化工原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告_管路設(shè)計(jì)與安裝.doc

管路設(shè)計(jì)與安裝一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康募盎疽?實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1) 綜合運(yùn)用流體力學(xué)基本原理與操作技能，設(shè)計(jì)并安裝“流量計(jì)校核”與“突然擴(kuò)大、縮小局部阻力系數(shù)的測(cè)定”兩個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置；(2) 掌握常用工具的使用方法，學(xué)習(xí)管路的組裝、試壓、沖洗及拆除操作方法；(3) 學(xué)習(xí)管路系統(tǒng)的運(yùn)行測(cè)試及停車(chē)方法。2對(duì)化工管路裝拆的基本要求:(1) 化工管路布置的一般要求：在管路布置及安裝時(shí)，主要考慮安裝、檢修、操作的方便及安全，同時(shí)盡可能減少基建費(fèi)用，并根據(jù)生產(chǎn)的特點(diǎn)、設(shè)備的布置、材料的性質(zhì)等加以綜合考慮。 化工管路安裝時(shí)，各種管線應(yīng)成平行鋪設(shè)，便于共用管架，要盡量走直線，少拐彎，少交叉，以節(jié)約管材，減小阻力，同時(shí)力求做到整齊美觀； 為便于操作及安裝檢修，并列管路上的零件與閥門(mén)位置應(yīng)錯(cuò)開(kāi)安裝； 管子安裝應(yīng)橫平豎直， 水平管其偏差不大于15mm/10m，垂直管其偏差不大于10mm/10m； 管路安裝完畢后，應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行強(qiáng)度和嚴(yán)密度試驗(yàn)； 管路離地面的高度以便于檢修為準(zhǔn),但通過(guò)人行道時(shí),最低點(diǎn)離地面不得小于2m。(2) 常見(jiàn)管件及閥門(mén)、流量計(jì)的安裝要求： 轉(zhuǎn)子流量計(jì)是用來(lái)測(cè)量管系中流體流量的，其安裝有嚴(yán)格的要求。它必須垂直安裝在管系中，若有傾斜，會(huì)影響測(cè)量的準(zhǔn)確性，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使轉(zhuǎn)子升不上來(lái)。轉(zhuǎn)子流量計(jì)前后各應(yīng)有相應(yīng)的直管段，前段應(yīng)有1520d 的直管段，后段應(yīng)有5d 左右的直管段（d 為管子內(nèi)徑），以保證流量的穩(wěn)定。 閥門(mén)的裝拆：截止閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于調(diào)節(jié)流量，但阻力較大。安裝時(shí)，應(yīng)使流體從閥盤(pán)的下部向上流動(dòng)，目的是減小阻力，開(kāi)啟更省力。在關(guān)閉狀態(tài)下閥桿、填料函部不與介質(zhì)接觸,以免閥桿等受腐蝕。閘閥密封性能好，流體阻力小，但不適用輸送含有晶體和懸浮溶物的液體管路中。 活動(dòng)接頭是管系中常見(jiàn)的管件，在閉合管系時(shí)，它應(yīng)是最后安裝，拆除管系時(shí)，應(yīng)首先從活動(dòng)接頭動(dòng)手。(3) 泵的管路布置總的原則是保證良好的吸入條件與檢修方便 為增加泵的允許吸上高度, 吸入管路應(yīng)盡量短而直,減少阻力, 吸入管路的直徑不應(yīng)小于泵吸入口直徑. 在泵的上方不布置管路,有利于泵的檢修.3、對(duì)指導(dǎo)教師的要求(1) 指導(dǎo)教師對(duì)實(shí)訓(xùn)重點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的講解，給學(xué)生進(jìn)行分組；(2) 組織學(xué)生觀看有關(guān)化工管路方面的教學(xué)錄像，使學(xué)生對(duì)化工管路有一定感性認(rèn)識(shí)；(3) 每個(gè)實(shí)訓(xùn)小組根據(jù)老師提供的管系圖列出設(shè)備、管件、儀表等清單，領(lǐng)取相應(yīng)的材料工具等；(4) 組裝管路，各小組根據(jù)管系圖的要求組裝管線；組裝時(shí)應(yīng)先定好設(shè)備位置，再組裝管線，具體來(lái)講，應(yīng)先定好離心泵、高位槽等,然后進(jìn)行配管。(5) 對(duì)照管系圖，檢查各管件、閥門(mén)是否安裝準(zhǔn)確；(6) 對(duì)管道進(jìn)行水沖洗及水壓試驗(yàn)，壓力保持4 公斤力(表壓)以上，檢查各連接處密封性能如何；(7) 對(duì)管道系統(tǒng)試運(yùn)行及停車(chē)操作。開(kāi)車(chē)時(shí)，應(yīng)先灌泵，再開(kāi)電機(jī)，然后再開(kāi)出口閥門(mén)。停車(chē)時(shí)應(yīng)先關(guān)出口閥，后停電機(jī)。(8) 正確掌握管線的拆除。應(yīng)先拆儀表、活接頭、閥門(mén)等,再拆管件及附件。(9) 管線拆除后，對(duì)照設(shè)備、儀表清單,完好歸還儀表、管件、工具及易耗品等。此外，為加深學(xué)生對(duì)常見(jiàn)閥門(mén)、設(shè)備等的了解。了解其結(jié)構(gòu)及工作原理，加深對(duì)理論知識(shí)的理解。通過(guò)上述操作，學(xué)生動(dòng)手努力得到提高,為以后走上工作崗位打下良好的基礎(chǔ)。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1流量計(jì)校核 (1) 找出孔板流量計(jì)的流量和壓差計(jì)讀數(shù)之間的關(guān)系曲線。(2) 測(cè)定孔板測(cè)量計(jì)的孔流系數(shù)，并給出C0-Re的關(guān)系曲線。2. 突然擴(kuò)大、縮小局部阻力系數(shù)的測(cè)定(1) 測(cè)定突然擴(kuò)大局部阻力系數(shù)(2) 測(cè)定突然縮小局部阻力系數(shù)三、實(shí)驗(yàn)原理（一）流量計(jì)校核 流體流量測(cè)量是化工廠及實(shí)驗(yàn)室的常見(jiàn)操作，在連續(xù)化裝置中，常采用孔板流量計(jì)、文丘里流量計(jì)來(lái)測(cè)量流量，不管是購(gòu)置定型流量計(jì)（尤其在適用一段時(shí)間之后）或是自行設(shè)計(jì)加工的流量計(jì)，在使用之前，必須對(duì)其進(jìn)行校核實(shí)驗(yàn)以獲得實(shí)用的流量計(jì)參數(shù)（主要是孔流系數(shù)Co），因此，流量計(jì)校核實(shí)驗(yàn)具有廣泛的實(shí)用性。 設(shè)計(jì)一水平管道，在管道中安裝孔板流量計(jì)，流量與孔板流量計(jì)前后的壓差有如下關(guān)系： 孔流系數(shù)：式中 Vs體積流量，m3/s； Co孔板流量計(jì)的孔流系數(shù)，無(wú)因次； Ao孔口面積，m2； RU型管壓差計(jì)的讀數(shù)，m; rA壓差計(jì)內(nèi)指示液密度，kg/m3； r 被測(cè)流體密度，kg/m3； 孔流系數(shù)的數(shù)值，往往要受到流量計(jì)本身的結(jié)構(gòu)和加工精度，以及流體性質(zhì)、溫度、壓力等因素的影響，因此在現(xiàn)場(chǎng)使用這類(lèi)流量計(jì)往往需對(duì)流量計(jì)進(jìn)行校核，即測(cè)定不同流量下的壓差計(jì)讀數(shù)，直接繪成曲線，或求得Co與Re之間的關(guān)系曲線，以備使用時(shí)查校。（二）突然擴(kuò)大、縮小局部阻力系數(shù)的測(cè)定1局部阻力產(chǎn)生的原因各種工業(yè)管道都安裝一些閥門(mén)、彎頭、三通等配件, 用以控制和調(diào)節(jié)管內(nèi)的流體流動(dòng)。 流體經(jīng)過(guò)這類(lèi)配件時(shí)，由于邊壁或流量的改變，均勻流在這一局部地區(qū)遭到破壞，引起流速的大小、方向或分布的變化, 由此產(chǎn)生的能量損失稱(chēng)為局部損失, 習(xí)慣上也稱(chēng)為局部阻力。概括起來(lái)，局部阻力有四種類(lèi)型: 渦流損失、加速損失、轉(zhuǎn)向損失和撞擊損失。2過(guò)流截面突然縮小當(dāng)流體從過(guò)流截面突然縮小的流體通道向前流動(dòng)時(shí), 總有部分流體與壁面發(fā)生碰撞而改變方向。碰撞的結(jié)果就要產(chǎn)生能量損失，此即撞擊損失。受到壁面阻礙的流體，屬于外主流的部分要折向中心方向流動(dòng)，就是說(shuō)，這些流體具有垂直于管道軸線的速度分量, 因而會(huì)發(fā)生實(shí)際過(guò)流截面的“頸縮”現(xiàn)象，直到流體的速度完全平行于管軸。在這個(gè)過(guò)程中，外主流的流動(dòng)方向又發(fā)生改變，使垂直于管軸的速度分量消失了，這是外主流與中心主流進(jìn)行動(dòng)量交換的結(jié)果。在進(jìn)行這種動(dòng)量交換時(shí)，要消耗掉一部分能量，這就是流體的轉(zhuǎn)向損失。在區(qū)域有多個(gè)渦流區(qū)存在，這種渦流區(qū)之所以能維持運(yùn)動(dòng)，是由于通過(guò)動(dòng)量交換從主流得到了能量供應(yīng)，這部分能量消耗在渦流內(nèi)部和渦流與壁面的摩擦上，最后變成熱。 這種損失稱(chēng)為渦流損失。最后一項(xiàng)是流體的加速度損失，流體經(jīng)過(guò)一個(gè)速度降低、壓力升高的過(guò)程，即減速擴(kuò)壓的流動(dòng)過(guò)程。該過(guò)程會(huì)發(fā)生能量損失，這個(gè)損失是由流體的加速、減速過(guò)程引起的，故稱(chēng)加速損失。上述分析的四種能量損失都只發(fā)生在局部, 故是局部阻力。而實(shí)際上，流體流動(dòng)中還存在沿程摩擦, 由此而產(chǎn)生沿程阻力, 盡管沿程阻力較小, 但為了提高實(shí)測(cè)精確度,必須想辦法消除它的影響。3過(guò)流截面突然擴(kuò)大過(guò)流截面突然擴(kuò)大時(shí)，水流從小斷面流入大斷面, 過(guò)流斷面突然擴(kuò)大, 但由于水流存在慣性, 故水流不能突然擴(kuò)展到整個(gè)大斷面上, 而是有一個(gè)漸擴(kuò)的過(guò)程, 從而在粗管的邊壁處產(chǎn)生大量漩渦，形成主流區(qū)與漩渦區(qū), 造成一定的渦流損失。另一方面, 水流從小截面流入大截面后, 原來(lái)的速度分布曲線產(chǎn)生變形, 經(jīng)過(guò)一段流程的調(diào)整之后，速度分布恢復(fù)到新的正常狀態(tài)。在這一速度分布的調(diào)整過(guò)程中, 速度梯度大于正常情況時(shí)的速度梯度, 因而增加了水流的內(nèi)摩擦力, 使水流的能量損失增加。這兩部分損失即渦漩損失與內(nèi)摩擦力損失是構(gòu)成突然擴(kuò)大管中局部損失的主導(dǎo)因素; 兩者相比, 后者顯得相當(dāng)小, 所以突擴(kuò)管的局部損失主要表現(xiàn)為渦漩損失。突然擴(kuò)大的圓管中, 局部損失計(jì)算公式的推導(dǎo), 可依據(jù)水力學(xué)三個(gè)基本方程: 能量方程、動(dòng)量方程及連續(xù)性方程。當(dāng)小截面的面積較小時(shí)，可能造成不對(duì)稱(chēng)的渦流區(qū)，即主流偏于某一側(cè)而其它區(qū)域全部被渦流所占據(jù)。實(shí)際上，流體流動(dòng)過(guò)程中, 同樣存在沿程阻力。 計(jì)算局部阻力損失通常有以下兩種方法：1. 局部阻力系數(shù)法： 或 式中: 局部阻力系數(shù)，無(wú)因次，一般由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。2. 當(dāng)量長(zhǎng)度法： = 式中：當(dāng)量長(zhǎng)度，流體流過(guò)局部的阻力，看成相當(dāng)于流體流經(jīng)一段與其具有相同直徑且長(zhǎng)度為的直管的阻力，一般由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。四、實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置及流程如圖1所示，水從水箱依次通過(guò)離心泵、出口調(diào)節(jié)閥、孔板流量計(jì)或收縮管、轉(zhuǎn)子流量計(jì)后，循環(huán)回到水箱。圖1. 管路設(shè)計(jì)與安裝實(shí)驗(yàn)裝置流程與部件主要技術(shù)參數(shù)：主管路內(nèi)徑：25mm，截面積為A1=490.9 mm2；收縮管內(nèi)徑20mm，截面積為A2=314.2 mm2；孔板的孔徑：15.128mm，截面積為Ao=179.7mm2。收縮比A2/A1=0.640；Ao/A1=0.366。U型管壓差計(jì)內(nèi)指示液位四氯化碳CCl4，其密度為rA=1594kg/m3。五、實(shí)驗(yàn)步驟. 將管路安裝在主管路的a、b點(diǎn)之間，用螺栓和螺母將連接法蘭緊固，然后將孔板流量計(jì)的兩個(gè)測(cè)壓口與壓差變送器的兩接口相連，順序?qū)φ? 打開(kāi)離心泵電動(dòng)機(jī)，調(diào)節(jié)出口閥門(mén)，檢漏，如不漏液，開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，從小到大改變流量十次，同時(shí)記錄轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)和控制柜上連接孔板流量計(jì)的壓差計(jì)讀數(shù)。測(cè)定完畢，關(guān)閉出口閥門(mén)，關(guān)閉離心泵電動(dòng)機(jī)。. 將管路卸下，把管路安裝在主管路的a、b點(diǎn)之間，將測(cè)量突然擴(kuò)大局部和突然縮小局部的四個(gè)取壓口與U型管壓差計(jì)連接好(c-c,d-d,e-e,f-f相連接)。. 打開(kāi)離心泵電動(dòng)機(jī)，調(diào)節(jié)出口閥門(mén)，檢漏，如不漏液，開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，將連接管路、接口處的管路內(nèi)的空氣排光，改變流量次，分別記錄兩個(gè)U型管壓差計(jì)及轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)。. 關(guān)閉出口閥門(mén)，關(guān)閉離心泵電動(dòng)機(jī)。打開(kāi)出口閥門(mén)，將管內(nèi)水放掉，然后卸下B管，放在原處。注意事項(xiàng)：1 安裝過(guò)程一定注意人身安全，避免碰傷、擦傷、砸傷；2 安裝之前一定要充分討論，思路明確，避免返工；3 根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要求，寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)步驟；4 實(shí)驗(yàn)中需測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)列成表格形式；5 實(shí)驗(yàn)結(jié)束應(yīng)檢查水、電是否關(guān)閉。6離心泵使用注意事項(xiàng)： 離心泵啟動(dòng)前，一般要灌水排氣，本設(shè)備因?yàn)樗梦恢帽人湟好娴停畷?huì)自動(dòng)流入泵內(nèi)，故可省去這一操作。如果水位太低，可能發(fā)生氣縛現(xiàn)象，泵發(fā)出噪聲，管路內(nèi)無(wú)水流量。 離心泵必須在出口閥關(guān)閉情況下啟動(dòng)，這樣可以防止因啟動(dòng)電流太大燒毀電機(jī)，也可以防止因啟動(dòng)時(shí)水流沖擊過(guò)大將壓差計(jì)中的水銀沖跑。 啟動(dòng)前應(yīng)檢查水泵是否轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，注意勿使人接觸電機(jī)或水泵，合閘時(shí)，動(dòng)作要堅(jiān)決，避免接觸不好。 啟動(dòng)后應(yīng)觀察水泵壓力表指針是否轉(zhuǎn)動(dòng)，如仍在零點(diǎn)，應(yīng)停車(chē)檢查，如果一切正常，可緩緩打開(kāi)出口閥，不使水泵長(zhǎng)時(shí)間在出口閥關(guān)閉下運(yùn)轉(zhuǎn)。停車(chē)時(shí)，應(yīng)先關(guān)出口閥，然后拉開(kāi)電閘。六、數(shù)據(jù)處理 1孔板流量計(jì)校核計(jì)算孔板流量計(jì)的孔流系數(shù)C0，整理出雷諾系數(shù)Re與孔流系數(shù)C0之間的關(guān)系曲線。所需物性數(shù)據(jù)為：管徑：25mm 液體水的密度：1000Kg/m3 黏度：0.001Pa.s 計(jì)算過(guò)程如下：以第1組數(shù)據(jù)為例管內(nèi)平均流速 雷諾準(zhǔn)數(shù) 則孔流系數(shù) 實(shí)驗(yàn)測(cè)定與數(shù)據(jù)處理結(jié)果列于表1中。表1.孔板流量計(jì)的測(cè)定數(shù)據(jù)與處理結(jié)果序號(hào)水流量Vh（m3/h）水流速u(mài)(m/s)孔板前后壓降（Kpa）雷諾準(zhǔn)數(shù)孔流系數(shù)C011.10.6226155620.4921.580.89410223500.54632.021.1415285000.57042.551.4421360000.60853.051.7329432500.61963.622.0539512500.63473.932.2245555000.64084.302.4353607500.64594.812.7267680000.642105.182.9377732500.645115.483.1087775000.642計(jì)算得到的co與Re的關(guān)系曲線示于圖2中。與課本上的圖1-33有所不同，原因未知。圖2. 實(shí)驗(yàn)測(cè)定孔板流量計(jì)co與Re的關(guān)系2突然擴(kuò)大、縮小局部阻力系數(shù)的測(cè)定U型管壓差計(jì)中指示液為液體四氯化碳，其密度為，液位高度差為R。因?yàn)榱黧w在突縮與突擴(kuò)過(guò)程中，動(dòng)能有所改變，所以應(yīng)列機(jī)械能衡算方程求局部阻力損失。所選截面即為取壓口的位置。圖3. 突縮與突擴(kuò)管路機(jī)械能衡算截面示意圖在1-1與2-2截面之間列機(jī)械能衡算式將上述三式聯(lián)立，可得：在3-3與4-4截面之間列機(jī)械能衡算式將上述三式聯(lián)立，可得：突縮與突擴(kuò)局部阻力公式中流速u(mài)以小管中的速度為準(zhǔn)。主管路內(nèi)徑：25mm，截面積為A1=490.9 mm2；收縮管內(nèi)徑20mm，截面積為A2=314.2 mm2。收縮比A2/A1=0.640。計(jì)算步驟如下：以第一組數(shù)據(jù)為例突然縮小R=0.242m管路中平均流速 小管中流速 則 0.323突然擴(kuò)大 R=0.042m管路中平均流速 小管中流速 則實(shí)驗(yàn)測(cè)定數(shù)據(jù)與計(jì)算結(jié)果列于表2 中。表2.管道突然擴(kuò)大(2025mm)與突然縮小(2520mm)對(duì)應(yīng)的U型管壓差計(jì)讀數(shù)：轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)V (m3/h)管徑25mm時(shí)的流速U1 (m/s)管徑20mm時(shí)的流速U2 (m/s)突然縮小壓降(m)阻力系數(shù)z1平均阻力系數(shù)z1突然擴(kuò)大壓降(m)阻力系數(shù)z2平均阻力系數(shù)z22.001.131.760.2420.3230.2590.0420.7460.7193.011.702.660.5060.2430.0710.7093.882.203.430.8070.2120.1150.7033. 討論根據(jù)課本中的圖1-28，收縮比A2/A1=0.640時(shí)，z1約等于0.20，z2約等于0.13。z1與實(shí)驗(yàn)測(cè)定的數(shù)據(jù)相差較小，而z2則與實(shí)驗(yàn)測(cè)定數(shù)據(jù)相差很大。究其原因，可能是取壓點(diǎn)的位置不合適，按照z2約等于0.13的情形，R2應(yīng)為負(fù)值，即經(jīng)過(guò)能量轉(zhuǎn)換，動(dòng)壓能重新轉(zhuǎn)化位靜壓能。按此思路，取壓口4的位置應(yīng)再向后移動(dòng)一段距離，直到靜壓能完全恢復(fù)。七、思考題1. 孔流系數(shù)與哪些因素有關(guān)？孔流系數(shù)Co與Re、Ao/A1、以及取壓法有關(guān)。2