管道壓力降計(jì)算

管道壓力降計(jì)算

HG/T20570.7-95

編制單位：中國(guó)成達(dá)化學(xué)工程公司

中國(guó)寰球化學(xué)工程公司

中國(guó)天辰化學(xué)工程公司

批準(zhǔn)部門：化學(xué)工業(yè)部

實(shí)施日期：一九九六年九月一日

編制人：

中國(guó)成達(dá)化學(xué)工程公司劉靜芳（第一章、第二章、第六章）

中國(guó)寰球化學(xué)工程公司趙敏（第三章）呂文璞（第四章）

騰克利（第五章）

中國(guó)天辰化學(xué)工程公司唐亦農(nóng)（第七章）

審核人：

中國(guó)成達(dá)化學(xué)工程公司曾慶祥（第一章、第二章、第六章）

中國(guó)寰球化學(xué)工程公司汪清裕（第三章、第四章）楊宜

化工部第三設(shè)計(jì)院談沖

化工部系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)中心站盛青萍龔人偉

1單相流（不可壓縮流體）

1?1簡(jiǎn)述

1.1.1本規(guī)定適用于牛頓型單相流體在管道中流動(dòng)壓力降的計(jì)算。在化工工藝專業(yè)

已基本確定各有關(guān)主要設(shè)備的工作壓力的情況下，進(jìn)行系統(tǒng)的水力計(jì)算。根據(jù)化工工

藝要求計(jì)算各主要設(shè)備之間的管道（包括管段、閥門、控制閥、流量計(jì)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(nèi)，在此基礎(chǔ)上確定管道尺寸、設(shè)

備接管口尺寸、控制閥和流量計(jì)的允許壓力降，以及安全閥和爆破片的泄放壓力等。

L1.2牛頓型流體是流體剪應(yīng)力與速度梯度成正比而粘度為其比例系數(shù)。凡是氣體

都是牛頓型流體，除由高分子等物質(zhì)組成的液體和泥漿外，多數(shù)液體亦屬牛頓型流

體。,

1.2計(jì)算方法

1.2.1注意事項(xiàng)

1.2.1.1安全系數(shù)

計(jì)算方法中未考慮安全系數(shù)，計(jì)算時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選用合理的數(shù)值。通常，對(duì)

平均需要使用5?10年的鋼管，在摩擦系數(shù)中加20%?30%的安全系數(shù)，就可以適

應(yīng)其粗糙度條件的變化，超過5?10年,條件往往會(huì)保持穩(wěn)定，但也可能進(jìn)一步惡化。

此系數(shù)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%的安全系

數(shù)。規(guī)定中對(duì)摩擦壓力降計(jì)算結(jié)果按1.15倍系數(shù)來確定系統(tǒng)的摩擦壓力降,但對(duì)靜

壓力降和其它壓力降不乘系數(shù)。

1.2.1.2計(jì)算準(zhǔn)確度

在工程計(jì)算中，計(jì)算結(jié)果取小數(shù)后兩位有效數(shù)字為宜。對(duì)用當(dāng)量長(zhǎng)度計(jì)算壓力降

的各項(xiàng)計(jì)算中，最后結(jié)果所取的有效數(shù)字仍不超過小數(shù)后兩位。

1.2.2管徑

1.2.2.1確定管徑的一般原則

（1）應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)條件來確定管道直徑,需要時(shí)，可以有設(shè)計(jì)條件下壓力降15%

?25%的富裕量，但以下情況除外，

151

一二，,

管內(nèi)徑(d)體積流最口）

流速(〃)

mm

m*/hm/s

500-1

圖1.2.2-1流速、流■、管徑計(jì)篝圖

153

密度S)粘度0)

體積流量Y.)

0.5士0.1

：r0.005

0.02-：

--0.002

0.01」

圖1.2.2-2液體、氣體(PVlOOOkPA經(jīng)濟(jì)管徑圖

154

某些管道中流體允許壓力降范圍表1.2?2-1

序號(hào)管道種類及條件壓力降范圍kPa（100m管長(zhǎng)）

1蒸汽P=6.4?lOMPa（表）46?230

總管PV3.5MPa（表）12?35

P>3.5MPa（表）23?46

支管PV3.5MPa（表）23?46

尸＞3.5MPa（表）23?69

排氣管4.6-12

2大型壓縮機(jī)＞735kW

進(jìn)口1.8-9

出口4.6?6.9

?小型壓縮機(jī)進(jìn)出口2.3?23

壓縮機(jī)循環(huán)管道及壓縮機(jī)出口管0.23?12

3安全閥

.進(jìn)口管（接管點(diǎn)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(jìn)口管最大取8

出口管V34m3/h35?138

34?110m3/h23?92

>110m3/h12?46

155

某些對(duì)管壁有腐蝕及磨蝕流體的流速表1.2.2-2

最大允許流速

序號(hào)介質(zhì)條件管道材料

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18.0C

5鹽水碳鋼1.83

管徑》900襯水泥或?yàn)r青鋼管4.60

管徑V900襯水泥或?yàn)r青鋼管6.00

注：當(dāng)管道為含銀不銹鋼時(shí)，流速有時(shí)可提惠到表中流速的io倍以上.

1.23管路

1.2.3.1簡(jiǎn)單管路

凡是沒有分支的管路稱為簡(jiǎn)單管路。

（1）管徑不變的簡(jiǎn)單管路,流體通過整個(gè)管路的流量不變。

（2）由不同管徑的管段組成的簡(jiǎn)單管路，稱為串聯(lián)管路。

a,通過各管段的流量不變，對(duì)于不可壓縮流體則有

匕一匕1=匕2=匕3....（1.2.3—1）

b.整個(gè)管路的壓力降等于各管段壓力降之和，即

△尸=4?】+4尸2+4尸3+....（1.2.3-2）

1.2.3.2復(fù)雜管路

凡是有分支的管路，稱為復(fù)雜管路。復(fù)雜管路可視為由若干簡(jiǎn)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。

各支管壓力降相等，即.

△?=人尸1=422=4尸3=...（1.2.3-3）

在計(jì)算壓力降時(shí),只計(jì)算其中一根管子即可。

從各支管流量之和等于主管流量，即

匕=匕】+%+匕3+……（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

156

主管。

。?主管流量等于各支管流量之和,

,6.支管所需能量按耗能最大的支管計(jì)算；

.對(duì)較復(fù)雜的枝狀管路，可在分支點(diǎn)處將其劃分為若干簡(jiǎn)單管路，按一般的簡(jiǎn)

單管路分別計(jì)算。

1.2.4管道壓力降計(jì)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(shí)亦包括孔板、突然擴(kuò)大、

突然縮小以及接管口等產(chǎn)生的局部壓力降；靜壓力降是由于管道始端和終端標(biāo)高差

而產(chǎn)生的;速度壓力降是指管道始端和終端流體流速不等而產(chǎn)生的壓力降。

(2)對(duì)復(fù)雜管路分段計(jì)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(yīng)劃分在總管上，按總管直徑選取當(dāng)量長(zhǎng)度。總管長(zhǎng)度按最

遠(yuǎn)一臺(tái)設(shè)備計(jì)算。

(3)對(duì)因結(jié)垢而實(shí)際管徑減小的管道，應(yīng)按實(shí)際管徑進(jìn)行計(jì)算。

雷諾數(shù)按下式計(jì)算：

Re=?=354*=354乎(1.2.4-1)

*dfi

式中

Re—雷諾數(shù)，無因次；

u---流體平均流速,m/s；

d---管道內(nèi)直徑,mm；

〃流體粘度,mPa

W----流體的質(zhì)量流量,kg/h;

匕一流體的體積流量，mVh,

P---流體密度,kg/n?。

(4)管壁粗糙度

管壁粗糙度通常是指絕對(duì)粗糙度(￡)和相對(duì)粗糙度(￡/〃)。

絕對(duì)粗糙度表示管子內(nèi)壁凸出部分的平均高度。在選用時(shí),應(yīng)考慮到流體對(duì)管壁

的腐蝕、磨蝕、結(jié)垢以及使用情況等因素。如無縫鋼管，當(dāng)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(shí)，可選取絕對(duì)粗糙度￡=0.2mm，輸送水時(shí),若為

冷凝液(有空氣)則取c=0.5mm；純水取e=0.2mm；未處理水取e=0.3?0.5mmj

157

對(duì)酸、堿等腐蝕性較大的流體,則可取￡=lmm或更大些。

對(duì)相同絕對(duì)粗糙度的管道，直徑愈小，對(duì)摩擦系數(shù)影響程度愈大，因此用￡和d

的比值e/d來表示管壁粗糙度，稱為相對(duì)粗糙度。在湍流時(shí)，管壁粗糙度對(duì)流體流動(dòng)

的摩擦系數(shù)影響甚大。

摩擦系數(shù)（Q與雷諾數(shù)（&）及管壁相對(duì)粗糙度S/d）的關(guān)系見圖1.2.4-1所示；

在完全湍流情況下，清潔新管的管徑（」）占絕對(duì)粗糙度（。的關(guān)系見圖1.2.4-2所

ZJ<O

某些工業(yè)管道的絕對(duì)粗糙度見表1.2.4-1；相對(duì)粗糙度由圖1.2.4-2查得。

某些工業(yè)管道的絕對(duì)粗糙度表1.2.4-1

絕對(duì)粗糙度（。

序號(hào)管道類別

mm

1無縫黃銅管、銅管及鉛管0,01—0.05

2金新的無縫鋼管或鍍鋅鐵管0.1—0.2

3新的鑄鐵管0.25-0.42

4JR.具有輕度腐蝕的無縫鋼管0.2?0.3

5具有顯著腐蝕的無縫鋼管0.5以上

管

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(dòng)型態(tài)

流體在管道中流動(dòng)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(chǎn)中流體流型大多屬于

過渡區(qū)，見圖1.2.4~1所示。

確定管道內(nèi)流體流動(dòng)型態(tài)的準(zhǔn)則是雷諾數(shù)

158

IM?Iff

湍流區(qū)

0.09

完全湍---X—■.

0.05

0.04

0.03

H0.02

0.015

0.01

■■■■IIMOIII

0.008

^0.006(

心

s0.004假

s貨

0.002曇

K

要

0.001

0.0008

0.0006

0.0004

0.0002

0.0001

0.00005

1

5

9圖1.2.4-1摩擦系數(shù)GO與雷諾數(shù)及管壁相對(duì)粗糙度（￡〃）的關(guān)系

1相對(duì)粗糙端)

6

000?

???0

0o2-o0

0X0oooC?

0o。

0X0s§io

X0§0

0d50。

2515§

51

園

L

N

4

1

2

海

海

攀

嚼

3

?

添

隔

完全湍流、粗糙管摩擦系數(shù)U)

以層流雷諾數(shù)ReV2000,其摩擦損失與剪應(yīng)力成正比，摩擦壓力降與流體

流速的一次方成正比。

b.湍流雷諾數(shù)收》4000,其摩擦壓力降幾乎與流速的平方成正比。

(?)過渡區(qū)摩擦系數(shù)GO是雷諾數(shù)(Re)和管壁相對(duì)粗糙度(￡〃)的函數(shù)，在

工業(yè)生產(chǎn)中，除粘度較大的某些液體(如稠厚的油類等)外?為提高流量或傳熱、傳質(zhì)

速率，要求Re>10\因此,工程設(shè)計(jì)中管內(nèi)的流體流型多處于湍流過渡區(qū)范圍內(nèi)。

。)完全湍流區(qū)在圖1.2.4—1中,M-N線上部范圍內(nèi)，摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)

無關(guān)而僅隨管壁粗糙度變化。

c.臨界區(qū)2000V&V4000,在計(jì)算中，當(dāng)Re>3000時(shí)，可按湍流來考慮，其

摩擦系數(shù)和雷諾數(shù)及管壁粗糙度均有關(guān)，當(dāng)粗糙度一定時(shí)，摩擦系數(shù)隨雷諾數(shù)而變

化。

(6)摩擦系數(shù)

。?層流層流時(shí)摩擦系數(shù)用式(1.2?4-2)計(jì)算或查圖1.2?4-1。

a=64/Re(1.2.4—2)

式中

A——摩擦系數(shù)，無因次。

b.過渡流和完全湍流，見圖1.2?4—1所示。

在較長(zhǎng)的鋼管中，若輸送的是為水所飽和的濕氣體，如氫、二氧化碳、氮、氧及類

似的流體,應(yīng)考慮到腐蝕而將查圖所得摩擦系數(shù)乘以1?2。

(7)壓力降

在管道系統(tǒng)中，計(jì)算流體壓力降的理論基礎(chǔ)是能量平衡方程。假設(shè)流體是在絕

熱、不對(duì)外作功和等玷條件下流動(dòng)，對(duì)不可壓縮流體密度是常數(shù)，則得：

一〃2)

?2—Z])pgx107+L_^__lZpx10-3+w隊(duì)"X10-3)

乙

(1.2.4—3)

(￡+以)

=入-D2(1.2.4-4)

因此

-z】)pgXioT+0l/2。義10-3+0基R?棄義10-3

(1.2.4-5)

或

161

△尸=AR+4PN+APf(1.2.4—6)

式中

八尸一管道系統(tǒng)總壓力降,kPa;

---靜壓力降,kPa；

△尸N—速度壓力降,kPa；

AB—摩擦壓力降,kPa；

Z”——分別為管道系統(tǒng)始端、終端的標(biāo)高,m；

小、必——分別為管道系統(tǒng)始端、終端的流體流速,m/s；

〃——流體平均流速,m/s；

P---流體密度,kg/n?；

hi——管內(nèi)摩擦損失的能量,J/kg;

L、L——分別為管道的長(zhǎng)度和閥門、管件等的當(dāng)量長(zhǎng)度,m，

D—管道內(nèi)直徑,m。

1.2.4.2壓力降計(jì)算

(1)圓形截面管

ea.摩擦壓力降

由于流體和管道管件等內(nèi)壁摩擦產(chǎn)生的壓力降稱為摩擦力壓降。摩擦壓力降都

是正值.正值表示壓力下降?？捎僧?dāng)量長(zhǎng)度法表示，如式(1.2.4-5)的最末項(xiàng)。亦可

以阻力系數(shù)法表示，即

'.=(聆+WK)豫X10-3(1.2.4-7)

此式稱為范寧(Fanning)方程式，為圓截面管道摩擦壓力降計(jì)算的通式,對(duì)層流

和湍流兩種流動(dòng)型態(tài)均適用。

式中

"f—管道總摩擦壓力降,kPa；

A——摩擦系數(shù)，無因次；

“L—管道長(zhǎng)度,m;

D——管道內(nèi)直徑,m；

WK—管件、閥門等阻力系數(shù)之和，無因次；

u---流休平均流速,m/s；

P—流體密度,kg/m3。

162

通常，將直管摩擦壓力降和管件、閥門等的局部壓力降分開計(jì)算,對(duì)直管段用以

下公式計(jì)算。

(a)層流

.=迎崇(1.2.4-8)

,S)湍流

AP『空?=26X104^^=6.26X10^(1.2.4-9)

L4/N1uapa

式中

d---管道內(nèi)直徑,mm；

W——流體質(zhì)量流量,kg/h;

匕一流體體積流量,m3/h;

〃---流體粘度，mPa?So

其余符號(hào)意義同前。

b.靜壓力降

由于管道出口端和進(jìn)口端標(biāo)高不同而產(chǎn)生的壓力降稱為靜壓力降。靜壓力降可

以是正值或負(fù)值，正值表示出口端標(biāo)高大于進(jìn)口端標(biāo)高,負(fù)值則相反。其計(jì)算式為：

AP$=(Zz-ZJpgX10-3(1.2.4-10)

式中

△P,---靜壓力降,kPa;

Z2、Z1——管道出口端、進(jìn)口端的標(biāo)高,m；

P---流體密度,kg/n?；

g-重力加速度,9.81m/s"

c,.速度壓力降

由學(xué)管道或系統(tǒng)的進(jìn)、出口端截面不等使流體流速變化所產(chǎn)生的壓差稱速度壓

力降。速度壓力降可以是正值，亦可以是負(fù)值。其計(jì)算式為：

△PN=F4XI。-?(1.2.4-11)

U

式中

△PN—速度壓力降,kPa,

出口端、進(jìn)口端流體流速,m/s；

P流體密度,kg/m?。

163

d.閥門、管件等的局部壓力降

流體經(jīng)管件、閥門等產(chǎn)生的局部壓力降，通常采用當(dāng)量長(zhǎng)度法和阻力系數(shù)法計(jì)

算，分述如下：

（a）當(dāng)量長(zhǎng)度法

將管件和閥門等折算為相當(dāng)?shù)闹惫荛L(zhǎng)度，此直管長(zhǎng)度稱為管件和閥門的當(dāng)量長(zhǎng)

度。計(jì)算管道壓力降時(shí)，將當(dāng)量長(zhǎng)度加到直管長(zhǎng)度中一并計(jì)算,所得壓力降即該管道

的總摩擦壓力降。常用管件和閥門的當(dāng)量長(zhǎng)度見表1.2.4-2和表L2.4—3。

?表1?2?4-2和表1,2.4-3的使用說明為：

①表中所列常用閥門和管件的當(dāng)量長(zhǎng)度計(jì)算式,是以新的清潔鋼管絕對(duì)粗糙

度￡=0.046mm，流體流型為完全湍流條件下求得的，計(jì)算中選用時(shí)應(yīng)根據(jù)管道具體

條件予以調(diào)整。

②按①條件計(jì)算，可由圖1.2.4-1查得摩擦系數(shù)（即）（完全湍流摩擦系數(shù)），

亦可采用表1.2?4-4中數(shù)據(jù)。

164

常用閥門以管徑計(jì)的當(dāng)量長(zhǎng)度表1.2?4-2

序當(dāng)量長(zhǎng)度

名稱及示意圖m備注.

號(hào)

1閘1圓（全開）

楔形盤,雙圓盤，栓狀圓盤等Le=8D

O—管道內(nèi)直徑（加）

鼠一礁丁以下同

d

X

.

2截止閥（全開）

a.閥桿與流體垂直，閥座為平面、傾斜及栓狀a.

%=340。

跖CE4

i

b.y型b.

圣乙e=55D

3角硒全開）

a.

a.

了L?=150D

b.

1Le=55D

165

續(xù)表1?2?4-2

序當(dāng)量長(zhǎng)度

名稱及示意圖備注

m

號(hào)

4止逆閥(全開)

a.旋啟式a(a)

(a)(b)^e=100D

a(b)

Ae=50D

b(a)

^e=600D

b(b)

2e=55D

公稱通徑。N)L2

m'

mma=5°a=15°

J~JI-50?20040Z)120D

250?35030D90D

rr—r-400?120020D60。

166

q?j

續(xù)*表1.2.4-2

序當(dāng)量長(zhǎng)好e）

名稱及示意圖.?注

號(hào)m

5截?cái)嗍剑ㄈ_）

iL

a.

盛HLe=400。

b.

逆Le=200D

c.

Le=300。

1Ad.

Le=350D-

e.

%=55。

f.

‘舸Le=55D

167

??,續(xù)表1.2.4-2

序當(dāng)量長(zhǎng)度Qe）

名稱及示意圖備注

m

號(hào)

6帶濾網(wǎng)底閥（全開）

a.升降式1a.

及=420。

FF

凝

b.合頁式匕1b.

iLe=75D

7球閥（全開）Le=30D

8蝶閥（全開）

公稱通徑DN

Le

mmm

350?20045D

250?35035D

400?60025D

168

續(xù)表1,2.4-2

序當(dāng)量長(zhǎng)度&)

名稱及示意圖備注

號(hào)m

9旋塞(全開)

a.直通a.

J軍Le=18。

三通b(a)

b.Q

Z?e-30D

(a)衣i

C

視而g_

(b)b(b)

EZe=90D

*

1UA隔膜閥(全開)

公稱通徑(ON)Le

mmm

國(guó)50121D

80:128r

1100135。

之150153D

1200164D

圖中:a］、4截面積；&、出一一內(nèi)直徑；8、a——角度。

169

常用管件以管徑計(jì)的當(dāng)量長(zhǎng)度表1.2.4-3

序當(dāng)量長(zhǎng)度(￡e)

名稱及.示意圖m備注

號(hào)

190°彎頭

(1)標(biāo)準(zhǔn)型Le=30DD—管道內(nèi)直徑(m),

.[

:以下同

1Cr

(2)法蘭連接或焊接

r/dLe(m)r/dEe(m)

120D1030。

I

d2?12。1234D

1

a5312。14380

414D1642。

617D1846。

824D2050D

245。彎頭小Le=16Q

3斜接彎頭

aa

L”一

b*15。4D60°25D

3008。，75°40D

▼45*15D90°60D

170

續(xù)表1.2?4-3

序當(dāng)量長(zhǎng)度

名稱及示意圖備注

號(hào)m

4180°回彎頭￡e=50D

G

5標(biāo)準(zhǔn)三通

a?直通?fj—Ja.

?￡e=20D

b?分枝b.

Le=60D

圖中，一內(nèi)直徑或表示內(nèi)宣徑K度；

T---曲率半徑；

?---角度.

新的清潔鋼管在完全湍流下的摩擦系數(shù)

（由圖1.2?4-1查得）表1?2?4-4

公稱直徑

15202532405065?80100125150叩0?250300~400450~600

（DN）mm

摩擦系數(shù)

0.0270.0250.0230.0220.0210.0190.0180.0170.0160.0150.0140.0130.012

（刖）

S）阻力系數(shù)法

①管件或閥門的局部壓力降按下式計(jì)算，式中有關(guān)符號(hào)見圖1.2.4-3所示。

"K=K.品（1.2.4—⑵

式中I

*K——流體經(jīng)管件或閥門的壓力降,kPa,

K—阻力系數(shù)，無因次。

171

其余符號(hào)意義同前。

逐漸縮小的異徑管

當(dāng)6445。時(shí)

Cn泉1一伊）

K=---------噎------(1.2.4-13)

當(dāng)45。＜64180°時(shí)

0.5（1-儼）新福

(1.2.4-14)

逐漸擴(kuò)大的異徑管

當(dāng)夕《45°時(shí)

2.6sin±（1一件）2

(1.2.4-15)

當(dāng)45。〈仁180。時(shí)

K—伊(1.2.4-16)

式中各符號(hào)意義同前，并見圖1.2.4-3說明。

—一?

逐漸擴(kuò)大

逐浙緡小

圖中符號(hào)說明：

—異徑管的小管段、大管段截面積，

/a—異徑管的小管段、大管段內(nèi)徑,

夕一