不銹鋼管道口徑的確定工作,有的設計單位由工藝專業(yè)負責,有的設計單位由管道專業(yè)負責,無論如何分工,不銹鋼管道口徑大小的確定是管道設計的首要任務之一。
1. 管徑的經(jīng)濟性最優(yōu)原則
管徑應根據(jù)流體的流量、性質、流速及管道允許的壓力損失等確定。對大直徑厚壁合金鋼等管道管徑的確定,應進行建設費用和運行費用方面的經(jīng)濟比較。
管徑選擇對裝置的經(jīng)濟效果十分重要,隨著管徑的增大,不僅增大了管壁厚度和管子重量,還增大了閥門和不銹鋼管件的尺寸,增加了保溫材料的用量,因此在計算管徑時,在允許壓力降的前提下應盡量選用較高的流速,以減小管徑。但是,隨著流速的增高,管內(nèi)摩擦阻力也加大,增加了壓縮機和泵的功率消耗及操作費用。因此,需在建設投資和操作費用之間尋找最佳結合點,即以總成本最低來求得經(jīng)濟管徑。
2. 滿足壓力降要求原則
管道壓力降計算是按閥門全開的情況下計算的,管道的壓力降必須小于允許壓力降,否則工藝所需最大流量將低于所需值。允許壓力降較小的管道,應選用較低的流速,允許壓力降較大的管道可選用較高的流速。對于同一介質在不同管徑的情況下,流速雖相等,管道壓力降卻相差很大。在計算管徑時,允許壓力降相同,管徑不同的管道應選用不同的流速,小管徑選用較低流速,大管徑選用較高流速。黏度較大的流體,管道壓力降較大,應選用較低的流速,黏度較小的流體管道壓力降較小,應選用較高的流速。
3. 工藝控制要求原則
一般調節(jié)閥壓力降應占整個控制系統(tǒng)總壓力降的30%左右,在流量比較平穩(wěn)的管道系統(tǒng)中,可取調節(jié)閥壓力降占系統(tǒng)總壓力降的20%。如果調節(jié)閥壓力降很小,為了改變流量,調節(jié)閥閥桿行程需變化很大的比例,當要控制低流量時,調節(jié)閥將幾乎關閉,這樣就使得流量控制變得困難。
4. 限制管壁磨損原則
在大多數(shù)情況下,金屬的耐腐蝕性能主要依靠其接觸腐蝕介質表面的一層保護膜,管內(nèi)介質流速過高會損壞保護膜,引起管道沖蝕和磨損,最終將縮短管道的預期使用壽命。例如,當銅鎳合金管內(nèi)為海水介質時,允許的流速為1.5~3m/s,當流速達到45m/s時,其腐蝕速率將是不允許的。工藝(系統(tǒng))工程師在進行管道工藝計算時,應該注意在下列條件下會使腐蝕速率加快,必須采取限制流速的措施:①. 腐蝕介質會引起管壁脆弱。②. 軟金屬(如鉛或銅)。③. 工藝介質中存在有磨損性的固體顆粒。④. 帶有大量不銹鋼管件的管道將導致高的湍流。
如果遇到此類問題,當沒有資料數(shù)據(jù),又無法解決懷疑的腐蝕問題時,應該采取限制流速的辦法,建議液體最大流速為2m/s。部分腐蝕介質的最大流速見表3.2.1。
5. 滿足介質安全輸送的規(guī)定
特殊介質的流速還應符合相應的國家標準。氧氣流速應符合GB 50030《氧氣站設計規(guī)范》,氫氣流速應符合GB50177《氫氣站設計規(guī)范》,乙炔流速應符合GB 50031《乙炔站設計規(guī)范》。部分流體的最大流速可參見表3.2.2。
注:本表摘自《化學工程手冊》。氫氣和氧氣的具體流速應根據(jù)壓力和管道材質按有關規(guī)范及標準做調整。
6. 滿足噪聲控制要求
管道系統(tǒng)在高流速、節(jié)流、氣穴、湍流等情況下都會產(chǎn)生噪聲。工藝(系統(tǒng))工程師應確定合適的流速,對管道系統(tǒng)的閥門(包括控制閥)、特殊管件(如噴射器等)和由于管道中物料流向突變的管道系統(tǒng)以及火炬管道系統(tǒng)、安全閥放空管道系統(tǒng)等,在工作時由于高流速湍流引起的高噪聲進行控制。流體在閥門或管道內(nèi)的流速越快,噪聲也越高,降低流速可減小噪聲。在無氣穴的情況下,流速增加1倍,噪聲增加18dB。對噪聲限制較嚴的管道,需對流速加以限制,一般采用擴大管徑的方法來降低流速。對于截面與流向急劇變化的管段,其流速還應進一步降低。在實際使用中,不同的環(huán)境對管道噪聲有不同的要求,但氣流輸送情況不受此限制,因為氣流中固體顆粒與管壁的摩擦將大大增加管道噪聲。管道內(nèi)流速的限制值見表3.2.3。
當無法用降低流速的辦法控制噪聲時,可查閱有關噪聲控制設計規(guī)范,如HG/T20570.10-1995《工藝系統(tǒng)專業(yè)噪聲控制設計》,用其他方法控制管道系統(tǒng)噪聲。
7. 符合管材的標準規(guī)格
公制和英制管道具有不同的外徑及壁厚系列。常用公稱直徑的管道外徑見本書有關章節(jié)。除另有規(guī)定或采取有效措施外容易堵塞的液體不宜采用公稱直徑小于25mm的不銹鋼管道。