管径选择与管道压力降计算单相流可压缩流体Word格式.docx

1、 V气体体积，m3； W气体质量，kg； M气体分子量； R气体常数，（kmolK）； 气体密度，kgm3； C常数； k气体绝热指数 k=CpCV （2.2.25） Cp、CV分别为气体的定压比热和定容比热，kJ（kgK）。 （3） 绝热指数（k） 绝热指数（k）值由气体的分子结构而定，部分物料的绝热指数见行业标准安全阀的设置和选用（HGT 95）表16.0.2所列。 一般单原子气体（He、Ar、Hg等）k，双原子气体（O2、H2、N2、CO和空气等）k=。（4） 临界流动 当气体流速达到声速时，称为临界流动。 a. 声速 声速即临界流速，是可压缩流体在管道出口处可能达到的最大速度。通常，当

2、系统的出口压力等于或小于入口绝对压力的一半时，将达到声速。达到 声速后系统压力降不再增加，即使将流体排入较达到声速之处压力更低的设备中（如大气），流速仍不会改变。对于系统条件是由中压到高压范围排入大气（或真空）时，应判断气体状态是否达到声速，否则计算出的压力降可能有误。 气体的声速按以下公式计算： 绝热流动 （2.2.26）等温流动 （2.2.27）式中 uc气体的声速，ms； k气体的绝热指数； T气体的绝对温度，K； M气体的分子量。 b. 临界流动判别。通常可用下式判别气体是否处于临界流动状态，下式成立时，即达到临界流动。 （2.2.28） c. 临界质量流速 （2.2.29） P1、P

3、2分别为管道上、下游气体的压力，kPa； G1、G2分别为气体的质量流速和临界质量流速，kg（m2s）； T1、T2分别为管道上、下游气体温度，K； Gcni参数，见式（2.2.214），kg（m2 G气体的质量流速，kg（m2s）。 其余符号意义同前。（5） 管道中气体的流速应控制在低于声速的范围内。2.2.2.3 管道压力降计算 （1） 摩擦压力降 a. 等温流动 当气体与外界有热交换，能使气体温度很快地按近于周围介质的温度来流动，如煤气、天然气等长管道就属于等温流动。 等温流动计算式如下： （2.2.210） Pf管道摩擦压力降，kPa； g重力加速度，s2； 摩擦系数，无因次； L管道

4、长度，m； WG气体质量流量，kgh； d管道内直径，mm； m气体平均密度，kgm： （2.2.211） 1、2-分别为管道上、下游气体密度，kgm3。 b. 绝热流动 （a） 假设条件 对绝热流动，当管道较长时（L60m），仍可按等温流动计算，误差一般不超过5，在工程计算中是允许的。对短管可用以下方法进行计算，但应符合下列假设条件： 在计算范围内气体的绝热指数是常数； 在匀截面水平管中的流动； 质量流速在整个管内横截面上是均匀分布的； 摩擦系数是常数。（6） 计算步骤可压缩流体绝热流动的管道压力降计算辅助图见图2.2.2所示。 计算上游的质量流速G1WGA（G1G，G1即图2.2.2中G）

5、 12） 计算质量流量 （2.2.213） 计算参数（Gcni） （2.2.214） 假设N值，然后进行核算 （2.2.215） 计算下游压力（P2），根据N和G1Gcni值，由图2.2.2查得P2P1值，即可求得下游压力（P2）。 G1上游条件下气体的质量流速，kg（m2 WG气体的质量流量，kgs； W气体的质量，kg； A管道截面积，m2； P1气体上游压力，kPa； T1气体上游温度，K； Gcni无实际意义，是为使用图2.2.2方便而引入的一个参数，kg（m2 N速度头数； 摩擦系数； D管道内直径，m。 c. 高压下的流动 当压力降大于进口压力的40时，用等温流动和绝热流动计算式均

6、可能有较大误差，在这种情况下，可采用以下的经验公式进行计算：（a）巴布科克式 （巴布科克式即Babcock式） （2.2.216） 式中 Pf摩擦压力降，kPa； WG气体的质量流量，kgh； m气体平均密度，kgm3； d管道内直径，mm。 本式用于蒸汽管的计算，在压力等于或小于3450kPa情况下结果较好，但当管径小于100mm时，计算结果可能偏高。 （b） 韦默思式 （韦默思式即Weymouth式） （2.2.217） VG气体体积流量，m3（标）s，（标）标准状态； P1、P2分别为管道上、下游压力，kPa； 气体相对密度。气体密度与相同温度、压力下的空气密度之比； L管道长度，km；

7、 T气体绝对温度，K。 本式用于在3104240kPa压力、管道直径大于150mm的稳定流动情况下，计算天然气管道压力降的结果较好。对相对密度接近，常温，流速为s，直径为500mm600mm的气体管道也适用。 （c） 潘汉德式 （潘汉德式即Panhandle式） （2.2.218） E流动效率系数； L管道长度，km。 对于没有管道附件、阀门的水平新管，取E1. 00；工作条件较好，取E；工作条件一般，取E； 工作条件较差，取E。其余符号意义同前。 本式用于管道直径在150mm600mm，Re5106107的天然气管道，准确度较式（2.2.217）稍好。 （d） 海瑞思式（海瑞思式即Harri

8、s式） （2.2.219）Pm气体平均压力，kPa （2.2.220） 本式通常用于压缩空气管道的计算。 （2） 局部压力降 局部压力降和“单相流（不可压缩流体）”一样，采用当量长度或阻力系数法计算，在粗略计算中可按直管长度的倍作为总的计算长度。 （3） 速度压力降 速度压力降采用“单相流（不可压缩流体）”的管道一样的计算方法。 在工程计算中对较长管道此项压力降可略去不计。 （4） 静压力降 静压力降计算与“单相流（不可压缩流体）”压力降中的方法相同，仅在管道内气体压力较高时才需计算，压力较低时密度小，可略去不计。2.2.3 计算步骤及例题 2.2.3.1 计算步骤 （1） 一般计算步骤 a.

9、 “不可压缩流体”管道的一般计算步骤，雷诺数、摩擦系数和管壁粗糙度等的求取方法及有关图表、规定等均适用。 b. 假设流体流速以估算管径。计算雷诺数（Re）、相对粗糙度（d），然后查第1章“单相流（不可压缩流体）”图1.2.41，求摩擦系数（）值。 d. 确定直管长度及管件和阀门等的当量长度。 e. 确定或假设孔板和控制阀等的压力降。 f. 计算单位管道长度压力降或直接计算系统压力降。 g. 如管道总压力降超过系统允许压力降，则应核算管道摩擦压力降或系统中其它部分引起的压力降，并进行调整，使总压力降低于允许压力降。如管道摩擦压力降过大，可增大管径以减少压力降。 h. 如管道较短，则按绝热流动进行

10、计算。 （2） 临界流动的计算步骤 a. 已知流量、压力降求管径 （a） 假设管径，用已知流量计算气体流速。 （b） 计算流体的声速。 （c） 当流体的声速大于流体流速，则用有关计算式计算，可得到比较满意的结果。如两种流速相等，即流体达到临界流动状况，计算出的压力降不正确。因此，重新假设管径使流速小于声速，方可继续进行计算，直到流速低于声速时的管径，才是所求得的管径。 （d） 或用式（2.2.28）进行判别，如气体处于临界流动状态，则应重新假设管径计算。 b. 已知管径和压力降求流量，计算步骤同上，但要先假设流量，将求出的压力降与已知压力降相比较，略低于已知压力降即可。 c. 已知管径和流量，

11、确定管道系统入口处的压力（P1） （a） 确定管道出口处条件下的声速，并用已知流量下的流速去核对，若声速小于实际流速，则必须以声速作为极限流速，流量也要以与声速相适应的值为极限。 （b） 采用较声速低的流速以及与之相适应的流量为计算条件，然后用有关计算式计算压力降。 （c） 对较长管道，可由管道出口端开始，利用系统中在某些点上的物理性质将管道分为若干段，从出口端至进口端逐段计算各段的摩擦压力降，其和即为该管道的总压力降。 （d） 出口压力与压力降之和为管道系统入口处的压力（P1）。2.2.3.2 例题 例1：将25的天然气（成份大部分为甲烷），用管道由甲地输送到相距45km的乙地，两地高差不大

12、，每小时送气量为5000kg，管道直径为307mm（内径）的钢管（，已知管道终端压力为147kPa，求管道始端气体的压力。解： （1） 天然气在长管中流动，可视为等温流动，用等温流动公式计算 天然气可视为纯甲烷，则分子量M16 设：管道始端压力P1440kPa 摩擦压力降按式（2.2.210）计算，即雷诺数 Re354WGd 25时甲烷粘度为s 则 Re3545000307=l05相对粗糙度 d30710-4由第1章“单相流（不可压缩流体）”中图1.2.41，查得且因此， P1147+（2） 用韦默思式计算标准状态下气体密度 气体比重 1629 （307） 103 标准状态下气体体积流量 VG

13、WG50007000m3（标）h P1 P，此值较等温流动式计算值小。用潘汉德式计算 P147，此值较等温流动式计算值小，而较韦默思式计算值大。计算结果见下表： 项目 计算式压 力 kPa压力降（P）kPa误 差 始端P1终端P2P 1P等温式韦默思式潘汉德式平均147+由计算结果看出，用潘汉德式计算误差最小，但为稳妥起见，工程设计中应采用等温式计算的结果，即天然气管始端压力为。考虑到未计算局部阻力以及计算误差等，工程计算中可采用500kPa作为此天然气管道始端的压力。 例2：空气流量8000m3（标）h，温度38，钢管内直径100mm，长度64m，已知始端压力为785kPa，求压力降。在何种

14、条件下达到声速，产生声速处的压力是多少 解： （1） 按等温流动计算设终点压力P2590kPa密度1P1M（RT）78529311）：m3 2P2M（RT）590311）m3因此 查得标准状态下空气密度 1. 293kgm3 则空气的质量流量WcVG80001. 29310344kgh 查得38空气粘度 雷诺数 取 ，则 d100 查图得=由第1章“单相流（不可压缩流体）”中图1.2.41中查得。 摩擦压力降P2P1Pf785，与假设不符。第二次假设P2650kPa则 2650311） kgm3 kg/ m3 kPaP2785，与假设不符合。第三次假设 P2658kPa2658 kg/ m3P

15、2785 计算结果 P2=，P785 等温流动声速m/s 声速下的临界流量 Vuc=ucA，A=42=10-3m210-3=sh 声速下的临界压力 PucWGRT（VucM）1034431129）= 声速下的临界密度 ucPucM（RT） 平均密度kg/ m3 压力降 P785由 得L158m即在管长为158m处可达临界条件，其流速为声速，达到声速时的临界压力Puc为。 （2） 按绝热流动考虑 质量流速 G1WGA1034410-33600） （m2s）kg/（ m2比值 G1Gcni NLD64由图2.2.2查得P2P1，则P2，P1=785及PucPl=，则Puc，Pl785= 因N48则

16、声速条件下距离为： LND=48压力降 P=P1P2785= 计算结果比较见下表：项目计算式 终端压力（P2）压力降临界条件Pc距离（L）mP2L158绝热式平 均 由上表计算可知，用两种方法计算所得压力降相差为5。管长64m应按绝热流动计算。因管长仅64m，故该管道系统不可能达到声速条件。2.2.4管道计算表 “可压缩流体”管道计算表的编制步骤、用途及专业关系等均与“不可压缩流体”管道计算表相同，见表2.2.4。管 道 计 算 表（单 相 流） 表2.2.4管道编号和类别 自 至物料名称流量 m3h分子量温度 压力 kPa粘度 mPa压缩系数密度 kgm3真空度管道公称直径 mm表号或外径壁

17、厚流速 ms雷诺数流导 cm3s压力降 kPa（100m）直管长度 m管件 当量 长度m 弯头90 三 通 大小头 闸 阀 截止阀 旋 塞 止逆阀 其 它总长度 m管道压力降 kPa孔板压力降 kPa控制阀压力降 kPa设备压力降 kPa始端标高 m终端标高 m静压力降 kPa设备接管口压力降 kPa总压力降 kPa压力（始端） kPa压力（终端） kPa版次或修改 版 次 日 期 编 制 校 核 审 核 符号说明 A管道截面积，cm2；CP、CV分别为气体的定压比热和定容比热，kJ（kg D管道内直径，m； d管道内直径，cm，mm； Gcni无实际意义，为使用图2.2.2方便而引入的一个参数，kg（m2k气体绝热指数，kCPCV；L管道长度，m，km； P压力，kPa；Puc声速下的临界压力，kPa； R气体常数，kJ（kmol Re雷诺数； 气体相对密度； T气体温度，K； u气体流速，ms； uc气体声速，ms； VG气体体积流量，m3（标）h； Vuc声速下的临界流量，m3h； P压力降，kPa； 管壁绝对粗糙度，mm； uc声速下的临界密度，kgm3；压力本规定除注明外，均为绝对压力。