管道水力計(jì)算1117.doc

1 管管 道道 水水 力力 計(jì)計(jì) 算算 新大技術(shù)研究所 戴頌周新大技術(shù)研究所 戴頌周 2012 年年 3 月月 2 日日 2 目目 錄錄 第一章第一章 單相液體管內(nèi)流動(dòng)和管道水力計(jì)算單相液體管內(nèi)流動(dòng)和管道水力計(jì)算 3 第一節(jié) 流體總流的伯努利方程 3 一 流體總流的伯努利方程 3 二 流體流動(dòng)的水力損失 3 第二節(jié) 流體運(yùn)動(dòng)的兩種狀態(tài) 6 一 雷諾實(shí)驗(yàn) 6 二 雷諾數(shù) 7 三 圓管中紊流的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征 速度分布 7 四 雷諾數(shù)算圖 8 第三節(jié) 沿程水力損失 9 一 計(jì)算方法 9 第四節(jié) 局部水力損失 14 第五節(jié) 管道的水力計(jì)算 17 一 管道流體的允許流速 經(jīng)濟(jì)流速供參考 17 二 簡單管道的水力計(jì)算 19 第二章第二章 玻璃鋼管道水力計(jì)算玻璃鋼管道水力計(jì)算 20 第一節(jié) 玻璃鋼管道水力計(jì)算公式 20 一 玻璃鋼管道水力計(jì)算公式 20 二 管道水力壓降曲線 21 三 常用液體壓降的換算 21 四 常用管件壓降 23 第二節(jié) 油氣集輸管道壓降計(jì)算 24 第三節(jié) 玻璃鋼輸水管線的水力學(xué)特性 25 一 玻璃鋼輸水管水流量計(jì)算 25 二 玻璃鋼輸水管水擊強(qiáng)度計(jì)算 25 第三章第三章 管道水力學(xué)計(jì)算中應(yīng)注意的幾個(gè)問題管道水力學(xué)計(jì)算中應(yīng)注意的幾個(gè)問題 28 一 熱油管道的工藝計(jì)算 28 二 油水兩相液體的工藝計(jì)算 28 三 地形變化時(shí)的水力坡降 30 3 第一章第一章 單相液體管內(nèi)流動(dòng)和管道水力計(jì)算單相液體管內(nèi)流動(dòng)和管道水力計(jì)算 第一節(jié)第一節(jié) 流體總流的伯努利方程流體總流的伯努利方程 一 流體總流的伯努利方程一 流體總流的伯努利方程 1 流體總流的伯努利方程式 能量方式 g c g P Z 2 2 111 1 w h g c g P Z 2 2 222 2 2 方程的分析 1 方程的意義 物理意義 不可壓縮的實(shí)際流體在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)的能量守恒 或者說 上 游機(jī)械能 下游機(jī)械能 能量的損失 2 各項(xiàng)的意義 21 z z 單位重量流體所具有的位能 或位置水頭 m 即起點(diǎn) 終點(diǎn)標(biāo)高 gpgp 21單位重量流體所具有的壓能 或壓強(qiáng)水頭 m 即 P1 P2為起點(diǎn) 終點(diǎn)液流壓力 gcgc2 2 2 22 2 11 單位重量流體所具有的動(dòng)能 或速度水頭 m 即 C1 C2為液流起 終點(diǎn)的流速 21 單位重量流體的動(dòng)能修正系數(shù) w h 單位重量流體流動(dòng)過程的水力損失 m 二 流體流動(dòng)的水力損失二 流體流動(dòng)的水力損失 1 水力損失的計(jì)算 液體所以能在管道中流動(dòng) 是由于泵或自然位差提供的能量 液體流動(dòng)過 程中與各種管道 閥件 管件發(fā)生摩擦或撞擊而產(chǎn)生阻力 同時(shí)液體質(zhì)點(diǎn)間的 互相摩擦和撞擊也要產(chǎn)生阻力 為了使液體繼續(xù)流動(dòng) 就必須供給能量 以克 服這些阻力 用于克服液流阻力的能量 就是管路摩阻損失 水力損失一般包 括兩項(xiàng) 即沿程損失 f h 與局部損失 m h 因此 流體流動(dòng)時(shí)上 下游截面間的總 水力損失 w h 應(yīng)等于兩截面間的所有沿程損失與局部損失之和 即 4 mfw hhh 2 關(guān)于沿程損失 1 實(shí)質(zhì) 沿程流動(dòng)過程中 由于實(shí)際流體具有黏性 流體層之間以及流體 與壁面間將產(chǎn)生摩擦阻力損失 即沿程損失 因此 其實(shí)質(zhì)是摩擦損失 2 發(fā)生的地點(diǎn) 平順長直的管段上 或者說等徑直管段上 3 計(jì)算式 g c d l hf 2 2 式中 沿程損失系數(shù) dl 管段長度與內(nèi)直徑 m c 管道截面上的平均 流速 m s 3 關(guān)于局部損失 1 實(shí)質(zhì) 由于實(shí)際流體具有黏性 在流經(jīng)有局部變化的管段時(shí)將產(chǎn)生碰擦 并產(chǎn)生漩渦而引起阻力損失 即局部損失 因此 其實(shí)質(zhì)是漩渦損失 2 發(fā)生的地點(diǎn) 管段有局部改變的地點(diǎn) 如突變 漸變 轉(zhuǎn)折 彎曲 分 匯流及有閥門等管道附件處 3 計(jì)算式 g c hm 2 2 式中 局部損失系數(shù) 4 兩種水頭損失大小比重 5 管道按布置分 簡單管道 復(fù)雜管道 串聯(lián)管道 并聯(lián)管道 分枝管道 兩種水頭損失 大小比重 短管 局部水頭損失 流速水頭 占總水頭損失較大 大于 5 計(jì)算時(shí)不能忽略 長管 沿程水頭損失水為主 局 部損失和流速水頭在總水頭損失 中所占比重很小 計(jì)算時(shí)可忽略 6 第二節(jié)第二節(jié) 流體運(yùn)動(dòng)的兩種狀態(tài)流體運(yùn)動(dòng)的兩種狀態(tài) 一 雷諾實(shí)驗(yàn)一 雷諾實(shí)驗(yàn) 1 實(shí)驗(yàn)裝置 由于實(shí)際流體具有粘性 因此流體在管道中流動(dòng)時(shí) 緊貼管壁的流體其速 度必然為零 而離開管壁越遠(yuǎn) 流速逐漸增大 到管道中心處的流速最大 2 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 1 如圖 出現(xiàn)層流 臨界流及紊流的流動(dòng)狀態(tài) A 層流 流體質(zhì)點(diǎn)間分層運(yùn)動(dòng) 不相摻混 B 紊流 流體質(zhì)點(diǎn)間不再分層運(yùn)動(dòng) 而是相互摻混 呈現(xiàn)較混亂的狀態(tài) C 臨界流 又稱過渡流 是層流向紊流或紊流向?qū)恿鬓D(zhuǎn)變的過渡狀態(tài)流動(dòng) 2 層流向紊流轉(zhuǎn)變時(shí)的臨界速度 A 下臨界速度 cnx 紊流向?qū)恿鬓D(zhuǎn)變時(shí)的臨界速度 B 上臨界速度 cns 層流向紊流轉(zhuǎn)變時(shí)的臨界速度 工程上 下臨界速度更有實(shí)際意義 3 影響流動(dòng)狀態(tài)的因素 A 流速 B 流體的物性 主要是密度 黏度等 C 管道的特征尺寸 管 內(nèi)流動(dòng)一般取管內(nèi)直徑 上述因素的綜合 便是雷諾數(shù) Re 7 二 雷諾數(shù)二 雷諾數(shù) 1 表達(dá)式 d Qcdcd 4 Re 式中 密度 kg m 動(dòng)力粘度 mPa s 運(yùn)動(dòng)粘度 s 運(yùn)動(dòng)粘度等于動(dòng)力粘度與流體密度 之 比 管道截面上的平均流速 m s d 管道內(nèi)直徑 m Q 管路中介質(zhì)體積流量 米 3 秒 雷諾數(shù) Re 是判斷流體流動(dòng)狀態(tài)的判據(jù) 它表示流體所受的慣性力與黏性力 之比 若 Re 數(shù)較小 則黏性力占主導(dǎo)地位 流體易保持原來狀態(tài)而呈現(xiàn)層流狀 態(tài) 若 Re 數(shù)較大 則慣性力占主導(dǎo)地位 流體易打破原來狀態(tài)而呈現(xiàn)紊流狀態(tài) 2 管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的臨界雷諾值 Rec 2000Re dcdc nxnx c 3 一般管內(nèi)流 粗糙管 管內(nèi)流動(dòng)時(shí)流態(tài)的判定 Re4000 時(shí) 流體為紊流 4000 Re 2000 時(shí) 流體為臨界流 三 圓管中紊流的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征三 圓管中紊流的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征 速度分布速度分布 1 圓管橫截面積的紊流結(jié)構(gòu) 1 近壁處 流體呈層流體 2 管中心較大區(qū)域 流體呈紊流狀態(tài) 3 層流至紊流過渡區(qū) 2 水力光滑和水力粗糙 8 1 絕對粗糙度與相對粗糙度 平面凸起的平均高度稱為絕對粗糙度 記 作 絕對粗糙度 與管內(nèi)直徑 d 之比 d 稱為相對粗糙度 2 水力光滑與水力粗糙 紊流的層流底層厚度 大于壁面的絕對粗糙度 即 稱此時(shí)管道為水力光滑管 反之 即 Re2 2 2174 1 1 g 二 利用莫迪圖 Moody Figure 查 值 10 莫迪圖查法 橫坐標(biāo)為雷諾數(shù) Re 右側(cè)縱坐標(biāo)為當(dāng)量的相對粗糙度 d 其中當(dāng)量粗糙度 可按經(jīng)驗(yàn)查書 P158表 4 4 左側(cè)縱坐標(biāo)即為沿程水力 損失系數(shù) 查圖時(shí) 利用 Re 和 d 所對應(yīng)的曲線交點(diǎn) 即可獲得 利用 莫迪曲線圖 確定沿程阻力系數(shù)值 即能確定流動(dòng)是在那一區(qū)域內(nèi) 非常方 便 莫迪圖莫迪圖 在以上不同流態(tài)下的的 值表中 雷諾數(shù)是一個(gè)劃分流態(tài)的標(biāo)準(zhǔn) Re VD v 它標(biāo)志著液流中因粘滯性造成的阻力損失和由于液體質(zhì)點(diǎn)碰撞造成的 慣性力損失 在總的阻力損失中所占的地位 Re 很小時(shí) 粘滯阻力起主要作用 Re 很大時(shí) 慣性力損失起主要作用 v 流體的粘度 s e 管子的絕對粗糙度 mm 表示管道內(nèi)壁突起的絕對高度 絕對粗糙度與管道 內(nèi)徑的比值稱為相對粗糙度 即 由于管道內(nèi)壁的絕對粗糙度分布 D e r e2 不均 且大小不等 因此 在實(shí)際上采用的是絕對粗糙度平均值 稱之為當(dāng)量 粗糙度 以 K 表示 其植受管子材料 使用年限 腐蝕程度的影響 對于絕 大數(shù)鋼管 當(dāng)量粗糙度 K 0 1 0 2mm 對于輸油管建議采用 K 0 14 0 15mm 東 北輸油管道設(shè)計(jì)時(shí)取 K 0 2mm 11 三 管壁當(dāng)量粗糙度 K 管壁內(nèi)表面特征K 毫米 新無縫鋼管 0 04 0 17 使用幾年后的鋼管 0 19 腐蝕較嚴(yán)重的舊鋼管 0 6 0 67 清潔的無縫銅管 鉛管 0 01 新鑄鐵管 0 3 石棉水泥管 0 3 0 8 橡皮軟管 0 01 0 03 玻璃鋼管 0 0053 四 不同流態(tài)的 A m 值 為方便計(jì)算 將上式用一種形式表示 以 表示水力摩擦系數(shù) 并將 代入上式 整理后寫出 m A Re 2 4 D Q V D Q R 5 4 e L D Q Ht m m m 5 2 式中 秒 2 米 g A mm 2 4 8 Q 體積流量 m s 液體運(yùn)動(dòng)粘度 s D L 管內(nèi)徑 管道長 米 A m 是與流態(tài)有關(guān)的常數(shù) 不同流態(tài)下的 A m 值見列賓公式 12 輸油管道水力學(xué)計(jì)算公式 列賓宗公式 不同流態(tài)的 A m 值 流態(tài)Am s2 m h m 層流64115 4 g 128 L d Qv h 4 15 4 紊流光 滑區(qū) 0 31640 25 0246 0 g4 3164 0 8 75 1 25 0 L d vQ h 75 4 25 0 75 1 0246 0 混合摩 擦區(qū) A0 123 A A 0802 0 4 g2 246 0 L d vQ Ah 877 4 123 0 877 1 0802 0 A 100 127lg 0 627 粗糙區(qū) 0 0826 0 g 8 2 L d Q h 5 2 0826 0 注 混合區(qū)計(jì)算式為從推導(dǎo)出 其誤差約為 5 25 0 Re 68 11 0 五 各流態(tài)區(qū)域液流摩阻與流量 Q 粘度 管內(nèi)徑 D 管道長 L T h 等參數(shù)間的關(guān)系 1 流量 Q 對摩阻的影響 在管徑一定及其它條件相同的情況下 液體的流量越大 摩阻損失也越大 而且在不同的流態(tài)區(qū) 流量對摩阻的影響程度各不相同 層流區(qū) 摩阻與流量 成正比 Q 紊流水力光滑區(qū)摩阻與流量的 1 75 次方成正比 Q1 75 T h T h 紊流粗糙區(qū)摩阻與流量的平方成正比 Q2 即流量增加一倍 紊流區(qū)摩 T h 阻增加三倍 層流區(qū)和水利光滑區(qū)各增加 1 倍和 2 36 倍 2 粘度對摩阻的影響 當(dāng)其它條件都相同時(shí) 液流的粘度越大 摩阻損失也越大 層流區(qū) 粘度 對摩阻的影響最顯著 摩阻與粘度成正比 水力光滑區(qū) 摩阻與粘 T h 度的 0 25 次方成正比 0 25 阻力平方區(qū) 粘度不影響摩阻損失 T h 3 管道 L 長對摩阻的影響 13 摩阻損失與管道長度成正比關(guān)系 L 這對各流態(tài)都一樣 T h 4 管徑 D 對摩阻的影響 管徑越大 摩阻損失越小 在層流區(qū) 水力光滑區(qū) T h 4 1 D T h 紊流粗糙區(qū) 即 當(dāng)管徑增加一倍時(shí) 不同流態(tài)區(qū)的摩 75 4 1 D T h 5 1 D 阻相應(yīng)減少為原來的 1 16 1 27 1 32 從以上的分析可以看出 管道直徑對摩阻損失的影響最大 因此 要改變 摩阻損失 變更管道直徑 效果最為明顯 在實(shí)際輸油管道中 一般很少出現(xiàn)紊流粗糙區(qū) 熱油管道常在水力光滑區(qū) 輕油 汽油 煤油 柴油等 管道多在混合摩擦區(qū) 只有輸送高粘度的中質(zhì)油 時(shí)才可能出現(xiàn)在層流區(qū) 14 第四節(jié)第四節(jié) 局部水力損失局部水力損失 一 局部水力損失的計(jì)算 1 計(jì)算式 半經(jīng)驗(yàn)公式 根據(jù)相似理論推導(dǎo) g c hm 2 2 由上式可知 其計(jì)算關(guān)鍵是局部水力損失系數(shù) 2 局部水力損失系數(shù)的影響因素 Re 局部阻件的性質(zhì)等 df 式中 局部摩阻系數(shù) 它隨著管件的尺寸 液流的流態(tài)以及粘度的不 同而不同 二 當(dāng)量長度和局部摩阻系數(shù) 有時(shí)為了計(jì)算方便 還用當(dāng)量長度來表示局部摩阻 管件的局 D L 部阻力相當(dāng)長的直管道的沿程摩阻 計(jì)算摩阻損失的時(shí)候 在管道長度 L 這 L 項(xiàng)加上即可 L 各種管件 閥件等的當(dāng)量長度和局部阻力系數(shù)一般由試驗(yàn)測得 可查水力 學(xué)和有關(guān)手冊 這里必須注意的是 各種文獻(xiàn)手冊中介紹的和值 都是在 L 紊流狀態(tài)下測得的 且數(shù)值各有出入 應(yīng)注意選擇 下表中摘錄了部分文件 閥件等的 和值 它們只適用于紊流狀 L D L 態(tài) 表中是根據(jù) 0 022 算的 如實(shí)際中的水力摩阻系數(shù)為 則應(yīng)換算為 022 0 o 15 當(dāng)量長度和局部摩阻系數(shù) 局部摩阻名稱 D L o 局部摩阻名稱 D L o 無保險(xiǎn)門油罐出口230 5通過三通180 4 有保險(xiǎn)門油罐出口400 9轉(zhuǎn)彎三通451 有起落的油罐出口1002 2轉(zhuǎn)彎三通601 3 45 焊接彎頭140 3 轉(zhuǎn)彎三通230 5 90 單折彎頭601 3 轉(zhuǎn)彎三通1363 90 雙折彎頭300 65 轉(zhuǎn)彎三通400 9 彎管 Z 2d230 5閘板閥230 5 彎管 Z 3 5 d120 25普通截止閥 d 1574016 通過三通 20 04普通截止閥 d 2046010 通過三通 4 50 1 普通截止閥 d 25 40 4109 普通截止閥 d 50 及 50 以上 3207單向供給閥3608 斜桿截止閥 d 15 25 1403單向保險(xiǎn)閥821 3 斜桿截止閥 d 401102 5填函式補(bǔ)償器230 5 斜桿截止閥 50 及 以上 902 型補(bǔ)償器902 旋塞 d 151804波型補(bǔ)償器140 3 旋塞 d 20 及 20 以上 902輕油過濾器771 7 灌油旋塞 d 2569015重油過濾器1002 2 帶濾網(wǎng)的單向閥 d 20 1603 5流量計(jì)460 49010 15 關(guān)于層流狀態(tài)下的局部摩阻系數(shù)研究的比較少 目前采用下列公式計(jì)算 n 0 16 式中 紊流狀態(tài)下的局部阻力系數(shù) 0 輔助系數(shù) 見下表 輔 助 系 數(shù) Re Re 2004 216002 95 4003 8118002 90 6003 5320002 84 8003 3722002 48 10003 3224002 26 12003 1226002 12 14003 0128001 98 17 第五節(jié)第五節(jié) 管道的水力計(jì)算管道的水力計(jì)算 通過計(jì)算可以獲得管徑 d 流速 c 流量 qv 兩類損失 hf及 hm 位置水頭 差 H 壓強(qiáng) p 等 進(jìn)一步可選取動(dòng)力源類型 確定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式及進(jìn)行分析 比較等 一 管道流體的允許流速 經(jīng)濟(jì)流速供參考 一 管道流體的允許流速 經(jīng)濟(jì)流速供參考 對于常規(guī)管路系統(tǒng)計(jì)算 可在 管道設(shè)計(jì)規(guī)范 指導(dǎo)下 根據(jù)上述內(nèi)容進(jìn) 行即可 其中若有較多未知項(xiàng) 還需依經(jīng)驗(yàn)先行選取 最后進(jìn)行校核 管道流 體輸送的允許流速 yx c 即經(jīng)濟(jì)流速 下表可作為流速選取的參考 經(jīng)濟(jì)流速 當(dāng)輸送的液體流速控制在某一范圍時(shí) 管道的建設(shè)投資和生 產(chǎn)管理費(fèi)用都比較經(jīng)濟(jì) 經(jīng)濟(jì)流速的表格較多 供參考表 2 張 給水經(jīng)濟(jì)流速參考表 1 管徑 DN 閉式系統(tǒng)開式系統(tǒng) 200 5 0 60 4 0 5 250 6 0 70 5 0 6 320 7 0 90 6 0 8 400 8 10 7 0 9 500 9 1 20 8 1 0 651 1 1 40 9 1 2 801 2 1 61 1 1 4 1001 3 1 81 2 1 6 1251 5 2 01 4 1 8 1501 6 2 21 5 2 0 2001 8 2 51 6 2 3 2501 8 2 61 7 2 4 流速推薦值 m s 3001 9 2 91 7 2 4 18 3501 6 2 51 6 2 1 4001 8 2 61 8 2 3 油氣混輸 原油 污水管線經(jīng)濟(jì) 經(jīng)驗(yàn) 輸量表 2 油氣混輸原油污水管徑 mm m dm hm d104m a104m d 50300 130022 33540 80019 290 1 0 13 80800 340057 861300 200050 750 26 0 35 1001300 550090 1402100 320079 1180 41 0 54 1503000 12000200 3004800 7300178 2670 91 1 22 2005000 22000350 5508600 13000310 4751 6 2 2 2508000 34000550 85013000 20000490 7422 5 3 4 30012000 48000800 120019000 30000712 10703 6 4 8 35016000 660001100 160026000 40000970 14004 9 6 6 40022000 870001400 220034000 520001300 19006 5 8 6 50033000 1400002200 340054000 810001980 298010 1 13 5 60045000 2000003200 4800 78000 117000 2850 428014 6 19 5 注 油氣混輸流速 0 5 2 0m s 時(shí) 原油流速 0 8 1 2m s 污水速度 1 5 2 0m s 經(jīng)濟(jì) 經(jīng)驗(yàn) 流速表 3 介質(zhì)管道流速 m s 原油 重油 原油 重油 水 水 水 水 氣 天然氣 天然氣 飽和蒸汽 飽和蒸汽 吸入管 壓出管 吸入管 壓出管 自來水 表壓 0 3MPa 自然排水 壓縮空氣 起點(diǎn)壓力小于等于 0 2MPa 起點(diǎn)壓力大于 0 2MPa 起點(diǎn)壓力小于等于 0 1MPa 起點(diǎn)壓力大于 0 1MPa 0 4 0 8 0 8 1 2 1 0 1 5 1 5 3 0 1 0 1 5 0 2 0 4 10 15 8 15 15 30 15 20 20 40 19 油氣混輸出油管 集油管1 2 二 簡單管道的水力計(jì)算二 簡單管道的水力計(jì)算 1 管徑初選 根據(jù)體積流量和經(jīng)濟(jì)流速初選管徑 管線內(nèi)徑的計(jì)算公式 Q d 8 18 式中 d 管內(nèi)徑 mm Q 體積流量 m 小時(shí) 流速 m 秒 參考經(jīng)濟(jì)流速 2 確定 Re 3 計(jì)算 4 計(jì)算 長管以沿程損失為主 只計(jì)算 并將求得的值進(jìn)行修正 T h T h T h 一般修正系數(shù) 1 05 1 10 作為總水力損失 即 1 05 1 10 w h w h T h 5 根據(jù)壓力降選擇動(dòng)力 泵的揚(yáng)程 排量和中間加壓站的距離 若泵的 揚(yáng)程 排量和中間加壓站的距離已確定 則壓力降不符合工藝要求時(shí) 則應(yīng)調(diào) 整流速重新確定管線內(nèi)徑 再按上述程序進(jìn)行計(jì)算 達(dá)到符合要求為止 20 第二章第二章 玻璃鋼管道水力計(jì)算玻璃鋼管道水力計(jì)算 第一節(jié)第一節(jié) 玻璃鋼管道水力計(jì)算公式玻璃鋼管道水力計(jì)算公式 根據(jù)中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) SY T6769 1 2010 非金屬管 道設(shè)計(jì) 施工驗(yàn)收規(guī)范 第 1 部分 高壓纖維管線管 一 玻璃鋼管道水力計(jì)算公式一 玻璃鋼管道水力計(jì)算公式 玻璃鋼管道的水力壓降可按式 1 計(jì)算 其中摩擦系數(shù)的計(jì)算 可采用式 2 伍德公式 和式 3 1 p d qLf p 5 2 225 0 c Rbaf 2 3 d q R 22 21 4 225 0 094 0 Ka K53 0 b 88 5 44 0 K c 1 62 6 134 0 K K d 7 式中 P 管道內(nèi)水的壓力 單位為兆帕 Mpa P 壓降 單位為兆帕 Mpa 密度 單位為千克每立方米 Kg m3 f 摩擦系數(shù) L 長度 單位為米 m 21 q 流量 單位為每升每分鐘 L min d 內(nèi)徑 單位為毫米 mm a 系數(shù) b 系數(shù) c 系數(shù) R 雷諾數(shù) 適用條件為雷諾數(shù)大于 10000 和 1 10 5 d 0 04 動(dòng)力粘度 單位為毫帕 秒 mPa s K 相對光滑度 絕對光滑度 單位為毫米 mm 取 0 0053mm 二 管道水力壓降曲線二 管道水力壓降曲線 根據(jù)科爾布魯克 Colebrook 公式得出水在不同管徑的玻璃鋼管道內(nèi)壓降和 流速及流量的關(guān)系 圖 1 可由內(nèi)徑和流量直接查出水在玻璃鋼管道內(nèi)的壓降 三 常用液體壓降的換算三 常用液體壓降的換算 可按式 8 換算 8 FPWFWp 或 式中 P 常用液體壓降 單位為兆帕 Mpa W 水力壓降 單位為兆帕 Mpa F 常用液體壓降換算系數(shù) 見表 3 表 3 常用液體的換算系數(shù) F 液體種類 溫度 密度 粘度 mPa s 用于圖 1 的換算系數(shù) F 22 10 鹽水 普通鹽水 30 API 原油 40 API 原油 40 API 原油 15 38 15 15 38 1 070 1 154 0 876 0 825 0 810 0 40 1 10 13 00 6 90 4 50 1 14 1 14 1 67 1 37 1 22 注 1 所有相對密度值都是與水的密度 1 0g cm2 比較得出 注 1 API 美國石油學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)相對密度 圖 1 水的壓降曲線 圖 1 中給出的流速范圍較大 流速宜取 1 0m s 3 m s 范圍內(nèi)的數(shù)值 當(dāng) 138 1 247 8 349 5 450 8 554 9 656 6 761 7 869 1 976 2 1081 0 1185 1 1295 3 13101 6 14105 4 15137 9 16148 6 17153 9 流量 L min n 壓降 MPa 100m 流速 m s 管徑 mm 線號 內(nèi)徑 mm 10 4 0 5 0 2 0 1 0 0 4 0 3 0 2 0 1 0 05 0 03 0 02 0 01 0 004 0 003 0 002 10 20 30 40 100 200 300 400 1 000 2 000 3 000 4 000 10 000 20 000 30 000 40 000 100 000 壓降 P 流速 0 5 1 2 3 4 5 7 5 10 15 管徑 流量流量 q q 0 001 23 流速大于 3 m s 應(yīng)考慮管道運(yùn)行中水錘的影響 四 常用管件壓降四 常用管件壓降 管件當(dāng)量長度 管件直徑 管件名稱 DN40DN50DN65DN80DN100DN150 90 彎頭 1 82 433 74 58 5 45 彎頭 0 91 21 51 82 43 3 三通 直 線流向 0 30 60 60 60 91 2 三通 分 支流向 33 74 95 88 311 異徑接頭0 30 30 60 60 91 2 異徑接頭所示數(shù)值是相對小頭管徑的當(dāng)量長度 24 第二節(jié)第二節(jié) 油氣集輸管道壓降計(jì)算油氣集輸管道壓降計(jì)算 油氣集輸管道的壓降可按式 9 計(jì)算 L p vvHH d Gv gHH p sgmgLLL mm mgLLL 1 1 2 sin1 3 9 式中 P 混輸管線壓降 單位為帕 Pa HL 截面含液率 無因次 其值可按流態(tài) 分離流 過渡流 間歇流 和分散流 計(jì)算確定 L 液相密度 單位為千克每立方米 Kg m g 氣相密度 單位為千克每立方米 Kg m g 重力加速度 g 9 81 m s2 管道傾角 流體上坡 為正 下坡為負(fù) 水平管 0 單位為 m 混輸摩阻系數(shù) 可根據(jù)無滑脫水力摩阻系數(shù) 0 持液率 HL和無滑脫 持液率 RL 經(jīng)計(jì)算確定 vm 氣液混合物平均流速 單位為米每秒 m s Gm 氣液混合物質(zhì)量流量 單位為千克每秒 kg s d 管道內(nèi)徑 單位為米 m sq 氣相折算流速 m s 25 管線內(nèi)介質(zhì)的平均絕對壓力 單位為帕 Pa p L 管道長度 單位為千米 km 采用 Pipe Phase 軟件計(jì)算時(shí) 多種傾角的油氣混輸管道計(jì)算公式均可 選用貝格斯 布里爾法 第三節(jié)第三節(jié) 玻璃鋼輸水管線的水力學(xué)特性玻璃鋼輸水管線的水力學(xué)特性 一 玻璃鋼輸水管水流量計(jì)算一 玻璃鋼輸水管水流量計(jì)算 目前輸水管材很多 有鋼材 鑄鐵 混凝土 塑料 玻璃鋼等 由于玻璃 鋼內(nèi)壁光滑 流速系數(shù)比較大 在同樣的管道直徑下 水流量比較大 或者 在同樣的水流量要求下 可采用較小的管道直徑 具體由管道的水流量的計(jì)算 公式可見 當(dāng)管道流體力學(xué)特性用埃贊 維利阿姆式公式計(jì)算 其管道直徑與 流量關(guān)系為 D 1 6285C 0 36 Q0 38 I0 205 1 式中 D 管內(nèi)徑 米 C 流速系數(shù) Q 流量 m 秒 I 水流坡度 以鋼管 鑄鐵管為例 C 為 100 玻璃鋼管 C 為 150 在同樣適用條件下 水流坡度 I 是同樣的 當(dāng)在同樣流量的情況下 玻璃鋼管與鋼管的直徑之比為 DGRP D 0 86419 2 在同樣管直徑情況下 其流量之比為 QGRP Q 1 46832 3 26 可見在輸送能力相同時(shí) 工程可選內(nèi)徑較小的玻璃鋼管道從而降低一次性 工程投入 玻璃鋼管道在水流量方面比鋼管大許多 提高了輸送能力 這是玻 璃鋼管的特性之一 若采用同等內(nèi)徑的管道和同樣的流量 玻璃鋼管道可比其他材質(zhì)的管道減 少壓力損失 即節(jié)省泵的功率和能源 約 30 40 降低長期運(yùn)行費(fèi)用 二 玻璃鋼輸水管水擊強(qiáng)度計(jì)算二 玻璃鋼輸水管水擊強(qiáng)度計(jì)算 在輸水管道中有泵和閥門 當(dāng)泵或閥門關(guān)閉時(shí) 管道中的水會產(chǎn)生水擊現(xiàn) 象 管道內(nèi)的水壓會急烈上升 會對管道產(chǎn)生很大壓力 有時(shí) 正因?yàn)橥蝗魂P(guān) 閉閥門或泵 會破壞管道 管泵中的水擊壓強(qiáng)計(jì)算分二種情況 直接水擊 間接水擊 直接水擊 1 2 是閥門 泵關(guān)閉很快的情況 這決定于管道長度和水擊波的傳播速度 C 管道 長度是明確 關(guān)鍵是水擊波的傳播速度 C 這不僅與管道的直徑 D 壁厚 t 有 關(guān) 還與管道材料有關(guān) 有下列計(jì)算 C 的公式 4 2 1 1 Et DE C C O O 式中 C0 為水中聲波的傳播速度 C0 1425 米 秒 E0水的彈性模量 E0 2 04GPa E 為管壁材料的彈性模量 鋼制材料取 E 200GPa 玻璃鋼取 E 15GPa 以同樣的管直徑和壁厚 計(jì)算出兩種管道的水擊傳播速度 當(dāng)取 D 500mm t 10mm 時(shí) 計(jì)算結(jié)果為 玻璃鋼管道 CGEP 509 1 米 秒 鋼管道 C 1159 6 米 秒 管道中水擊產(chǎn)生的附加壓強(qiáng)為 直接水擊 P 0 5 間接水擊 P 0 0 6 Tz T C l 2 式中 T 2l C 27 Tz 閥門或泵的關(guān)閉時(shí)間 水密度 l 管道長度 由式 5 可見 鋼管的水擊波的速度 C 比玻璃鋼管道的水擊波的速度大 一倍左右 因此 水擊增加的水壓強(qiáng)度也增加一倍 所以 玻璃鋼管道抗水擊 能力比鋼管強(qiáng)這主要是玻璃鋼材料的彈性模量低 在水擊的時(shí)候容易膨脹變形 從而減小水擊壓強(qiáng) 從式 6 可見 當(dāng)閥門或 泵關(guān)閉時(shí)間 Tz 越長 水擊產(chǎn)生的壓強(qiáng)越小 這在實(shí)際使用中很重要 延長 關(guān)閉時(shí)間 可大大降低水擊產(chǎn)生的壓強(qiáng) 綜上所述管材兩點(diǎn)特性 可見玻璃鋼輸送管道水力學(xué)特性比傳統(tǒng)管材優(yōu)越 28 第三章第三章 管道水力學(xué)計(jì)算中應(yīng)注意的幾個(gè)問題管道水力學(xué)計(jì)算中應(yīng)注意的幾個(gè)問題 上述管道水力學(xué)計(jì)算公式適用于單相液體 除玻璃鋼管道中的油氣集輸管 道壓降計(jì)算公式 一 熱油管道的工藝計(jì)算一 熱油管道的工藝計(jì)算 加熱油品的目的在于 保證油流溫度高于凝固點(diǎn) 以免凍結(jié) 降低油品輸 送時(shí)的粘度 減小流動(dòng)阻力 熱油管的摩阻損失 不是一個(gè)常數(shù) 這是因?yàn)闊?油在沿管道流動(dòng)的過程中 由于溫度的不斷降低 油的粘度不斷增大 因此管 道單位長度上的摩阻也不斷增加 計(jì)算熱油管道摩阻時(shí) 必須考慮管道沿線的 溫降情況及油品的粘度特性 熱油管摩阻的計(jì)算方法很多 常用一種是平均粘 度計(jì)算方法 L D vQ h m m cp m 5 2 式中 cp 油流平均溫度下的油品粘度 平均溫度按下式計(jì)算v khcp TTT 3 2 3 1 其中 Th Tk 分別為起始加熱溫度和終點(diǎn)溫度 29 二 油水兩相液體的工藝計(jì)算二 油水兩相液體的工藝計(jì)算 原油中隨著含水量的增加 則油水混合粘度 又稱