管徑選擇與管道壓力降計算(一)1~60

管徑選擇與管道壓力降計算

第一部分管徑選擇

1.應用范圍和說明

1.0.1本規(guī)定適用于化工生產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。

1.0.2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系，應根據這些費用作出經濟比

較，以選擇適當的管徑，此外還應考慮安全流速及其它條件的限制。本規(guī)定介紹

推薦的方法和數據是以經驗值，即采用預定流速或預定管道壓力降值(設定壓力降

控制值)來選擇管徑，可用于工程設計中的估算。

1.0.3當按預定介質流速來確定管徑時，采用下式以初選管徑：

d=18.81W0-5u0-5p-0'5(1.0.3—1)

或d=18.81Vo0-5u0-5(1.0.3—2)

式中

d------管道的內徑，mm；

W------管內介質的質量流量，kg/h；

Vo——管內介質的體積流量，m3/h；

p——介質在工作條件下的密度，kg/m3；

u------介質在管內的平均流速，m/So

預定介質流速的推薦值見表2.0.1。

1.0.4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°38p-°207心33Jpfl00^207(1.0.4—1)

03801730033-0207

或d=18,16V0-pgZlPnoo-(1.0.4—2)

式中

口——介質的動力粘度，Pa?s；

/Pfioo——100m計算管長的壓力降控制值，kPao

推薦的/Pfioo值見表2.0.2。

1.0.5本規(guī)定除注明外，壓力均為絕對壓力。

2.管道內流體常用流速范圍和一般工程設計中的壓力降控制值

2.0.1管道內各種介質常用流速范圍見表2.0.1。表中管道的材質除注明外，一律為

鋼。該表中流速為推薦值。

2.0.2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

介質工作條件或管徑范圍流速m/&

DN>20030?40

飽和藜汽ON=200?10035?25

DNV10030-15

PVIMPa15?20

飽和蒸汽P=1?4MPa20?40

P=4?12Mpa40?60

DN>20040?60

過熱蒸汽DN=200?10050?30

DN<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

P40.3MPa（表）8?12

P=0.3-0.6MPa（表）20?10

壓縮氣體P=0.6?iMPa（表）15?10

P=1?2MPa（表）12~8

P=2?3MPa（表）8?3

P=3?3QMPa（表）3—0.5

續(xù)表2.0.1

介質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

P=0.6?IMPa（表）6?4

P=2?3MPa（表）4?3

管道長50?100m

尸40.027MPa3-0.75

煤氣

尸《0.27MPa12?8

P40.8MPa12?3

半水煤氣P=0.1?0.15Mpa（表）10?15

天然氣30

煙道內3?6

煙道氣

管道內3?4

石灰窯窯氣10?12

氮氣P=5?lOMPa2?5

氫氮混合氣性③p=20?30MPa5?10

p=真空15?25

P<0.3MPa（表）8?15

氨氣

P<0.6MPa（表）10?20

PV2MPa（表）3?8

乙烯氣P=22?150Mpa（表）5-6

P<0.OIMPa（表）3?4

乙快氣注④P<0.15MPa（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.l~0.3MPa（表）0.5-2

尸&IMPa（表）3-0.5

水及粘度相似的液體

8MPa（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

DN1001.0-1.6

粘度0.IPa?s

DN250.3?0.6

DN500.5?0.7

油及粘度較大的液體

DN1000.7-1.0

DN2001.2—1.6

粘度IPa-s

DN250.1-0.2

DN500.16?0.25

ONI000.25?0?35

DN2000.35-0.55

續(xù)表2.0.1

介質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

鼓風機吸入管10?15

鼓風機排出管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

往復式真空泵吸入管13?16

往復式真空泵排出管25?30

油封式真空泵吸入管10?13

續(xù)表2.0.1

介質工作條件或管徑范圍流速m/s

往復泵吸入管0.5—1.5

往復泵排出管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，在選用時還應參照相應的國家標準。

②氧氣流速應參照《氧氣站設計規(guī)范》(GB50030-91).

③氫氣流速應參照《氫氧站設計規(guī)范》(GB50177-93).

④乙塊流速應參照《乙塊站設計規(guī)范》(GB50031-91).

一般工程設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

介質管道種類壓力降kPa

負壓管道法e

F449kPa1.13

49kPa<P<101kPa1.96

通風機管道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

3.0.1初選管徑后，應在已確定的工作條件及物料性質的基礎上，按不同流動情況

的有關公式，準確地作出管道的水力計算，再進一步核定下述各項：

3.0.2所計算出的管徑應符合工程設計規(guī)定；

3.0.3滿足介質在管道輸送時，對流速的安全規(guī)定；

3.0.4滿足噪聲控制的要求。

第二部分管道壓力降計算

1單相流（不可壓縮流體）

1.1簡述

1.1.1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)

已基本確定各有關主要設備的工作壓力的情況下，進行系統(tǒng)的水力計算。根據化

工工藝要求計算各主要設備之間的管道（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，在此基礎上確定管

道尺寸、設備接管口尺寸、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。

1.1.2牛頓型流體是流體剪應力與速度梯度成正比而粘度為其比例系數。凡是氣體

都是牛頓型流體，除由高分子等物質組成的液體和泥漿外，多數液體亦屬牛頓型

流體。

1.2計算方法

1.2.1注意事項

1.2.1.1安全系數

計算方法中未考慮安全系數，計算時應根據實際情況選用合理的數值。通常,

對平均需要使用5?10年的鋼管，在摩擦系數中加20%?30%的安全系數，就可

以適應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%o的安全系數。規(guī)定中對摩擦壓力降計算結果按1.15倍系數來確定系統(tǒng)的摩

擦壓力降，但對靜壓力降和其它壓力降不乘系數。

1.2.1.2計算準確度

在工程計算中，計算結果取小數后兩位有效數字為宜。對用當量長度計算壓

力降的各項計算中，最后結果所取的有效數字仍不超過小數后兩位。

1.2.2管徑

1.2.2.1確定管徑的一般原則

（1）應根據設計條件來確定管道直徑，需要時，可以有設計條件下壓力降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，應考慮一定的循環(huán)量；

b.泵、壓縮機和鼓風機的管道，應按工藝最大流量（在設備設計允許的流速

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，應按可能得到的壓差來確定。

(2)在允許壓力降范圍內，應采用經濟管徑，某些管道中流體允許壓力降

范圍見表1.2.2—lo

(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122

-2。

1.2.2.2管徑計算

MV(吟。3

4=18.8，=18.8一

計算公式如下：卜⑺(u刀(1.2.2-1)

式中

d----管道內直徑，mm；

3

Vf—流體體積流量，m/h；

u---流體平均流速，m/s；

W----流體質量流量，kg/h；

p---流體密度，kg/m3o

通?？捎蓤D1.2.2—1或圖122—2查得管徑。

管內徑(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)經濟管徑圖

某些管道中流體允許壓力降范圍表1.2.2—1

序號管道種類及條件壓力降范圍kPa（100m管長）

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)管道及壓縮機出口管0.23~12

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

序號介質條件管道材料最大允許流速m/S

1燒堿液(濃度＞5%)碳鋼1.22

2濃硫酸(濃度＞80%)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

管徑2900襯水泥或瀝青鋼管4.60

管徑＜900襯水泥或瀝青鋼管6.00

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。

1.2.3管路

1.2.3.1簡單管路

凡是沒有分支的管路稱為簡單管路。

(1)管徑不變的簡單管路，流體通過整個管路的流量不變。

(2)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=V『V滔VB……(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=/Pi+/P2+/P3+..(1.2.3—2)

1.2.3.2復雜管路

凡是有分支的管路，稱為復雜管路。復雜管路可視為由若干簡單管路組成。

(1)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

/P=/P1=/P2=/P3.......(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+Vn+VB十……(1.2.3—4)

(2)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。

1.2.4管道壓力降計算

1.2.4.1概述

(1)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

端標高差而產生的；速度壓力降是指管道始端和終端流體流速不等而產生的壓力

降。

(2)對復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

度按最遠一臺設備計算。

(3)對因結垢而實際管徑減小的管道，應按實際管徑進行計算。

雷諾數按下式計算：

Re=處=354上=354=(1.2.4-1)

/LId/Lid/Li

式中

Re——雷諾數，無因次；

u---流體平均流速，m/s；

d---管道內直徑，mm；

M---流體粘度，mPa,s；

W——流體的質量流量，kg/h；

Vf---流體的體積流量，m3/h；

p——流體密度，kg/nA

(4)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(￡/d)o

絕對粗糙度表示管子內壁凸出部分的平均高度。在選用時，應考慮到流體對

管壁的腐蝕、磨蝕、結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￡=o.2mm；輸

送水時，若為冷凝液(有空氣)則取￡=0.5mm；純水取￡=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，對摩擦系數影響程度愈大，因此用s

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影響甚大。

摩擦系數(入)與雷諾數(Re)及管壁相對粗糙度(￡/d)的關系見圖124—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⑸的關系見圖1.2.4—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1.2.4—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金木管道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

(5)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)生產中流體流型大多

屬于過渡區(qū)，見圖124—1所示。

確定管道內流體流動型態(tài)的準則是雷諾數(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

雷諾數依分z=°

圖1,2.4-1摩擦系數與雷諾數(Ke)及管壁相對粗糙度《/d)的關系

0.002

W

溫

0.00]帳

里

0.0008

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