化工流體管路設(shè)計(jì)

1、流體輸送管路設(shè)計(jì)目錄1.任務(wù)書(shū)2.設(shè)計(jì)過(guò)程 2.1流程圖 2.2管道設(shè)計(jì) 2.2.1主管道規(guī)格確定2.2.2管道特性方程估算2.3泵的設(shè)計(jì)2.3.1項(xiàng)目基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及相關(guān)信息2.3.2泵型號(hào)確定及其基礎(chǔ)特性參數(shù)2.3.3泵工作點(diǎn)確定及其性能參數(shù)的校正2.3.4泵的安裝高度估算2.4設(shè)計(jì)結(jié)果一覽圖表3條件變化對(duì)輸送系統(tǒng)的影響分析4操作過(guò)程及注意事項(xiàng)5設(shè)計(jì)評(píng)述6參考文獻(xiàn)7.符號(hào)說(shuō)明一、任務(wù)書(shū)某工廠需要將一定量溶劑從貯槽送往高位槽,兩槽液面穩(wěn)定,其間的垂直距離為10m, 溶劑溫度20, 溶劑貯槽液面與地面的距離為3m,試解決下列問(wèn)題： 選擇輸送管子,并畫出示意圖； 選擇合適類型的泵； 求泵的軸功率和電機(jī)

2、功率； 確定泵的安裝位置； 確定泵的工作點(diǎn)、損耗在閥門上的軸功率； 現(xiàn)若流量需增加10%,可采取什么措施? 分析管路設(shè)計(jì)中可行的節(jié)能措施。注：學(xué)號(hào)單號(hào)同學(xué)選用溶劑為乙醇，雙號(hào)同學(xué)選用溶劑為甲醇，輸送量為（50+學(xué)號(hào)最后兩位）噸/小時(shí)。要求：查閱相關(guān)工程設(shè)計(jì)手冊(cè)或其它文獻(xiàn)，寫出設(shè)計(jì)報(bào)告，對(duì)工藝參數(shù)的選用附上相關(guān)出處。二、設(shè)計(jì)過(guò)程1.流程圖2.管道設(shè)計(jì)2.1物理參數(shù)及操作環(huán)境條件在20，即303.15K下進(jìn)行，儲(chǔ)罐A與大氣相通，其液面上方大氣壓假定為1atm，離心泵根據(jù)管路計(jì)算選擇。輸送量為61000kg/h。常壓、303.15K下，乙醇的物性數(shù)據(jù)為：密度=789kg/m3,黏度=1.15*10-

3、3Pa·s。2.2管徑、流速、雷諾數(shù)的計(jì)算與流型的判斷工程設(shè)計(jì)中易燃易爆液體管道直徑的大小與安全流速值的大小有直接的關(guān)系。根據(jù)化工設(shè)計(jì)手冊(cè)1乙醇的安全流速u5m/s,結(jié)合乙醇在管路輸送的經(jīng)濟(jì)流速2，和泵吸入管的推薦流速0.5u2.0m/s和排出管的推薦流速2.4u3.0m/s3。假定液體在吸入管道內(nèi)的流速=2.2，在泵排出管內(nèi)的流速u1=3.0m/s,已知流量，由流量計(jì)算式得吸入管徑為：=112同理得排出管徑為：=96查流體輸送用不銹鋼無(wú)縫鋼管規(guī)格表【4】選取吸入管規(guī)格。則吸入管內(nèi)徑，實(shí)際流速為：吸入管雷諾數(shù)>4000因此可判斷流體的流形為湍流。選取排出管規(guī)格。則排出管內(nèi)徑，實(shí)

4、際流速為：排出管雷諾數(shù)因此可判斷流體的流形為湍流。查某些工業(yè)管道的絕對(duì)粗糙度表得新的無(wú)縫鋼管絕對(duì)粗糙度=0.02mm， 由于Re=4*1033*106，管內(nèi)徑50200mm,所以我們用顧毓珍公式公式：算得吸入管為0.0201，排出管為0.0196。4、管道特性方程估算（1）管件閥門數(shù)據(jù)由初步設(shè)計(jì)圖分析及查管件和閥件的局部阻力系數(shù)值表可得本項(xiàng)目所需閥門管件基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如下表所示：名稱個(gè)數(shù)備注標(biāo)準(zhǔn)彎頭20.75安泵處算一個(gè)彎頭閘閥30.17作為泵的切斷閥，全開(kāi)標(biāo)準(zhǔn)截止閥16.4作節(jié)流閥，按球心閥全開(kāi)處理(2)直管摩擦阻力的計(jì)算=0.0201+0.0196=1.6563m (3)局部阻力的計(jì)算。2.標(biāo)準(zhǔn)

5、彎頭造成的局部阻力。由管件與閥門的局部阻力系數(shù)表可查得，其90°的標(biāo)準(zhǔn)彎頭=0.75 3.閘閥造成的局部阻力。管件與閥門的局部阻力系數(shù)表可查得全開(kāi)的閘閥的=0.174.渦輪流量計(jì)管徑在80100之間，取2.42綜上，計(jì)算局部阻力=2.443m綜上可得總管路的特性方程為：=z+hf=10+1.6563+2.443=14.0993m（單位m）4管路的特性方程的計(jì)算在特定的管路系統(tǒng)中，于一定條件下操作時(shí)，上式中動(dòng)能一項(xiàng)可以忽略，z與p/g均為定值，令可將上式簡(jiǎn)化為，對(duì)于特定管路，可令將上式進(jìn)一步簡(jiǎn)化為。在本設(shè)計(jì)中：K=z +p/g=（zA+pA/g）A+（zB+pB/g）B =(10+0.

6、4×106998.2×9.81)×8001400+(14+0.2×106998.2×9.81)×6001400=43.809mG=(L+Led+)82d4gi×i=0.0236×(6+6.5+2.7+0.6)/0.09+1(82×0.094×9.81) 814+0.0246×(10+1.5+0.5)/0.077+1(82×0.0774×9.81) 614=1.65×104 s2/m5因此管路的特性方程可以表示為：He=43.809+1.65×10

7、4Qe（二）泵的選擇和設(shè)計(jì)1、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及相關(guān)信息1）介質(zhì)物性：輸送對(duì)象為乙醇，=789,=1.15*10-3Pas，基本無(wú)固體顆粒、氣體等雜質(zhì)。2）操作條件：液體溫度與環(huán)境溫度相等，為20，2、泵型號(hào)確定及其基礎(chǔ)性能參數(shù)由管路計(jì)算分析得需對(duì)管路提供的壓頭he=14.0993考慮到安全系數(shù)1.05到1.10，把泵的揚(yáng)程定為H=15.5m泵的流量至少為=78由上述信息查65Y60型泵性能表和性能曲線圖，選擇65Y60B型油泵并獲得泵的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：所選泵為單吸離心臥式油泵（Y），吸入口直徑65mm，單吸揚(yáng)程60m，葉輪級(jí)數(shù)為1，比基本型號(hào)65Y60離心油泵直徑小二級(jí)（B），原始性能參數(shù)（即出廠用20清

8、水測(cè)值）如下表所示。流量Q揚(yáng)程H轉(zhuǎn)速n軸功率N電機(jī)功率效率汽蝕余量泵殼允許應(yīng)力2038m2950r/min4.22kW5.5kW492.7m1570/2250結(jié)構(gòu)形式單級(jí)懸臂3、泵性能參數(shù)的校正及工作點(diǎn)的確定（1）工作點(diǎn)確定 由項(xiàng)目要求知主管道流量=77.3，等于泵原始性能參數(shù)中的流量值，故泵工作點(diǎn)為：=20；相應(yīng)=38m。由附圖查得最高效率=51%，泵應(yīng)在不低于92%內(nèi)工作，即高效區(qū)下界=92%=46.9%=49%，因此泵在高效區(qū)工作。（2）校正 本項(xiàng)目輸送液體為混合烷烴，非出廠時(shí)測(cè)定泵性能參數(shù)所用的清水，因此需要對(duì)泵的參數(shù)進(jìn)行校正。1）液體密度影響：離心泵流量、壓頭均與液體密度無(wú)關(guān)，效率也

9、不隨液體密度改變，但軸功率理論表達(dá)式為N=H/(102),可知其較正式N=kW=3.467kW。2)液體黏度影響：當(dāng)液體黏度20×時(shí)泵的性能參數(shù)需要進(jìn)行修正。（課本P94）本項(xiàng)目中液體的運(yùn)動(dòng)黏度為=0.975cSt20×，而計(jì)算可得20下水的運(yùn)動(dòng)粘度為=1.007 cSt,與混合烷烴值近似，故可認(rèn)為該液體黏度對(duì)泵參數(shù)基本無(wú)影響。3）另外，這里不考慮液體變化對(duì)離心泵汽蝕余量的影響?？偨Y(jié)以上分析，漿泵的實(shí)際工作參數(shù)列于下表：流量Q揚(yáng)程H轉(zhuǎn)速n軸功率N電機(jī)功率效率汽蝕余量泵殼允許應(yīng)力2038m2950r/min3.467kW5.5kW492.7m1570/2250結(jié)構(gòu)形式單級(jí)懸臂

10、4、泵的安裝高度估算泵的安裝高度Hg=,其中=120kPa=120 kPa, =820,=2.7m,罐泵間的動(dòng)壓頭損失=()=0.22m將各已知數(shù)帶入得安裝高度Hg=2.92m，結(jié)果表示泵應(yīng)安裝在低于油罐液面2.92m處。（三）設(shè)計(jì)結(jié)果一覽圖表二、條件變化對(duì)輸送系統(tǒng)的影響分析2、操作條件變化（1）流量變化：理論上流量變化基本不會(huì)改變管道特性方程He=K+G中的兩個(gè)參數(shù)。由65Y60B泵的性能表可知，輸送液體流量稍有增加或減小在 范圍左右變動(dòng)時(shí)，所選泵均能維持系統(tǒng)正常運(yùn)行?？梢哉{(diào)節(jié)輸送管路上的閥門改變管路特性來(lái)使系統(tǒng)處于不同的工作點(diǎn)。但要求流量若在該范圍之外，則要考慮換其他型號(hào)的泵。（2）壓力變

11、化：若油罐A，高位槽B、C內(nèi)的壓力有較大變動(dòng)，要滿足輸送要求，則需要重新設(shè)計(jì)管路以及選擇泵型。因?yàn)閺脑O(shè)計(jì)過(guò)程來(lái)看壓力確定是一個(gè)大的前提，其變化會(huì)導(dǎo)致管路特性方程中K值的變化，進(jìn)而影響隨后的設(shè)計(jì)，另外由泵安裝高度計(jì)算式Hg=得P變化也會(huì)對(duì)泵位置的確定有影響。三、設(shè)計(jì)評(píng)述1、對(duì)設(shè)計(jì)的整體概括 本次設(shè)計(jì)根據(jù)項(xiàng)目所給條件先確定主管道規(guī)格，然后設(shè)定c支管道的規(guī)格與主管道相同（依據(jù)是減小截面突變而引起丫頭損失），再根據(jù)分支管路內(nèi)單位質(zhì)量流體在流動(dòng)終了時(shí)機(jī)械能與能量損失之和相等的特點(diǎn)列式并用試差法得出b支管路的規(guī)格，最后計(jì)算出管路的特性方程并選出滿足要求的泵。本設(shè)計(jì)對(duì)孔板流量計(jì)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，對(duì)六項(xiàng)因素導(dǎo)致管路

12、壓頭的損失進(jìn)行了分析估算，對(duì)泵的性能參數(shù)進(jìn)行了校正，還分析了液體物性和操作條件變化對(duì)系統(tǒng)的影響。2、設(shè)計(jì)的不足之處分析 本設(shè)計(jì)只是初步設(shè)計(jì)，其中有很多忽略或不嚴(yán)密之處：（1） 因設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)未給出詳細(xì)的罐槽平立面相對(duì)位置，對(duì)管道長(zhǎng)度做了近似處理。（2） 管道上管件閥門個(gè)數(shù)、類型以及局部阻力系數(shù)也是大致的情況并按照閥門全開(kāi)處理，實(shí)際施工完成后可能與之有一定差別。設(shè)計(jì)未能給出所用閥門管件的具體規(guī)格、相關(guān)參數(shù)及在管路中的相對(duì)位置。（3） 管道特性方程計(jì)算Re對(duì)值的影響。（4） 未對(duì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。（5） 因泵安裝引起的管道壓頭損失估算過(guò)程不很嚴(yán)密，且未將單向底閥、旁路流量調(diào)節(jié)的輔助管路、放凈閥

13、及其所在支路等對(duì)管道特性方程的影響考慮在內(nèi)。（6） 泵的確定所用圖表來(lái)自1976年的參考資料，可能會(huì)與現(xiàn)在有所不同，但我將其與流體流動(dòng)課本后泵規(guī)格表對(duì)比了一下發(fā)現(xiàn)差別幾乎可以忽略不計(jì)。（7） 安裝高度一項(xiàng)未考慮因“倒灌”安裝而導(dǎo)致管路長(zhǎng)度的變化。（8） 未考慮安裝安全閥的問(wèn)題，為對(duì)系統(tǒng)的安全性進(jìn)行分析。（9） 限于時(shí)間及技術(shù)問(wèn)題，作業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)然以上幾點(diǎn)只是不足之處的部分情況，是我個(gè)人能夠察覺(jué)到的明顯存在不足的地方，還需要進(jìn)一步分析整個(gè)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題。參考文獻(xiàn)（1） 柴誠(chéng)敬、張國(guó)亮.化工流體流動(dòng)與傳熱.第二版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.（2） 婁愛(ài)娟.吳志泉.吳敘美.化工設(shè)計(jì).上海:華東理工

14、大學(xué)出版社，2002.（3） 石油化學(xué)工業(yè)部石油化工規(guī)劃設(shè)計(jì)院組織.泵和電動(dòng)機(jī)的選用.第一版.北京:石油化學(xué)工業(yè)出版社,1976.（4） 高鴻賓.有機(jī)化學(xué).第四版.北京：高等教育出版社，2005（5） 石油化工劇毒、易燃、可燃介質(zhì)管道施工及驗(yàn)收規(guī)范的規(guī)定進(jìn)行（6） 無(wú)縫鋼管：在化工廠中廣泛應(yīng)用，特點(diǎn)是品質(zhì)均勻、強(qiáng)度高，可用于輸送有壓力的物料、蒸汽、高壓水、過(guò)熱水以及輸送有燃燒性、爆炸性和有毒害性的物料，極限工作溫度為435。 輸送強(qiáng)腐蝕性或高溫介質(zhì)(可達(dá)900950)則用合金鋼或耐熱鋼制成的無(wú)縫鋼管，如鎳鉻鋼能耐HN03與H3PO4等，但具有還原性的介質(zhì)不宜采用。無(wú)縫鋼管還可用作各種設(shè)備的換熱

15、管。無(wú)縫鋼管可用法蘭或焊接聯(lián)接，兩種連接方法通?；旌喜捎茫?） 輸送易燃、易爆、有毒及有腐蝕性的物料管道不得鋪設(shè)在生活間、樓梯、走廊和門等處，這類管道上應(yīng)設(shè)安全閥、防爆膜、阻火器和水封等防火防爆裝置，并應(yīng)將放空管引到指定地點(diǎn)或高過(guò)屋面2米以上（8） 管道鋪設(shè)時(shí)應(yīng)有一定的坡度，坡度的方向一般為1/100-5/1000 （9） 管道應(yīng)盡量沿墻面鋪設(shè)，或鋪設(shè)在固定在墻上的管架上，管道與墻之間的距離以能容納管件、閥門及方便安裝維修為原則（10） 為安裝和操作方便，管道上的閥門和儀表的布置高度可參考以下數(shù)據(jù)： 閥門（包括球閥、截止閥、閘閥） 1.2-1.6m安全閥 2.2m 溫度計(jì)、壓力計(jì) 1.1-1.6m（11） 為方便管道安裝、檢修及防止變形后碰撞，管道間應(yīng)該保持一定的間距。閥門、法蘭應(yīng)盡量錯(cuò)開(kāi)排列，以減少間距。（12） 為了