管径选择与管道压力降计算(四)138~over

管径选择与管道压力降计算PS304-03—138—7浆液流7.1简述7.1.1浆液流型的分类浆液由液、固两相组成，属两相流范畴，其流型属非牛顿型流体；按固体颗粒在连续相中的分布情况，又可分为均匀相浆液、混合型浆液和非均匀相浆液三种流型。7.1.2浆液输送管道尺寸的确定确定浆液输送管道的尺寸，必须注意下列几点：7.1.2.1均匀相流动的浆液，要求固体颗粒均匀地分布在液相介质之中，只要计算出浆液中固体颗粒的最大粒径(dmh)，将它与已知筛分数据进行比较，若全部固体颗粒小于dmh，则为均匀相浆液，否则为混合型浆液或非均匀相浆液。7.1.2.2为避免固体粒子在管道中沉降，要使浆液浓度、粘度和沉降速度间处于合理的关系中。对于均匀相浆液的输送，必须确定浆液呈均匀相流动时的最低流速，且要获得高浓度、低粘度、低沉降速度。浆液流动要求有一个适宜的流速，它不宜太快，否则管道摩擦压力降大；它亦不宜太慢，否则易堵塞管道。该适宜的最低流速数据由试验确定。为获得高浓度、低粘度、低沉降速度，可采用合适的添加剂。7.1.2.3混合型浆液或非均匀相浆液的输送，应保证浆液流动充分呈湍流工况。7.1.3本规定提出了计算浆液流体的管道压力降的数据收集、关联式回归和计算步骤的一般内容和要求，适用于均匀相浆液、混合型浆液或非均匀相浆液三种流型的压力降计算。7.2计算方法7.2.1计算依据提供下列数据：7.2.1.1实测数据(1)最低的浆液流体流速(Umin)；(2)固体筛分的质量百分数(Xpi)；(3)固体筛分的密度(ρpi)；管径选择与管道压力降计算PS304-03—139—(4)浆液流的表观粘度(μa)与剪切速率(γ)的相关数据或流变常数(η)和流变指数(n)。7.2.1.2可计算数据(1)连续相(水)的物性数据：粘度(μL)、密度(ρL)；(2)固体的质量流量(WS)或浆液的质量流量(WSL)及浆液的浓度(CSL)；(3)连续相(水)的质量流量(WL)；(4)浆液的平均密度(ρSL)；(5)固体的平均密度(ρS)。7.2.2计算方法的应用7.2.2.1计算浆液流体物性数据(1)已知ρS、ρL、WS、WL计算ρSL(7.2.2—1)(2)已知ρSL、ρL、WSL、CSL，计算ρS(7.2.2—2)(7.2.2—3)(7.2.2—4)(3)计算均匀相浆液的物性数据(7.2.2—5)(7.2.2—6)(4)计算混合型浆液物性数据(7.2.2—7)(7.2.2—8)(7.2.2—9)(7.2.2—10)(7.2.2—11)7.2.2.2浆液流体流型的确定和计算均匀相浆液的最大粒径(dmh)管径选择与管道压力降计算PS304-03—140—根据流变常数(η)、流变指数(n)[由试验测得浆液流的表观粘度(Ua)与剪切速率(γ)的相关数据求得]计算μa；由浆液流的有关参数(Y)、阻滞系数(Ch)(Y与Ch的关联式由实验数据回归获得)计算dmh。均匀相浆液的表现粘度(μa)由下式计算：γ＝8Ua／D(7.2.2—12)(7.2.2—13)(7.2.2—14)当Y＞8.4时Ch=18.9Y1.41(7.2.2—15)当8.4≥Y＞0.5时Ch=21.11Y1.46(7.2.2—16)当0.5≥Y＞0.05时Ch=18.12Y0.963(7.2.2—17)当0.05≥Y＞0.016时Ch=12.06Y0.824(7.2.2—18)当0.016≥Y＞0.00146时Ch=0.4(7.2.2—19)当Y≤0.00146时Ch=0(7.2.2—20)dmh=1.65Ch×ρa／(ρ1S－ρa)(7.2.2—21)若固体颗粒粒度全小于dmh，为均匀相浆液，否则为混合型浆液或非均匀相浆液。7.2.2.3管径的确定(1)输送均匀相浆液由试验获得浆液最低流速(Umin)，计算管径(D)(7.2.2—22)(7.2.2—23)(7.2.2—24)浆液流流型应控制在滞流的范围之内，故Re在2300以下。调整D到满足要管径选择与管道压力降计算PS304-03—141—求为止。(2)输送混合型浆液或非均匀相浆液由试验获得浆液最低流速(Umin)，可计算允许流速(Ua)；由浆液流的有关参数(x)、非均匀相中固体颗粒的平均粒径(dwa)，可计算管径(D)。x与Umin／(gD)0.5的关联式由回归获得。(7.2.2—25)(7.2.2—26)(7.2.2—27)(7.2.2—28)当dwa≥368时Fd＝1(7.2.2—29)当dwa＜368时Fd＝dwa÷386(7.2.2—30)当0.006＜x≤2时(7.2.2—31)当2＜x≤70时(7.2.2—32)浆液流应控制在湍流的范围之内，目标函数，︱Ua一U︱≤δ。调整D到满足要求为止。7.2.2.4泵压差(ΔP)的计算管道中包括直管段、阀门、管件、控制阀、流量计孔板等。管道系统的压力降是各个部分的摩擦压力降、速度压力降和静压力降的总和。(1)通用数据的计算由浆液流的有关参数(Z)、非均匀相阻滞系数(Che)(Z与Che的关联式由回归获得)，可计算非均匀相尺寸系数(Cra)、沉降流速(Vt)。(7.2.2—33)当Z＞5847时Che＝0.1(7.2.2—34)管径选择与管道压力降计算PS304-03—142—当20＜Z≤5847时Che＝0.4(7.2.2—35)当1.5＜Z≤20时Che＝10.979Z-1.106(7.2.2—36)当0.015＜Z≤1.5时Che＝13.5Z-1.61(7.2.2—37)(7.2.2—38)(7.2.2—39)(2)摩擦压力降(ΔPK)的计算它由直管段、阀门、管件的摩擦压力降组成。其值为正，表示压力下降。流体流经阀门、管件的局部阻力有两种计算方法：阻力系数法和当量长度法。现推荐当量长度法。a.均匀相浆液摩擦压力降(⊿PK)的计算26/1003262.0DLLUPeaK(7.2.2—40)b.混合型浆液或非均匀相浆液摩擦压力降(⊿PK)的计算浆液中非均匀相固体的有效体积分率(Ψ)为sin//sin//125.0sin//15.02tvhesttVUXVUVU(7.2.2—41)UhsL＝U+Ψ·Vt·sinα(7.2.2—42)若Xvhes·Vt·sinαU则Ψ＝XvhesUhsL＝U(7.2.2—43)(a)非垂直管道cehsLanKgLLUDFP20000//421(7.2.2—44)5.12281.9cos/aSraahsLDCUdd(7.2.2—45)cos1.01/85111.0ddPPKK(7.2.2—46)(b)垂直管道cehsLanKgLLUDFP20000//411.02(7.2.2—47)管径选择与管道压力降计算PS304-03—143—(3)速度压力降(⊿PV)的计算由温度和截面积变化引起密度和速度的变化，它导致压力降的变化。a.均匀相浆液速度压力降(⊿PV)的计算21.0aaVUP／(20000gc)(7.2.2—48)b.非均匀相浆液速度压力降(⊿PV)的计算cavhesthsLaShsLvhesVgXVUUXP20000sin/11.0222(7.2.2—49)若Vt·sinαUhsL，则可用简化模型21.0hsLaVUP／(20000gc)(7.2.2—50)(4)静压力降(⊿PS)的计算由于管道系统进(出)口标高变化而产生的压力降称静压力降。其值可为正值或负值。正值表示压力降低，负值表示压力升高。a.匀相浆液静压力降(⊿PS)的计算⊿PS＝0.1[Zs.d·sinα·ρa／10000]±(Hs.d·ρSL／10000)](7.2.2—51)b.非均匀相浆液静压力降(⊿Ps)的计算⊿PS＝0.1｛Zs.d·sinα{1.1Ψ[(ρ2S－ρa)／ρa]+1}(ρa／10000)±(Hs.d·ρSL／10000)｝(7.2.2—52)(5)泵压差(⊿P)的计算∑⊿PS＝(PK)S+(PV)s+(PS)S(7.2.2—53)∑⊿Pd＝(PK)d+(⊿P)a+(Ps)d(7.2.2—54)⊿P＝Prd－Prs+∑⊿PS+∑⊿Pd(7.2.2—55)(6)摩擦系数(Fn)的计算推荐采用牛顿型流体摩擦系数的计算方法。a.在层流范围之内(Re2300)Fn＝16／Re(7.2.2—56)b.在过渡流范围之内(2300Re≤10000)Fn＝0.0027[(106／Re)+16000ε／D]0.22(7.2.2—57)c.在湍流范围之内(Re10000)管径选择与管道压力降计算PS304-03—144—Fn=0.0027(16000ε／D)0.22(7.2.2—58)(7)当量长度(∑Le)的计算若只知阀门管件的局部阻力系数(Kn)的计算方法，可采用(Le)与(Kn)的关系式求得Le。Le＝Kn·D／(4Fn)(7.2.2—59)局部阻力系数、当量长度的计算方法见第1章“单相流(不可压缩流体)”。7.2.3计算步骤7.2.3.1确定流型和管径(1)计算浆液流体物性数据。(2)计算均匀相浆液的最大粒径(dmh)及管径(D)。a.设浆液全为均匀相浆液，校核其最大粒径。(a)计算均匀相固体的平均密度(ρ1s)、均匀相固体的体积分率(XVS)。(b)计算管径(D)。(c)计算均匀相浆液的表观粘度(μa)。(d)计算均匀相浆液的允许流速(Ua)。(e)计算均匀相浆液的最大粒径(dmh)。b.设浆液为混合型浆液或非均匀相浆液，校核其最大粒径。(a)计算浆液均匀相部分固体的平均密度(ρ1s)及非均匀相部分固体的平均密度(ρ2s)。(b)计算均匀相浆液密度(ρa)及非均匀相浆液中固体的体积分率(Xvhes)。(c)计算非均匀相浆液中固体颗粒的平均粒径(dwa)。(d)计算非均匀相浆液中允许最低流速(Ua)及实际流速(U)。7.2.3.2计算吸入端、排出端总压力降(⊿PK)、(⊿Ps)、(⊿Pd)及泵压差(⊿P)。7.2.4计算例题7.2.4.1已知如图7.2.4所示的泥浆系统和下列数据：固体流量Ws＝122500kg／h，液体流量WL＝40820kg／h，固体平均密度ρs＝2499kg／m3，液体密度ρL＝865kg／m3，液体粘度μL＝0.2mPa·s，泥浆粘度μSL＝3mPa·s，温度t＝26.7℃，最大流速U=3.66m／s，流变常数η＝0.0773，流变指数n＝0.35，泵排出端容器液面的压力为0.17MPa，泵吸入端容器液面的压力为0.1MPa。固体筛分数据管径选择与管道压力降计算PS304-03—145—网目粒度(μm)重量百分数％密度kg／m3－20～48－48～65－65～lOO－100～200－200～325－325840～300300～210210～150150～7474～444451020302015480640053204240324031602压力降计算有关数据α弯头数三通数闸阀数钝边进口数钝边出口数管道长度m泵吸入端：水平管下降管泵排出端：水平管上升管0－90090111110201010100000106.551930试求系统管径和泵压差7.2.4.2解题(1)确定流型和管径按7.2.3中计算步骤进行。先假设全为均匀相泥浆并校核其最大粒径，获结果：固体颗粒粒径非全小于最大粒径(dmh)，可见假设不妥(具体计算步骤省略)。然后假设最后三个筛分级在均匀相泥浆中，重复上述计算，获结果：该三个筛分级固体颗粒仍非全小于最大粒径(dmh)，可见假设仍不妥(具体计算步骤省略)。继续假设最后两个筛分级在均匀相泥浆中并校核其最大粒径。管径选择与管道压力降计算PS304-03—146—图7.2.4计算示图按式(7.2.2—1)：按式(7.2.2—7)：按式(7.2.2—8)：按式(7.2.2—9)：管径选择与管道压力降计算PS304-03—147—按式(7