3MPa（表）0.5~2

尸&lMPa（表）3-0.5

水及粘度相似的液体

P48MPa（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

ONI001.0〜1.6

粘度O.lPa•s

ON250.3〜0.6

DN5Q0.5—0.7

油及粘度较大的液体

DN1000.7-1.0

DN2Q01.2〜1.6

粘度IPa-s

DN250.1〜0.2

DN500.16-0.25

ONI000.25〜0・35

DN20Q0.35〜0.55

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

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：所计算出的管径应符合工程设计规定；满足介质在管道输

送时，对流速的安全规定；满足噪声控制的要求。

二管道压力降的计算

(-)单相流(不可压缩流体)

1简述

(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。

(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。

2计算方法

(1)注意事项

A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%。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。

B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。

（.2）管径

***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122—1。

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1.2.2-2。

***管径计算

=18.8—=18.8一

计算公式如下：U[up）

式中

d-----管道内直径，mm；

Vf一流体体积流量，m3/h；

u-----流体平均流速，m/s；

W----流体质量流量，kg/h；

3

p——流体密度，kg/mo

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

序压力降范围kPa（100m管

管道种类及条件

号长）

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

0.23〜12

管

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

最大允许流速m

序号介质条件管道材料

/S

烧碱液（浓度＞5

1碳钢1.22

%）

浓硫酸（浓度＞80

2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

衬水泥或沥青钢

管径29004.60

笆

衬水泥或沥青钢

管径＜9006.00

管

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。

(3)管路

1)简单管路

凡是没有分支的管路称为简单管路。

管径不变的简单管路，流体通过整个管路的流量不变。

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=Vn=Vf2~Vn.......(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=/P1+/P2+/P3+.......(1.2.3

-2)

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。

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

ZIP=zdPi=zdP2=ZIP3.......(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+VR+Vp十……(1.2.3—4)

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。

（4）管道压力降计算

1）概述

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。

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。

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==354—=354^（1.2.4-1）

Ndpid/j

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/n?。

管壁粗糙度

管壁粗糙度通常是指绝对粗糙度⑸和相对粗糙度仁/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g=o.2mm；输送水时，若为冷凝液(有空气)则取£

=0.5mm；纯水取e=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£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(九)与雷诺数(Re)及管壁相对粗糙度(g/d)的关系见图

1.2.4-1所示;在完全湍流情况下，清洁新管的管径(d)占绝对粗糙度⑻

的关系见图124—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124

—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余木管道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

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

0.05r-0.07

0.04-

-0.06

0.03

0.02一一HO.05

-0.04

0.0

0.0080.(H5

钟接铜管

0.006

0.00混凝土管-0.03

0.004

0.003木管

1-f-o.025

0.002

W