工艺管道经济流速的研究

工艺管道经济流速的研究

艾晓欣

摘要本文主要介绍工艺管道经济流速的选择及其与管道压力降的关系关键词经济流速管径百米压降

1、概述

在化工生产中我们经常遇到的流体运动，绝大多数是湍流。当输送流体的能力一定时，管径大小直接影响经济效果。管径小，介质流速大，管路压力降大，从而增加了流体输送设备的动力操作费用。反之，增大管径，虽然动力费用减少，但管路建造费用却增加。因此，为求得其矛盾的统一，设计上必须选择合理的管径。

管路压力降计算的目的，是根据介质流量及允许的压力降来确定管径或根据管径和介质流量来验算压力降。确定管径时应根据运行中可能出现的最大流量和允许的最大压力降来计算。

经济流速、管径、压力降这三者之间是息息相关的，他们之间的选择与确定应该根据介质性质、操作情况、建设投资和操作费用、项目建设要求等情况具体确定。但是它们的选取还是有一定规律可循的，在日常的工作中，一些年轻的工程师在确定经济流速时往往是查手册规中相关表格中的数据，这些表格中的数据虽然正确，但是在应用到具体实际问题中却略显粗糙，以下我便对液体、气体、水蒸汽、气液两相流等流体经济流速的选取进行概括与讨论，并真对具体问题完善常用流速围及压力降推荐值。

2、各种流体的研究讨论

2.1 液体

液体是我们在化工生产中常见的流体种类，最常见的有水、酸、碱、有机物、油品、液化烃等。不同的流体按其性质、状态和操作要求的不同，应选用不同的流速。粘度较高的液体，摩擦阻力较大，应选择较低的流速。允许压力降较小的管道，例如常压自流管道和输送泡点状态液体的泵入口管道，应应选择较低的流速。允许压力降较大或介质粘度较小的管道，应选择较高的流速。一些含有固体颗粒或较易结晶的管道，应选择较高的流速。同时为防止因介质流速过高引起管道冲蚀、磨损、振动和噪声等现象，液体流速一般不宜超过4 m/s。

2.1.1流速的选择

2.1.1.1特殊液体最大流速值

2.1.1.2一般液体流速的选择

在目前项目的设计中，大多数液体的输送是由泵来实现的。

泵的进口液体流速一般在0.5～1.5 m/s，泵的出口液体流速一般在1.5～2.5 m/s，设备底部出口液体流速一般在1.0～1.5 m/s，对于自流的管道出口液体流速一般在0.7～1.5 m/s，罐区大罐底部出口的流速一般在0.5～1.0 m/s。具体常见液体经济流速推荐值见表1。

2.2.2压降的选择

气体流体有压缩空气、仪表空气、氮气等。在这气体在管道得流动过程，因流速高导致压力

些气体中压缩空气、仪表空气常规的压力规格为

2.3.3气体与水蒸汽经济流速的比较 由表6和表10可以看出，蒸汽管道介质流速随着蒸汽压力增大而增加，而压缩空气管道介质流速随空气压力增大而减小。关于蒸汽的流速之所以压力越高允许的流速越大，主要是因为蒸汽都是用锅炉产生的，工业领域使用蒸汽主要是利用其提供热能，也就是尽量避免输送过程的热损失，通常长距离输送的蒸汽都是过热度较高的蒸汽，然后经过减温减压后再送至用户使用。因而蒸汽管道的允许压降较大，所以可以在较高流速下输送。而使用压缩空气，主要是利用其压力，压力过多的损失在管道上所导致的因压力损失而增加的压缩功就很大，这样压缩机的投资增加较多，就不经济了。 2.4 气液两相流体

汽液两相混合物在管道中的流动是石油化工企业工艺装置中常见的流体流动过程之一，具有单相流动所不存在的许多复杂因素。其流动状

态不能仅由滞流和湍流确定，而是要取决于不同的流动型态（分层流。泡状流、雾状流、波状流、环状流、塞装流）和两相间的自由界面等因素，这些因素使问题变得很复杂，因而迄今尚没有一种完善的方法普遍的适用于各种不同的两相流计算，往往需要根据工程经验采用不同的方法并根据不同的情况加以修订正。 2.4.1流速的选择

气液两相流管道的流速较低，一般控制在0.5 m/s 以下。 2.4.2压降的计算

蒸汽冷凝液产生的凝结水在管道流动时，由于摩擦压力降而产生的自蒸发现象，使管道出现

s

ds 按汽水混合物计算的管径，mm di 按液态凝结水计算的管径，mm

l ρ 按液态凝结水计算的密度，kg/m 3 s ρ 按汽水混合物计算的密度，kg/m 3

在目前公用工程的设计中使用较普遍的低压蒸汽规格有0.45MPa(G)，其产生的冷凝液若忽略通过加热设备的压力损失和过冷因素，则冷凝液的压力可按0.45MPa(G)考虑，温度不变。冷凝液管道加设疏水阀后排至凝液收集系统，若凝液收集系统是用来制造热水，则一般收集罐是常压的，若疏水阀的背压设为0.25MPa(G)则不同管道管径、流量、汽液两相压力降值之间的关系可见表15。

表15 汽液两相流管道流量、流速、压力降对照简表

3、结论

经过对液体、气体、水蒸汽、气液两相流等流体流速、管径、压力降的分析讨论，可以总结出以下结论：

1)管道的设计应满足工艺对管道的要求，

其流通能力应按正常生产条件下介质

的最大流量考虑，其最大压力降应不超

过工艺允许值，其流速应位于根据介质

的特性所确定的安全流速的围。

2)综合权衡建设投资和操作费用。一套石

化装置的管道投资一般占装置投资

20％左右。随着管径的增加，不仅增大

了管壁厚度和管子重量，而且增大了管

道上的阀门和管件，增加了隔热层厚度

和材料的用量。因此，在设计管道时，

一般在允许压力降的前提下尽量的选

用较小管径，特别是在确定合金管管径

时更需慎重对待，以节省投资。但是，

管径太小则介质流速增高，磨擦阻力增

口管道，应选用较低的流速。允许压力

降较大或介质粘度较小的管道，应选用

较高流速。

4)为防止因介质流速过高引起管道冲蚀、

磨损、振动和噪声等现象，液体流速一

般不宜超过4 m/s。气体流速一般不超

过其临界速度的85％，真空下最大不

超过100 m/s。含有固体物质的流体，

其流速不应过低，以免固体沉淀在管而

堵塞管道，但也不宜太高，以免加速管

道的磨损或冲蚀。

5)同一介质在不同管径的情况下，虽然流

速和管长相同，但管道的压力降却可能

相差较大。因此，在设计管道时，如允

许压力降相同，小流率介质应选用较小

管道，大流率介质可选用较高流速。6)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、

DN65和DN125管子。

参考文献