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1、第10章蒸汽分配管道和管道選型章節(jié)10.210.2管道和管道選型蒸汽和冷凝水系統(tǒng)手冊10.2.1703第10章蒸汽分配管道和管道選型章節(jié)10.2管道和管道選型標(biāo)準(zhǔn)和管道壁厚目前世界上有很多的管道標(biāo)準(zhǔn)，但全球接受的標(biāo)準(zhǔn)來源于美國石油研究所(API)，管道按表示管壁厚度系列的號碼來分類。這些表示管壁厚度系列的號碼與管道的壓力等級有關(guān)。這些管標(biāo)號根據(jù)管道的壓力等級分為11個系列，從最低的5至10、20、30、40、60、80、100、120、140和160。對公稱口徑小于150mm(6in)的管道，管
2、標(biāo)號40(有時也稱為”標(biāo)準(zhǔn)重量”)是管道重量最輕的管標(biāo)號，常用于蒸汽系統(tǒng)。不管管標(biāo)號大小，一旦管道口徑確定，它們的外徑都相同（不含制造公差）。隨著管標(biāo)號的增加，管道壁厚也隨之增大，而實際的內(nèi)徑減小。例如：管標(biāo)號40公稱口徑100mm管道的外徑為114.30mm，管道壁厚是6.02mm，因此內(nèi)徑102.26mm。管標(biāo)號80公稱口徑100mm管道的外徑為114.30mm，管道壁厚是8.56mm，因此內(nèi)徑97.18mm。只有40和80管標(biāo)號覆蓋了從15mm（1/2in）到600mm的所有公稱口徑，也是
3、蒸汽系統(tǒng)中最常用的管道管標(biāo)號。本章節(jié)考慮的是BS1600標(biāo)準(zhǔn)中管標(biāo)號為40的管道。BS1600標(biāo)準(zhǔn)給出了表示管壁厚度系列的管標(biāo)號表，其中公稱口徑和壁厚的單位是毫米。表10.2.1比較了不同管標(biāo)號下不同公稱口徑管道的實際內(nèi)徑。在歐洲大陸，管道是按照DIN標(biāo)準(zhǔn)制造的，DIN2448標(biāo)準(zhǔn)見表10.2.1。管道公稱通徑(mm)1520253240506580100150管標(biāo)號4015.821.026.635.140.952.562.777.9102.3154.1管標(biāo)號8013.818.924.332.5
4、38.149.259.073.797.2內(nèi)徑(mm)146.4表10.2.1管道標(biāo)準(zhǔn)和實際內(nèi)徑的比較在英國，如果不是法蘭連接而是螺紋連接的管道按照BS1387標(biāo)準(zhǔn)（鋼管和其它用于BS21管螺紋標(biāo)準(zhǔn)的管材）。通常以“藍(lán)色帶”和“紅色帶”作為參考，這也是管道等級確認(rèn)標(biāo)志。不同的顏色代表了特定的管道等級。紅色帶，表示重級，常用于蒸汽管道。藍(lán)色帶，表示中級，通常用于空氣分配管道，有時也用于低壓蒸氣系統(tǒng)。顏色標(biāo)記帶大約50mm寬，在管道上的位置也可表明管道的長度。短于4m的管道只有一個在管道末端的顏色帶標(biāo)
5、記，4~7m長的管道在兩端附近都有—顏色標(biāo)記。圖10.2.1紅色標(biāo)記帶，重級，小于4m的管道圖10.2.2藍(lán)色標(biāo)記帶，中級，長度4~7m之間的管道管道材質(zhì)蒸汽系統(tǒng)的管道通常采用符合ANSIB16.9A106標(biāo)準(zhǔn)的碳鋼管。冷凝水管道也可使用相同材質(zhì)的管道，盡管在有些行業(yè)也會使用銅管。對于高溫的過熱蒸汽主管，為了增強(qiáng)管道在高溫下的應(yīng)力和柔性強(qiáng)度，會包含某些合金成分，如鉻和鉬。一般，每段管道的長度為6m。10.2.2蒸汽和冷凝水系統(tǒng)手冊704第10章蒸汽分配管道和管道選型章節(jié)10.2管道選型任何流體輸
6、送系統(tǒng)的目的都是在正確的壓力下把流體輸送至使用點(diǎn)。因此隨之而來的一個重要的因素就是經(jīng)過輸送系統(tǒng)的壓力降。液體第4章流量計中討論了伯努利定理（DanielBernoulli1700-1782）。在此基礎(chǔ)上，DArcy（DArcyThompson1860-1948）指出流體要產(chǎn)生流動，在點(diǎn)1的能量必須比點(diǎn)2的能量多（見圖10.2.3）。能量之差用來克服管道和流動流體之間的摩擦阻力。hfh1h2管道直徑(D)流速(u)長度(L)點(diǎn)1點(diǎn)2圖10.2.3管道的摩擦阻力伯努利定理闡述了流體中總能量的變化與能
7、量消耗的關(guān)系，用壓頭損失hf（m）或比能損失hf（J/kg）來表示。但這無法預(yù)測在特定情況下壓力的損失，因此用處不是很大。此處我們引進(jìn)了流體機(jī)械能損失中最重要的一點(diǎn)，即總的機(jī)械能損失是由于穩(wěn)定流體在均勻管道內(nèi)流動時管壁上摩擦造成的。管道內(nèi)流動流體的總能量損失取決于：L=管道長度(m)；D=管道口徑(m)；u=流體的平均流速(m/s)；μ=流體的動力黏性系數(shù)(kg/(m·s)=Pas)；ρ=流體密度(kg/m3)；ks=管壁的粗糙度*(m)。*因為能量損失與管壁側(cè)的剪切應(yīng)力有關(guān)，管壁的特性具有很大
8、的影響。相對較光滑的管壁與粗糙的管壁對流體的相互作用是完全不同的。將這些變量代入DArcy-Weisbach公式（通常指DArcy公式），得到公式10.2.1。公式中還有一個無量綱參數(shù)，為摩擦系數(shù)，它和管道絕對粗糙度、流體的密度、速度和粘度以及管道口徑有關(guān)。描述與流體密度、速度和黏度以及管道口徑有關(guān)的參數(shù)叫做雷諾數(shù)，以雷諾（1842－1912）命名，他在1883年首先給出了計算流體中能量損失的科學(xué)方法。DArcy公式(公式10.2.1):4fLu2hf=2gD公式10.2.1式中：hf=由于摩擦
