聯(lián)系人:左女士
電話:0519-87380288
手機(jī):13915863998
郵箱:regreenli@163.com
地址:江蘇省溧陽市戴埠鎮(zhèn)西頂路1號(hào)
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在實(shí)際工業(yè)管道工程設(shè)計(jì)中,我們經(jīng)常會(huì)根據(jù)客戶所給的相關(guān)技術(shù)參數(shù)來設(shè)計(jì)符合實(shí)際生產(chǎn)要求的合理的工程方案,所以,如何確定管道內(nèi)流速V、壓力P、流量Q三者之間的關(guān)系變得尤為重要。
現(xiàn)簡單從理論上介紹一下三者之間的關(guān)系,
舉個(gè)例子:
例: 不銹鋼無縫管φ25.4x1.65 ,工作介質(zhì)為氮?dú)釴2,工作壓力P=0.8MPa,工作溫度t=20℃ 求工況流量Q?
解: 取不銹鋼管內(nèi)某一截面為參考面,那么介質(zhì)在1h內(nèi)留經(jīng)管道截面的流量有:
Q=VπR2 x 3600
式中,
Q: 工況流量— m3
V: 介質(zhì)流速— m/s
R: 管道半徑 — m
所以我們得到以下流量計(jì)算公式 :
在實(shí)際工程應(yīng)用中,管道內(nèi)流速(V)受很多因素影響(使用壓力、管道通徑、使用流量等等),所以合理的流速應(yīng)根據(jù)經(jīng)濟(jì)權(quán)衡決定。
一般液體流速為0.5~3m/s,
氣體流速為10~30m/s。
現(xiàn)在0.8Mpa情況下我們?nèi)。?/span>
流速V=10m/s ,
管道內(nèi)徑22.1mm
則在工況下每小時(shí)流量:
那么,
怎么換算到標(biāo)況流量呢?
在實(shí)際生產(chǎn)中氣體的使用壓力往往不盡相同,所以一般把工況流量換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的流量,以方便計(jì)量使用。
氣體在實(shí)際使用過程中受各種因素影響,其相關(guān)參數(shù)往往在不斷變化,所以在工程實(shí)際計(jì)算中往往把氣體認(rèn)為理想氣體,從而大概計(jì)算出其實(shí)際流量。
理想氣體狀態(tài)方程:
PV=nRT
式中,
P—?dú)怏w絕對(duì)壓力 KPa
V—?dú)怏w體積 m3
n—?dú)怏w的物質(zhì)的量 kmol
R—?dú)怏w摩爾常數(shù) 8.314kj/(kmol .K)
T—?dú)怏w的熱力學(xué)溫度 K
t —工作溫度 ℃
所以在工況和標(biāo)況下有:
P0V0=nRT0(標(biāo)況)
P1V1=nRT1(工況)
聯(lián)合兩式得:
V0=(P1/P0)x(T0/T1)
= V1(P1/P0)x【273/(273+t)】
注:式中P1為絕對(duì)壓力,P0為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力
所以例題中換算成標(biāo)況流量為:
標(biāo)況和工況流量換算公式與實(shí)例
(一)標(biāo)況和工況的區(qū)別
工況:實(shí)際工作狀態(tài)下的流量,單位:m3/h 標(biāo)況:溫度20℃、一個(gè)大氣壓(101.325kPa)下的流量,單位:Nm3/h 注意:通常所指的標(biāo)況是溫度為0℃(273.15開爾文)和壓強(qiáng)為101.325千帕(1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,760毫米汞柱)的情況,區(qū)別于我國工業(yè)氣體標(biāo)況的規(guī)定。 兩種狀態(tài)下的單位都是一樣的,只是對(duì)應(yīng)的流量不同而已。另外不同國家所指的標(biāo)態(tài)也不一樣。 (二)計(jì)算方程 根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程:pV=nRT。 這個(gè)方程有4個(gè)變量:p是指理想氣體的壓強(qiáng),V為理想氣體的體積,n表示氣體物質(zhì)的量,而T則表示理想氣體的熱力學(xué)溫度;還有一個(gè)常量:R為理想氣體常數(shù)。 PV/T=nR為常數(shù),所以P1×V1/T1=P2×V2/T2 設(shè)標(biāo)況下體積流量為V0,溫度T0=273+20=293k,壓力P0=101.325Kpa=0.101325Mpa, 工況下體積流量為V,溫度T(攝氏度),壓力P(表壓力,Mpa),忽略壓縮因子的變化有V*(P+0.101325)/(T+273)=V0*P0/T0
注意:一般天然氣都是中低壓輸送,低壓入戶,都是帶有壓力的,屬于工況。天然氣的計(jì)量按標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(嚴(yán)格的說是準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài),我們叫它常態(tài))來計(jì)量的,一般貿(mào)易計(jì)量按20℃,1個(gè)大氣壓力(0.1013MPa)狀態(tài)下的體積計(jì)量,比標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積稍大一些,對(duì)賣方有利(因?yàn)楸緛硎浅艘?73,按照20℃的話就是乘以273+20,所以變大了)。在國際標(biāo)準(zhǔn)中的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)是0℃,1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力。對(duì)于氣體來說不同的壓力,其體積會(huì)差很大(氣體很易壓縮),當(dāng)然體積流量會(huì)差很大,同徑條件下不同工況下的流速自然也會(huì)差很大,比方同直徑蒸汽管線對(duì)于10bar和3.5bar時(shí)最大流量是不同的。工藝計(jì)算時(shí)用工況或用標(biāo)況取決于你查的圖表、用的常數(shù),兩種狀態(tài)的計(jì)算都是可能出現(xiàn)的。比方在定義壓縮機(jī)參數(shù)時(shí),我們常用標(biāo)況下的參數(shù)來給廠家提條件,同時(shí)我們也提供溫度大氣壓力等參數(shù)供做工況下的校正,這么做的好處是我們可以用同一個(gè)狀態(tài)來表明參數(shù),就如同泵的性能曲線都是用清水來說的,沒人會(huì)說汽油的性能曲線是什么,原油的性能曲線又是什么。在很多計(jì)算中用的都是工況,比方計(jì)算流速時(shí)。
(三)氣體的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài) 氣體的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)分三種: (1)1954年第十屆國際計(jì)量大會(huì)(CGPM)協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)是:溫度273.15K(0℃),壓力101.325KPa。世界各國科技領(lǐng)域廣泛采用這一標(biāo)態(tài)。 (2)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織和美國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以溫度288.15K(15℃),壓力101.325KPa作為計(jì)量氣體體積流量的標(biāo)態(tài)。 (3)我國《天然氣流量的標(biāo)準(zhǔn)孔板計(jì)算方法》規(guī)定以溫度293.15K(20℃),壓力101.325KPa作為計(jì)量氣體體積流量的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。 天然氣標(biāo)況體積換算公式和普通氣體的不一樣,必須符合中國石油天然氣總公司發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)。 氣體的氣態(tài)方程式: Qn=Zn/Zg*(Pg+Pa)/Pn*Tn/Tg*Qg 式中: Qn——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量(Nm3/h) Zn——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的壓縮系數(shù) Zg——工作狀態(tài)下的壓縮系數(shù) Pg——表壓(KPa) Pa——當(dāng)?shù)卮髿鈮海↘Pa) Pg+Pa——工況下的絕對(duì)壓力 Pn——標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(101.325KPa) Tn——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(天然氣國標(biāo)20℃)的絕對(duì)溫度(293.15K) Tg——介質(zhì)的絕對(duì)溫度(273.15+t)K t——被測(cè)介質(zhì)的攝氏溫度(℃) Qg——未經(jīng)修正的體積流量(m3/h) 注:帶n的是標(biāo)況參數(shù),帶g的是工況參數(shù)。 (四)標(biāo)況與工況之間的換算實(shí)例 通常我們所說的流量為了便于統(tǒng)一的單位,都是述說的標(biāo)況狀態(tài)的流量;而工廠運(yùn)行記錄的實(shí)際流量基本都是工況狀態(tài)下的流量。 1.標(biāo)況流量到工況流量換算的實(shí)例: 問題:空壓機(jī)額定產(chǎn)氣量2立方/分鐘,管道壓力8公斤,實(shí)際管道的工況流量是多少? 解答:粗略計(jì)算,假設(shè)壓縮空氣溫度20度。 工況流量=2/(0.8+0.101325)*0.101325=0.2248立方/分鐘 式中:0.101325是大氣的絕對(duì)壓力;0.8為管道壓力,單位是MPa。 2.工況流量到標(biāo)況流量換算的實(shí)例: 問題:氧氣管道壓力12公斤,工況流量10立方/小時(shí),標(biāo)況流量是多少? 解答:假設(shè)溫度為20度,不參與運(yùn)算。 標(biāo)況流量=10/0.101325*(1.2+0.101325)=128.43立方/小時(shí) 式中:0.101325是大氣的絕對(duì)壓力;1.2為管道壓力,單位是MPa。 (五)流量計(jì)選型計(jì)算實(shí)例
問題:已知某一供氣管線的實(shí)際工作壓力為(表壓)0.8MPa~1.2MPa,介質(zhì)溫度范圍為-5℃~40℃,供氣量為3000~10000Nm3/h(標(biāo)況流量),在不考慮天然氣組分情況下,要求確定流量計(jì)的規(guī)格型號(hào)。
解答:根據(jù)氣態(tài)方程先將標(biāo)況流量換算成工況流量,然后再選擇合適的口徑。氣體方程式如下:
Qb=Q×PTb/PbT×Zb/Zg=QCF2
式中:C為換算系數(shù);F為氣體壓縮因子
計(jì)算:
①當(dāng)介質(zhì)壓力最低,溫度最高時(shí),應(yīng)具有最大標(biāo)況體積流量,
即Qb=Q×PTb/PbT×Zb/Zg=QCF2=1200.87m3/h
②當(dāng)介質(zhì)壓力最高,溫度最低時(shí),應(yīng)具有最小標(biāo)況體積流量,
即Qmin=213.51m3/h
從以上計(jì)算結(jié)果得知,要選擇的流量計(jì)其工況流量范圍為(214-1200)m3/h。
根據(jù)計(jì)算的流量范圍,選擇滿足工況要求的流量計(jì)。