不銹鋼管道口徑的確定工作,有的設計單位由工藝專業負責,有的設計單位由管道專業負責,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. 管徑的經濟性最優原則
管徑應根據流體的流量、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濟比較。
管徑選擇對裝置的經濟效果十分重要,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
一般調節閥壓力降應占整個控制系統總壓力降的30%左右,在流量比較平穩的管道系統中,可取調節閥壓力降占系統總壓力降的20%。如果調節閥壓力降很小,為了改變流量,調節閥閥桿行程需變化很大的比例,當要控制低流量時,調節閥將幾乎關閉,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)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,當沒有資料數據,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《氧氣站設計規范》,氫氣流速應符合GB50177《氫氣站設計規范》,乙炔流速應符合GB 50031《乙炔站設計規范》。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壓力和管道材質按有關規范及標準做調整。
6. 滿足噪聲控制要求
管道系統在高流速、節流、氣穴、湍流等情況下都會產生噪聲。工藝(系統)工程師應確定合適的流速,對管道系統的閥門(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以及火炬管道系統、安全閥放空管道系統等,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范,如HG/T20570.10-1995《工藝系統專業噪聲控制設計》,用其他方法控制管道系統噪聲。
7. 符合管材的標準規格
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。除另有規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。