蒸汽管道水力计算算例

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1、蒸汽管道水力计算（参考标准《DL/T5054-1996火力发电厂汽水管道设计技术规范》、《HG/T20570.15-95管路限流孔板的设置》）问题描述：一根无缝钢管，内径为50mm，总阻力系数为=4.5，钢管一端连接6MPt的干饱和蒸汽压力容器，另一端连接1MP的容器，进行设计计算，使得管道的流速控制在30~50m/s范围内。（以上压力均为绝对压力）解：根据已知描述，管道的始端压力p1=6MP，末端环境压力p2=1MP，管道始端的介质比容13为0.0324m/kg。为了判断气流是临界还是压临界，先计算管道始端和末端

2、环境压力之比p1p26。根据式6.3.3-3计算临界比容比，介质为干饱和蒸汽，绝热指数k取c1.135，求得=2.596。c根据式6.3.4-8计算临界压力比，求得=2.745。Hotsoncc由上述计算结果可知，管内介质为临界流动，末端的压力将达到临界压力p，由临界压力c比可求得p为2.186MP，高于环境压力（背压）。同时由临界比容比可求得管道末端临界比c3容为0.0841m/kg。c管道的临界质量流速通过式6.3.4-19计算，这是规范里面的描述（原文公式有错误，已修改），而公式中滞止参数的求解需

3、要已知介质的质量流速，实际上从规范中不难发现，临界质量流速可以通过式6.3.3-1来求解，两个式子是等效的。另外，式6.3.3-1中，根号部分其实就是临界流速（见式6.3.3-4或6.3.3-5），原文中式6.3.3-5根号里面多了2，是错误的。将以下若干计算式整理后，可以导出临界流量的便捷计算式mkp，根据以上的结果可以cc2求得临界质量流速为5431.565kg/ms，由管道的内径求得临界质量流量为10.66kg/s，即38.393t/h。管道末端的流速即临界流速为456.79m/s，管道始端的流速为175.

4、9m/s，流速远高于30~50m/s范围，因此考虑加入限流孔板限制管道的流速。孔板能起到“憋压”的作用，及孔板上游的管道压降较小，流速较低，下游相应的变化量较大。因此，孔板通常安装于管道靠后位置。这里，暂定需要将管道的流速限制在Hotson40m/s（应指的是上游的管道）。由于上游的介质压力变化不大，介质比容按管道始端比容取值。则可2求得管道的质量流量为2.424kg/s，即8726.4kg/h，质量流速1234.568kg/ms，相应的动压力按式6.1.9-2计算，求得动压为24691.32Pa。按式6.2.4计算上

5、游的压损，由于管道上游占主要长度，总阻力系数取4，求得压损为98765.28Pa，则孔板前压力为5901235Pa，压损与管道始端的压力比为0.0165，小于0.1，因此按式6.2.4计算的压降可以接受，无需进行修正。孔板的阻力系数通过式6.3.8-2计算，需要计算孔板前后的压差。由于孔板临近管道末端，因此孔板后压力以管道末端压力计，为1MPa，管道末端与孔板前压力比为1/5.90=0.165，小于临界压力比0.58。因此若采用单块孔板，流动达到临界状态，孔板后压力达不到背压。所以，需要多块孔板才能将压力将到背压1MP

6、a，此时多块孔板的前后总压差为4901235Pa。孔板的数量通过式3.0.2-1计算，求得n=3.26，因此需要4块孔板来限流。每块孔板后的压力通过式3.0.2-2计算，分别为P2-1=3786232Pa、P2-2=2429246Pa、P2-3=1558604Pa、P2-4=1000000Pa。以下对各限流孔板进行设计计算。孔板的流量可通过式3.0.1-1Hotson来计算（关于绝热指数的表述有无，规范里的表述仅适用于理想气体）。HG/T20570.15-95有孔径计算的具体步骤，这里采用EXCEL表格方法（见面如下）

7、计算，其中，压缩系数用公式z=zୡPrVrTr计算，其中zc为临界压缩系数，对于水蒸气为0.23，Pr、Vr和Tr分别为对比压力、对比比容和对比温度（实际值和临界值的比值）。这里假设蒸汽的温度不变，严格意义讲，蒸汽不是理想气体，经节流后温度将发生变化，这6里为了简化计算，假定温度不变，管道的雷诺数为3.33×10。通过上述方法，可求得各块孔板的设计参数分别为：C1=0.62，d1=24.37mm；C2=0.65，d2=29.89mm；C3=0.7，d3=35.97mmHotson；C4=0.81，d4=41.65mm。

8、现对管道流量进行核算。由上述计算结果，根据式6.3.8-2计算孔板的阻力系数。对四块孔板的阻力系数分别为68.89、33.81、13.89和5.78，于是管道的总阻力系数为126.87。根据式6.3.3-3计算管道的临界比容比为=11.868，根据式6.6.4-8计算管道的临界压力比为=12.663，临界压力比大于管cc道的压