1 管管 道道 水水 力力 計(jì)計(jì) 算算 新大技術(shù)研究所：戴頌周新大技術(shù)研究所：戴頌周 2012 年年 3 月月 2 日日 2 目目 錄錄 第一章第一章 單相液體管內(nèi)流動(dòng)和管道水力計(jì)算單相液體管內(nèi)流動(dòng)和管道水力計(jì)算.3 第一節(jié) 流體總流的伯努利方程.3 一、流體總流的伯努利方程.3 二、流體流動(dòng)的水力損失.3 第二節(jié) 流體運(yùn)動(dòng)的兩種狀態(tài).6 一、雷諾實(shí)驗(yàn).6 二、雷諾數(shù).7 三、圓管中紊流的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征速度分布.7 四、雷諾數(shù)算圖.8 第三節(jié) 沿程水力損失.9 一、計(jì)算方法：.9 第四節(jié) 局部水力損失.14 第五節(jié) 管道的水力計(jì)算.17 一、管道流體的允許流速（經(jīng)濟(jì)流速供參考）.17 二、簡(jiǎn)單管道的水力計(jì)算.19 第二章第二章 玻璃鋼管道水力計(jì)算玻璃鋼管道水力計(jì)算.20 第一節(jié) 玻璃鋼管道水力計(jì)算公式.20 一、玻璃鋼管道水力計(jì)算公式.20 二、管道水力壓降曲線.21 三、常用液體壓降的換算.21 四、常用管件壓降.23 第二節(jié) 油氣集輸管道壓降計(jì)算.24 第三節(jié) 玻璃鋼輸水管線的水力學(xué)特性.25 一、玻璃鋼輸水管水流量計(jì)算.25 二、玻璃鋼輸水管水擊強(qiáng)度計(jì)算.25 第三章第三章 管道水力學(xué)計(jì)算中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題管道水力學(xué)計(jì)算中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題.28 一、熱油管道的工藝計(jì)算.28 二、油水兩相液體的工藝計(jì)算.28 三、地形變化時(shí)的水力坡降.30 3 第一章第一章 單相液體管內(nèi)流動(dòng)和管道水力計(jì)算單相液體管內(nèi)流動(dòng)和管道水力計(jì)算 第一節(jié)第一節(jié) 流體總流的伯努利方程流體總流的伯努利方程 一、流體總流的伯努利方程一、流體總流的伯努利方程 1. 流體總流的伯努利方程式（能量方式） g c g P Z 2 2 111 1 w h g c g P Z 2 2 222 2 2. 方程的分析 (1) 方程的意義 物理意義：不可壓縮的實(shí)際流體在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)的能量守恒，或者說(shuō)，上 游機(jī)械能=下游機(jī)械能+能量的損失。 (2) 各項(xiàng)的意義 21,z z 單位重量流體所具有的位能，或位置水頭，m，即起點(diǎn)、終點(diǎn)標(biāo)高。 gpgp/,/ 21單位重量流體所具有的壓能，或壓強(qiáng)水頭，m；即 P1 P2為起點(diǎn)、 終點(diǎn)液流壓力， gcgc2/,2/ 2 22 2 11 單位重量流體所具有的動(dòng)能，或速度水頭， m；即 C1 C2為液流起、終點(diǎn)的流速。 21, 單位重量流體的動(dòng)能修正系數(shù)； w h 單位重量流體流動(dòng)過(guò)程的水力損失，m。 二、流體流動(dòng)的水力損失二、流體流動(dòng)的水力損失 1. 水力損失的計(jì)算 液體所以能在管道中流動(dòng)，是由于泵或自然位差提供的能量。液體流動(dòng)過(guò) 程中與各種管道、閥件、管件發(fā)生摩擦或撞擊而產(chǎn)生阻力。同時(shí)液體質(zhì)點(diǎn)間的 互相摩擦和撞擊也要產(chǎn)生阻力。為了使液體繼續(xù)流動(dòng)，就必須供給能量，以克 服這些阻力。用于克服液流阻力的能量，就是管路摩阻損失。水力損失一般包 括兩項(xiàng)，即沿程損失 f h 與局部損失 m h 。因此，流體流動(dòng)時(shí)上、下游截面間的總 水力損失 w h 應(yīng)等于兩截面間的所有沿程損失與局部損失之和，即 4 mfw hhh 2. 關(guān)于沿程損失 (1) 實(shí)質(zhì)：沿程流動(dòng)過(guò)程中，由于實(shí)際流體具有黏性，流體層之間以及流體 與壁面間將產(chǎn)生摩擦阻力損失，即沿程損失，因此，其實(shí)質(zhì)是摩擦損失。 (2) 發(fā)生的地點(diǎn)：平順長(zhǎng)直的管段上，或者說(shuō)等徑直管段上。 (3) 計(jì)算式： g c d l hf 2 2 式中， 沿程損失系數(shù)； dl, 管段長(zhǎng)度與內(nèi)直徑，m； c 管道截面上的平均 流速，m/s。 3. 關(guān)于局部損失 (1) 實(shí)質(zhì)：由于實(shí)際流體具有黏性，在流經(jīng)有局部變化的管段時(shí)將產(chǎn)生碰擦， 并產(chǎn)生漩渦而引起阻力損失，即局部損失，因此，其實(shí)質(zhì)是漩渦損失。 (2) 發(fā)生的地點(diǎn)：管段有局部改變的地點(diǎn)，如突變、漸變、轉(zhuǎn)折、彎曲、分 匯流及有閥門(mén)等管道附件處。 (3) 計(jì)算式： g c hm 2 2 式中， 局部損失系數(shù)。 4、兩種水頭損失大小比重 5 管道按布置分 簡(jiǎn)單管道 復(fù)雜管道 串聯(lián)管道 并聯(lián)管道 分枝管道 兩種水頭損失 大小比重 短管：局部水頭損失，流速水頭 占總水頭損失較大（大于 5%） ， 計(jì)算時(shí)不能忽略 長(zhǎng)管：沿程水頭損失水為主，局 部損失和流速水頭在總水頭損失 中所占比重很小，計(jì)算時(shí)可忽略 6 第二節(jié)第二節(jié) 流體運(yùn)動(dòng)的兩種狀態(tài)流體運(yùn)動(dòng)的兩種狀態(tài) 一、雷諾實(shí)驗(yàn)一、雷諾實(shí)驗(yàn) 1. 實(shí)驗(yàn)裝置 由于實(shí)際流體具有粘性，因此流體在管道中流動(dòng)時(shí)，緊貼管壁的流體其速 度必然為零。而離開(kāi)管壁越遠(yuǎn)，流速逐漸增大，到管道中心處的流速最大。 2. 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 (1) 如圖，出現(xiàn)層流、臨界流及紊流的流動(dòng)狀態(tài)。 A層流：流體質(zhì)點(diǎn)間分層運(yùn)動(dòng)，不相摻混； B紊流：流體質(zhì)點(diǎn)間不再分層運(yùn)動(dòng)，而是相互摻混，呈現(xiàn)較混亂的狀態(tài)。 C臨界流：又稱過(guò)渡流，是層流向紊流或紊流向?qū)恿鬓D(zhuǎn)變的過(guò)渡狀態(tài)流動(dòng)。 (2) 層流向紊流轉(zhuǎn)變時(shí)的臨界速度 A. 下臨界速度 cnx: 紊流向?qū)恿鬓D(zhuǎn)變時(shí)的臨界速度； B. 上臨界速度 cns: 層流向紊流轉(zhuǎn)變時(shí)的臨界速度。 工程上，下臨界速度更有實(shí)際意義。 (3) 影響流動(dòng)狀態(tài)的因素 A. 流速；B. 流體的物性，主要是密度、黏度等；C. 管道的特征尺寸，管 內(nèi)流動(dòng)一般取管內(nèi)直徑。 上述因素的綜合，便是雷諾數(shù) Re。 7 二、雷諾數(shù)二、雷諾數(shù) 1. 表達(dá)式 d Qcdcd 4 Re 式中：密度 kg/m 動(dòng)力粘度 mPa.s 運(yùn)動(dòng)粘度 /s（運(yùn)動(dòng)粘度等于動(dòng)力粘度與流體密度 之 比，=/） 管道截面上的平均流速 m/s d管道內(nèi)直徑 m Q管路中介質(zhì)體積流量，米 3/秒 雷諾數(shù) Re 是判斷流體流動(dòng)狀態(tài)的判據(jù)。它表示流體所受的慣性力與黏性力 之比。若 Re 數(shù)較小，則黏性力占主導(dǎo)地位，流體易保持原來(lái)狀態(tài)而呈現(xiàn)層流狀 態(tài)；若 Re 數(shù)較大，則慣性力占主導(dǎo)地位，流體易打破原來(lái)狀態(tài)而呈現(xiàn)紊流狀態(tài)。 2. 管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的臨界雷諾值 Rec 2000Re dcdc nxnx c 3. 一般管內(nèi)流(粗糙管)管內(nèi)流動(dòng)時(shí)流態(tài)的判定 Re4000 時(shí)，流體為紊流；4000Re2000 時(shí)， 流體為臨界流。 三、圓管中紊流的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征三、圓管中紊流的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征速度分布速度分布 1圓管橫截面積的紊流結(jié)構(gòu) （1）近壁處：流體呈層流體； （2）管中心較大區(qū)域：流體呈紊流狀態(tài)； （3）層流至紊流過(guò)渡區(qū) 2水力光滑和水力粗糙 8 （1）絕對(duì)粗糙度與相對(duì)粗糙度：平面凸起的平均高度稱為絕對(duì)粗糙度，記 作；絕對(duì)粗糙度與管內(nèi)直徑 d 之比/d 稱為相對(duì)粗糙度。 （2）水力光滑與水力粗糙：紊流的層流底層厚度 大于壁面的絕對(duì)粗糙度 ，即 ，稱此時(shí)管道為水力光滑管；反之，即 Re2 2 )2174. 1 ( 1 g （二）利用莫迪圖(Moody Figure)查 值。 10 莫迪圖查法：橫坐標(biāo)為雷諾數(shù) Re，右側(cè)縱坐標(biāo)為當(dāng)量的相對(duì)粗糙度 /d (其中當(dāng)量粗糙度可按經(jīng)驗(yàn)查書(shū) P158表 4-4)，左側(cè)縱坐標(biāo)即為沿程水力 損失系數(shù)。查圖時(shí)，利用 Re 和 /d 所對(duì)應(yīng)的曲線交點(diǎn)，即可獲得。利用 莫迪曲線圖，確定沿程阻力系數(shù)值 ，即能確定流動(dòng)是在那一區(qū)域內(nèi)，非常方 便。 莫迪圖莫迪圖 在以上不同流態(tài)下的的 值表中，雷諾數(shù)是一個(gè)劃分流態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)， Re=VD/v 它標(biāo)志著液流中因粘滯性造成的阻力損失和由于液體質(zhì)點(diǎn)碰撞造成的 慣性力損失，在總的阻力損失中所占的地位。Re 很小時(shí)，粘滯阻力起主要作用。 Re 很大時(shí)，慣性力損失起主要作用。v流體的粘度（/s）. e管子的絕對(duì)粗糙度（mm）表示管道內(nèi)壁突起的絕對(duì)高度，絕對(duì)粗糙度與管道 內(nèi)徑的比值稱為相對(duì)粗糙度，即。由于管道內(nèi)壁的絕對(duì)粗糙度分布 D e r e2 不均，且大小不等，因此，在實(shí)際上采用的是絕對(duì)粗糙度平均值，稱之為當(dāng)量 粗糙度， （以 K 表示） 。其植受管子材料、使用年限、腐蝕程度的影響。對(duì)于絕 大數(shù)鋼管，當(dāng)量粗糙度 K=0.1-0.2mm。對(duì)于輸油管建議采用 K=0.14-0.15mm。東 北輸油管道設(shè)計(jì)時(shí)取 K=0.2mm 11 （三） 管壁當(dāng)量粗糙度 K 管壁內(nèi)表面特征K 毫米 新無(wú)縫鋼管 0.04-0.17 使用幾年后的鋼管 0.19 腐蝕較嚴(yán)重的舊鋼管 0.6-0.67 清潔的無(wú)縫銅管、鉛管 0.01 新鑄鐵管 0.3 石棉水泥管 0.3-0.8 橡皮軟管 0.01-0.03 玻璃鋼管 0.0053 （四）不同流態(tài)的 A、m、 值，為方便計(jì)算，將上式用一種形式表示。以 表示水力摩擦系數(shù)，并將,代入上式，整理后寫(xiě)出： m A Re 2 4 D Q V D Q R 5 4 e L D Q Ht m m m 5 2 式中 （秒 2/米） ， g A mm 2 4 8 Q體積流量（m/s） 液體運(yùn)動(dòng)粘度（/s） D、L管內(nèi)徑、管道長(zhǎng)（米） 。 A、m 是與流態(tài)有關(guān)的常數(shù)。不同流態(tài)下的 A、m、 值見(jiàn)列賓公式 12 輸油管道水力學(xué)計(jì)算公式（列賓宗公式） 不同流態(tài)的 A、m、 值 流態(tài)Am , s2 /m h，m 層流64115 . 4 g 128 L d Qv h 4 15 . 4 紊流光 滑區(qū) 0.31640.25 0246 . 0 g4 3164 . 0 8 75 . 1 25 . 0 L d vQ h 75 . 4 25 . 0 75 . 1 0246 . 0 混合摩 擦區(qū) A0.123 A A 0802 . 0 )4/( g2 246 . 0 L d vQ Ah 877 . 4 123 . 0 877 . 1 0802 . 0 (A=100.127lg-0.627) 粗糙區(qū) 0 0826 . 0 g 8 2 L d Q h 5 2 0826 . 0 注：混合區(qū)計(jì)算式為從推導(dǎo)出，其誤差約為 5%。 25 . 0 ) Re 68 (11 . 0 （五） 、各流態(tài)區(qū)域液流摩阻與流量 Q、粘度 、管內(nèi)徑 D、管道長(zhǎng) L T h 等參數(shù)間的關(guān)系。 1、流量 Q 對(duì)摩阻的影響。 在管徑一定及其它條件相同的情況下，液體的流量越大，摩阻損失也越大。 而且在不同的流態(tài)區(qū)，流量對(duì)摩阻的影響程度各不相同：層流區(qū)，摩阻與流量 成正比（Q） ；紊流水力光滑區(qū)摩阻與流量的 1.75 次方成正比（Q1.75） ； T h T h 紊流粗糙區(qū)摩阻與流量的平方成正比（Q2） 。即流量增加一倍，紊流區(qū)摩 T h 阻增加三倍，層流區(qū)和水利光滑區(qū)各增加 1 倍和 2.36 倍。 2、粘度對(duì)摩阻的影響 當(dāng)其它條件都相同時(shí)，液流的粘度越大，摩阻損失也越大、層流區(qū)，粘度 對(duì)摩阻的影響最顯著，摩阻與粘度成正比（） ；水力光滑區(qū)，摩阻與粘 T h 度的 0.25 次方成正比（0.25） ；阻力平方區(qū)，粘度不影響摩阻損失 T h 3、管道 L 長(zhǎng)對(duì)摩阻的影響 13 摩阻損失與管道長(zhǎng)度成正比關(guān)系（L） ，這對(duì)各流態(tài)都一樣。 T h 4、管徑 D 對(duì)摩阻的影響 管徑越大，摩阻損失越小。在層流區(qū)， （） ；水力光滑區(qū)（ T h 4 1 D T h ） ；紊流粗糙區(qū)， （） 。即，當(dāng)管徑增加一倍時(shí)，不同流態(tài)區(qū)的摩 75 . 4 1 D T h 5 1 D 阻相應(yīng)減少為原來(lái)的 1/16，1/27，1/32。 從以上的分析可以看出，管道直徑對(duì)摩阻損失的影響最大。因此，要改變 摩阻損失，變更管道直徑，效果最為明顯。 在實(shí)際輸油管道中，一般很少出現(xiàn)紊流粗糙區(qū)。熱油管道常在水力光滑區(qū)。 輕油（汽油、煤油、柴油等）管道多在混合摩擦區(qū)。只有輸送高粘度的中質(zhì)油 時(shí)才可能出現(xiàn)在層流區(qū)。 14 第四節(jié)第四節(jié) 局部水力損失局部水力損失 一、局部水力損失的計(jì)算 1計(jì)算式(半經(jīng)驗(yàn)公式根據(jù)相似理論推導(dǎo)) g c hm 2 2 由上式可知，其計(jì)算關(guān)鍵是局部水力損失系數(shù)。 2. 局部水力損失系數(shù)的影響因素 )/(Re,，局部阻件的性質(zhì)等 df 式中局部摩阻系數(shù)。它隨著管件的尺寸，液流的流態(tài)以及粘度的不 同而不同。 二、當(dāng)量長(zhǎng)度和局部摩阻系數(shù) 有時(shí)為了計(jì)算方便，還用當(dāng)量長(zhǎng)度來(lái)表示局部摩阻，管件的局 D L 部阻力相當(dāng)長(zhǎng)的直管道的沿程摩阻。計(jì)算摩阻損失的時(shí)候，在管道長(zhǎng)度 L 這 L 項(xiàng)加上即可。 L 各種管件，閥件等的當(dāng)量長(zhǎng)度和局部阻力系數(shù)一般由試驗(yàn)測(cè)得，可查水力 學(xué)和有關(guān)手冊(cè)。這里必須注意的是，各種文獻(xiàn)手冊(cè)中介紹的和值，都是在 L 紊流狀態(tài)下測(cè)得的，且數(shù)值各有出入，應(yīng)注意選擇。 下表中摘錄了部分文件、閥件等的（）和值，它們只適用于紊流狀 L D L 態(tài)。表中是根據(jù) =0.022 算的。如實(shí)際中的水力摩阻系數(shù)為 ，則應(yīng)換算為： =。 022 . 0 o 15 當(dāng)量長(zhǎng)度和局部摩阻系數(shù) 局部摩阻名稱 D L o 局部摩阻名稱 D L o 無(wú)保險(xiǎn)門(mén)油罐出口230.5通過(guò)三通180.4 有保險(xiǎn)門(mén)油罐出口400.9轉(zhuǎn)彎三通451 有起落的油罐出口1002.2轉(zhuǎn)彎三通601.3 45焊接彎頭140.3 轉(zhuǎn)彎三通230.5 90單折彎頭601.3 轉(zhuǎn)彎三通1363 90雙折彎頭300.65 轉(zhuǎn)彎三通400.9 彎管 Z=2d230.5閘板閥230.5 彎管 Z=（3-5）d120.25普通截止閥 d=1574016 通過(guò)三通 20.04普通截止閥 d=2046010 通過(guò)三通 4.50.1 普通截止閥 d=25-40 4109 普通截止閥 d=50 及 50 以上 3207單向供給閥3608 斜桿截止閥 d=15- 25 1403單向保險(xiǎn)閥821.3 斜桿截止閥 d=401102.5填函式補(bǔ)償器230.5 斜桿截止閥=50 及 以上 902型補(bǔ)償器902 旋塞 d=151804波型補(bǔ)償器140.3 旋塞 d=20 及 20 以上 902輕油過(guò)濾器771.7 灌油旋塞 d=2569015重油過(guò)濾器1002.2 帶濾網(wǎng)的單向閥 d=20 1603.5流量計(jì)460-49010-15 關(guān)于層流狀態(tài)下的局部摩阻系數(shù)研究的比較少，目前采用下列公式計(jì)算： n 0 16 式中紊流狀態(tài)下的局部阻力系數(shù) 0 輔助系數(shù)，見(jiàn)下表 輔 助 系 數(shù) Re Re 2004.216002.95 4003.8118002.90 6003.5320002.84 8003.3722002.48 10003.3224002.26 12003.1226002.12 14003.0128001.98 17 第五節(jié)第五節(jié) 管道的水力計(jì)算管道的水力計(jì)算 通過(guò)計(jì)算可以獲得管徑 d、流速 c、流量 qv、兩類損失 hf及 hm、位置水頭 差 H、壓強(qiáng) p 等，進(jìn)一步可選取動(dòng)力源類型、確定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式及進(jìn)行分析、 比較等。 一、管道流體的允許流速（經(jīng)濟(jì)流速供參考）一、管道流體的允許流速（經(jīng)濟(jì)流速供參考） 對(duì)于常規(guī)管路系統(tǒng)計(jì)算，可在“管道設(shè)計(jì)規(guī)范”指導(dǎo)下，根據(jù)上述內(nèi)容進(jìn) 行即可。其中若有較多未知項(xiàng)，還需依經(jīng)驗(yàn)先行選取，最后進(jìn)行校核。管道流 體輸送的允許流速 yx c ，即經(jīng)濟(jì)流速，下表可作為流速選取的參考。 經(jīng)濟(jì)流速當(dāng)輸送的液體流速控制在某一范圍時(shí)，管道的建設(shè)投資和生 產(chǎn)管理費(fèi)用都比較經(jīng)濟(jì)。 （經(jīng)濟(jì)流速的表格較多，供參考表 2 張） 給水經(jīng)濟(jì)流速參考表 1 管徑（DN）閉式系統(tǒng)開(kāi)式系統(tǒng) 200.5-0.60.4-0.5 250.6-0.70.5-0.6 320.7-0.90.6-0.8 400.8-10.7-0.9 500.9-1.20.8-1.0 651.1-1.40.9-1.2 801.2-1.61.1-1.4 1001.3-1.81.2-1.6 1251.5-2.01.4-1.8 1501.6-2.21.5-2.0 2001.8-2.51.6-2.3 2501.8-2.61.7-2.4 流速推薦值 m/s 3001.9-2.91.7-2.4 18 3501.6-2.51.6-2.1 4001.8-2.61.8-2.3 油氣混輸、原油、污水管線經(jīng)濟(jì)（經(jīng)驗(yàn)）輸量表 2 油氣混輸原油污水管徑 mm m/dm/hm/d104m/a104m/d 50300-130022-33540-80019-290.1-0.13 80800-340057-861300-200050-750.26-0.35 1001300-550090-1402100-320079-1180.41-0.54 1503000-12000200-3004800-7300178-2670.91-1.22 2005000-22000350-5508600-13000310-4751.6-2.2 2508000-34000550-85013000-20000490-7422.5-3.4 30012000-48000800-120019000-30000712-10703.6-4.8 35016000-660001100-160026000-40000970-14004.9-6.6 40022000-870001400-220034000-520001300-19006.5-8.6 50033000-1400002200-340054000-810001980-298010.1-13.5 60045000-2000003200-4800 78000- 117000 2850-428014.6-19.5 注：油氣混輸流速 0.5-2.0m/s 時(shí)，原油流速 0.8-1.2m/s；污水速度 1.5-2.0m/s。 經(jīng)濟(jì)（經(jīng)驗(yàn)）流速表 3 介質(zhì)管道流速，m/s 原油，重油 原油，重油 水 水 水 水 氣 天然氣 天然氣 飽和蒸汽 飽和蒸汽 吸入管 壓出管 吸入管 壓出管 自來(lái)水（表壓 0.3MPa） 自然排水 壓縮空氣 起點(diǎn)壓力小于等于 0.2MPa 起點(diǎn)壓力大于 0.2MPa 起點(diǎn)壓力小于等于 0.1MPa 起點(diǎn)壓力大于 0.1MPa 0.4-0.8 0.8-1.2 1.0-1.5 1.5-3.0 1.0-1.5 0.2-0.4 10-15 8-15 15-30 15-20 20-40 19 油氣混輸出油管、集油管1-2 二、簡(jiǎn)單管道的水力計(jì)算二、簡(jiǎn)單管道的水力計(jì)算 1、管徑初選，根據(jù)體積流量和經(jīng)濟(jì)流速初選管徑 管線內(nèi)徑的計(jì)算公式 Q d 8 . 18 式中：d管內(nèi)徑，mm Q體積流量，m/小時(shí) 流速， m/秒 （參考經(jīng)濟(jì)流速） 2、確定 Re 3、計(jì)算 4、計(jì)算，長(zhǎng)管以沿程損失為主，只計(jì)算，并將求得的值進(jìn)行修正 T h T h T h （一般修正系數(shù) 1.05-1.10）作為總水力損失，即=（1.05-1.10）。 w h w h T h 5、根據(jù)壓力降選擇動(dòng)力（泵的揚(yáng)程、排量和中間加壓站的距離） ，若泵的 揚(yáng)程、排量和中間加壓站的距離已確定，則壓力降不符合工藝要求時(shí)，則應(yīng)調(diào) 整流速重新確定管線內(nèi)徑。再按上述程序進(jìn)行計(jì)算，達(dá)到符合要求為止。 20 第二章第二章 玻璃鋼管道水力計(jì)算玻璃鋼管道水力計(jì)算 第一節(jié)第一節(jié) 玻璃鋼管道水力計(jì)算公式玻璃鋼管道水力計(jì)算公式 根據(jù)中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) SY/T6769.12010， 非金屬管 道設(shè)計(jì)、施工驗(yàn)收規(guī)范第 1 部分：高壓纖維管線管。 一、玻璃鋼管道水力計(jì)算公式一、玻璃鋼管道水力計(jì)算公式 玻璃鋼管道的水力壓降可按式（1）計(jì)算，其中摩擦系數(shù)的計(jì)算，可采用式 （2） （伍德公式）和式（3）. （1）p d qLf p 5 2 225 . 0 c Rbaf （2） （3） d q R 22.21 （4） 225 . 0 094 . 0 Ka K53 . 0 b=88 （5） 44 . 0 K c=1.62 （6） 134 . 0 K K=/d （7） 式中： P管道內(nèi)水的壓力，單位為兆帕（Mpa） ； P壓降，單位為兆帕（Mpa） ； 密度，單位為千克每立方米（Kg/m3） ； f 摩擦系數(shù)； L長(zhǎng)度，單位為米（m） ； 21 q流量，單位為每升每分鐘(L/min)； d內(nèi)徑，單位為毫米(mm)； a 系數(shù)； b 系數(shù)； c 系數(shù) ； R雷諾數(shù),適用條件為雷諾數(shù)大于 10000 和 110-5/d0.04； 動(dòng)力粘度，單位為毫帕秒(mPas)； K相對(duì)光滑度； 絕對(duì)光滑度，單位為毫米(mm)，取 0.0053mm。 二、管道水力壓降曲線二、管道水力壓降曲線 根據(jù)科爾布魯克(Colebrook)公式得出水在不同管徑的玻璃鋼管道內(nèi)壓降和 流速及流量的關(guān)系（圖 1）,可由內(nèi)徑和流量直接查出水在玻璃鋼管道內(nèi)的壓降。 三、常用液體壓降的換算三、常用液體壓降的換算 可按式（8）換算： (8)FPWFWp/或 式中： P常用液體壓降，單位為兆帕（Mpa） W水力壓降，單位為兆帕（Mpa） F常用液體壓降換算系數(shù)，見(jiàn)表 3 表 3 常用液體的換算系數(shù) F 液體種類 溫度 密度 粘度 mPa.s 用于圖 1 的換算系數(shù) F 22 10%鹽水 普通鹽水 30% API 原油 40% API 原油 40% API 原油 15 38 15 15 38 1.070 1.154 0.876 0.825 0.810 0.40 1.10 13.00 6.90 4.50 1.14 1.14 1.67 1.37 1.22 注 1：所有相對(duì)密度值都是與水的密度（1.0g/ cm2）比較得出。 注 1：API 美國(guó)石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)密度。 圖 1 水的壓降曲線 圖 1 中給出的流速范圍較大。流速宜取 1.0m/s3 m/s 范圍內(nèi)的數(shù)值，當(dāng) 138.1 247.8 349.5 450.8 554.9 656.6 761.7 869.1 976.2 1081.0 1185.1 1295.3 13101.6 14105.4 15137.9 16148.6 17153.9 流量L/min n ( 壓降MPa/100m 流速m/s 管徑mm 線號(hào) 內(nèi)徑 mm 10 4.0 5.0 2.0 1.0 0.4 0.3 0.2 0.1 0.05 0.03 0.02 0.01 0.004 0.003 0.002 10 20 30 40 100 200 300 400 1,000 2,000 3,000 4,000 10,000 20,000 30,000 40,000 100,000 壓降(P) 流速 0.5 1 2 3 4 5 7.5 10 15 管徑 流量流量 q q 0.001 23 流速大于 3 m/s，應(yīng)考慮管道運(yùn)行中水錘的影響。 四、常用管件壓降四、常用管件壓降 管件當(dāng)量長(zhǎng)度 管件直徑 管件名稱 DN40DN50DN65DN80DN100DN150 90彎頭 1.82.433.74.58.5 45彎頭 0.91.21.51.82.43.3 三通-直 線流向 0.30.60.60.60.91.2 三通-分 支流向 33.74.95.88.311 異徑接頭0.30.30.60.60.91.2 異徑接頭所示數(shù)值是相對(duì)小頭管徑的當(dāng)量長(zhǎng)度 24 第二節(jié)第二節(jié) 油氣集輸管道壓降計(jì)算油氣集輸管道壓降計(jì)算 油氣集輸管道的壓降可按式（9）計(jì)算。 L p vvHH d Gv gHH p sgmgLLL mm mgLLL 1 1 2 sin1 3 （9） 式中：P混輸管線壓降，單位為帕（Pa） HL截面含液率，無(wú)因次，其值可按流態(tài)（分離流、過(guò)渡流、間歇流、 和分散流）計(jì)算確定； L液相密度，單位為千克每立方米（Kg/m） ； g氣相密度，單位為千克每立方米（Kg/m） ； g重力加速度，g9.81（m/s2） ； 管道傾角（流體上坡 為正，下坡為負(fù)，水平管 0） ；單位為（） m混輸摩阻系數(shù)，可根據(jù)無(wú)滑脫水力摩阻系數(shù) 0、持液率 HL和無(wú)滑脫 持液率 RL，經(jīng)計(jì)算確定。 vm 氣液混合物平均流速，單位為米每秒（m/s） ； Gm氣液混合物質(zhì)量流量， （單位為千克每秒（kg/s） ； d管道內(nèi)徑，單位為米（m） ； sq氣相折算流速（m/s） ； 25 管線內(nèi)介質(zhì)的平均絕對(duì)壓力，單位為帕（Pa） ；p L管道長(zhǎng)度，單位為千米（km） ； 采用 Pipe Phase 軟件計(jì)算時(shí)，多種傾角的油氣混輸管道計(jì)算公式均可 選用貝格斯布里爾法。 第三節(jié)第三節(jié) 玻璃鋼輸水管線的水力學(xué)特性玻璃鋼輸水管線的水力學(xué)特性 一、玻璃鋼輸水管水流量計(jì)算一、玻璃鋼輸水管水流量計(jì)算 目前輸水管材很多，有鋼材、鑄鐵、混凝土、塑料、玻璃鋼等。由于玻璃 鋼內(nèi)壁光滑，流速系數(shù)比較大，在同樣的管道直徑下，水流量比較大，或者， 在同樣的水流量要求下，可采用較小的管道直徑，具體由管道的水流量的計(jì)算 公式可見(jiàn)。當(dāng)管道流體力學(xué)特性用埃贊、維利阿姆式公式計(jì)算，其管道直徑與 流量關(guān)系為： D=1.6285C-0.36Q0.38I0.205 （1） 式中：D管內(nèi)徑（米） ； C流速系數(shù)； Q流量（m/秒） ； I 水流坡度。 以鋼管、鑄鐵管為例，C 為 100，玻璃鋼管，C 為 150。在同樣適用條件下， 水流坡度 I 是同樣的，當(dāng)在同樣流量的情況下，玻璃鋼管與鋼管的直徑之比為： DGRP/D=0.86419 （2） 在同樣管直徑情況下，其流量之比為： QGRP/Q=1.46832 （3） 26 可見(jiàn)在輸送能力相同時(shí)，工程可選內(nèi)徑較小的玻璃鋼管道從而降低一次性 工程投入，玻璃鋼管道在水流量方面比鋼管大許多，提高了輸送能力，這是玻 璃鋼管的特性之一。 若采用同等內(nèi)徑的管道和同樣的流量，玻璃鋼管道可比其他材質(zhì)的管道減 少壓力損失，即節(jié)省泵的功率和能源（約 30-40%） ，降低長(zhǎng)期運(yùn)行費(fèi)用。 二、玻璃鋼輸水管水擊強(qiáng)度計(jì)算二、玻璃鋼輸水管水擊強(qiáng)度計(jì)算 在輸水管道中有泵和閥門(mén)，當(dāng)泵或閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，管道中的水會(huì)產(chǎn)生水擊現(xiàn) 象，管道內(nèi)的水壓會(huì)急烈上升，會(huì)對(duì)管道產(chǎn)生很大壓力，有時(shí)，正因?yàn)橥蝗魂P(guān) 閉閥門(mén)或泵，會(huì)破壞管道。 管泵中的水擊壓強(qiáng)計(jì)算分二種情況：直接水擊；間接水擊。直接水擊， 1 2 是閥門(mén)、泵關(guān)閉很快的情況，這決定于管道長(zhǎng)度和水擊波的傳播速度 C。管道 長(zhǎng)度是明確，關(guān)鍵是水擊波的傳播速度 C，這不僅與管道的直徑 D，壁厚 t 有 關(guān)，還與管道材料有關(guān)，有下列計(jì)算 C 的公式： （4） 2/1 )1 ( Et DE C C O O 式中：C0 為水中聲波的傳播速度，C0 =1425 米/秒； E0水的彈性模量， E0=2.04GPa； E 為管壁材料的彈性模量，鋼制材料取 E=200GPa，玻璃鋼取 E=15GPa； 以同樣的管直徑和壁厚，計(jì)算出兩種管道的水擊傳播速度，當(dāng)取 D=500mm，t=10mm 時(shí)，計(jì)算結(jié)果為： 玻璃鋼管道：CGEP =509.1 米/秒 鋼管道：C=1159.6 米/秒 管道中水擊產(chǎn)生的附加壓強(qiáng)為： 直接水擊：P=0 （5） 間接水擊：P=0=0 （6） Tz T C l 2 式中：T=2l/C； 27 Tz閥門(mén)或泵的關(guān)閉時(shí)間； 水密度 l管道長(zhǎng)度 由式（5）可見(jiàn)，鋼管的水擊波的速度 C 比玻璃鋼管道的水擊波的速度大 一倍左右，因此，水擊增加的水壓強(qiáng)度也增加一倍，所以，玻璃鋼管道抗水擊 能力比鋼管強(qiáng)這主要是玻璃鋼材料的彈性模量低，在水擊的時(shí)候容易膨脹變形， 從而減小水擊壓強(qiáng)。 從式（6）可見(jiàn)，當(dāng)閥門(mén)或 泵關(guān)閉時(shí)間 Tz 越長(zhǎng)，水擊產(chǎn)生的壓強(qiáng)越小，這在實(shí)際使用中很重要，延長(zhǎng) 關(guān)閉時(shí)間，可大大降低水擊產(chǎn)生的壓強(qiáng)。 綜上所述管材兩點(diǎn)特性，可見(jiàn)玻璃鋼輸送管道水力學(xué)特性比傳統(tǒng)管材優(yōu)越。 28 第三章第三章 管道水力學(xué)計(jì)算中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題管道水力學(xué)計(jì)算中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題 上述管道水力學(xué)計(jì)算公式適用于單相液體。 （除玻璃鋼管道中的油氣集輸管 道壓降計(jì)算公式） 一、熱油管道的工藝計(jì)算一、熱油管道的工藝計(jì)算 加熱油品的目的在于：保證油流溫度高于凝固點(diǎn)，以免凍結(jié)，降低油品輸 送時(shí)的粘度，減小流動(dòng)阻力。熱油管的摩阻損失，不是一個(gè)常數(shù)，這是因?yàn)闊?油在沿管道流動(dòng)的過(guò)程中，由于溫度的不斷降低，油的粘度不斷增大。因此管 道單位長(zhǎng)度上的摩阻也不斷增加，計(jì)算熱油管道摩阻時(shí)，必須考慮管道沿線的 溫降情況及油品的粘度特性。熱油管摩阻的計(jì)算方法很多，常用一種是平均粘 度計(jì)算方法： L D vQ h m m cp m 5 2 式中： cp油流平均溫度下的油品粘度，平均溫度按下式計(jì)算v khcp TTT 3 2 3 1 其中：Th Tk 分別為起始加熱溫度和終點(diǎn)溫度。 29 二、油水兩相液體的工藝計(jì)算二、油水兩相液體的