管徑的選擇和管道壓力降的計算

管徑的選擇和管道壓力降的計算

一管徑選擇方法

1.應(yīng)用范圍

本規(guī)定適用于化工生產(chǎn)裝置中的工藝和公用物料管道，不包括儲

運系統(tǒng)的長距離輸送管道、非牛頓型流體及固體粒子氣流輸送管道。

對于給定的流量，管徑的大小與管道系統(tǒng)的一次投資費（材料和

安裝）、操作費（動力消耗和維修）和折舊費等項有密切的關(guān)系，應(yīng)根據(jù)

這些費用作出經(jīng)濟比較，以選擇適當?shù)墓軓剑送膺€應(yīng)考慮安全流速

及其它條件的限制。本規(guī)定介紹推薦的方法和數(shù)據(jù)是以經(jīng)驗值，即采

用預(yù)定流速或預(yù)定管道壓力降值（設(shè)定壓力降控制值）來選擇管徑，可

用于工程設(shè)計中的估算。

當按預(yù)定介質(zhì)流速來確定管徑時，采用下式以初選管徑：

d-18.81W0-5U05p-0-5

505

或d=18.81V0°-u-

式中

d------管道的內(nèi)徑，mm；

W-----管內(nèi)介質(zhì)的質(zhì)量流量，kg/h；

Vo——管內(nèi)介質(zhì)的體積流量，m3/h；

p----介質(zhì)在工作條件下的密度，kg/m3；

u——介質(zhì)在管內(nèi)的平均流速，m/So

預(yù)定介質(zhì)流速的推薦值見表201。

當按每100m計算管長的壓力降控制值（/PflOO）來選擇管徑時，

采用下式以初定管徑:

d=18.16W°-38pm。？1。33/pf100s207

380173

或d=18.16Vo°-p心33/Pf⑼4207

式中

g---介質(zhì)的動力粘度，Pa?s；

/Pfioo——100m計算管長的壓力降控制值，kPao

推薦的/Pfioo值見表202。

本規(guī)定除注明外，壓力均為絕對壓力。

2.管道內(nèi)流體常用流速范圍和一般工程設(shè)計中的壓力降控制值

管道內(nèi)各種介質(zhì)常用流速范圍見表2.0.1。表中管道的材質(zhì)除注明

外，一律為鋼。該表中流速為推薦值。

管道壓力降控制值見表202—1和表202—2,該表中壓力降值

為推薦值。

常用流速的范圍表注①表2.0.1

介質(zhì)工作條件或管徑范圍流速m/s

DN>20030?40

飽和蒸汽ON=200?10035?25

DN<10030?15

P<lMPa15?20

飽和蒸汽P=1?4MPa20?40

p=4?]2MPa40~60

DN>2Q040?60

過熱蒸汽DN=200?10050?30

ON<10040?20

二次蒸汽要利用時15?30

二次蒸汽

二次蒸汽不利用時60

高壓乏汽80?100

排氣管:從受壓容器排出80

乏汽

從無壓容器排出15?30

真空5?10

P<0.3MPa（表）8?12

P=0.3?0.6MPa（表）20?10

壓縮氣體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

續(xù)表2.0.1

介質(zhì)工作條件或管徑范圍流速m/s

P=0?0.05MPa（表）10?5

尸=0.05~0.6MPa（表）8?6

氧氣注②

尸=0.6?IMPa（表）6?4

P=2?3MPa（表）4?3

管道長50?100m

尸40.027MPa3-0.75

煤氣

P&0.27MPa12?8

P&0.8MPa12?3

半水煤氣P=0.1-0.15Mpa（表）10?15

天然氣30

煙道內(nèi)3?6

煙道氣

管道內(nèi)3?4

石灰窯窯氣10?12

氮氣P=5?lOMPa2?5

氫氮混合氣?、跴=20?30MPa5?10

p=真空15?25

P<0.3Mlia（表）8?15

氨氣

P<0.6MPa（表）10?20

PV2MPa（表）3?8

乙烯氣尸=22?150Mpa（表）5?6

P<0.OIMPa（表）3?4

乙煥氣注④尸VO.15Mpa（表）4?8（最大）

P<2.5MPa（表）最大4

氣體10?25

氮

液體1.5

氣體10

氯仿

液體2

氣體（鋼襯膠管）20

氯化氫

液體（橡膠管）1.5

氣體（玻璃管）10

溟

液體（玻璃管）1.2

續(xù)表2.0.1

介質(zhì)工作條件或管徑范圍流速m/s

氣體20

氯化甲烷

液體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

水及粘度相似的液體

P48MPa（表）3?2

P420?30MPa（表）3.5?2

主管尸=0.3MPa（表）1.5-3.5

自來水

支管P=0.3MPa（表）1.0~1.5

鍋爐給水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

過熱水2

海水,微堿水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

油及粘度較大的液體

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

續(xù)表2.0.1

介質(zhì)工作條件或管徑范圍流速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

濃度。?30%2

氫氧化鈉30?50%1.5

50?73%1.2

四氯化碳2

濃度88?93%（鉛管）1.2

硫酸

93?100%（鑄鐵管,鋼管）1.2

鹽酸（襯膠管）1.5

帶有固體2?4.5

氯化鈉

無固體1.5

排出廢水0.4~0.8

濃度15%2?5?3

泥狀混合物25%3?4

65%2.5-3

鼓風(fēng)機吸入管10?15

鼓風(fēng)機排出管15?20

壓縮機吸入管10?20

壓縮機排出管：

PVIMPa（表）10?8

氣體

P=1?lOMPa（表）10?20

P>10MPa（表）8?12

往復(fù)式真空泵吸入管13?16

往復(fù)式真空泵排出管25?30

油封式真空泵吸入管10?13

續(xù)表2.0.1

介質(zhì)工作條件或管徑范圍流速m/s

往復(fù)泵吸入管0.5—1.5

往復(fù)泵排出管1?2

離心泵吸入管(常溫)1.5-2

離心泵吸入管(70?11OC)0.5-1.5

水及粘度相似的液體

離心泵排出管1.5-3

高壓離心泵排出管3-3.5

齒輪泵吸入管<1

齒輪泵排出管1?2

注:①本表所列流速，在選用時還應(yīng)參照相應(yīng)的國家標準。

②氧氣流速應(yīng)參照《氧氣站設(shè)計規(guī)范》(GB50030-91).

③氫氣流速應(yīng)參照《氫氧站設(shè)計規(guī)范》(GB50177-93).

④乙塊流速應(yīng)參照《乙塊站設(shè)計規(guī)范》(GB50031-91).

一般工程設(shè)計的管道壓力降控制值表2.0.2-1

最大摩擦壓力降總壓力降

管道類別

kPa/100mkPa

液體

泵進口管8

泵出口管：

DN40.5093

ON8070

ON100及以上50

蒸汽和氣體

公用物料總管按進口壓力的5%

公用物料支管按進口壓力的2%

壓縮機進口管：

PV350kPa（表）1.8-3.5

尸>350kPa（表）3.5?7

壓縮機出口管14?20

蒸汽按進口壓力的3%

每100m管長的壓力降控制值（APnQ表2.0.2—2

介質(zhì)管道種類壓力降kPa

負壓管道法e

F449kPa1.13

49kPa<P<101kPa1.96

通風(fēng)機管道P=101kPa1.96

壓縮機的吸入管道

101kPa<P<lllkPa1.96

lllkPaVP&O.45Mpa4.5

輸送氣體的管道P>0.45MPa0.01P

壓縮機的排出管和其它壓力管道

尸40.45MPa4.5

P>0.45MPa0.01P

工藝用的加熱蒸汽管道

P40.3MPa10.0

0.3MPaV尸WO.6MPa15.0

0.GMPaV^P^l.OMPa20.0

自流的液體管道5.0

泵的吸入管道

飽和液體10.0-11.0

不飽和液體20.0—22.0

輸送液體的管道

泵的排出管道

流量小于150m，/h45.0?50.0

流量大于150m7h45.0

循環(huán)冷卻水管道30.0

注①表中P為管道進口端的流體之壓力（絕對壓力）.

3.核定

初選管徑后，應(yīng)在已確定的工作條件及物料性質(zhì)的基礎(chǔ)上，按不

同流動情況的有關(guān)公式，準確地作出管道的水力計算，再進一步核定

下述各項：所計算出的管徑應(yīng)符合工程設(shè)計規(guī)定；滿足介質(zhì)在管道輸

送時，對流速的安全規(guī)定；滿足噪聲控制的要求。

二管道壓力降的計算

(-)單相流(不可壓縮流體)

1簡述

(1)本規(guī)定適用于牛頓型單相流體在管道中流動壓力降的計算。

在化工工藝專業(yè)已基本確定各有關(guān)主要設(shè)備的工作壓力的情況下，進

行系統(tǒng)的水力計算。根據(jù)化工工藝要求計算各主要設(shè)備之間的管道(包

括管段、閥門、控制閥、流量計及管件等)的壓力降，使系統(tǒng)總壓力降

控制在給定的工作壓力范圍內(nèi)，在此基礎(chǔ)上確定管道尺寸、設(shè)備接管

口尺寸、控制閥和流量計的允許壓力降，以及安全閥和爆破片的泄放

壓力等。

(2)牛頓型流體是流體剪應(yīng)力與速度梯度成正比而粘度為其比例

系數(shù)。凡是氣體都是牛頓型流體，除由高分子等物質(zhì)組成的液體和泥

漿外，多數(shù)液體亦屬牛頓型流體。

2計算方法

(1)注意事項

A安全系數(shù)

計算方法中未考慮安全系數(shù)，計算時應(yīng)根據(jù)實際情況選用合理的

數(shù)值。通常，對平均需要使用5?10年的鋼管，在摩擦系數(shù)中加20%?

30%的安全系數(shù)，就可以適應(yīng)其粗糙度條件的變化；超過5?10年，

條件往往會保持穩(wěn)定，但也可能進一步惡化。此系數(shù)中未考慮由于流

量增加而增加的壓力降，因此須再增加10%?20%。的安全系數(shù)。規(guī)

定中對摩擦壓力降計算結(jié)果按1.15倍系數(shù)來確定系統(tǒng)的摩擦壓力降，

但對靜壓力降和其它壓力降不乘系數(shù)。

B計算準確度

在工程計算中，計算結(jié)果取小數(shù)后兩位有效數(shù)字為宜。對用當量

長度計算壓力降的各項計算中，最后結(jié)果所取的有效數(shù)字仍不超過小

數(shù)后兩位。

（.2）管徑

***確定管徑的一般原則

1）應(yīng)根據(jù)設(shè)計條件來確定管道直徑，需要時，可以有設(shè)計條件

下壓力降15%?25%的富裕量，但以下情況除外：

a.有燃料油循環(huán)管路系統(tǒng)的排出管尺寸，應(yīng)考慮一定的循環(huán)量;

b.泵、壓縮機和鼓風(fēng)機的管道，應(yīng)按工藝最大流量（在設(shè)備設(shè)計

允許的流速下）來確定尺寸，而不能按機器的最大能力來確定管道尺

寸；

c.間斷使用的管道（如開工旁路管道）尺寸，應(yīng)按可能得到的壓差

來確定。

2）在允許壓力降范圍內(nèi)，應(yīng)采用經(jīng)濟管徑，某些管道中流體

允許壓力降范圍見表122—1。

3）某些對管壁有腐蝕及磨蝕的流體，由流速決定管徑，其流速

見表1.2.2-2。

***管徑計算

=18.8—=18.8一

計算公式如下：U[up）

式中

d-----管道內(nèi)直徑，mm；

Vf一流體體積流量，m3/h；

u-----流體平均流速，m/s；

W----流體質(zhì)量流量，kg/h；

3

p——流體密度，kg/mo

通?？捎蓤D1.2.2—1或圖122—2查得管徑。

管內(nèi)徑(d)體積流最匕)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

圖1.2.2—1流速、流量、管徑計算圖

密度(P)粘度

體積流3

kg/mm/>a?s

m3/h

IOOOOTT5000

100000經(jīng)濟管徑5000-

2000

450000mm

2000-r1000

-20000層流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」

圖1.2.2-2液體、氣體(PVlOOOkPa)經(jīng)濟管徑圖

某些管道中流體允許壓力降范圍表1.2.2—1

序壓力降范圍kPa（100m管

管道種類及條件

號長）

1蒸汽P=6.4?lOMPa（表）46?230

總管P<3.5MPa（表）12?35

P23.5MPa（表）23?46

支管P<3.5MPa（表）23?46

P23.5MPa（表）23?69

排氣管4.6?12

2大型壓縮機>735kW

進口1.8?9

出口4.6?6.9

小型壓縮機進出口2.3?23

壓縮機循環(huán)管道及壓縮機出口

0.23?12

管

3安全閥

進口管（接管點至閥）最大取整定壓力的3%

出口管最大取整定壓力的10%

出口匯總管最大取整定壓力的7.5%

4一般低壓下工藝氣體2.3~23

5一般高壓工藝氣體2.3?69

6塔頂出氣管12

7水總管23

8水支管18

9泵

進口管最大取8

出口管<34m3/h35?138

34-110m3/h23?92

>110m3/h12?46

某些對管壁有腐蝕及磨蝕流體的流速表1.2.2-2

最大允許流速m

序號介質(zhì)條件管道材料

/S

燒堿液（濃度＞5

1碳鋼1.22

%）

濃硫酸（濃度＞80

2碳鋼1.22

%）

3酚水（含酚＞1%）碳鋼0.91

4含酚蒸汽碳鋼18.00

5鹽水碳鋼1.83

襯水泥或瀝青鋼

管徑29004.60

笆

襯水泥或瀝青鋼

管徑＜9006.00

管

注：當管道為含銀不銹鋼時，流速有時可提高到表中流速的

10倍以上。

(3)管路

1)簡單管路

凡是沒有分支的管路稱為簡單管路。

管徑不變的簡單管路，流體通過整個管路的流量不變。

由不同管徑的管段組成的簡單管路，稱為串聯(lián)管路。

a.通過各管段的流量不變，對于不可壓縮流體則有

Vf=Vn=Vf2~Vn.......(1.2.3

1)

b.整個管路的壓力降等于各管段壓力降之和，即

/P=/P1+/P2+/P3+.......(1.2.3

-2)

2)復(fù)雜管路

凡是有分支的管路，稱為復(fù)雜管路。復(fù)雜管路可視為由若干簡

單管路組成。

并聯(lián)管路在主管某處分支，然后又匯合成為一根主管。

a.各支管壓力降相等，即

ZIP=zdPi=zdP2=ZIP3.......(1.2.3—3)

在計算壓力降時，只計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)

枝狀管路從主管某處分出支管或支管上再分出支管而不

匯合成為一根主管。

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計算；

c.對較復(fù)雜的枝狀管路，可在分支點處將其劃分為若干簡單

管路，按一般的簡單管路分別計算。

（4）管道壓力降計算

1）概述

管道壓力降為管道摩擦壓力降、靜壓力降以及速度壓力降之和。

管道摩擦壓力降包括直管、管件和閥門等的壓力降，同時亦包括

孔板、突然擴大、突然縮小以及接管口等產(chǎn)生的局部壓力降；靜壓力

降是由于管道始端和終端標高差而產(chǎn)生的；速度壓力降是指管道始端

和終端流體流速不等而產(chǎn)生的壓力降。

對復(fù)雜管路分段計算的原則，通常是在支管和總管（或管徑變化

處）連接處拆開，管件（如異徑三通）應(yīng)劃分在總管上，按總管直徑選取

當量長度?？偣荛L度按最遠一臺設(shè)備計算。

對因結(jié)垢而實際管徑減小的管道，應(yīng)按實際管徑進行計算。

雷諾數(shù)按下式計算：

Re==354—=354^（1.2.4-1）

Ndpid/j

式中

Re——雷諾數(shù)，無因次；

u---流體平均流速，m/s；

d----管道內(nèi)直徑，mm；

M-----流體粘度，mPa-s；

W----流體的質(zhì)量流量，kg/h；

Vf----流體的體積流量，m3/h；

p——流體密度，kg/n?。

管壁粗糙度

管壁粗糙度通常是指絕對粗糙度⑸和相對粗糙度仁/d)o

絕對粗糙度表示管子內(nèi)壁凸出部分的平均高度。在選用時，應(yīng)考

慮到流體對管壁的腐蝕、磨蝕、結(jié)垢以及使用情況等因素。如無縫鋼

管，當流體是石油氣、飽和蒸汽以及干壓縮空氣等腐蝕性小的流體時,

可選取絕對粗糙度g=o.2mm；輸送水時，若為冷凝液(有空氣)則取￡

=0.5mm；純水取e=0.2mm；未處理水取￡=0.3?0.5mm；對酸、堿

等腐蝕性較大的流體，則可取=1mm或更大些。

對相同絕對粗糙度的管道，直徑愈小，對摩擦系數(shù)影響程度愈大,

因此用￡和d的比值￡/d來表示管壁粗糙度，稱為相對粗糙度。在湍

流時，管壁粗糙度對流體流動的摩擦系數(shù)影響甚大。

摩擦系數(shù)(九)與雷諾數(shù)(Re)及管壁相對粗糙度(g/d)的關(guān)系見圖

1.2.4-1所示;在完全湍流情況下，清潔新管的管徑(d)占絕對粗糙度⑻

的關(guān)系見圖124—2所示。

某些工業(yè)管道的絕對粗糙度見表124—1；相對粗糙度由圖124

—2查得。

某些工業(yè)管道的絕對粗糙度表1.2.4—1

序號管道類別絕對粗糙度(c)mm

1無縫黃銅管、銅管及鉛管0.01-0.05

2新的無縫鋼管或鍍鋅鐵管0.1~0.2

3金新的鑄鐵管0.25-0.42

4屬具有輕度腐蝕的無縫鋼管0.2~0.3

5管具有顯著腐蝕的無縫鋼管0.5以上

6舊的鑄鐵管0.85以上

7鋼板制管0.33

8干凈玻璃管0.0015—0.01

9非橡皮軟管0.01-0.03

10余木管道0.25—1.25

11屬陶土排水管0.45~6.0

12管接頭平整的水泥管0.33

13石棉水泥管0.03~0.8

流動型態(tài)

流體在管道中流動的型態(tài)分為層流和湍流兩種流型，層流與湍流

間有一段不穩(wěn)定的臨界區(qū)。湍流區(qū)又可分為過渡區(qū)和完全湍流區(qū)。工

業(yè)生產(chǎn)中流體流型大多屬于過渡區(qū)，見圖124—1所示。

確定管道內(nèi)流體流動型態(tài)的準則是雷諾數(shù)(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

雷諾數(shù)依分z=°

圖1,2.4-1摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)(Ke)及管壁相對粗糙度《/d)的關(guān)系

0.05r-0.07

0.04-

-0.06

0.03

0.02一一HO.05

-0.04

0.0

0.0080.(H5

鐘接銅管

0.006

0.00混凝土管-0.03

0.004

0.003木管

1-f-o.025

0.002

W