不锈钢管道口径的确定工作,有的设计单位由工艺专业负责,有的设计单位由管道专业负责,无论如何分工,不锈钢管道口径大小的确定是管道设计的首要任务之一。
1. 管径的经济性最优原则
管径应根据流体的流量、性质、流速及管道允许的压力损失等确定。对大直径厚壁合金钢等管道管径的确定,应进行建设费用和运行费用方面的经济比较。
管径选择对装置的经济效果十分重要,随着管径的增大,不仅增大了管壁厚度和管子重量,还增大了阀门和不锈钢管件的尺寸,增加了保温材料的用量,因此在计算管径时,在允许压力降的前提下应尽量选用较高的流速,以减小管径。但是,随着流速的增高,管内摩擦阻力也加大,增加了压缩机和泵的功率消耗及操作费用。因此,需在建设投资和操作费用之间寻找最佳结合点,即以总成本最低来求得经济管径。
2. 满足压力降要求原则
管道压力降计算是按阀门全开的情况下计算的,管道的压力降必须小于允许压力降,否则工艺所需最大流量将低于所需值。允许压力降较小的管道,应选用较低的流速,允许压力降较大的管道可选用较高的流速。对于同一介质在不同管径的情况下,流速虽相等,管道压力降却相差很大。在计算管径时,允许压力降相同,管径不同的管道应选用不同的流速,小管径选用较低流速,大管径选用较高流速。黏度较大的流体,管道压力降较大,应选用较低的流速,黏度较小的流体管道压力降较小,应选用较高的流速。
3. 工艺控制要求原则
一般调节阀压力降应占整个控制系统总压力降的30%左右,在流量比较平稳的管道系统中,可取调节阀压力降占系统总压力降的20%。如果调节阀压力降很小,为了改变流量,调节阀阀杆行程需变化很大的比例,当要控制低流量时,调节阀将几乎关闭,这样就使得流量控制变得困难。
4. 限制管壁磨损原则
在大多数情况下,金属的耐腐蚀性能主要依靠其接触腐蚀介质表面的一层保护膜,管内介质流速过高会损坏保护膜,引起管道冲蚀和磨损,最终将缩短管道的预期使用寿命。例如,当铜镍合金管内为海水介质时,允许的流速为1.5~3m/s,当流速达到45m/s时,其腐蚀速率将是不允许的。工艺(系统)工程师在进行管道工艺计算时,应该注意在下列条件下会使腐蚀速率加快,必须采取限制流速的措施:①. 腐蚀介质会引起管壁脆弱。②. 软金属(如铅或铜)。③. 工艺介质中存在有磨损性的固体颗粒。④. 带有大量不锈钢管件的管道将导致高的湍流。
如果遇到此类问题,当没有资料数据,又无法解决怀疑的腐蚀问题时,应该采取限制流速的办法,建议液体最大流速为2m/s。部分腐蚀介质的最大流速见表3.2.1。
5. 满足介质安全输送的规定
特殊介质的流速还应符合相应的国家标准。氧气流速应符合GB 50030《氧气站设计规范》,氢气流速应符合GB50177《氢气站设计规范》,乙炔流速应符合GB 50031《乙炔站设计规范》。部分流体的最大流速可参见表3.2.2。
注:本表摘自《化学工程手册》。氢气和氧气的具体流速应根据压力和管道材质按有关规范及标准做调整。
6. 满足噪声控制要求
管道系统在高流速、节流、气穴、湍流等情况下都会产生噪声。工艺(系统)工程师应确定合适的流速,对管道系统的阀门(包括控制阀)、特殊管件(如喷射器等)和由于管道中物料流向突变的管道系统以及火炬管道系统、安全阀放空管道系统等,在工作时由于高流速湍流引起的高噪声进行控制。流体在阀门或管道内的流速越快,噪声也越高,降低流速可减小噪声。在无气穴的情况下,流速增加1倍,噪声增加18dB。对噪声限制较严的管道,需对流速加以限制,一般采用扩大管径的方法来降低流速。对于截面与流向急剧变化的管段,其流速还应进一步降低。在实际使用中,不同的环境对管道噪声有不同的要求,但气流输送情况不受此限制,因为气流中固体颗粒与管壁的摩擦将大大增加管道噪声。管道内流速的限制值见表3.2.3。
当无法用降低流速的办法控制噪声时,可查阅有关噪声控制设计规范,如HG/T20570.10-1995《工艺系统专业噪声控制设计》,用其他方法控制管道系统噪声。
7. 符合管材的标准规格
公制和英制管道具有不同的外径及壁厚系列。常用公称直径的管道外径见本书有关章节。除另有规定或采取有效措施外容易堵塞的液体不宜采用公称直径小于25mm的不锈钢管道。