蒸汽管道压降及管径计算3

9.1蒸汽网路系统一、蒸汽网路水力计算的基本公式计算蒸汽管道的沿程压力损失时，流量、管径与比摩阻三者的关系式如下R = 6.88×10-3×K0.25×(G t2/ρd5.25)，Pa/m （9-1）d = 0.387×[K0.0476G t0.381/ (ρR)0.19]，m （9-2）Gt = 12.06×[(ρR)0.5×d2.625 / K0.125]，t/h （9-3）式中 R ——每米管长的沿程压力损失（比摩阻），Pa/m ；G t ——管段的蒸汽质量流量，t/h；d ——管道的内径，m；K ——蒸汽管道的当量绝对粗糙度，m，取K=0.2mm=2×10-4 m；ρ ——管段中蒸汽的密度，Kg/m3。

为了简化蒸汽管道水力计算过程，通常也是利用计算图或表格进行计算。

附录9-1给出了蒸汽管道水力计算表。

二、蒸汽网路水力计算特点1、热媒参数沿途变化较大蒸汽供热过程中沿途蒸汽压力P下降，蒸汽温度T下降，导致蒸汽密度变化较大。

2、ρ值改变时，对V、R值进行的修正在蒸汽网路水力计算中，由于网路长，蒸汽在管道流动过程中的密度变化大，因此必须对密度ρ的变化予以修正计算。

如计算管段的蒸汽密度ρsh与计算采用的水力计算表中的密度ρbi 不相同，则应按下式对附表中查出的流速和比摩阻进行修正。

v sh = ( ρbi / ρsh) · v bi m/s （9-4）R sh= ( ρbi / ρsh) · R bi Pa/m （9-5）式中符号代表的意义同热水网路的水力计算。

3、K值改变时，对R、L d值进行的修正（1）对比摩阻的修正、当蒸汽管道的当量绝对粗糙度K sh与计算采用的蒸汽水力计算表中的K bi=0.2mm不符时，同样按下式进行修正：R sh=(K sh / K bi)0.25 · R bi Pa/m （9-6）式中符号代表意义同热水网路的水力计算。

hysys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。

标准实用蒸汽管路计算说明1、输入参数物料名称过热蒸汽质量流量W G 54000 kg/h始端温度t1 315 ℃始端压力P13600 kPa2.管路长度根据实际管路布置（如图1），大减温减压系统支路从试验厂房蒸汽入口到N3喷口按调节阀分为六段进行计算。

图1 管段轴测图标准实用文档大全表1 管路长度（不包含调节阀）项目A→B B→C C→D D→E E→F F→G数量(个)当量长度(m)数量(个)当量长度(m)数量(个)当量长度(m)数量(个)当量长度（m）数量(个)当量长度（m）数量(个)当量长度（m）管道规格DN200 DN200 DN200 DN250 DN250 DN250管道内径d（m）0.1941 0.1941 0.1941 0.248 0.248 0.248直管段l（m） 5.95 8.72 4.18 19.445 16.70 2.76 弯头45° 1 3.968 弯头90° 1 5.823 4 23.292 2 11.646 3 22.32 2 14.88 1 7.44 标准三通（直通） 1 3.882 1 3.882 2 9.92 2 9.92 1 4.96 标准三通（分枝） 1 11.65截止阀(全开) 1 58.23止回阀 1 24.80截面积变化12.72 总长度L（m）70.00 47.54 19.71 51.69 66.3 31.853.按等温流动计算 A →B 段：设调节阀B 阀前压力P 2=3550 kPa 过热蒸汽密度511(0.461126.1)0.0097 1.32410t tPρ-=+-+⨯3114.319kg m ρ= 3214.105kg m ρ=因此 314.31914.10514.10514.1763m kg m ρ-=+=查得过热蒸汽粘度μ=0.0204 mPa.s 雷诺数 654000Re 354354 4.8310194.10.0204G W d μ==⨯=⨯⨯取ε=0.2mm ，则ε/d=0.2/194.1=0.00103查《HG-T 20570.7 管道压力降计算》图1.2.4-1得，λ=0.0205 摩擦压力降2352356.26100.020*********.26109.81194.114.17665.80G f mLW P g d kPaλρ∆=⨯⨯⨯=⨯⨯⨯⨯= P 2=P 1-△P f =3600-65.80=3534.20 kPa 与假设相符。

9.1蒸汽网路系统一、蒸汽网路水力计算的基本公式计算蒸汽管道的沿程压力损失时，流量、管径与比摩阻三者的关系式如下R = 6.88×10-3×K0.25×(G t2/ρd5.25)，Pa/m （9-1）d = 0.387×[K0.0476G t0.381/ (ρR)0.19]，m （9-2）Gt = 12.06×[(ρR)0.5×d2.625 / K0.125]，t/h （9-3）式中 R ——每米管长的沿程压力损失（比摩阻），Pa/m ；G t ——管段的蒸汽质量流量，t/h；d ——管道的内径，m；K ——蒸汽管道的当量绝对粗糙度，m，取K=0.2mm=2×10-4 m；ρ ——管段中蒸汽的密度，Kg/m3。

为了简化蒸汽管道水力计算过程，通常也是利用计算图或表格进行计算。

附录9-1给出了蒸汽管道水力计算表。

二、蒸汽网路水力计算特点1、热媒参数沿途变化较大蒸汽供热过程中沿途蒸汽压力P下降，蒸汽温度T下降，导致蒸汽密度变化较大。

2、ρ值改变时，对V、R值进行的修正在蒸汽网路水力计算中，由于网路长，蒸汽在管道流动过程中的密度变化大，因此必须对密度ρ的变化予以修正计算。

如计算管段的蒸汽密度ρsh与计算采用的水力计算表中的密度ρbi 不相同，则应按下式对附表中查出的流速和比摩阻进行修正。

v sh = ( ρbi / ρsh) · v bi m/s （9-4）R sh= ( ρbi / ρsh) · R bi Pa/m （9-5）式中符号代表的意义同热水网路的水力计算。

3、K值改变时，对R、L d值进行的修正（1）对比摩阻的修正、当蒸汽管道的当量绝对粗糙度K sh与计算采用的蒸汽水力计算表中的K bi=0.2mm不符时，同样按下式进行修正：R sh=(K sh / K bi)0.25 · R bi Pa/m （9-6）式中符号代表意义同热水网路的水力计算。

长输蒸汽管道的温降和压降的计算方法研究I. 引言II. 相关理论A. 热力学基础B. 管道流体力学基础III. 计算温降和压降的方法A. 温度降低计算方法1. 傅里叶热传导定律2. 内能方程B. 压降计算方法1. 流体阻力公式2. 考虑弯头、阀门和管道接口的阻力修正3. 流量计算方法IV. 案例分析A. 设计长度内输送中长输蒸汽管道的压降计算B. 天然气长输管道的压降计算V. 结论和展望I. 引言随着工业化与城市化水平的提高，管道运输已成为现代工业的一项重要方式。

在液体或气体输送的过程中，管道内部的流体将产生热和压降。

因此，准确计算管道内的温降和压降对管道的设计和运行至关重要。

长输蒸汽管道作为重要的能源输送方式，其温降和压降的计算更加显得重要。

因此，本文将研究长输蒸汽管道的温降和压降的计算方法。

II. 相关理论A. 热力学基础长输蒸汽管道中，管道内的蒸汽流体内部会发生热传导、对流和辐射传热等多种传热方式。

其中，热对流传热是主要的传热方式之一。

设管道内蒸汽的平均温度为T，内径为D，流量为Q，则热对流传热时管道内蒸汽的热传导率h可根据Nusselt 数Nu计算得到。

B. 管道流体力学基础在管道内输送流体的过程中，管道内流体的速度和压力都会发生变化，从而在管道内产生阻力。

考虑到管道内部的不同形状和结构，管道内部阻力的计算方法不同。

同时，管道内的流体速度和流量之间、流量与压力之间也存在着一定的关系，一般需要将它们联系起来一起计算。

基于这些关系，我们可以推导出管道流体动力学的基本方程。

III. 计算温降和压降的方法A. 温度降低计算方法蒸汽管道内流体的温度降低是由内能流失及管道散热流失两个方面导致的。

在不同的情况下，这两个方面的影响程度和计算方法也不同。

1. 傅里叶热传导定律傅里叶热传导定律指出，热传导速率正比于管道上下表面温度之差，反比于管道的厚度。

同时，管道内部存在多种热传导方式，如传热导率k、面积S和传热距离l等，将它们综合运用可得到热传导方程：q = -kS(dT/dx)其中q表示单位时间内管道内能流失的热量，k为传热导率，S为管道的横截面积，dT/dx为管道内蒸汽温度的梯度。

前言本设计目(de)是为一区VOD-40t钢包精练炉提供蒸汽动力.设计参数是由动力一车间和西安向阳喷射技术有限公司提供(de).主要参数：蒸汽管道始端温度 250℃,压力 1.0MP；蒸汽管道终端温度 240℃,压力 0.7MP（设定）；VOD用户端温度 180℃,压力 0.5MP；耗量主泵 11.5t/h 辅泵 9.0t/h一、蒸汽管道(de)布置本管道依据一区总体平面布置图所描述(de)地形进行(de)设计,在布置管道时本设计较周详地考虑到了多方面(de)内容：1、蒸汽管道布置时力求短、直,主干线通过用户密集区,并靠近负荷大(de)主要用户；2、蒸汽管线布置时尽量减少了与公路、铁路(de)交叉.3、在布置蒸汽管线时尽量利用了自然弯角作为自然补偿.并在自然补偿达不到要求时使用方型补偿器.4、在蒸汽管道相对位置最低处设置了输水阀.5、蒸汽管道通过厂房内部时尽量使用厂房柱作为支架布置固定、滑动支座.6、管道与其它建、构筑物之间(de)间距满足规范要求.二、蒸汽管道(de)水力计算已知：蒸汽管道(de)管径为Dg200,长度为505m.蒸汽管道(de)始端压力为1.0MP,温度为250℃查动力管道设计手册第一册热力管道（以下简称管道设计）1—3得蒸汽在该状态下(de)密度ρ1为4.21kg/m3.假设：蒸汽管道(de)终端压力为0.7Mp,温度为240℃查管道设计表为2.98kg/m3.1—3得蒸汽在该状态下(de)密度ρ2（一）管道压力损失：1、管道(de)局部阻力当量长度表（一）器 R=3D2、压力损失2—1式中Δp—介质沿管道内流动(de)总阻力之和,Pa ； Wp —介质(de)平均计算流速,m/s ； 查管道设计表5-2取Wp=40m/s ；g —重力加速度,一般取9.8m/s 2； υp—介质(de)平均比容,m 3/kg ；λ—摩擦系数,查动力管道手册（以下简称管道）表4—9得 管道(de)摩擦阻力系数λ=0.0196 ； d —管道直径,已知d=200mm ； L —管道直径段总长度,已知L=505m ；Σξ—局部阻力系数(de)总和,由表（一）得Σξ=36； H 1、H 2—管道起点和终点(de)标高,m ； 1/Vp=ρp—平均密度,kg/m 3； 1.15—安全系数.在蒸汽管道中,静压头(H2-H1)10/Vp很小,可以忽略不计所以式2—1变为2—2在上式中：5·Wp2/gυp=5·Wp2ρp /g表示速度头（动压头）λ103L/d为每根管子摩擦阻力系数.把上述数值代入2—2中得Δp=1.15×5×402×3.595 (0.0196×103×505/200+36)/9.8=0.316 Mp计算出(de)压力降为0.447Mp,所以蒸汽管道(de)终端压力P2=P1-Δp=1.0-0.316=0.684 Mp.相对误差为：（0.7-0.684）/0.7=2.3% .所以假设压力合理（二）管道(de)温度降：1、蒸汽在管道中输送时,由于对周围环境(de)散热损失,过热蒸汽温降按下式计算：Δt=Q·10-3/（G·C）℃P式中Q—所计算蒸汽管段对周围环境(de)散热损失（千卡/时）；G —管段计算蒸汽流量（吨/时）；Cp —在管段平均蒸汽参数时,过热蒸汽(de)定压比热 （千卡/千克·℃）.总散热损失：Ｑ＝1.2·q·Ｌ＝1.2·148.5·505=89991 千卡／小时 蒸汽流量：Ｇ＝11.5+9.0=20.5 吨／小时定压比热：Cp 查管道设计图５－５得Cp ＝0.515 千卡/千克·℃. Δt=89.991/（20.5·0.515）=8.524 ℃2、蒸汽管道(de)出口温度为t2=t1-Δt=250-8.524=241.48 ℃ .3、相对误差：8.524/250=3.4% .蒸汽管道终端(de)出口参数为：压力 0.684MP 温度 241.48℃ ,其计算结果和假设相一致. 三、管道伸长量和补偿计算 （以管段3-4为例） （一）伸长量：公式： ΔL=а·L(t 2-t 1) ㎝式中L —计算管长,m,3-4管段(de)长度为46.57m ；а—管道(de)线膨胀系数,㎝/（m·℃）,查表5-1得α=12.25㎝/（m·℃）；t 2—管内介质温度,℃,已知t 2=220； t 1—管道安装温度,℃,已知t 1=20. ΔL=12·46.57(245-20)=12.57㎝所以,管段3—4(de)热膨胀量为125.7mm 小于补偿器(de)补偿量150mm,及本段管道在受热时不会因线性膨胀而损坏. （二）补偿器选型及校核计算：采用(de)补偿方式为人工补偿,选取(de)补偿器为矩型补偿器,其型号为：150-2型,其补偿能力为150mm,所以3-4管段(de)伸长125.7mm<150mm 补偿器能满足要求. 其它管段(de)伸长及补偿情况见下表：表（二）由上表可以看出整个VOD管道能在等于或低于设计参数(de)工况下正常运行.四、管道(de)保温防腐设计为了节约能源,提高经济效益,减少散热损失,满足工艺要求,改善工作环境,防止烫伤,一般设备、管道,管件、阀门等（以下对管道、管件、阀门等统称为管道）必须保温.（一）保温材料(de)选择：由于超细玻璃棉(de)纤维细而柔,呈白色棉状物,其单纤维直径4微米,对人(de)皮肤无刺痒感.超细玻璃棉优点很多,其容重小,导热系数底,燃点高、不腐蚀是良好(de)保温、吸声材料.同时有良好(de)吸附过滤性能,用途十分广泛.因此在本次设计中保温我材料(de)是选择超细玻璃棉.保护层采用玻璃布.（二）保温层厚度(de)确定：根据国标保温层厚度表（动力设施标准图集R410-2）超细玻璃棉制品保温层(de)厚度为70mm. （三）保温层单位散热量计算：公式： 千卡/米·时q —管道单位长度热损失（千卡/米·时）； t —介质温度（℃）； t 0—周围环境温度（℃）；λ—保温材料在平均温度下(de)导热系数（千卡/米·时·℃）查管道与设备保温表2-45得λ=0.028+0.0002t p （ t p —保温层平均温度查管道与设备保温表3—8得t p =145℃）λ=0.057 千卡/米·时·℃；—保温结构外表面向周围空气(de)放热系数（千卡/米2时）千卡/米2时千卡/米·时所以,每米长管道在每小时(de)散热量为148千卡.（四）保温结构：保温层用包扎保温结构,用一层超细玻璃棉毡包扎在管道上,再用铁丝绑扎起来.保护层采用油毡玻璃布,第一层,用石油沥青毡（GB325—73）、粉毡350号.在用18镀锌铁丝直接捆扎在超细玻璃棉毡层外面.油毡纵横搭接50毫米,纵向接缝应在管子侧面,缝口朝下.第二层,把供管道包扎用(de)玻璃布螺旋式地缠卷在石油沥青毡外面,连后用18镀锌铁丝或宽16毫米、厚0.41毫米(de)钢带捆扎住.五、管道及附件(de)设计和选择（一）管道选型：本设计所选择(de)管道为GB8163-87φ219×6DN200无缝钢管.其许用应力：常温强度指标温度（℃）钢号钢管标准壁厚（mm）δb MPaδs MPa200250 10GB8163≤103352051019220GB8163≤10390245123110由于本设计蒸汽(de)最高压力为1.0MP远低于92MP,所以所选管道安全可行.（二）减压阀选型：因为本设计蒸汽管道(de)出口压力为0.684MP而VOD正常工作压力为0.5MP所以在蒸汽管道(de)出口处应设一减压阀.1、已知减压阀前压力为0.684MP,阀后压力为0.5MP根据管道设计图6-75查得每平方厘米阀座面积(de)理论流量q=300kg/㎝2·h；2、已知蒸汽流量为20.5t/h,求得所需减压阀阀座面积为㎝23、根据需减压阀阀座面积,查管道表9-11直径和减压阀(de)公称直径DN=200mm.（三）支架及方型补偿器(de)选择：为了保证管道在热状况下(de)稳定和安全,减少管道受热膨胀时所产生(de)应力,管道每隔一定距离应该设固定支架及热膨胀(de)补偿器.支架(de)选择根据动力设施国家标准图籍R402室内热力管道支吊架和R403室外热力管网支吊架为依据进行(de),在两固定支架之间设置一方型补偿器,其型号根据所在管段(de)热伸长量选择.。