液氮防灭火工程中管道输送压降的计算方法
气体管道压降和储气量计算
气体管道压降和储气量计算一、气体管道压降计算气体在管道中输送会产生压力损失，这个损失称为压降。
正确计算气体管道压降可以保证气体输送的效率，避免发生压力不足的情况。
1.管道内阻力：由于气体与管壁之间的摩擦引起，管道越长、直径越小，阻力越大。
2.凸耗散：气体在管道的弯曲和局部收缩处发生污染和湍流，会导致能量损失。
3.突破及扩张：当气体通过突然变化截面积或管道直径的地方，会发生局部的能量损失。
4.气体输送速度：气体的流速越大，压降越大。
根据Darcy-Weisbach公式，气体管道的压降可以通过以下公式计算：△P=(f*L*ρ*V^2)/(2*D)其中：△P表示压降，单位为帕斯卡(Pa)f表示摩擦系数L表示管道长度，单位为米(m)ρ 表示气体密度，单位为千克/立方米(kg/m^3)V表示气体流速，单位为米/秒(m/s)D表示管道直径，单位为米(m)在实际计算中，需要根据实际情况选择合适的摩擦系数。
一般可根据管道材质和管道内壁状况选择常用值，如钢管的摩擦系数一般取0.02储气量计算是指计算在给定的压力和容器大小下，可储存的气体总量。
储气量的计算对于气体储存和输送系统的选型和设计至关重要。
储气罐的储气量可以通过以下公式计算：V=P*π*R^2*H其中：V表示储气罐的总容量，单位为立方米(m^3)P表示气体储存的压力，单位为帕斯卡(Pa)π表示圆周率，取近似值3.14R表示储气罐的半径，单位为米(m)H表示储气罐的高度，单位为米(m)储气罐的形状可以是圆柱形、球形或其他形式，根据实际情况选择合适的形状和尺寸。
需要注意的是，在实际工程设计中，还需要考虑安全因素和储气罐的利用率。
例如，需要留出一定的安全裕度，避免储气罐充满后压力过高；同时，还需要考虑储气罐的利用率，尽量提高储气设备的装载量。
综上所述，气体管道压降和储气量计算是工程设计中的重要内容，它们能够帮助设计人员合理选择管道尺寸和容器大小，保证气体输送的效率和安全。
管道压力降计算
工程设计标准
中国石化集团兰州设计院 实施日期:1999.06.01
管道压力降计算
SLDI 233A13-98 第 1 页 共 98 页
1 单相流（不可压缩流体） 1.1 简述 1.1.1 本规定适用于牛顿型单相流体在管道中流动压力降的计算.工艺系统专业在化工工艺专业已基 本确定各有关主要设备的工作压力的情况下,进行系统的水力计算.根据化工工艺要求计算各主要设备之 间的管道(包括管段、阀门、控制阀、流量计及管件等)的压力降，使系统总压力降控制在给定的工作压 力范围内，在此基础上确定管道尺寸、设备接管口尺寸、控制阀和流量计的允许压力降，以及安全阀和 爆破片的泄放压力等。 1.1.2 流动过程中剪应力与剪变率之比为一常数,并等于其动力粘度的流体称牛顿型流体.凡是气体都 是牛顿型流体,除工业上的高分子量液体、胶体、悬浮液、乳浊液外，大部分液体亦属牛顿型流体。 1.2 计算方法 1.2.1 注意事项 1.2.1.1 安全系数
3）对较复杂的枝状管路，可在分支点处将其划分为若干简单管路，按一般的简单管路分别计算。
1.2.4 管道压力降计算
1.2.4.1 概述
1.2.4.1.1 管道压力降为管道摩擦压力降、静压力降以及速度压力降之和。
管道摩擦压力降包括直管、管件和阀门等的压力降，同时亦包括孔板、突然扩大、突然缩小以及
接管口等产生的局部压力降；静压力降是由于管道始端和终端标高差而产生的；速度压力降是指管道始
1sldi管内径d体积流量v流速ufmmm3hms图1221流速流量管径计算图体积流量v密度粘度fm3hkgm3mpas图1222液体气体p1000kpa经济管径图2sldi表1221某些管道中流体允许压力降范围序号管道种类及条件压力降范围kpa100m管长1蒸汽p64?10mpa表46?230总管p35mpa表12?35p35mpa表23?46支管p35mpa表23?46p35mpa表23?69排气管46?122大型压缩机735kw进口18?9出口46?69小型压缩机进出口23?23压缩机循环管道及压缩机出口管023?123安全阀进口管接管点至阀最大取整定压力的3出口管最大取整定压力的10出口汇总管最大取整定压力的754一般低压工艺气体23?235一般高压工艺气体23?696塔顶出气管127水总管238水支管189泵进口管最大取8出口管34m3h35?1383h23?9234?110m3110mh12?46表1222某些对管壁有腐蚀及磨蚀流体的流速序号介质条件管道材料最大允许流速ms1烧碱液浓度5碳钢1222浓硫酸浓度80碳钢1223酚水含酚1碳钢0914含酚蒸汽碳钢18005盐水碳钢183管径900衬水泥或沥青钢管460管径900衬水泥或沥青钢管600
管道压降计算书
一、简化计算图1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1290°弯头二、计算过程中用到的计算公式：R e=354W dμR e雷诺数，无因次μ 流体粘度，mPa.sW 流体的质量流量，kg/h 管壁相对粗糙度εdε=0.2d为管内径∆P f=6.26×103g λLW G2 d5ρm△P f管道摩擦压力降，kPag 重力加速度，9.31m/s2λ 摩擦系数，无因次L 管道长度，mW G气体质量流量，kg/hd 管道内直径，mmρm 气体平均密度，kg/m3∆P N=u22−u122ρ×10−3△PN 速度压力降，kPau2 u1出口端、进口端流体速度ρ 流体密度，kg/m3三、计算过程：已知W v = 7200m3/d μ = 0.0153mPa.s ρ = 8.825kg/m3g = 9.31m/s2 管内径：3号管1″管外径33.4mm 壁厚3.38mm 管内径22.64mm2号管3″管外径88.9mm 壁厚5.49mm 管内径77.92mm1号管4″管外径114.3mm 壁厚6.02mm 管内径102.26mm管道中没有高度差，静压力降为零。
1、先计算1号管道压力降摩擦压力降的计算雷诺数：R e1 = 354W G1 / d1μ = (354×2647.5) / (102.26 × 0.0153) = 5.99 × 105相对粗糙度：εd=0.2102.26=1.96×10−3查得：λ = 0.026气体平均密度：ρm = ρ = 8.825 kg / m3三通当量长度L t1 = 60d1 = 6.14 m摩擦压力降△P f1 = 6.26 × 103g(λLW G12) / (d15ρm) =6.26 × 103 × 9.31 × (0.026 × 156.14 × 2647.52) / (102.265 ×8.825) = 16.81kPaW G2 = W G1 / 2 = 1323.75 kg/hV2 = 4W G2 / (3.14ρm d22) = (4 × 1323.75) / (3.14 × 8.825 × 0.077922) = 8.74m/s V1 = 4W G1 / (3.14ρm d12) = (4 × 2647.5) / (3.14 × 8.825 × 0.102262) = 10.15m/s 速度压力降△P N1 = (V22 －V12)ρ × 10-3 / 2 = (8.742 －10.152) × 8.825 × 10-3 / 2= -0.12kPa 2、计算2号管道压力降W G2 = W G1 / 2 = 1323.75kg/h雷诺数：R e2 = 354W G2 / d2μ=(354 × 1323.75) / (77.92 × 0.0153) = 3.93×105相对粗糙度：εd=0.277.92=2.57×10−3查得：λ = 0.0275气体平均密度：ρm = ρ = 8.825kg/m3三通当量长度L t2 = 60d2 = 4.68m90°弯头当量长度L E = 30D = 2.34m总当量长度L2 = L2 + 5L t + L E = 100 + 5 × 4.68 + 2.34 = 125.74m摩擦压力降△Pf2′ = 6.26 × 103g(λL2W G2) / (d5ρm) =6.26 × 103 × 9.31 × (0.027 × 125.74 × 1323.752) / ( 77.925 ×8.825) = 13.68kPa管道2总共的摩擦压力降△Pf2 = 2△Pf2′ = 2 × 13.68 = 27.36 kPaW G3 = W G1 / 12 = 220.625kg/hV3 = 4W G3 / (3.14ρm d32) = (4 × 220.625) / (3.14 × 8.825 × 0.022642) = 17.63m/s 速度压力降△P N2′ = (V32 －V22)ρ × 10-3 / 2 = (17.632 －8.742) / 2 = 1.03kPa 总的速度压力降△P N2 = 12△P N2′ = 12.41kPa3、计算3号管道压力降W G3 = W G1 / 12 = 220.625kg/h雷诺数：R e3 = 354W G3 / d3μ = (354 × 220.625) / (22.64 × 0.0153) = 2.25 × 105相对粗糙度：εd=0.222.64=8.83×10−3查得：λ = 0.038摩擦压力降△Pf3′ = 6.26 × 103g(λL2W G2) / (d5ρm) =6.26 × 103 × 9.31 × (0.038 × 1 × 220.6252) / (22.645 × 8.825) = 1.62kPa总摩擦压力降△Pf3 = 12△Pf3′ = 19.46 kPa4、整个管道中总的压力降△P = △P f1 + △P N1 + △P f2 + △P N2 + △Pf3 =16.81 －0.12 + 27.36 + 12.41 + 19.46 = 75.93 kPa。
管道压力降计算
管道压⼒降计算计算国产液化⽓LPG 在管道中得压⼒降：已知运动粘度v=0.234x10-6m 2/s,密度为ρ=555kg/m 3,管道直径DN80，流量Q max =22000kg/h,液体的流速为V=2.3m/s 。
由流量值Q=V s ρ，S=14∏d2，d 为管道的内径。
计算可得d=0.078m.雷诺数Re=V d v,v 为运动粘度。
得Re=0.767×106。
相对当量粗糙度为2e dε=，e 取值为0.2×10-3m(按新管道取值)得ε=0.008。
现在判断管中流态处于什么区域：10665765-εε㏒=0.284×106（⽬前国内常⽤公式）即其处于紊流粗糙区。
则：1012(1.742)ελ=-㏒=0.028由达西公式：2lL vh d 2gλ=，转化为压⼒降时（L 取100m ）：△P=ρgh 1=2L v d2ρλ=52.67kp/(100m).由于上诉e 取⾃范围0.1～0.2中得最⼤值，经计算上述的压降也是最⼤值，即△P max =52.67 kp/(100m)根据以上步骤，同理可以计算其它液体和不同管径的压⼒降，所得结果如下：分析：分析已有的资料，可知，在管道和粘度、密度变化不⼤，相同流速的情况下，压⼒降值波动不⼤。
现在计算⼀个由码头←→罐区的压⼒降，已知条件有，DN350，流速1.1m/s ，介质取液化⽓，按照以上的原理算得△P max =1.66 kp/(100m)。
码头←→罐区的径DN350和鹤管的N80或者DN50的压⼒降相⽐较，相差甚⼤。
即鹤管处压降较⼤，损失较严重。
提问：按鹤管长度400⽶，码头←→罐区3600m 计算的话，△P max =4×47.74+36×1.66=0.25Mp.再虑饱和蒸汽压等因素，所选泵的扬程390m 是否过⾼？。
《管道压力降计算》(SLDI 233A13-99)
管道种类及条件
压力降范围kPa(100m管长)
蒸汽 P=6.4∼10MPa(表) 总管 P<3.5MPa(表)
P≥3.5MPa(表) 支管 P<3.5MPa(表)
P≥3.5MPa(表) 排气管 大型压缩机>735kW
进口 出口 小型压缩机进出口 压缩机循环管道及压缩机出口管 安全阀 进口管(接管点至阀) 出口管 出口汇总管 一般低压工艺气体 一般高压工艺气体 塔顶出气管 水总管 水支管 泵 进口管 出口管<34 m3/h
注:当管道为含镍不锈钢时,流速有时可提高到表中流速的10倍以上.
1.2.3 管路
1.2.3.1简单管路
凡是没有分支的管路称为简单管路。
a） 管径不变的简单管路，流体通过整个管路的流量不变。
b） 由不同管径的管段组成的简单管路，称为串联管路。
1） 通过各管段的流量不变，对于不可压缩流体则有
Vf=Vf1=Vf2=Vf3……
中国石化集团兰州设计院标准
SLDI 233A13-98
管道压力降计算
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日期
1999 - 05 - 21 发布
1999 - 06 - 01 实施
中国石化集团兰州设计院
目次
1 单相流(不可压缩流体) ……………………………………………………………………… (1) 1.1 简述………………………………………………………………………………………… (1) 1.2 计算方法…………………………………………………………………………………… (1) 1.3 符号说明…………………………………………………………………………………… (24) 2 单相流(可压缩流体) ………………………………………………………………………… (25) 2.1 简述………………………………………………………………………………………… (25) 2.2 计算方法…………………………………………………………………………………… (25) 2.3 符号说明…………………………………………………………………………………… (36) 3 气-液两相流(非闪蒸型) …………………………………………………………………… (37) 3.1 简述………………………………………………………………………………………… (37) 3.2 计算方法…………………………………………………………………………………… (38) 3.3 符号说明…………………………………………………………………………………… (48) 4 气-液两相流(闪蒸型) ……………………………………………………………………… (49) 4.1 简述………………………………………………………………………………………… (49) 4.2 计算方法…………………………………………………………………………………… (49) 4.3 符号说明…………………………………………………………………………………… (57) 5 气-固两相流………………………………………………………………………………… (58) 5.1 简述………………………………………………………………………………………… (58) 5.2 计算方法…………………………………………………………………………………… (59) 5.3 符号说明…………………………………………………………………………………… (74) 6 真空系统……………………………………………………………………………………… (76) 6.1 简述………………………………………………………………………………………… (76) 6.2 计算方法…………………………………………………………………………………… (76) 6.3 符号说明…………………………………………………………………………………… (87) 7 浆液流………………………………………………………………………………………… (88) 7.1 简述………………………………………………………………………………………… (88) 7.2 计算方法…………………………………………………………………………………… (88) 7.3 符号说明…………………………………………………………………………………… (97)
管路压降计算公式
Dp=(L*450*Qc1.85)/(D5*P)L D P压降(bar)管道长度(m)管道内径(mm)压缩机排气口的绝对压力(bar)0.0012061320.59080.1258994741202580.6963281413005080.847726628502580.62513804510006580.22135675410008080.551212288150021981.571908462100040100.37218539812008080.0665774910002598 1 对于给定压力降，管网的最大许可长度之经济公式。
I=（⊿P*d5**P)/(450*QC1.85) I：管许可压降bar。
P：进口绝对压力bar。
QC：流量L/S。
d:管道内径。
设计一个管路系统，最好是环形布置，可缩空气从两个方向通到用气点，当间隙大量用气时压缩空气供应仍平衡。
4．2 确定储气罐容积公式：（只适用节方式的压缩机） V=Q/（8*⊿P） V：储气罐容积m3。
Q：最大压缩机的流量m3/min。
⊿P：设定的压差 bar。
压力空压机作大气量补充之储气罐容积计算公式： V=(Q*t)/(P1-P2)=L/(P1-P2) V：储气罐容积L。
Q：放气阶段。
t: 放气阶段的所需时间S。
P1：网络的标准工作压力bar。
P2：用气设备的最低压力bar。
L：补气段的空气L/工作周期。
4．3 直管之压降计算公式： ⊿P=450*{(Qv1.85*I)*(d5*P)} ⊿P: 压力降bar。
Qv：空气流量，L/S。
d: 内管径mm。
I：管长度 m。
P：绝对初始压力bar。
Qc压缩机排气量(l/s)m/min833.33333335016.666666671166.66666671075 4.5166.666666710166.6666667103333.33333320083.333333335200122083.333333125 I：管道总长m。
LNG压降计算
沿程压力损失 局部压力损失
ΔPf=λ*(L/D)*ρ*u*u/2 ΔPm=ζ*ρ*u*u/2 按当量直径计算Le=30D ζ1=λ *(L/D)=0.6 ζ2 查流量计手册，直接得出压 力损失为900Pa ζ3=0.75*3
Pa ζ
7972.539196 Pa
球阀3个
1.8 7430.716144
科里奥利流量计1个
900
90度弯头3个
2.25 9280.5*(1-B/A) 积突然收缩算） 压力传感器2个 止回阀1个(升降式） ζ5=0 ζ6=12
0.025355998 0
104.674014 0
12 49538.10762
局部压力损失合计 总压力损失 进口总压 总压力损失比
ΔPm ΔPt=1.15（ΔPf+ΔPm) P ΔPt/P MPa MPa
67261.89296 0.09 0.9 9.61%
LNG液相管路压降计算书
密度 粘性系数 流量 管径 管截面积 速度 雷诺数 ＜2000 2000~4000 ＞4000 ρ μ Q D A=(π/4)*D*D u=Q/A Re=ρuD/μ kg/m m /h m m
2 3 3
422 0.0010988 80 0.08 0.005024 4.423213022 135900.684
Pa*s
m/s
层流 λ=64/Re 临界区 λ随Re增大而增大，与K/d 湍流光滑区 λ只与Re有关，与K/d无 λ既与 Re有关，又与K/d有 湍流过渡区 关 湍流粗糙区 （阻力平方区） λ只与K/d有关，与 Re无关
根据Re，λ公式选 择： 管道材质 粗糙度 k k/D 莫迪图上，流动处于湍流过渡区 D/k (D/k)
Aspen Plus_管道压降计算
管道压降计算一概述管道压降为管道摩擦压降、静压降以及速度压降之和。
管道摩擦压降包括直管、管件和阀门等的压降，同时也包括孔板、突然扩大、突然缩小以及接管口等产生的局部压降；静压降是由于管道始端和终端标高差而产生的；速度压降是指管道始端和终端流体流速不等而产生的压降。
对复杂管路分段计算的原则，通常是在支管和总管（或管径变化处）连接处拆开，管件（如异径三通）应划分在总管上，按总管直径选取当量长度。
总管长度按最远一台设备计算。
对因结垢而实际管径减小的管道，应按实际管径计算。
管壁粗糙度的选用应考虑到流体对管壁的腐蚀、磨蚀、结垢以及使用情况等因素。
如无缝钢管，当流体是石油气、饱和蒸汽以及压缩干空气等腐蚀性小的流体时，可选取绝对粗糙度ε＝0.2mm；输送水时，若为冷凝液（有空气）则取ε＝0.5mm；纯水取ε＝0.2mm；未处理水取ε＝0.3～0.5mm；对酸、碱等腐蚀性较大的流体，则可取ε＝1mm或更大些。
对工程设计中常见的牛顿流体的单相流、汽液两相流管道压降可利用aspen plus的相关模型或者杨总编的excel压降计算程序来计算，二者差别不大。
非牛顿流体的流动阻力以及气力输送和浆液流管道的压降计算参见有关专题。
二基本信息和物性模型的选择为利用Aspen plus计算管道压降，首先必须在确定组分的条件下，选择合适的物性计算模型。
Aspen 模拟流程的一般计算步骤如下：1启动Aspen用户界面程序，快捷方式名称Aspen plus user interface，对应可执行程序为apwn.exe。
该快捷方式通常位置：程序-->Aspentech-->Aspen Engineering suit-->Aspen plus 10.2--> Aspen plus user interface。
可用右键单击，将其复制到桌面上来。
在启动窗口Aspen plus startup选择Template选项，单击ok，在随后出现的窗口中的Simulations标签下根据应用类别选择一合适的模板，比如Chemicalswith Metric Units，适用于化学品制造工业，计算中采用公制单位。
管路压降计算公式
管路压降计算公式Dp=(L*450*Qc1.85)/(D5*P)L D P压降(bar)管道长度(m)管道内径(mm)压缩机排气口的绝对压力(bar)0.0012061320.59080.1258994741202580.6963281413005080.847726628502580.62513804510006580.22135675410008080.551212288150021981.571908462100040100.37218539812008080.06657749100025981 对于给定压力降，管网的最大许可长度之经济公式。
I=（⊿P*d5**P)/(450*QC1.85) I：管许可压降bar。
P：进口绝对压力bar。
QC：流量L/S。
d:管道内径。
设计一个管路系统，最好是环形布置，可缩空气从两个方向通到用气点，当间隙大量用气时压缩空气供应仍平衡。
4．2 确定储气罐容积公式：（只适用节方式的压缩机）V=Q/（8*⊿P）V：储气罐容积m3。
Q：最大压缩机的流量m3/min。
⊿P：设定的压差 bar。
压力空压机作大气量补充之储气罐容积计算公式：V=(Q*t)/(P1-P2)=L/(P1-P2) V：储气罐容积L。
Q：放气阶段。
t: 放气阶段的所需时间S。
P1：网络的标准工作压力bar。
P2：用气设备的最低压力bar。
L：补气段的空气L/工作周期。
4．3 直管之压降计算公式：⊿P=450*{(Qv1.85*I)*(d5*P)} ⊿P: 压力降bar。
Qv：空气流量，L/S。
d: 内管径mm。
I：管长度 m。
P：绝对初始压力bar。
Qc压缩机排气量(l/s)m/min833.33333335016.666666671166.66666671075 4.5166.666666710166.6666667103333.33333320083.333333335200122083.333333125 I：管道总长m。
管道压降计算
数值1(Φ426x8) 0.85 290 60
3.7495
0.266702227 3032 0.5.338462489 42.72577585
管道弯头个数 管道上阀门个数 单个弯头局部阻力系数 弯头处局部总阻力系数 止回阀局部阻力系数 闸阀局部阻力系数
管道局部阻力系数 管道沿程阻力系数 管道总长 管道阻力系数
管道压降 管道压降 终端管道实际压力 管道压降比值
符号
p1 t1 G ρ1
υ1
h1 p2' t2 ρ2
υ2
ppj
υpj
w Dw Di δ η1
查汽规P162~165页
γ=η1*υ1
Re=w*Di/γ 查汽规P166页 ε/Di 查汽规P39页莫迪图
每90米一个π弯
闸阀1只 ξj1=20*λ(单个弯头阻力系数) ξjw=n1*ξj1(弯头局部阻力系数:r/d=1) 查汽规(止回阀门阻力系数：L/Di=50) 查汽规(闸阀阻力系数) ξjf=ξj2+1*ξj3 ξj=ξjw+ξjf ξy=λ*L/Di
名称 管段始端压力 管段始端温度 蒸汽流量 管段始端蒸汽密度
管段始端蒸汽比容 管段始端蒸汽焓值 管段末端允许压力(假定) 管段末端允许温度(假定) 管段末端蒸汽密度(假定)
管段末端蒸汽比容(假定) 平均压力
平均比容 管道流速计算 抽汽管道管外径(假定) 抽汽管道管内径 抽汽管道壁厚 介质动力粘度
介质运动粘度 雷诺系数 管道等值粗糙度 管道相对粗糙度 管道摩擦系数
426 410
8 1.9800E-05
关于氮气管道压力损失的计算
关于氮气管道压力损失的计算设定氮气管道长l=300米，管径d=100mm，温度t=20℃时，流量为Q=2500m³/h，可以计算管道的沿程损失hf1和其它损失hf21、管道的沿程损失hf1氮气流速v=Q/s=(2500*4)/（π*3600*0.12）=0.6944/0.00785=88.46m/s当温度t=20℃时，氮气的运动粘性系数υ=0.157厘米2/秒，计算气体的雷诺数为Re=v*d/υ=563431＞105，可以得出氮气在管内为均匀紊流流动。
钢管的沿程阻力系数λ通常取值为λ=0.0173。
风管的沿程损失经验公式为hf=（λ*l*v2）/(d*2*g)……………………………….……①将氮气管道长l=300米，管径d=100mm，温度t=20℃时，流量为v=88.46 m/s，λ=0.0173代入公式①，计算管道的沿程压力损失为：hf 1=（λ*l*v2）/(d*2*g) =20720.56 N/m2= 0.207 Mpa……..（1）2、管道的其它损失氮气管道还存在6个弯头损失和2个阀门损失弯头损失le=4d，6个弯头损失为le1=4d*6=2.4 m阀门损失le=15d，2个阀门损失为le2=15d*2=3 m∑le=le1+le2=5.4 m将∑le代入公式①，计算管道的其它压力损失为hf 2=（λ*l*v2）/(d*2*g) =4386 N/m2= 0.044 Mpa……..（2）∑hf= hf 1+ hf 2=0.207 Mpa + 0.044 Mpa = 0.251 Mpa通过计算可以得到管径d=100mm的管道输送2500m³/h的氮气时管路造成的压力损失为0.251 Mpa，当盈德输送的压力为0.55Mpa时，到达粉煤制备系统氮气风包的压力只有0.3 Mpa，不能到达安全生产（压力＞0.4 Mpa）要求。
下表为盈德氮气入口压力为0.55Mpa时，氮气管道在不同流量下压力损失情况，同时对比增加一根φ100的氮气管道后氮气压力情况：序号氮气流量(m³/h)管道压力损失（Mpa）粉煤系统氮气压力（Mpa）改造后压力改造后粉煤系统损失（Mpa）氮气压力（Mpa）备注2500m³/h为当前粉煤生产正常氮气使用量123425003000200040000.250.360.160.550.30.190.390.00.0630.090.040.160.4870.460.510.39根据以上计算结果，要解决当前粉煤制备系统氮气供应和氮气压力的问题，必须增加一根φ100的氮气管道，管道压力损失将减小到四分之一，在输送能力和压力方面都能保证粉煤系统安全生产要求。
管内压降的计算公式
管内压降的计算公式
管内压降的计算公式可以根据不同的流体和管道条件有所不同。
以下提供两个公式，可根据具体情境选择合适的公式进行计算：
1. 达西公式：用于计算流体在圆管中的压降，其公式为：ΔP = λ× L × (V^2/2g) × (πD^4/8Q^2)。
其中，ΔP为压降，λ为管道摩擦系数，L为管道长度，V为流速，g为重力加速度，D为管道直径，Q为流量。
2. 普威尔公式：用于计算流体在管道中的压降，其公式为：ΔP = f × (L/D) × (V^2/2g)。
其中，ΔP为压降，f为摩擦系数，L为管道长度，D为管道直径，V为流速，g为重力加速度。
以上信息仅供参考，如需更准确的公式或使用条件，建议咨询物理学或流体力学专家。
管道压力降计算
管道种类及条件
压力降范围kPa(100m管长)
蒸汽 P=6.4∼10MPa(表) 总管 P<3.5MPa(表)
P≥3.5MPa(表) 支管 P<3.5MPa(表)
P≥3.5MPa(表) 排气管 大型压缩机>735kW
进口 出口 小型压缩机进出口 压缩机循环管道及压缩机出口管 安全阀 进口管(接管点至阀) 出口管 出口汇总管 一般低压工艺气体 一般高压工艺气体 塔顶出气管 水总管 水支管 泵 进口管 出口管<34 m3/h
sldi蒸汽p6410mpa表46230总管p35mpa表1235p35mpa表2346p35mpa表2346p35mpa表2369排气管4612大型压缩机735kw进口189出口4669小型压缩机进出口2323压缩机循环管道及压缩机出口管02312安全阀进口管接管点至阀最大取整定压力的3出口管最大取整定压力的10出口汇总管最大取整定压力的75一般低压工艺气体2323一般高压工艺气体2369塔顶出气管12水总管23进口管最大取8出口管3435138341102392110碳钢122碳钢122碳钢091含酚蒸汽碳钢1800盐水碳钢183900衬水泥或沥青钢管460900衬水泥或沥青钢管600注
3）对较复杂的枝状管路，可在分支点处将其划分为若干简单管路，按一般的简单管路分别计算。
1.2.4 管道压力降计算
1.2.4.1 概述
1.2.4.1.1 管道压力降为管道摩擦压力降、静压力降以及速度压力降之和。
管道摩擦压力降包括直管、管件和阀门等的压力降，同时亦包括孔板、突然扩大、突然缩小以及
接管口等产生的局部压力降；静压力降是由于管道始端和终端标高差而产生的；速度压力降是指管道始
对相同绝对粗糙度的管道，直径愈小，对摩擦系数影响程度愈大，因此用ε和d的比值（ε/d）来表 示管壁粗糙度，称为相对粗糙度。在湍流时，管壁粗糙度对流体流动的摩擦系数影响甚大。
液体流动时压降计算
液体流动时压降计算（阻力损失计算）
液体流动时压降计算（阻力损失计算）：
1、牛顿流体和非牛顿流体：温度和压力一定时，牛顿流体的粘度μ为常数，
和流速无关；在非牛顿流体中，粘度μ不是常数，它不仅随温度和压力变化，而且随流速而变。
2、雷诺数：Re=ρDv/μ
式中D(m)为管直径，v(m/s)为平均流速，
ρ（kg/m3）为流体密度，μ（Pa.s）为动力粘度
牛顿流体：
Re<2100为层流
Re>2100为紊流
3、牛顿流体压降计算
层流：ΔP=8μvL/R2
紊流：ΔP=λ（L/D）（ρv2/2）（1）
式中：L：管长，R为管径，λ为阻力系数，对牛顿流体（λ=0.3116/Re0.25）
4、粘性液体流经各种管路附件所产生的压降，可以利用下面给出的相当于
直管的当量长度和上面已确定的直管流动压降（1）来计算。
对于粘度较高的粘性流体（Re>1000）应将表中给出的当量长度值增加，这可通过将表中所给的L/D乘以Re/1000来进行修正。
消防管道压降计算
消防管道压降计算
在一般情况下，可以通过以下公式计算管道压力下降：
Δp=λ·（l/d1）·（ρ/2）·v²
Δp–管段上的压降，Pa
l–管段的长度，
mλ-摩擦系数
d1–管径，
mρ–泵送介质的密度，kg/m3
v–流量，m/s
由于不同的因素可能会产生水力阻力，并且区分了两个主要类别：摩擦阻力和局部阻力。
摩擦阻力是由与泵送介质接触的管道表面上的各种凹凸不平引起的。
在其与管道壁之间的流体流动期间会发生摩擦，该摩擦具有制动作用并且需要额外的能量消耗才能克服。
产生的阻力在很大程度上取决于泵送介质的流动方式。
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一段长为 l 的液氮传输管路如图 1 ， 内径为 d， 液氮传输达到稳定后， 管壁导热进入准稳态过程， 因 此可假定管内外壁温差 △t 恒定， 管子内层是导热 系数为 λ1 的金属材料， 其外壁距管子中心轴线 d1 ， 外层是导热系数为 λ2 的绝热材料， 外壁距管子中心 轴线为 d2 。
确定了气液两相氮干度沿流动距离变化的规律 后， 通过均相模型和 L － M 模型计算液氮传输过程 中压降。 2． 1 均相模型 均相模型用一等效流体代替两相流体， 采用两 相流的平均特性参数作为该等效流体的特性参数 ， 当两相混合较均匀， 两相间动量与能量传递较快时， 该模型的适用性强。 摩擦压降计算式 为： fL G2 △p f = D 2 gc ρm
对于如图 1 的外壁包裹有绝热材料的液氮传输
基本思想是用一些专门定义的系数乘以相对应的单 相摩擦压降梯度， 这些乘数被称为乘子， 它们实际上
分析·探讨
代表两相摩擦压降与单相摩擦压降的比值 。流动伴 随吸热时， 摩擦压降梯度为： （ L ） 2 （ dp / dL） L （ 7 ） 式中： x 为局部流体干度； （ dp / dL ） L 为总质量 （ dp / dL）
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［5 ］
（ 第 44 卷第 5 期）
分析·探讨
关， 齐守良等人 对微通道内的两相氮的流动压降 进行了分析， 指出用均相模型预测两相流动压降较 为准确， 李祥东等人 则通过数值模拟的方法对两 相氮流动压降进行研究。这些研究并未结合具体的
［6 ］
热流密度为： 管路， q= △t d1 d1 d2 d2 ln + ln λ1 d λ2 d1 （ 2）
WANG Xin － xin1 ， ZHOU Fu － bao2 ， HU Wei － xi1 ， LI Fang － lei1 ， WANG Chen1 ( 1 ． School of Sunyueqi，China University of Mining and Technology，Xuzhou 221116 ， China; 2 ． School of Safety Engineering， China University of Mining and Technology，Xuzhou 221116 ， China) Abstract: Combined with the engineering practice of coal mine fire prevention and extinguishing engineering with liquid nitrogen，on the basis of analyzing the heat transfer process in the liquid nitrogen transportation pipeline，it introduced and compared two calculation methods of two － phase nitrogen pipeline transportation pressure drop，which included homogeneous model and Lockhart － Martinelli correlation ，then it analyzed the influence of wall roughness，dryness of two － phase nitrogen at the outlet of pipeline，pipeline diameter and mass flow speed on the pressure drop． The results showed that homogeneous model was suitable for calculating the pressure drop in the case of smaller dryness and Lockhart － Martinelli correlation could be used to calculate the pressure drop of two － phase nitrogen except the annular flow; the wall roughness greatly affected the pressure drop and the influence became bigger with the pipeline diameter becoming smaller; with dryness of two － phase nitrogen at the outlet of pipeline increasing，the pressure drop increased at first and then decreased，so wrapping the pipeline with insulation materials could reduce the dryness of two － phase nitrogen，thus it decreased the pressure drop． Key words: fire prevention and extinguishing engineering with liquid nitrogen; two － phase nitrogen pressure drop; homogeneous model; Lockhart － Martinelli correlation
TP
（ 2013 － 05 ）
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4 4． 1
液氮输送管道压降影响因素分析 管道内壁面粗糙度
= （ 1 － x）
2－n
流量单一液相流动下压降梯度； L 即为液相摩标乘 代表两相摩擦压降与单一液相摩擦压降的比值 ， 子， 关联式为：
1 /2 1 + （ C / X ） + （ 1 / X2） ］ L = ［
目前液氮防灭火技术是应用于煤矿井下火灾防 治的一种有效的技术手段， 由于这种技术具有抑爆、 窒息、 冷却等多种防灭火作用， 因此具有很好的防灭 火效果。在采用液氮防灭火方式时， 为了使液氮喷 出时具有较高的速度， 从而使其能够扩散到整个防 火 区 范 围 内， 输氮管出口处必须具有较高的压 力 ， 但管道传输液氮过程中液氮会受热汽化 ， 形 成气液两相流， 同时产生很大的摩擦压降， 该压降比 单相流压降大很多， 这样就会造成很大的压力沿程
图1 管道传热分析图
f
1 /2
1 = 0 ． 782ln［ ］ （ 6） 0． 135 （ e / D） + 6． 5 / Ｒe
现假定管子由一种材料构成， 推导热流密度 q。 取一半径为 r， 厚度为 dr 的薄层， 采用圆柱坐标的导 热微分方程， 可推得通过该微元管道壁的热流密度 ［7 ］ q 为： q= △t d1 d1 ln d λ （ 1）
［9 ］
（ 4）
m； g c 为牛顿第二定律的 式中： L 为管道长度， g c = 1 kg · m / （ N · 单位换算因子， 采用 SI 制时， s2 ） ； ρ m 为平均密度， 计算式为： 1 1 －x x = + ρm ρL ρG （ 5）
x 为进出 平均动力黏度 η m 计算式与 ρ m 类似， 口的平均干度； 下标 L 指液相； 下标 G 指气相。 由于煤矿输氮管道内气液两相的雷诺数均较 大， 因此管壁内表面的粗糙度对摩擦因子的影响不 可忽略。粗糙管摩擦因子的关联式为： 1
通过均相模型计算上面实例中其它条件不变但 改变管径和管壁粗糙度后的压降值， 从而分析不同 管径下管壁粗糙度对压降的影响。从图 2 可以看出 压降随管壁粗糙度的增加而增加 ， 且管径越小， 压降 受管壁粗糙度影响越大， 这是由于管径减小会使管 壁相对粗黏度 e / D 增大， 从而导致流体黏性底层覆 盖的管壁凹凸部分的份额减少， 管壁粗糙度对压降 。 产生更大的影响
均相模型等效流体雷诺数 Ｒe 用平均动力黏度 η m 计算。在两相均是紊流的情况下， 两相交界面很 粗糙， 摩擦压降相对于动量压降很大， 因此煤矿液氮 防灭火工程中管道气液两相氮压降可以仅用摩擦压 降代表。联立式（ 4 ） 、 式（ 5 ） ， 即可计算两相流压降。 2． 2 Lockhart － Martinelli 关联式 Lockhart － Martinelli 关联式计算两相流压降的
分析·探讨
（ 2013 － 05 ）
· 183·
液氮防灭火工程中管道输送压降的计算方法
1 2 1 1 王鑫鑫 ， 周福宝 ， 胡维西 ， 李方磊 ， 王
琛
1
( 1． 中国矿业大学 孙越崎学院， 江苏 徐州 221116 ; 2． 中国矿业大学 安全工程学院， 江苏 徐州 221116 )
要： 结合煤矿液氮防灭火工程实际， 在对液氮 输送 管 道 传 热 分析的 基 础 上， 介绍并比较了用 均相模型和 Lockhart － Martinelli 关联式计算气 液 两相 氮管 道输送 压 降 的 方 法， 同 时 分析了 管 壁 摘 粗糙度、 管道出口处气液两相氮干果 表明 对 于 干 度 较 Lockhart － Martinelli 关 联 式 能 较 好 地 拟 合 小情况下的两相氮适合用均相模型计算， 除 环 状 流 外， 气液两相氮的压降情况; 管道壁面粗糙度对管道 压 降影响较 大， 且 管 径 越 小， 壁 面 粗糙 度对 压 降 的影响越大; 压降随管道出口两相氮干度的增加先增大后减小， 可以在管壁外包裹绝热材料来减 小出口干度， 从而减小输送压降。 关键词： 液氮防灭火工程; 两相氮压降; 均相模型; Lockhart － Martinelli 关联式 + 中图分类号： TD75 2． 2 文献标志码： B 文章编号： 1003 － 496X( 2013 ) 05 － 0183 － 04 Calculation Methods of the Pipeline Transportation Pressure Drop in the Fire Prevention and Extinguishing Engineering with Liquid Nitrogen