管道尺寸計算 | 現場噪音、磨損、水錘等因素 | 台灣本地知識

目錄

• 管線尺寸的概念
• 影響管線尺寸的因素
• 壓力損失的計算方法
• 管線尺寸的決策程序
• 連續方程式
• 現場噪音問題
• 管線磨損問題
• 水錘效應
• 壓力損失的計算方法
• 管道內部粗糙度的考慮
• 纏鬆物質和堵塞物的影響

📌 管線尺寸的概念

管線尺寸在確定管道流量時起著重要作用。根據連續方程式，流量（Q）等於流速（V）乘以內徑（d）的平方乘以常數（k）。因此，根據連續方程式，我們可以得出結論：流速（V）越高，管線尺寸（d）越小，相應的成本也越低。

選擇合適的流速值取決於壓力損失、噪音、管道磨損和水錘等因素。而壓力損失是選擇最佳管線尺寸時需要特別注意的因素。

在計算壓力損失時，我們需要考慮以下一些術語：雷諾數、摩擦因子、內部粗糙度和管道直徑。

📌 影響管線尺寸的因素

選擇合適的管線尺寸需要考慮多個因素，包括壓力損失、噪音、磨損和水錘等。下面是一些需要考慮的因素：

• 壓力損失：系統中的所有壓力損失之和必須小於供應系統中提供的壓力。
• 噪音：高速度導致高噪音。
• 磨損：高速度導致高磨損，縮短管線壽命。
• 水錘效應：高速度導致水錘效應，可對系統產生重大影響。

以上這些因素中，壓力損失對於選擇最佳管線尺寸至關重要。

📌 計算壓力損失方法

計算壓力損失需要了解一些術語，這些術語在計算過程中將被使用。首先是雷諾數，它是描述流體流動的慣性和黏性力之比的一個無量綱數。

雷諾數的計算公式是：Re = (VDρ) / μ，其中 V 是流速，D 是管道的直徑，ρ 是流體的密度，μ 是流體的動力黏度。

根據雷諾數的大小，流體流動可以分為三種類型：層流、紊流和過渡流。

另一個需要考慮的因素是摩擦因子。對於層流流動，可以使用波依塞爾定律來計算摩擦因子。對於紊流流動，沒有一個明確的公式來計算摩擦因子，只能通過實驗來獲取結果。

最後，壓力損失可以使用達西公式來計算，公式如下：

ΔP = (4FLV²) / (2gD)，其中 F 是摩擦因子，L 是管道的長度，V 是流速，g 是重力加速度，D 是管道的直徑。

根據流體流動的性質和流量，壓力損失可以用 kg/cm² 或以頭高來表示。

📌 管線尺寸的決策程序

選擇管線尺寸的程序如下：

1. 選擇初步尺寸：根據預定的流速和表中的資料，選擇初步尺寸。
2. 檢查合適性：根據系統要求，檢查所選尺寸的合適性。這包括考慮壓力損失、噪音、磨損和水錘等要素。
3. 計算壓力損失：使用上述方法計算壓力損失，以驗證所選流速的準確性。
4. 選擇最佳尺寸：根據計算得到的壓力損失和管線尺寸，選擇最佳尺寸，以滿足系統要求。

在計算壓力損失和選擇管線尺寸時，請根據管道材料、管道內部粗糙度和其他因素進行適當的調整。

現在，讓我們進一步研究壓力損失的計算方法。

📌 連續方程式

連續方程式用於建立流量（Q）和管線尺寸（d）之間的關係。根據連續方程式，Q = A × V，其中 A 是橫截面積，V 是速度。

在管線尺寸計算中，我們需要知道流量（Q）和速度（V）。通過連續方程式，我們可以得出結論：速度越高，管線尺寸越小，相應的成本也越低。

選擇合適的速度值取決於壓力損失、噪音、磨損和水錘等因素。

現在，我們將深入研究這些會影響管線尺寸的因素。

📌 現場噪音問題

管線流速高，會導致噪音增加。因此，在決定流速時，需要考慮到現場的噪音限制。

對於戶外管線，高流速是可以接受的。但對於室內管線，流速通常限制在每秒50米以下。

對於蒸汽管線，根據噪音考慮，速度的上限是由於外部管線可以接受高流速。但對於室內管線，流速通常限制在每秒50米以下。

📌 管線磨損問題

管線流速高，會導致磨損增加，縮短管線的使用壽命。因此，在選擇管線尺寸時，需要考慮到磨損問題。

特別是在運輸粉狀物料或含有固體顆粒的流體的管道中，磨損問題更為突出。

高速度流動可能會導致管道內壁的磨損，從而增加了管道壁厚。這可能會導致建造和維護成本的增加。

因此，在選擇管線尺寸時，應根據流體的特性和流量進行適當的考慮。

📌 水錘問題

高速流動的管道會引起水錘效應。水錘是指由於流體突變而產生的壓力波。

水錘效應對管道系統造成嚴重損害，包括管道爆裂、附屬設備損壞等。

因此，在選擇管線尺寸時，應注意防止水錘效應的影響。這可以通過限制流速來實現。

對於較大的蒸汽管道和其他高溫高壓系統，應格外注意水錘效應的影響。

📌 壓力損失計算方法

計算壓力損失需要了解一些術語。為了計算壓力損失，我們需要知道流速（V）、管道內直徑（D）和管道材料的相關參數。

首先，我們需要計算一個無量綱數，稱為雷諾數（Re）。雷諾數是描述流體流動的慣性和黏性力之比。

雷諾數的計算公式是：Re = (VDρ) / μ，其中 V 是流速，D 是管道的直徑，ρ 是流體的密度，μ 是流體的動力黏度。

根據雷諾數的大小，流體流動可以分為層流、紊流和過渡流。

另一個需要考慮的因素是摩擦因子（F）。對於層流流動，我們可以使用波依塞爾定律來計算摩擦因子。對於紊流流動，沒有一個明確的公式來計算摩擦因子，只能通過實驗來獲取結果。

通過這些參數的計算，我們可以使用達西公式來計算壓力損失（ΔP）。

對於氣體流動，壓力損失表示為 kg/cm²；對於液體流動，壓力損失表示為水頭（H）。

📌 內部粗糙度的考慮

內部粗糙度是計算壓力損失時需要考慮的另一個因素。內部粗糙度是指管道內壁的不規則性或粗糙程度。

內部粗糙度會導致流體流動的阻力增加，進而增加壓力損失。

在選擇管線尺寸時，需要考慮到管道內部粗糙度的影響。根據管道材料和內部表面處理的情況，可以選擇合適的內部粗糙度參數。

這些參數可以通過測試和實驗來獲取，並且可能因管道的年齡和使用情況而發生變化。

📌 纏鬆物質和堵塞物的影響

另一個影響壓力損失的因素是纏鬆物質和堵塞物。這些物質可能會附著在管道的內壁上，從而增加壓力損失。

纏鬆物質包括管道中的污垢、沉積物、鈣垢等。堵塞物包括固體顆粒、纖維、沉積物等。

在選擇管線尺寸時，需要考慮到纏鬆物質和堵塞物的影響。這可以通過定期的管線清潔和維護來減少這些影響。

根據給定的設計參數，我們可以進行管線尺寸的計算。現在，讓我們通過一個實際例子來演示這一過程。

📌 計算管線尺寸的實際例子

假設我們有以下設計參數：

• 液體流率（Q）：300立方米/小時
• 液體密度（ρ）：1000千克/立方米
• 流體速度（V）：2.5米/秒
• 管道內部粗糙度：0.4毫米
• 管道規格：8英寸、40調度、長度100米

首先，我們需要選擇流體速度。根據給定的表格，我們選擇了2.5米/秒作為初步設定值。

根據連續方程式，我們可以計算管道的內徑（d）。根據公式，內徑（d）等於4Q / (πV)。將給定的值代入公式，我們可以得到內徑（d）為206毫米。

接下來，我們需要檢查所選直徑的合適性。為此，我們需要計算所選直徑對應的流速。根據公式，流速（V）等於Q / (3600A)。將給定的值代入公式，我們可以得到流速（V）為2.571米/秒。

然後，我們需要計算所選流速對應的壓力損失。為此，我們需要計算雷諾數（Re）和摩擦因子（F）。根據計算，雷諾數（Re）為521913，摩擦因子（F）為0.02。

根據給定的公式，我們可以計算壓力損失（ΔP）。將給定的值代入公式，我們可以得到壓力損失（ΔP）為0.3983千克/平方厘米。

根據計算的壓力損失（ΔP），我們可以確定所選管道尺寸的合適性。

根據以上的計算，我們可以得出結論：對於給定的設計參數，8英寸、40調度、長度100米的管道的壓力損失為0.3983千克/平方厘米。如果供應系統提供的壓力損失大於這個值，那麼液體流動是可行的。

以上就是管線尺寸計算的過程。希望這個例子能幫助你更好地理解管線尺寸計算的方法。

以上是我們對管線尺寸計算的詳細解說。如果你對此有任何疑問，請輸入評論，我們將竭誠為您解答。

📌 亮點

• 管線尺寸計算是確定管道流量的重要步驟。
• 對於不同的應用，需要考慮不同的因素，如壓力損失、噪音、磨損和水錘等。
• 壓力損失的計算需要考慮多個參數，如雷諾數、摩擦因子和內部粗糙度。
• 選擇合適的管線尺寸應根據以上因素進一步討論。
• 計算壓力損失的公式可以用於氣體流動和液體流動。
• 管道內部粗糙度和纏鬆物質等因素也應納入考慮。

FAQ

問題：連續方程式是什麼？

答案：連續方程式是描述流體流動與管線尺寸之間關係的方程式。它表明流量等於流速乘以橫截面積。

問題：如何計算壓力損失？

答案：壓力損失可以使用達西公式進行計算，壓力損失公式為：ΔP = (4FLV²) / (2gD)。

問題：什麼是雷諾數？

答案：雷諾數是一個無量綱數，用於描述流體流動的慣性力和黏性力之比。

問題：摩擦因子如何計算？

答案：對於層流流動，可以使用波依塞爾定律來計算摩擦因子；對於紊流流動，則需要通過實驗來確定摩擦因子。

問題：內部粗糙度如何影響壓力損失？

答案：內部粗糙度會增加流體流動的阻力，從而增加壓力損失。

問題：磨損和堵塞物如何影響管線尺寸？

答案：磨損和堵塞物會引起壓力損失的增加，從而影響選擇最佳管線尺寸。

問題：如何選擇最佳管線尺寸？

答案：選擇最佳管線尺寸需要考慮多個因素，如壓力損失、噪音、磨損和水錘等。根據這些因素，選擇最佳尺寸以滿足系統要求。

問題：管線尺寸是否影響成本？

答案：是的，管線尺寸的選擇會直接影響成本。較小的管線尺寸意味著更高的流速和較低的成本，但也會增加壓力損失和其他問題。

問題：噪音如何影響管線尺寸的選擇？

答案：噪音限制可能會對選擇管線尺寸產生影響。室內管線通常需要控制噪音，因此流速通常限制在較低的水平。

問題：為什麼需要考慮水錘效應？

答案：高速流動可能會引起水錘效應，這對管道系統造成嚴重損害。因此，選擇管線尺寸時需要注意水錘效應的影響。

問題：管道流動中的纏鬆物質和堵塞物如何處理？

答案：纏鬆物質和堵塞物會增加壓力損失。應定期清潔管線，以減少這些影響。