化工管道阻力損失研究

李春蘭

【摘 要】在組成化工試驗系統過程中，管道長度和直徑要設計合理才能滿足不同氣體混合和流動的需要，完成化工性能和各項參數測定試驗。管道布置方式不同管道阻力損失也不同，會造成管道內壓力不同，從而影響試驗運行狀態。如果管道阻力損失過大可能會引起管道內壓力偏大，對試驗的運行產生影響。因此必須針對管道阻力損失及由此引起的壓力變化進行研究，確定合理的管線布置方式。

【關鍵詞】管道；阻力損失；壓力

0 引言

流體在管內流動、輸送必須克服管道的阻力做功，由此會引起流體壓力沿流動方向的下降[1-2]。在組成化工試驗系統過程中，管道長度和直徑要設計合理才能滿足不同氣體混合和流動的需要，完成性能和各項參數測定試驗。管道布置方式不同管道阻力損失也不同，會造成管道內壓力不同，從而影響試驗運行狀態。較長的管線，特別是當管線布置中含有彎頭、管徑突變時，會產生比較大的壓力損失。如果管道阻力損失過大可能會引起管道內壓力偏大，對試驗運行產生影響。因此必須針對管道阻力損失及由此引起的壓力變化進行研究，通過對管道雷諾數、沿程阻力系數、局部損耗、壓力降等的計算，分析不同流動方式時管道阻力損失帶來的壓力變化，確定不同流動方式時管道壓力的極限值，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。流體輸運壓力變化是沿程阻力損失和局部阻力損失總和，計算過程中需要分別計算這兩種阻力損失，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算

在應用中，不管流動是層流還是湍流，局部阻力系數？孜可以認為不變[2]。在本文計算中由于單獨局部阻力無法計算，因此根據前期試驗測得的管內壓力差值將所有局部阻力損失疊加在一起計算得到綜合局部阻力系數。

2 計算結果

計算模型如圖1所示，整個管道分為4段。

1段管：pp1測點至匯流點位置1。其中以pp01測點為中心將此段分為兩部分。

2段管：pF01測點至匯流點。

3段管：pF01測點至pF2測點，管長1.5m（包含彎頭、閥門和管徑突變）。

4段管：pF2測點至pF1測點，長1.67m，直徑100mm，含有一個閥門。

根據管道阻力試驗過程中壓差測量值，可以計算出各段沿程阻力系數和局部阻力系數，從而計算出各段管線沿程阻力損失和局部阻力損失，評估管線布置和選擇是否合適。根據各個壓力測點壓力測量值和當時管道內氣體流量（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）計算3段管綜合局部阻力系數為？灼=8.2422。根據文獻[2]可以認為雷諾數對局部阻力系數沒有影響。

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

從以上計算結果可以看出，管道沿程阻力損失和閥門阻力損失較小，不會產生很大影響，而管徑突變、彎頭產生的壓力損失較大，設計中應該加以考慮。

實際管道當中匯流處壓力需要達到一定值才能完成兩股氣流的匯流，但匯流點壓力不宜過高，過高會影響試驗狀態和性能。假設管道內氣體流量為F1，如果選擇第一種匯流點位置（匯流位置1，經過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測點至匯流點2）沿程阻力損失：54.5361Pa

在氣體供入過程中pF1有固定要求值，加上各段壓力損失，要完成匯流，匯流點壓力要求值要較pF1高243Pa以上，這樣造成匯流點要求壓力值偏高，影響試驗運行和性能。

如果選擇第二種匯流方式和匯流點位置2進行匯流（僅經過4段管），通過計算可以得到：

4段管沿程阻力損失為：0.2122Pa；局部阻力損失為：0.5710Pa

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

3 結論

1）管道沿程阻力損失較小，含有彎頭、閥門和管徑突變部分時造成的局部阻力損失較大，在進行設備試驗系統管道設計的時候應該考慮減小彎頭、管徑突變等的數量。

2）兩股氣流匯流點的位置選擇直接影響著匯流點壓力從而影響著試驗運行和性能，應該選擇合適的匯流點，保證匯流點壓力滿足要求。

【參考文獻】

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

[2]黃衛星，李建明，肖澤儀.工程流體力學[M].北京：化學工業出版社，2009：97-101.

[責任編輯：田吉捷]