管道设计-第五章-压力管道设计.pptx

5.4管径的确定

及压力降计算

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5.4.1管径的确定

一般要求：

·管径应根据流体的流量、性质、流速以及管道允许的压力损失等确定。

·对于大直径、厚壁、合金钢等管道，应进行建设费用和运行费用方面的经济比较，取最佳值。

·操作情况不同的流体，应按其性质、状态、和操作要求的不同，选用不同的流速。

黏度较高的液体，摩擦阻力较大，应选较低流速，允许压力降较小的管道。

·为了防止因介质流速过高而引起管道冲蚀、磨损、振动和噪音等现象：

液体流速一般不宜超过4m/s

气体流速一般不超过其临界流速的85%

真空下气体流速最大不超过100m/s;

含有固体物质的流体，其流速不应过低，以免流体沉积。

也不宜太高，以免加速管道磨损和冲蚀。3

·同一介质在不同管径情况下，虽然流速和管长相同，但是管道的压力降却可能相差较大。

在设计管道时，如允许压力降相同，小流率介质应选用较小流速，大流率介质可选用较高流速。

·确定管径后，应选用符合管材的标准规格。

·对工艺用管道，不推荐选用DN32/DN125的管道。除另有规定或采用有效措施外，容易堵塞的流体不宜采用公称直径小于25mm的管道。

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确定管径方法：

(1)首先设定平均流速，按下式初算内径：

D₁=0.0188√W₀/vp

式中Di——管子内径(m);

W₀——质量流量(kg/h);

v——平均流速(m/s);

g——流体密度(kg/m³)。

(2)根据工程设计规定的管子系列调整为实际内径。

(3)复核实际平均流速。

(4)以实际的管子内径Di与平均流速v核算管道压力损失，确认选用管径。

如果压力损失不满足要求时，应重新计算。

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D.管径；7--泵的效率；m——质量流率L——管长；△p--管道阻力；p--密度

n——投资费用指数，可假设为1.3;

C₁——计算单位长度管道折旧费的系数；

C₀-—将功率折合成金钱的系数；

计算管道阻力的公

f——摩擦系数；

m和V的关系式为

例：如果有现成的经济数据，进行优化计算得到经济流速：

将C对D微分，并令导数等于零

Civ=C₁DL

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可知质量流速m和密度p对管径的选择最重要，粘度和C₀/C₁

的影响就小得多，若质量流率增加一倍，最优管径增加1.4

倍；若密度增加一倍，最佳管径增加1.25倍。

=C₂m⁰-082μ-0-066p-0.344

p,C₀,C₁,n为常数，故C₂为常数可得出p,μ,m对最佳流速的影响

变换一下，得最佳流速Vog:

5.4.2单相流压力损失计算

适用于输送牛顿性流体的管道压力损失的计算，包括直管的摩擦压力损失和局部(阀门和管件)的摩擦压力损失计算。不包括加速度损失及静压差等的计算。

a\管道摩擦损失的计算

式中△P——直管的摩擦压力损失(MPa);

L——管道长度(m);

g——重力加速度(m/s²);

Di——管子内径(mm);

v——平均流速(m/s);

p——流体密度(kg/m³);

λ——流体摩擦系数。

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b\局部摩擦压力损失：

可按当量长度法或阻力系数法进行计算：

△P——局部摩擦压力损失(MPa);Le——阀门及管件的当量长度(m)。

k——阻力系数9

5.5管路热膨胀与热补偿

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实际的管系中，管道的转弯处均采用煨制弯管或焊接弯头，而不采用直角弯。这些弯管或弯头与直管相比较，其刚度降低，柔度增高。从而

管系的热应力由于柔度的增高而降低。

而弯管或焊接弯头在弯矩的作用下，其局部应力却有所增加。

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管系的几何形状：

直线管道、平面管系和立体管系。

平面管系和立体管系，即便两端固定，当温度变化时，整个管系还是可以发生变形的。这时管系两端支座处将受到支座反力和力矩的作用，但管系中的热应力将比相似条件下直线管道中的热应力小得多。

——平面管系和立体管系由于几何形状的原因比直线管系有更大的柔性。立体管系有更大的柔性，比相似条件下的平面管系中的热应力更小。

因此在管道工程中，均避免采用直线管路，而采用有多处转角的立体管系或平面管系。

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一、管道应力分析

风载荷和地震载荷

热载荷

安装残余应力

管道相对移位造成的位移载荷

管内介质产生的压力p管子质量mg

支架反力Rx,Ry,Rz

管件质量

均布载荷

集中载荷

管道所受载荷

m。g

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由于结构变形受约束而产生的载荷。塑性良好时，初次施加自限性载荷不会直接导致破坏。

非自限性载荷

即外力载荷，超过一定的限度会直接导致破坏。

振动载荷