管道系统的设计

第十章 管道系统的设计
第一节 管道系统压力损失计算
一 管道内气体流动的压力损失
包括两种：a 摩擦压力损失或沿程压力损失：由于气体本身的粘滞性及其与管壁间的摩擦而产生的压
力损失
b 局部压力损失：气体流经管道系统中某些局部构件时，由于流速大小和方向改变形成涡流而产生的压力损失
总压力损失=沿程压力损失＋局部压力损失
1．沿程压力损失ΔP l
m s L lR v R l P ==∆242
ρλ
其中 242
v R R s m ρλ=
式中 R m —单位长度管道的摩擦压力损失，简称比压损(或比摩阻)，Pa ／m ；
l —直管段长度，m ；
入——摩擦压损系数；
v ——管道内气体的平均流速；m ／s ；
ρ——管道内气体的密度，kg/m 3；
Rs ——管道的水力半径，m ．它是指流体流径直管段时，流体的断面积A(m2)与润湿周边x(m)
之比，即
Rs=A/x (m)
（1）圆形管道（流体为气体）
Rs=nd 2／4／d=d ／4
R m =入/d*pv 2/2 (Pa ／m)
（2）矩形管道：
①流速当量直径计算法：
假设：矩形管道和某圆形管道的压损系数相等，即入圆=入矩；
圆形管道的流速与矩形管道的流速亦相等，即v 圆=v 矩；
当圆形管道比压损与矩形管道比压损相等时，则该圆形管道的直径就称为此矩形管道的流速当量直径，以dv 表示
由dv 值，再由dv 和矩形管道内的实际流速去查圆形管道的比压损计算表，得到的R m 值或入／d 值即可作为矩形管道的R m 或入／d 值
②用“计算表”直接计算：上述的“计算表”已经考虑到了矩形风管和圆形风管的差异，并已在相应表中作了变换。

使用时，可根据已知的流量和选取的流速在“计算表”中直接查出需要设计的管道尺寸和RL 值。

2．局部压力损失ΔP m
气体流经管道系统中的异形管件(如阀门、弯头、三通等)时，由于流动情况发生骤然变化，所产生的能量损失称为局部压力损失。

局部压力损失在管道系统的总压力损失中占有很大比重。

局部压力损失一般用动压头的倍数表示，即
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v P m ρξ=∆(Pa)
式中 ξ——局部压损系数，有关设计手册中可以查到；
v ——异形管件处管道断面平均流速，m ／s ；
局部压损系数通常是通过实验确定的。

实验时，先测出管件前后的全压差(即该管件的局部压力损失)，再除以相应的动压pv 2／2，即可求得ξ值。

二 管道计算
步骤如下：
1．首先确定各抽风点位置和风量，气体净化装置、风机和其它部件的型号规格，风管材料等．
2．根据现场实际情况布置管道，绘制管道系统轴测图，并进行管段编号，标注长度和风量。

3．确定管道内的气体流速．
4．根据系统各管段的风量和选择的流速确定各管段的断面尺寸。

输送细小颗粒粉尘(如筛分和研磨细粉)，d>=80mm ；
输送较粗粉尘(如木屑)，d>=l00mm ；
输送粗粉尘(有小块物)，d>=130mm 。

5．风管断面尺寸确定后，应按管内实际流速计算压损．压损计算应从最不利环路(系统中压损最大的环路)开始。

6．对并联管道进行压力平衡计算。

7．计算除尘系统的总压力损失(即系统中最不利环路的总压力损失)。

第二节 管道系统布置及配件
一 管道系统布置
1．管道布置的一般原则：管道布置应从系统总体布局出发，对全车间管线通盘考虑，统一规划，力求简单，紧凑，缩短管线，减少占地和空间，节省投资，方便安装、调节和维修。

2．划分系统的原则：
凡发生下列几种情况之一者不能合为一个净化系统：
①污染物混合后有引起燃烧或爆炸危险者；
②不同温度和湿度的气体，混合后可能引起管道内结露者；
③因粉尘或气体性质不同，共用一个系统会影响回收或净化效率者。

3．管道敷设的原则：管道敷设分明装和暗设，应尽量明装，以便检修；管道应尽量集中成列，平行敷设，
尽量沿墙或柱敷设；管道与梁．柱、墙、设备及管道之间应留有足够距离，以满足施
工、运行、检修和热胀冷缩的要求。

一般间距不应小于100一150mm ；管道通过人行
横道时，与地面净距不应小于2m ，横过公路时不得小于4．5m ，横过铁路时与铁轨
面净距不得小于6m ；水平管道敷设应有一定的坡度，以便于放气、放水、疏水和防
止积尘，一般坡度为不小于0．005%0。

坡度应考虑斜向风机方向，并应布风管的最
低点和风机底部装设水封泄液管。

4．管道支撑的原则：管道与阀件不宜直接支承在设备上，应单独设支架或吊架。

保温管的支架上应设管
托；管道的焊接缝位置应布置在施工方便和受力较小的地方。

焊缝小得位于支架处．焊
缝与支架的距离不应小于管径，至少不得小于200mm 。

5．管道联接的原则．为方便检修、安装，以焊接为主要联接方式的管道中，应设置足够数量的法兰；以
螺纹联接为主的管道，应设置足够数量的活接头(特别是阀门附近)；穿过墙壁或楼板
的那段管道不得有焊缝．
6．管网布置方式
①干管配管方式：布置紧凑，占地小，投资少，施工简便，应用较广泛。

但由于各支管间压力平衡计算比
较繁琐，给设计增加一定的工作量。

②个别配管方式：吸气(尘)点多的系统管网，可采用大断面的集合管连接各分支管，集合管内流速不易
3-6m/s（水平集合管<=3m/s，垂直集合管<=6m/s），以利各支管间压力平衡，对于除尘
系统，集合管还能起出净化作用，但管底应设清除积灰的装置．
③环状配管方式：具有支管间压力易于平衡的优点．
二管道和部件
1．管道材料和连接：
（1）管道材料：砖、混凝土，炉渣石膏板，钢板、木板(胶合板或纤维板)、石棉板、硬聚氯乙烯板等，其中最常用的材料是钢板．
（2）联接管（软管）：金属软管，塑料软管，橡胶管，帆布骨等
2．管道断面形状：圆形和矩形
比较：a相同断面积时，圆形管道的压损小些，材料省些．圆形管道直径较小时比较容易制作，便于保温．但圆形管道系统管件的放样、加工较矩形管道困难，布置时不易于建筑协调，明装时不易布置得美观．b矩形管道不仅有效面积小，而且其四角的涡流是造成压力损失、噪声、振动的原因。

当管径较小，管内流速较高时，大都采用圆形管道，例如除尘系统．但有关试验资料表明，输送高温烟气时，矩形管道的强度要比圆形管道高。

而且，当管道断面尺寸大时，为了充分利用建筑空间，通常采用矩形管道．
三管道系统部件
1．异形管件：弯头、三通、变径管
2．筏门、测孔、清灰孔、检修平台、
3．管道加固筋、管道支架、吊架
第三节管道系统保温、防腐和防爆
一管道系统保温
1．保温的目的：为减少输送过程的热量损耗或防止烟气结露而影响系统正常运行，则需要对管道进行保温．并充分考虑热胀冷缩问题．
2．常用的保温材料：石棉，矿渣棉、蛭石板．玻璃棉，玻璃纤维保温板、聚苯乙烯泡沫靴朴，聚氨酯泡沫塑料等．
3．保温层厚度计算：根据保温目的计算出经济厚度。

保温层经济厚度的选择应该以确定每米保温层长度的年最低操作费用为基础。

这些费用由年热损失，保温层投阶的年折旧、保养及检修
等费用组成。

二管道系统防腐
主要采用防腐材料和防腐涂料
三管道系统防爆措施
1．加强可燃物浓度的检测与控制。

为防止管道系统内可燃物浓度达到爆炸浓度，应装设必要的检测仪器，以便经常监视系统的工作状态，实现自动报警，采取必要的措施．在系统风量设计时，除考虑满足净化要求外，还应校核其中可燃物浓度，必要时加大设计风量，以保证输送气体中可燃物浓度低于其爆
炸浓度下限．
2．消除火源。

对可能引起爆炸的火源严格控制。

3．阻火与泄爆措施，设计可燃气体管道时，应使管内最低流速大于气体燃烧时的火焰传播速度，以防止火焰传播；为防止火焰在设备间传播，可在管道上装设内有数层金属网或砾石的阻火锝；防止可燃物在管道系统的局部地点(死角)积聚，并在这些部位装设泄焊孔或泄爆门。

气体管道中采用的连接水封和溢流水封亦能起一定的泄爆作用．
4．设备密闭和厂房通风。

当管道与设备密闭不良时，可能发生因空气漏人或可燃物泄漏而发生燃烧爆炸。

因此，必须保证设备系统的密闭性。