真空系统的管道压力降计算
真空管道配管设计规定
技术规定T-PD030308C-2004真空管道配管设计规定实施日期 2004年2月27日第 1 页共 7 页目次1 总则 (2)1.1 目的 (2)1.2 范围 (2)1.3 规范性引用文件 (2)2 一般规定 (2)2.1 真空管道的定义 (2)2.2 真空管道的壁厚计算 (2)2.3 真空管道的材料选用 (3)3 真空管道的配管设计规定 (3)3.1 气体管道 (3)3.2 蒸汽管道 (3)3.3 放空、冷凝液排出管 (3)3.4 真空泵的管道布置及阀门安装 (4)附录A（规范性附录）管道承受外压与壁厚的关系 (5)附录B（规范性附录）减压转油线的壁厚计算 (6)本规定所有权属中国石化工程建设公司。
未经本公司的书面许可，不得进行任何方式的复制；不得以任何理由、任何方式提供给第三方或用于其它目的。
第 2 页共 7 页T-PD030308C-2004 技术规定1 总则1.1 目的为适应石油化工装置建设中真空管道配管的需要，不断提高配管设计水平，特编制本规定。
1.2 范围1.2.1 本规定对石油化工装置的各种抽真空管道壁厚计算、材料选用、气体管道、蒸汽管道、放空、冷凝液排出管、真空泵的管道及阀门安装的设计进行了规定。
1.2.2 本规定适用于石油化工装置的各种真空管道设计，如真空蒸馏、真空浓缩、真空调湿、真空结晶、真空干燥、真空过滤、真空制冷等。
1.3 规范性引用文件下列文件中的条款通过本规定的引用而成为本规定的条款。
凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用本规定。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本规定。
GB 150 钢制压力容器ASME 锅炉及压力容器规范2 一般规定2.1 真空管道的定义管道外环境压强大于管道内介质的压强时，管道承受外压；环境压强可以是大气压、水压、土层的压力，或是几者的集合。
石化装置环境压力一般是当地的大气压，此时承受外压的管道即为真空管道。
真空换算常压系数
真空换算常压系数
真空换算常压系数涉及到将真空状态的压力值转换为常压（即一个大气压，约为101325帕斯卡）下的压力值。
然而，真空状态下的压力是低于常压的，因此真空的压力值无法直接通过一个固定的系数来换算成常压。
真空的压力值通常使用绝对压力来表示，单位为帕斯卡（Pa）。
绝对压力是指相对于完全真空的压力，因此真空的绝对压力值是一个较小的数值。
例如，绝对压力为100帕斯卡表示该处的压力是一个大气压的1/1013.25。
要将真空的绝对压力值转换为常压下的压力值，可以使用以下公式：
常压下的压力值= (绝对压力值/ 真空的绝对压力值) * 常压
其中，常压为101325帕斯卡。
这个公式可以用来将真空的绝对压力值转换为常压下的相对压力值。
需要注意的是，这个转换是基于假设常压为101325帕斯卡，而实际的常压可能会因地理位置、海拔高度、温度等因素而有所不同。
在实际应用中，真空的压力值通常以其他方式表示，如使用真空度来表示。
真空度是指相对于大气压的压力降低值，通常以百分比或毫巴（mbar）为单位。
在这种情况下，需要根据具体的表示方法来进行相应的转换。
总之，真空换算常压系数不是一个固定的数值，而是需要根据具
体的压力值和表示方法来进行计算和转换。
真空系统中抽气管道的设计原则
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
真空系统中抽气管道的设计原则
为一个工艺选择真空泵时，工艺室和泵之间的抽气管道可能和泵的选择一样重要。
要使腔体抽气速率达到最大，需要笔直的抽气管道(长度短)并使用直径尽可能大的管道。
看起来似乎很简单，但是这里有许多因素需要考虑。
实际上，假如我们从物理学角度考虑，就可以明确哪些是关键因素。
在稳定状态的条件下，假如抽气管道内没有气源(泄漏)或气体减少(冷凝)，抽气管道任何截面的质量流量必须相同。
简单而言，进入工艺室的气体必须从泵出来。
已知气体摩尔流量为M(公斤/摩尔)、抽气速率为S(立方米/秒)、压力为
P(帕)、绝对温度为T(开尔文)，则质量流量计算如下：
质量流量(公斤/秒)=(M*P*S)/(Ro*T)
Ro=通用气体常数
对于大多数抽气系统而言，气体绝对温度(T)在抽气管道中不会显著减少，而且可以合理地假定为恒定的。
在此情况下，抽气管道任何截面(P*S)的乘积(称为通量)相同。
由于抽气管道的压力差是气体流动的推动力，可见压力(P)必须在工艺室中为最高值，在泵入口为最低值。
由于我们假定通量恒定，可见抽气速率(S)在工艺室为最小值，在泵入口为最大值(等于泵速)。
工艺室的抽气速率将低于泵入口的抽气速率，相差多少取决于抽气管道的属性(例如长度和尺寸)。
尽量降低工艺室和泵入口之间的压力差就可以使抽气速率损失减到最少。
管内压降的计算公式
管内压降的计算公式
管内压降的计算公式可以根据不同的流体和管道条件有所不同。
以下提供两个公式，可根据具体情境选择合适的公式进行计算：
1. 达西公式：用于计算流体在圆管中的压降，其公式为：ΔP = λ× L × (V^2/2g) × (πD^4/8Q^2)。
其中，ΔP为压降，λ为管道摩擦系数，L为管道长度，V为流速，g为重力加速度，D为管道直径，Q为流量。
2. 普威尔公式：用于计算流体在管道中的压降，其公式为：ΔP = f × (L/D) × (V^2/2g)。
其中，ΔP为压降，f为摩擦系数，L为管道长度，D为管道直径，V为流速，g为重力加速度。
以上信息仅供参考，如需更准确的公式或使用条件，建议咨询物理学或流体力学专家。
管道压力降计算表(原版)
160 500 0.018 1000
2 5.76
80 0.017
管道压力降计算
管道压力降，kPa 设计采用值，kPa 泵扬程参考值
16.36647 18.82145
2
较高的压降值导致较高的流速，因此会导致较小的设备和较少的投资，但运行费用会 增高，较低的允许压降值则与此相反。所以，应该在投资和运行费用之间进行一个经济技 术比较。在下表中给出了常用的换热器的压降值，可供计算时参考。
合理的压力降 P/10 P/2 35Kpa 35 180Kpa 70 250Kpa
确定流体的流动状态
di ρ μa
Q
u Re ε ε/di
管内径，mm 流体密度，kg/m3 流体动力粘度，mPa*s 流量，m3/h 流速，m/s 雷诺数 罐壁的绝对粗糙度， 相对粗糙度
500 1000
1
1400
1.982 990799.7
0.3 0.0006
2501433
湍流过渡pf
管壳式换热器、空冷器和套管式换热器
物
流
压降值
术比较。在下表中给出了常用的换热器的压降值，可供计算时参考。
管壳式换热器、空冷器和套管式换热器
物
流
压降值
气体和蒸汽(高压)
35 70Kpa
气体和蒸汽(低压)
15 35Kpa
气体和蒸汽(常压)
3.5 14Kpa
蒸汽(真空)
< 3.5Kpa
蒸汽(真空塔冷凝器)
0.4 1.6Kpa
液体
70 170Kpa
F 型壳体，壳侧压降
35 70Kpa（Max.）
板翅式换热器
物流 气体和蒸汽 液体
压降值 5 20Kpa 20 55Kpa
真空计算公式
真空计算公式集团档案编码：[YTTR-YTPT28-YTNTL98-UYTYNN08]真空计算公式1、玻义尔定律体积V，压强P，P·V＝常数一定质量的气体，当温度不变时，气体的压强与气体的体积成反比。
即P1/P2＝V2/V12、盖·吕萨克定律当压强P不变时，一定质量的气体，其体积V与绝对温度T成正比：V 1/V2＝T1/T2＝常数当压强不变时，一定质量的气体，温度每升高(或P降低)1℃，则它的体积比原来增加(或缩小)1/273。
3、查理定律当气体的体积V保持不变，一定质量的气体，压强P与其绝对温度T成正比，即：P 1/P2＝T1/T2在一定的体积下，一定质量的气体，温度每升高(或降低)1℃，它的压强比原来增加(或减少)1/273。
4、平均自由程：λ＝(5×10-3)/P (cm)5、抽速：S＝dv /dt(升/秒)或 S＝Q/PQ＝流量(托·升/秒) P＝压强(托) V＝体积(升) t＝时间(秒)6、通导： C＝Q/(P2-P1) (升/秒)7、真空抽气时间：对于从大气压到1托抽气时间计算式：t＝8V/S (经验公式)V为体积，S为抽气速率，通常t在5~10分钟内选择。
8、维持泵选择：S维＝S前/109、扩散泵抽速估算：S＝3D2 (D＝直径cm）10、罗茨泵的前级抽速：S＝~S罗(l/s)11、漏率：Q漏＝V(P2-P1)/(t2-t1)Q漏－系统漏率(mmHg·l/s)V－系统容积(l)P1－真空泵停止时系统中压强(mmHg)P2－真空室经过时间t后达到的压强(mmHg)t－压强从P1升到P2经过的时间(s)12、粗抽泵的抽速选择：S＝Q1/P预(l/s) S=·lg(Pa/P预)/tS－机械泵有效抽速Q1－真空系统漏气率(托·升/秒)P预－需要达到的预真空度(托)V－真空系统容积(升)t－达到P预时所需要的时间Pa－大气压值(托）13、前级泵抽速选择：排气口压力低于一个大气压的传输泵如扩散泵、油增压泵、罗茨泵、涡轮分子泵等，它们工作时需要前级泵来维持其前级压力低于临界值，选用的前级泵必须能将主泵的最大气体量排走，根据管路中，各截面流量恒等的原则有：P n Sg≥PgS 或S g ≥Pgs/PnSg－前级泵的有效抽速(l/s)Pn－主泵临界前级压强(最大排气压强)(l/s)Pg－真空室最高工作压强(托)S－主泵工作时在Pg时的有效抽速。
真空泵选型原则及相关计算公式
真空泵选型原则及相关计算公式在选择类型之前，我们必须弄清楚真空泵的一些基本概念。
真空度：真空下气体的稀薄度，通常用真空度表示。
从真空计读取的值称为真空度。
真空度是指系统压力的实际值低于大气压力，从表中表示的值也称为表压力，行业中也称为极限相对压力，即：真空=大气压力-绝对压力（大气压力一般为101325Pa，水环真空泵极限绝对压力为3300Pa；旋叶真空泵最大绝对压力约为10Pa）极限相对压力: 相对压力是指测得的内部压力比“大气压力”低多少。
说明系统实际压力值小于大气压力。
当容器内的空气被泵送时，容器内的压力总是低于容器外的压力。
因此，当用相对压力或表压表示时，该值的前面必须加一个负号，表示容器内部压力小于外部压力。
极限绝对压力:绝对压力是指测得的内部压力高于“理论真空(理论真空压力为0Pa)”的压力。
比较了理论状态下的绝对真空压力值。
由于工艺限制，我们在任何情况下都不能将内部压力泵到绝对真空值0Pa。
因此，真空泵抽吸的真空值高于理论真空值。
因此，当在绝对真空中表示时，值前面没有负号。
抽气量:抽气量是衡量真空泵抽速的一个指标。
L/S和m为一般单位³/ h，是补偿漏风率的参数。
不难理解，从理论上讲，在抽同样体积的容器时，为什么抽气量大的真空泵很容易抽出我们需要的真空，而抽气量小的真空泵却很慢甚至不能抽出我们想要的真空?由于管道或容器永远不可能达到绝对气密性，而大量抽气又弥补了漏气造成真空度下降的因素，很容易将空气抽到理想的真空度。
这里建议在计算理论抽气量时尽量选择抽气量较高的真空泵。
具体抽气量计算公式如下。
知道真空度、绝对压力、相对压力等基本参数后，就可以进入真空泵的正式选型。
1. 工艺所需的真空度真空泵的工作压力应满足工艺工作压力的要求，真空度应比真空设备的真空度高半个至一个数量级。
(如真空工艺要求真空度为100pa(绝对压力)，所选真空泵的真空度应至少为50pa-10pa)。
一般情况下，如果要求绝对压力高于3300Pa，首选水环真空泵作为真空装置。
管道压力降计算表格程序
输入数据:项目单位GG GG GG FG-ng 1管线号-7001001700100270010027001007介质HCl1气体流量kg/h 6310674406406307832气体密度kg/m 3 1.639 6.13 6.13 3.2375 6.133气体粘度cp 0.014260.011570.011570.011460.011574气体Cp/Cv - 1.334 1.3264 1.3264 1.3173 1.32645初始压力kPa(a)808008004508006最大允许压力降kPa/100m 2020202020管道1管道长度m 1001001001001002初选管径mm 4015050502503绝对粗糙度mm 0.20.20.20.20.2管件Le/D 145度弯头15290度弯头353180度弯头754三通（分流）405三通（合流）606闸阀（全开）77截止阀（全开）3008蝶阀（全开）209止回阀（全开）13510容器入管口2011其它管件输出数据1最终计算管径mm30020050802502管道内截面积m 20.070650.03140.001960.005020.0490633介质流速m/s 20.577915.4049.37461 6.9336928.43144雷诺数-4193858163292824844315676737673925流动状态-完全湍流完全湍流过渡湍流过渡湍流完全湍流6摩擦系数-0.017830.019640.028870.025840.0186117管件当量长度m 000管道压降1100m 管道压降kPa 9.894167.1224215.5121 2.5407418.397952直管段压降kPa9.894167.1224215.5121 2.5407418.397953局部阻力降kPa00000 4总压降kPa9.894167.1224215.5121 2.5407418.39795 5压降%%0.899470.8903 1.939010.56461 2.299744 6末端马赫数0.048020.037190.022750.016250.069135流量核算流量百米压降(kPa)40% 1.58 1.14 2.440.39 2.9450% 2.47 1.78 3.820.61 4.6060% 3.56 2.56 5.500.88 6.6270% 4.85 3.497.48 1.209.0180% 6.33 4.569.77 1.5711.7790%8.01 5.7712.37 1.9814.90100%9.897.1215.27 2.4518.40110%11.978.6218.48 2.9622.26120%14.2510.2621.99 3.5226.49130%16.7212.0425.81 4.1331.09140%19.3913.9629.93 4.7936.06150%22.2616.0334.36 5.5041.40FG FG-ng PG PG-ng7001007700100370010017001001PS-ng PS SM-ng SM AN-ng2960510268390406491473456439610217.51 3.23758.11 3.2375 3.23758.11 3.23758.11 3.23750.011570.011460.0140.011460.011460.0140.011460.0140.011461.19 1.3173 1.156 1.3173 1.3173 1.156 1.3173 1.156 1.3173800450450450450450450450450 202020202020202020100100100100100100100100100 2001505050252525251500.20.20.20.20.20.20.20.20.22002005080805080502000.03140.03140.0019620.0050240.0050240.0019620.0050240.0019620.0314 14.9570828.05718 6.806622 6.9336858.3853198.2552117.7875887.66181316.67364 45290281585895197228.6156767189587.7239202.8176073.3222008.6942455.5完全湍流完全湍流过渡湍流过渡湍流过渡湍流过渡湍流过渡湍流过渡湍流过渡湍流0.0196350.0196350.028980.0258380.0256790.0288830.0257380.0289180.01996200000000019.1812912.6461711.006832.5407373.69308116.136133.19261513.916714.540309 19.1812912.6461711.00683 2.540737 3.69308116.13613 3.19261513.91671 4.540309000000000 19.1812912.6461711.00683 2.540737 3.69308116.13613 3.19261513.91671 4.540309 2.397661 2.81026 2.4459610.5646080.820685 3.5858060.70947 3.092603 1.008958 0.0649290.066510.027210.016250.0196770.0331960.0182640.0307310.0391643.07 2.02 1.730.390.57 2.540.49 2.190.714.80 3.16 2.700.610.89 3.970.77 3.42 1.126.91 4.55 3.890.88 1.29 5.71 1.11 4.92 1.619.40 6.20 5.29 1.20 1.757.78 1.51 6.70 2.1912.288.09 6.91 1.57 2.2910.16 1.978.75 2.8615.5410.248.74 1.98 2.9012.86 2.5011.08 3.6219.1812.6510.79 2.45 3.5815.87 3.0913.67 4.4723.2115.3013.06 2.96 4.3319.21 3.7316.55 5.4027.6218.2115.54 3.52 5.1522.86 4.4419.69 6.4332.4221.3718.24 4.13 6.0526.83 5.2123.117.5537.6024.7921.15 4.797.0131.11 6.0526.808.7543.1628.4524.28 5.508.0535.72 6.9430.7710.05FG-CH4LS LS AN MMA-ng MMA SAR-ng SAR700100170010027001001700100258681151001533147579699864612821088.11 3.23758.11 3.23758.11 2.278.11 2.37 2.370.0140.011460.0140.011460.0140.01180.0140.0140.0141.156 1.3173 1.156 1.3173 1.156 1.3247 1.156 1.3477 1.3477450450450450450450450450450 202020202012202020100100100100100100100100100 10025258050200251501000.20.20.20.20.20.20.20.20.2150404010080200200200150 0.0176620.0012560.0012560.007850.0050240.03140.03140.03140.017662 11.379287.8559 2.72701216.7556110.0558631.0560210.759722.873813.98839 989177.188808.9163214.29473544.5466205.311953501247091774754.3355348.6过渡湍流过渡湍流过渡湍流过渡湍流过渡湍流过渡湍流过渡湍流过渡湍流过渡湍流0.0213390.0314190.0318190.0238090.0252110.0198940.0198840.020030.0217660000000007.5505167.9320092.42477710.9373713.0619910.873984.717752 6.276539 3.401037 7.5505167.932009 2.42477710.9373713.0619910.87398 4.717752 6.276539 3.401037000000000 7.5505167.932009 2.42477710.9373713.0619910.87398 4.717752 6.276539 3.401037 1.677893 1.7626690.538839 2.430527 2.902664 2.41644 1.048389 1.3947860.755786 0.0453120.0185230.0107970.0396420.0402940.0613490.0427080.0455360.0277581.19 1.230.37 1.722.06 1.720.750.980.531.87 1.920.582.693.22 2.68 1.16 1.540.822.69 2.760.833.874.64 3.86 1.68 2.22 1.193.66 3.76 1.13 5.27 6.31 5.26 2.28 3.01 1.614.78 4.91 1.48 6.898.25 6.87 2.98 3.94 2.116.04 6.21 1.878.7110.448.69 3.77 4.98 2.677.467.67 2.3110.7612.8910.73 4.66 6.15 3.299.039.28 2.8013.0215.5912.99 5.647.45 3.9910.7411.04 3.3315.4918.5615.46 6.718.86 4.7412.6112.96 3.9118.1821.7818.147.8710.40 5.5714.6215.03 4.5421.0925.2621.049.1312.06 6.4616.7917.25 5.2124.2129.0024.1510.4813.847.41LS LS LS MS 7001003700100470010051101HCl 10020861003915632.37 2.37 2.37 2.37 1.6390.0140.0140.0140.0140.014261.3477 1.3477 1.3477 1.3477 1.3344504504504508020202020201001001002001002510025100400.20.20.20.20.240150401500.0012560.0176620.0012560.0176629.33167413.84249.33167425.9793863214.2935164063214.29659957.1过渡湍流过渡湍流过渡湍流过渡湍流0.0318190.0217720.0318190.02146100008.297442 3.3314578.29744211.931188.297443 3.3314578.29744323.862360000 8.297443 3.3314578.29744323.86236 1.8438760.740324 1.843876 5.302747 0.018620.0274660.018620.0527751.270.52 1.27 1.771.980.81 1.982.782.85 1.16 2.85 4.023.88 1.58 3.88 5.505.07 2.06 5.077.226.41 2.61 6.419.507.92 3.237.9211.729.58 3.909.5814.1811.40 4.6511.4016.8813.38 5.4513.3819.8115.52 6.3215.5222.9817.827.2617.8226.38。
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0.0155 0.071
管径校正系数CD1 管径校正系数CD2
3.5 3.2
温度校正系数CLP CSP CLP
15810.69933 36307.63673 15810.69933
1.40E+05 1.40E+05 140046.9643
1.93E+03 1.93E+03 1927.5
（一）
真空区域的划分 气体温度T 低真空 中真空 高真空 超高真空 105～102Pa 102～10-1Pa 10-1～10-5Pa <10-5Pa 气体绝热指数k 气体相对分子量M 气体粘度μ 管道内径d 圆孔直径d1 气体流量Wv 293.15 K 1.4 29 1.81E-02 mPa.s 0.08 m 1 cm 80 M3/h 管道始端压力P1 管道末端压力P2 气体常数R 气体密度ρ 管道长度L 真空设备容积V 气体质量流量WG 6.666 Pa 6.66 Pa 8.314 KJ/(Kmol.K) 7.93E-05 kg/m3 3m 100.00 L 6.34E-03 kg/h L/d 0 0.05 0.1 0.2 0.4 0.6 0.8 1 2 4 6 8 10 20
( 三）
1.93E+03 cm3/s 0.99909991 1071989.268 cm3/s 68607313.18 cm3/s
（按圆孔面积） （按管面积）
（五）
22.22222222 L/s 100 kPa 60 kPa 1 2.30 s 6.34E-03 kg/h 7.93E-02 1 4 4.42 0.039 6.55 1.77% 所选直径正确 （查图） m/s Pa Pa WG/D ≥360 ＜360
(二）
流型判断 管道中平均压力Pm Pm.d 判断 流导计算 a 粘性流动 1 圆直长管 （L>20d） 粘性流动长管流导Cvl 2 圆孔流导 气体压力比X 粘性流动圆孔的流导Cvl 粘性流动圆孔的流导Cvl 3 短管流导 （L<20d） 粘性流动短管流导Cvl b 分子流动 1 圆直长管 （L>20d） 分子流动长管流导Cml 2 圆孔流导 分子流动圆孔流导Cml 3 短管流导 （L<20d） 修正系数a 分子流动短管流导Cml c 过渡流动 过渡流动流导CT
注：
1 蓝色为需要输入的数据 2 红色为得到的结果 3 有批注的地方需特别注意
a 1 0.965 0.931 0.87 0.769 0.69 0.625 0.572 0.4 0.25 0.182 0.143 0.117 0.0625
真空管压力降△p
1907.207382 3.87E-02
6.663 Pa 53.304 Pa.cm FlowTransitional CLP （四） 抽气速度 泵名义抽速up 泵抽速效率η 泵有效抽速u 管道的流导C 判断 抽气时间 泵名义抽速up 设备开始抽气的压力P1 1.93E+03 cm3/s 经时间t后的抽气压力P2 修正系数K 抽气时间t 压力降计算 气体质量流量WG 10242.19522 cm3/s 0.0625 36307.63673 cm3/s 1.40E+05 cm3/s WG/D 摩擦系数f 管道摩擦系数λ 流体流速u1 真空管每米管道压力降△p 管道末端压力P2 △p/P2 判断 22.22222222 L/s 0.8 17.77777778 L/s 88.88888889 L/s 直径初选值正确
15810.69933 cm3/s
（六）
最终得到的流导C FlowMolecule Circle Hole 10242.19522
1.40E+05 cm3/s 查表数据 FlowTransitional 1.40E+05 FlowViscous 1071989.268
基准摩擦系数F1 基准摩擦系数F2