化工管道阻力損失研究

李春蘭

【摘 要】在組成化工試驗(yàn)系統(tǒng)過(guò)程中，管道長(zhǎng)度和直徑要設(shè)計(jì)合理才能滿足不同氣體混合和流動(dòng)的需要，完成化工性能和各項(xiàng)參數(shù)測(cè)定試驗(yàn)。管道布置方式不同管道阻力損失也不同，會(huì)造成管道內(nèi)壓力不同，從而影響試驗(yàn)運(yùn)行狀態(tài)。如果管道阻力損失過(guò)大可能會(huì)引起管道內(nèi)壓力偏大，對(duì)試驗(yàn)的運(yùn)行產(chǎn)生影響。因此必須針對(duì)管道阻力損失及由此引起的壓力變化進(jìn)行研究，確定合理的管線布置方式。

【關(guān)鍵詞】管道；阻力損失；壓力

0 引言

流體在管內(nèi)流動(dòng)、輸送必須克服管道的阻力做功，由此會(huì)引起流體壓力沿流動(dòng)方向的下降[1-2]。在組成化工試驗(yàn)系統(tǒng)過(guò)程中，管道長(zhǎng)度和直徑要設(shè)計(jì)合理才能滿足不同氣體混合和流動(dòng)的需要，完成性能和各項(xiàng)參數(shù)測(cè)定試驗(yàn)。管道布置方式不同管道阻力損失也不同，會(huì)造成管道內(nèi)壓力不同，從而影響試驗(yàn)運(yùn)行狀態(tài)。較長(zhǎng)的管線，特別是當(dāng)管線布置中含有彎頭、管徑突變時(shí)，會(huì)產(chǎn)生比較大的壓力損失。如果管道阻力損失過(guò)大可能會(huì)引起管道內(nèi)壓力偏大，對(duì)試驗(yàn)運(yùn)行產(chǎn)生影響。因此必須針對(duì)管道阻力損失及由此引起的壓力變化進(jìn)行研究，通過(guò)對(duì)管道雷諾數(shù)、沿程阻力系數(shù)、局部損耗、壓力降等的計(jì)算，分析不同流動(dòng)方式時(shí)管道阻力損失帶來(lái)的壓力變化，確定不同流動(dòng)方式時(shí)管道壓力的極限值，分析管道阻力損失偏高造成的原因和避免方法，確定合理的管線布置方式。流體輸運(yùn)壓力變化是沿程阻力損失和局部阻力損失總和，計(jì)算過(guò)程中需要分別計(jì)算這兩種阻力損失，由此得到壓力的變化。

1 沿程阻力損失和局部阻力損失的計(jì)算

在應(yīng)用中，不管流動(dòng)是層流還是湍流，局部阻力系數(shù)？孜可以認(rèn)為不變[2]。在本文計(jì)算中由于單獨(dú)局部阻力無(wú)法計(jì)算，因此根據(jù)前期試驗(yàn)測(cè)得的管內(nèi)壓力差值將所有局部阻力損失疊加在一起計(jì)算得到綜合局部阻力系數(shù)。

2 計(jì)算結(jié)果

計(jì)算模型如圖1所示，整個(gè)管道分為4段。

1段管：pp1測(cè)點(diǎn)至匯流點(diǎn)位置1。其中以pp01測(cè)點(diǎn)為中心將此段分為兩部分。

2段管：pF01測(cè)點(diǎn)至匯流點(diǎn)。

3段管：pF01測(cè)點(diǎn)至pF2測(cè)點(diǎn)，管長(zhǎng)1.5m（包含彎頭、閥門(mén)和管徑突變）。

4段管：pF2測(cè)點(diǎn)至pF1測(cè)點(diǎn)，長(zhǎng)1.67m，直徑100mm，含有一個(gè)閥門(mén)。

根據(jù)管道阻力試驗(yàn)過(guò)程中壓差測(cè)量值，可以計(jì)算出各段沿程阻力系數(shù)和局部阻力系數(shù)，從而計(jì)算出各段管線沿程阻力損失和局部阻力損失，評(píng)估管線布置和選擇是否合適。根據(jù)各個(gè)壓力測(cè)點(diǎn)壓力測(cè)量值和當(dāng)時(shí)管道內(nèi)氣體流量（為F）、管道尺寸可以得到：

3段管沿程阻力損失為：6.8127Pa；總損失為：35Pa；

用3段管總損失減去3段管沿程阻力損失可以得到3段管局部阻力損失，按照式（7）計(jì)算3段管綜合局部阻力系數(shù)為？灼=8.2422。根據(jù)文獻(xiàn)[2]可以認(rèn)為雷諾數(shù)對(duì)局部阻力系數(shù)沒(méi)有影響。

如果3段管中不含有彎頭、閥門(mén)和管徑突變部分，僅使用管徑100mm直管總損失為：0.7352Pa。

從以上計(jì)算結(jié)果可以看出，管道沿程阻力損失和閥門(mén)阻力損失較小，不會(huì)產(chǎn)生很大影響，而管徑突變、彎頭產(chǎn)生的壓力損失較大，設(shè)計(jì)中應(yīng)該加以考慮。

實(shí)際管道當(dāng)中匯流處壓力需要達(dá)到一定值才能完成兩股氣流的匯流，但匯流點(diǎn)壓力不宜過(guò)高，過(guò)高會(huì)影響試驗(yàn)狀態(tài)和性能。假設(shè)管道內(nèi)氣體流量為F1，如果選擇第一種匯流點(diǎn)位置（匯流位置1，經(jīng)過(guò)4、3、2段管）

4段管沿程阻力損失為：0.4715Pa；局部阻力損失為：2.8197Pa；

3段管沿程阻力損失：23.2398Pa；局部阻力損失：161.9715Pa；

2段管（pF01測(cè)點(diǎn)至匯流點(diǎn)2）沿程阻力損失：54.5361Pa

在氣體供入過(guò)程中pF1有固定要求值，加上各段壓力損失，要完成匯流，匯流點(diǎn)壓力要求值要較pF1高243Pa以上，這樣造成匯流點(diǎn)要求壓力值偏高，影響試驗(yàn)運(yùn)行和性能。

如果選擇第二種匯流方式和匯流點(diǎn)位置2進(jìn)行匯流（僅經(jīng)過(guò)4段管），通過(guò)計(jì)算可以得到：

4段管沿程阻力損失為：0.2122Pa；局部阻力損失為：0.5710Pa

在氣體供入過(guò)程中pF1固定要求值加上各段壓力損失，要完成匯流，匯流點(diǎn)壓力要求值要較pF1僅高0.78Pa以上就可以完成匯流，這樣匯流點(diǎn)壓力值完全可以滿足要求，不會(huì)影響試驗(yàn)運(yùn)行和性能。

3 結(jié)論

1）管道沿程阻力損失較小，含有彎頭、閥門(mén)和管徑突變部分時(shí)造成的局部阻力損失較大，在進(jìn)行設(shè)備試驗(yàn)系統(tǒng)管道設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)該考慮減小彎頭、管徑突變等的數(shù)量。

2）兩股氣流匯流點(diǎn)的位置選擇直接影響著匯流點(diǎn)壓力從而影響著試驗(yàn)運(yùn)行和性能，應(yīng)該選擇合適的匯流點(diǎn)，保證匯流點(diǎn)壓力滿足要求。

【參考文獻(xiàn)】

[1]H.歐特爾.普朗特流體力學(xué)基礎(chǔ)[M].北京：科學(xué)出版社，2008：373-377.

[2]黃衛(wèi)星，李建明，肖澤儀.工程流體力學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009：97-101.

[責(zé)任編輯：田吉捷]