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1、管管 道道 水水 力力 計計 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 目目 錄錄第一章第一章 單相液體管內(nèi)流動和管道水力計算單相液體管內(nèi)流動和管道水力計算.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、流體流動的水力損失.3第二節(jié) 流體運(yùn)動的兩種狀態(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) 管道的水力計算.17一、管道流體的允許流速（經(jīng)濟(jì)流速供參考）.17二、簡單管道的水力計算.19第二章第二章 玻璃鋼管道水
2、力計算玻璃鋼管道水力計算.20第一節(jié) 玻璃鋼管道水力計算公式.20一、玻璃鋼管道水力計算公式.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算.25二、玻璃鋼輸水管水擊強(qiáng)度計算.25第三章第三章 管道水力學(xué)計算中應(yīng)注意的幾個問題管道水力學(xué)計算中應(yīng)注意的幾個問題.28一、熱油管道的工藝計算.28二、油水兩相液體的工藝計算.28三、地形變化時的水力坡降.30第一章第一章 單相液體管內(nèi)流動和管道水力計算單相液體管內(nèi)流動和管道水力計算第一節(jié)第一節(jié) 流體總流的伯努利方程流體
3、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）gcgPZ221111whgcgPZ222222 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)流動時的能量守恒，或者說，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,zz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/,2/222211單位重量流體所具有的動能，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
4、動能修正系數(shù)；wh單位重量流體流動過程的水力損失，m。二、流體流動的水力損失二、流體流動的水力損失1. 水力損失的計算液體所以能在管道中流動，是由于泵或自然位差提供的能量。液體流動過程中與各種管道、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，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fh與局部損失mh。因此，流體流動時上、下游截面間的總水力損失wh應(yīng)等于兩截面間的所有沿程損失與局部損失之和，即mfwhhh2. 關(guān)于沿程損失 (1) 實(shí)質(zhì)：沿程流動過程中，由于實(shí)際流體具有黏性，
5、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)：平順長直的管段上，或者說等徑直管段上。(3) 計算式：gcdlhf22式中，沿程損失系數(shù)；dl,管段長度與內(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、分匯流及有閥門等管道附件處。(3) 計算式：gchm22式中，局部損失系數(shù)。 4、兩種水頭損失大小比重管道按布置分簡單管道復(fù)雜管
6、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%） ，計算時不能忽略長管：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，計算時可忽略第二節(jié)第二節(jié) 流體運(yùn)動的兩種狀態(tài)流體運(yùn)動的兩種狀態(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時，緊貼管壁的流體其速度必然為零。而離開管壁越遠(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狀態(tài)。A層流：流體質(zhì)點(diǎn)間分層運(yùn)動，不相摻混；B紊流：流體質(zhì)點(diǎn)間不再分層運(yùn)動，而是相互摻混，呈現(xiàn)較混亂的狀態(tài)。C臨界流：
7、又稱過渡流，是層流向紊流或紊流向?qū)恿鬓D(zhuǎn)變的過渡狀態(tài)流動。(2) 層流向紊流轉(zhuǎn)變時的臨界速度A. 下臨界速度 cnx: 紊流向?qū)恿鬓D(zhuǎn)變時的臨界速度；B. 上臨界速度 cns: 層流向紊流轉(zhuǎn)變時的臨界速度。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)流動一般取管內(nèi)直徑。上述因素的綜合，便是雷諾數(shù) Re。二、雷諾數(shù)二、雷諾數(shù)1. 表達(dá)式dQcdcd4Re式中：密度 kg/m 動力粘度 mPa.s 運(yùn)動粘度 /s（運(yùn)動粘度等于動力粘度與流體密度 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
8、介質(zhì)體積流量，米3/秒雷諾數(shù) Re 是判斷流體流動狀態(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，流體易打破原來狀態(tài)而呈現(xiàn)紊流狀態(tài)。2. 管內(nèi)流動時的臨界雷諾值 Rec2000Redcdcnxnxc3. 一般管內(nèi)流(粗糙管)管內(nèi)流動時流態(tài)的判定Re4000 時，流體為紊流；4000Re2000 時，流體為臨界流。三、圓管中紊流的運(yùn)動學(xué)特征三、圓管中紊流的運(yùn)動學(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
9、渡區(qū) 2水力光滑和水力粗糙（1）絕對粗糙度與相對粗糙度：平面凸起的平均高度稱為絕對粗糙度，記作；絕對粗糙度與管內(nèi)直徑 d 之比/d 稱為相對粗糙度。（2）水力光滑與水力粗糙：紊流的層流底層厚度 大于壁面的絕對粗糙度，即 ，稱此時管道為水力光滑管；反之，即 Re22)2174. 1 (1g（二）利用莫迪圖(Moody Figure)查 值。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)量的相對粗糙度/d(其中當(dāng)量粗糙度可按經(jīng)驗(yàn)查書 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，利用 Re 和/d所對應(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 ，即能確定流動是在那
10、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，粘滯阻力起主要作用。Re 很大時，慣性力損失起主要作用。v流體的粘度（/s）.e管子的絕對粗糙度（mm）表示管道內(nèi)壁突起的絕對高度，絕對粗糙度與管道內(nèi)徑的比值稱為相對粗糙度，即。由于管道內(nèi)壁的絕對粗糙度分布Dere2不均，且大小不等，因此，在實(shí)際上采用的是絕對粗糙度平均值，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。對于絕大數(shù)鋼管，當(dāng)量粗糙
11、度 K=0.1-0.2mm。對于輸油管建議采用 K=0.14-0.15mm。東北輸油管道設(shè)計時取 K=0.2mm （三）管壁當(dāng)量粗糙度 K管壁內(nèi)表面特征K 毫米新無縫鋼管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，整理后寫出：mARe24DQVDQR54e LDQHtmmm52式中 （秒2/米） ，gAmm248Q體積流量（m/s）液體運(yùn)動粘度（/s）
12、D、L管內(nèi)徑、管道長（米） 。A、m 是與流態(tài)有關(guān)的常數(shù)。不同流態(tài)下的 A、m、 值見列賓公式輸油管道水力學(xué)計算公式（列賓宗公式）不同流態(tài)的 A、m、 值流態(tài)Am, s2 /mh，m層流64115. 4g128LdQvh415. 4紊流光滑區(qū)0.31640.250246. 0g43164. 0875. 125. 0LdvQh75. 425. 075. 10246. 0混合摩擦區(qū)A0.123AA0802. 0)4/(g2246. 0LdvQAh877. 4123. 0877. 10802. 0(A=100.127lg-0.627)粗糙區(qū)00826. 0g82LdQh520826. 0注：混合區(qū)計
13、算式為從推導(dǎo)出，其誤差約為 5%。25. 0)Re68(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 LTh等參數(shù)間的關(guān)系。1、流量 Q 對摩阻的影響。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） ；ThTh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Th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、粘度對摩阻的影響當(dāng)其它條件都相同時，液流的粘度越大，摩
14、阻損失也越大、層流區(qū)，粘度對摩阻的影響最顯著，摩阻與粘度成正比（） ；水力光滑區(qū)，摩阻與粘Th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Th3、管道 L 長對摩阻的影響摩阻損失與管道長度成正比關(guān)系（L） ，這對各流態(tài)都一樣。Th4、管徑 D 對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)（Th41DTh） ；紊流粗糙區(qū)， （） 。即，當(dāng)管徑增加一倍時，不同流態(tài)區(qū)的摩75. 41DTh51D阻相應(yīng)減少為原來的 1/16，1/27，1/32。從以上的分析可以看出，管道直徑對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
15、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)油時才可能出現(xiàn)在層流區(qū)。第四節(jié)第四節(jié) 局部水力損失局部水力損失一、局部水力損失的計算1計算式(半經(jīng)驗(yàn)公式根據(jù)相似理論推導(dǎo))gchm22由上式可知，其計算關(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)量長度和局部摩阻系數(shù)有時為了計算方便，還用當(dāng)量長度來表示局部摩阻，管件的局DL部阻力相當(dāng)長的直管道的沿程摩阻。計算摩阻損失的時候，在管道長度 L 這L項(xiàng)加上
16、即可。L各種管件，閥件等的當(dāng)量長度和局部阻力系數(shù)一般由試驗(yàn)測得，可查水力學(xué)和有關(guān)手冊。這里必須注意的是，各種文獻(xiàn)手冊中介紹的和值，都是在L紊流狀態(tài)下測得的，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LDL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. 0o當(dāng)量長度和局部摩阻系數(shù)局部摩阻名稱DLo局部摩阻名稱DLo無保險門油罐出口230.5通過三通180.4有保險門油罐出口400.9轉(zhuǎn)彎三通451有起落的油罐出口1002.2轉(zhuǎn)彎三通601.345焊接彎頭140.3轉(zhuǎn)彎三通230.590單折彎頭601.3轉(zhuǎn)彎三通
17、136390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通過三通20.04普通截止閥 d=2046010通過三通4.50.1普通截止閥d=25-404109普通截止閥 d=50及 50 以上3207單向供給閥3608斜桿截止閥 d=15-251403單向保險閥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輕油過濾器771.7灌油旋塞 d=2569015重油過濾器
18、1002.2帶濾網(wǎng)的單向閥d=201603.5流量計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算：n0式中紊流狀態(tài)下的局部阻力系數(shù)0 輔助系數(shù)，見下表輔 助 系 數(shù)ReRe2004.216002.954003.8118002.906003.5320002.848003.3722002.4810003.3224002.2612003.1226002.1214003.0128001.98第五節(jié)第五節(jié) 管道的水力計算管道的水力計算通過計算可以獲得管徑 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)一步可選取動力源類型、確定
19、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） 對于常規(guī)管路系統(tǒng)計算，可在“管道設(shè)計規(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yxc，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，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)開式系統(tǒng)200.5-0.60.4-0.5250.6-0.70.5-0.6320.7-0.90.6-0.8400.8-10.7-
20、0.9500.9-1.20.8-1.0651.1-1.40.9-1.2801.2-1.61.1-1.41001.3-1.81.2-1.61251.5-2.01.4-1.81501.6-2.21.5-2.02001.8-2.51.6-2.32501.8-2.61.7-2.4流速推薦值m/s3001.9-2.91.7-2.43501.6-2.51.6-2.14001.8-2.61.8-2.3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 mmm/dm/hm/d104m/a104m/d50300-130022-33540-80019-290.1-0.1380800-340057-
21、861300-200050-750.26-0.351001300-550090-1402100-320079-1180.41-0.541503000-12000200-3004800-7300178-2670.91-1.222005000-22000350-5508600-13000310-4751.6-2.22508000-34000550-85013000-20000490-7422.5-3.430012000-48000800-120019000-30000712-10703.6-4.835016000-660001100-160026000-40000970-14004.9-6.640
22、022000-870001400-220034000-520001300-19006.5-8.650033000-1400002200-340054000-810001980-298010.1-13.560045000-2000003200-480078000-1170002850-428014.6-19.5注：油氣混輸流速 0.5-2.0m/s 時，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水（表壓 0.3MPa）自然排水壓縮空氣起點(diǎn)壓力小于等
23、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 0.1MPa0.4-0.80.8-1.21.0-1.51.5-3.01.0-1.50.2-0.410-158-1515-3015-2020-40油氣混輸出油管、集油管1-2二、簡單管道的水力計算二、簡單管道的水力計算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)徑的計算公式Qd8 .18式中：d管內(nèi)徑，mm Q體積流量，m/小時 流速， m/秒 （參考經(jīng)濟(jì)流速）2、確定 Re3、計算 4、計算，長管以沿程損失為主，只計算，并將求得的值進(jìn)行修正ThThTh（一般修正系數(shù) 1.05-1.10）作為總水力損失，
24、即=（1.05-1.10）。whwhTh5、根據(jù)壓力降選擇動力（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，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)行計算，達(dá)到符合要求為止。第二章第二章 玻璃鋼管道水力計算玻璃鋼管道水力計算第一節(jié)第一節(jié) 玻璃鋼管道水力計算公式玻璃鋼管道水力計算公式根據(jù)中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) SY/T6769.12010， 非金屬管道設(shè)計、施工驗(yàn)收規(guī)范第 1 部分：高壓纖維管線管。一、玻璃鋼管道水力計算公式一、玻璃鋼管道水力計算公式玻璃鋼管道的水力壓降可按式（1）計算，其中摩擦系數(shù)的計算，可采用式（2）
25、 （伍德公式）和式（3）. （1）pdqLfp52225. 0 cRbaf （2） （3）dqR22.21 （4） 225. 0094. 0Ka K53. 0b=88 （5） 44. 0K c=1.62 （6）134. 0K 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長度，單位為米（m） ；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；動力粘度，單位為毫帕秒
26、(mPas)；K相對光滑度；絕對光滑度，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) F10%鹽水普通鹽水30% API 原油40% AP
27、I 原油40% API 原油15381515381.0701.1540.8760.8250.8100.401.1013.006.904.501.141.141.671.371.22注 1：所有相對密度值都是與水的密度（1.0g/ cm2）比較得出。注 1：API 美國石油學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)相對密度。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)138.1247.8349.5450.8554.9656.6761.7869.1976.21081.01185.11295.313101.614105.415137.916148.617153.9流量L/min
28、n( 壓降MPa/100m流速m/s管徑mm線號 內(nèi)徑 mm104.05.02.01.00.40.30.20.10.050.030.020.010.0040.0030.002102030401002003004001,0002,0003,0004,00010,00020,00030,00040,000100,000壓降(P)流速 0.5 1 2 3 4 5 7.5 10 15 管徑流量流量 q q0.001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)量長度管件直徑管件名稱DN40DN50DN65DN80DN100DN15090彎頭1.82.433.7
29、4.58.545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)值是相對小頭管徑的當(dāng)量長度第二節(jié)第二節(jié) 油氣集輸管道壓降計算油氣集輸管道壓降計算 油氣集輸管道的壓降可按式（9）計算。 LpvvHHdGvgHHpsgmgLLLmmmgLLL112sin13（9）式中：P混輸管線壓降，單位為帕（Pa） HL截面含液率，無因次，其值可按流態(tài)（分離流、過渡流、間歇流、和分散流）計算確定； 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
30、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)無滑脫水力摩阻系數(shù) 0、持液率 HL和無滑脫持液率 RL，經(jīng)計算確定。 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） ；管線內(nèi)介質(zhì)的平均絕對壓力，單位為帕（Pa） ；p L管道長度，單位為千米（km） ； 采用 Pipe Phase 軟件計算時，多種傾角的油氣混輸管道計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
31、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算一、玻璃鋼輸水管水流量計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算公式可見。當(dāng)管道流體力學(xué)特性用埃贊、維利阿姆式公式計算，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
32、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） 可見在輸送能力相同時，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%） ，降低長期運(yùn)行費(fèi)用。二、玻璃鋼輸水管水擊強(qiáng)度計算二、玻璃鋼輸水管水擊強(qiáng)度計算在輸水管道中有泵和閥門，當(dāng)泵或閥門關(guān)閉時，管道中的水會產(chǎn)生水擊現(xiàn)象，管道內(nèi)的水壓會急烈
33、上升，會對管道產(chǎn)生很大壓力，有時，正因?yàn)橥蝗魂P(guān)閉閥門或泵，會破壞管道。管泵中的水擊壓強(qiáng)計算分二種情況：直接水擊；間接水擊。直接水擊， 1 2是閥門、泵關(guān)閉很快的情況，這決定于管道長度和水擊波的傳播速度 C。管道長度是明確，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)，有下列計算 C 的公式： （4）2/1)1 (EtDECCOO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，計算出兩種管道的水擊傳
34、播速度，當(dāng)取D=500mm，t=10mm 時，計算結(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）TzTCl 2 式中：T=2l/C； Tz閥門或泵的關(guān)閉時間； 水密度 l管道長度由式（5）可見，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，在水擊的時候容易膨脹變形，從而減小水擊壓強(qiáng)。從式（6）可見，當(dāng)閥門或泵關(guān)閉時間 Tz 越長，水擊產(chǎn)生的壓強(qiáng)越小，這在
35、實(shí)際使用中很重要，延長關(guān)閉時間，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，可見玻璃鋼輸送管道水力學(xué)特性比傳統(tǒng)管材優(yōu)越。第三章第三章 管道水力學(xué)計算中應(yīng)注意的幾個問題管道水力學(xué)計算中應(yīng)注意的幾個問題上述管道水力學(xué)計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算公式）一、熱油管道的工藝計算一、熱油管道的工藝計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)，降低油品輸送時的粘度，減小流動阻力。熱油管的摩阻損失，不是一個常數(shù)，這是因?yàn)闊嵊驮谘毓艿懒鲃拥倪^程中，由于溫度的不斷降低，油的粘度不斷增大。因此管道單位長度上的摩阻也不斷增加，計算熱油管道摩阻時，必須考慮管道沿線的溫
36、降情況及油品的粘度特性。熱油管摩阻的計算方法很多，常用一種是平均粘度計算方法：LDvQhmmcpm52式中： cp油流平均溫度下的油品粘度，平均溫度按下式計算v khcpTTT3231其中：Th Tk 分別為起始加熱溫度和終點(diǎn)溫度。二、油水兩相液體的工藝計算二、油水兩相液體的工藝計算原油中隨著含水量的增加，則油水混合粘度（又稱表觀粘度）亦隨之增加，而且比原油粘度大很多，不同的原油粘度含水后增加的幅度不同，管道的摩阻損失也隨之增加，主要是液流以油包水乳化狀態(tài)為主。當(dāng)含水大約在 65-75%范圍之間，則油水混合粘度會出現(xiàn)一個拐點(diǎn)（原油性質(zhì)不同，則拐點(diǎn)出現(xiàn)點(diǎn)的含水率不同） ，拐點(diǎn)之后，則含水量再增加
37、，則混合粘度下降，此時液流出現(xiàn)游離水和以水包油狀態(tài)為主，則管道的摩阻損失下降。所以，輸送油水兩相液體在不同的含水量對摩阻損失影響很大。三、地形變化時的水力坡降三、地形變化時的水力坡降當(dāng)管道途徑地形起伏較大時，從縱面圖上會出現(xiàn)下圖虛線所示的情況。這時如按起終點(diǎn)高差計算起點(diǎn)處壓頭，并作水力坡降圖時，在終點(diǎn)之前水力坡降線就與管道縱斷面線相交。說明在這種情況下，按起終點(diǎn)高差計算的起點(diǎn)壓頭不能將原油輸送到終點(diǎn)。翻越點(diǎn)與計算長度這是由于沒有考慮到管道中間高峰影響的原因。設(shè)該高峰出標(biāo)高為 Zf ，它距離起點(diǎn)為 Lf，則為將原油輸送到 F1點(diǎn)所需的起點(diǎn)壓頭為：H1=iLf+Zf-ZH iLf+Zk-ZH=H因
38、而，為使原油通過 F1點(diǎn)必須建立更高的揚(yáng)程 H1。而在 f1點(diǎn)之后，其位差（Zf-Zk）大于這段管道（L-Lf）所需要的摩阻，說明在該水力坡降下液流不僅可自流到達(dá)終點(diǎn)，而且能量還有富余。我們將 F1點(diǎn)稱作翻越點(diǎn)。在翻越點(diǎn)以前的管道中原油是滿管流。在翻越點(diǎn)以后的管道中則出現(xiàn)下圖所示情形。翻越點(diǎn)之后由于高差大于在該水力坡降下原油所需要消耗的能量。這一能量供求關(guān)系的變化，打破了舊的的平衡關(guān)系，使后一段管道的某些段落流速加快。在流速大于滿管流速的管段將出現(xiàn)不滿流。這種情況下的不滿流管段中的壓力，即是此時油品的蒸汽壓。下圖為不滿流管段，管道內(nèi)原油流速加快，摩阻損失增加，水力坡降變大，使翻越點(diǎn)翻越點(diǎn)后的流
39、動狀態(tài)后的整個勢差能量全部消耗在這段管段上。形成了圖中所示的新的平衡關(guān)系?？梢姺近c(diǎn)后的不滿流段多消耗的能量是個浪費(fèi)。為此在設(shè)計新管道時，應(yīng)考慮在這樣的地段敷設(shè)小管徑管，或延長站間距，以節(jié)省投資。由以上討論可以得出這樣的結(jié)論：一是利用水力坡降線和縱面圖，可以判斷管道有無翻越點(diǎn)出現(xiàn)，即水力坡降線與管道縱斷面線的切點(diǎn)為翻越點(diǎn)。二是出現(xiàn)的翻越點(diǎn)不一定是管道地形起伏的最高點(diǎn)。三是翻越點(diǎn)的出現(xiàn)不僅與地形起伏有關(guān)，還與水力坡降大小有關(guān)，水力坡降越小即坡降線越平緩，越容易出現(xiàn)翻越點(diǎn)。四是出現(xiàn)翻越點(diǎn)時，輸油需要的總壓力頭應(yīng)該按起點(diǎn)與翻越點(diǎn)之間的情況計算。即為：H1=iLf+Zf-ZH H1Lf 起點(diǎn)與翻越點(diǎn)之間的距離，即管道計算長度。參考資料：1、 水力學(xué)工程力學(xué)石油工業(yè)出版社 袁恩熙2、 油庫和管道設(shè)計石油工業(yè)出版社3、SY/T6769.12010 非金屬管道設(shè)計、施工驗(yàn)收規(guī)范第 1 部分：高壓玻璃纖維管線管4、 玻璃鋼輸水管的水力學(xué)特性上海文理玻璃鋼新材料有限公司 周祝林5、 玻璃鋼（夾砂）管道與其他管材的比較分析天津水力勘測設(shè)計院
管道水力計算新大技術(shù)研究所戴頌周
