管道输送中最经济流速和界限流速的研究_江体乾

管道输送中最经济流速和界限流速的研究_江体乾工程第6期。一ù一管道输送中最经济.流速和界限流速的研究江体乾瞿谷仁(上海化工学院)木文分析了管道费用和流述的关系.获得计炸经济流速和界限流速等的数学模型,并用计算机计算了各种情况下水的经济流速和界限流量.一、前一j一二昌`七:困无论是化工、给排水、或者石油炼制工业,以及原油和天然气输送等都离不开管道。以往设计这些管道时均由专业书刊中查取一个常用流速,然后算得管径。这些专业书刊推荐的流速数据,大都是外国实践的积累,并未考虑我国的具体情况。如果流速选取过大,输送时耗电过多,流速选取过小,则又将影响到管道的基础投资。可见管道流速的选择除考虑流体的性质外,主要受经济的制约。因此,结合我国国情研讨管道输送的经济流速实属必要。本文系根据我国实际情况,研究管道输送中的经济流速和界限流速的初步报告。所用的数学模型分别考虑了全国各地的管道造价、电费、设备维修费和流量变化系数等因素对流速的影响,并将整个流体流动概括为从滞流直到阻力平方区(即粗糙湍流区)等五个区域。本文提出的模型较灵活,适用范围较广,可供各专业设计时采用。二、数学模型在管路计算中,管径D和流量Q的关系可表示为Q一晋D“w`1’或。反百D一丫嚣“·`’上两式中的w为流速。若已知流量,需要确定管径,可由式(1.1)计算。关键是如何选取流速w。当流量Q一定时,流速选得愈低,则管径愈大,管道的基建费用亦愈大;反之,流速选得愈高,则管径愈小,管道的基建费用相应地愈小。由此可知,管道的基建费用随流速的增加而减小。如图1中曲线(1)所示,除了以上讨论的管道基建费用外,尚有经常维修和操作费用,其中维修费用与基建费用直接有关,通常以基建费用的百分率表示。而后者系确保输送,由泵补充一64一的能量所需之费用。当流速愈高,所需补充的能量愈多,相应的操作费用亦愈大。:反之,流速愈低,操作费用愈小。经常维修费用和操作费用之和称为经常操作费用或简称为操作费用。它与流速的关系如图1中曲线(2)所示。管道的设备费用和操作费用之和为总费用。如图1中曲线(3)所示。A处的流速为经济流速,w径。相应的管径为最佳管径。由于设备费用C:为管径的函数,表示为-C:二f(D)(2)年操作费用C。,表示为C。=f(D)(3)若投资偿还年限为y,则年管道总耗费用为e。一e。+应(4)y它们与管径的关系,如图2所示。A处的管径为