通风管道的布置原则及压力损失计算

（一）通风管道的布置

管道布置是和各种装置的定位紧密联系在一起的，各种装置的定位受生产工艺及净化工艺的限制。特别是集气罩直接受散发污染物的生产设备的位置的限制，一般皆安装在生产设备上或其附近。其他装置（冷却装置、净化装置）在满足净化工艺流程的前提下定位比较灵活。各种装置安装位置确定了，管道布置的方案也就基本确定了。在细节方面主要是考虑不同介质的特殊要求。就其共性来说通风管道布置一般应遵循以下几个原则。

（1）布置管道时，应对全车间所有管线通盘考虑，统一估量。对于净化管道的布置，在满足净化要求的前提下，应力求简单、紧凑，安装、操作和检修方便，并使管路短，占地和空间少，投资省。在可能条件下做到整齐、美观。

（2）当集气罩较多时，既可以全部集中在一个净化系统中（称为集中式净化系统），也可以合并为几个净化系统（称为分散式净化系统）。同一污染源的一个或几个排气点设计成一个净化系统，称为单一净化系统。在净化系统划分时，凡发生下列几种情况的不能合为一个净化系统。

①污染物混合后有引起燃烧或爆炸危险的。

②不同温度和湿度的含尘气体，混合后可能引起管道内结露的。

③因粉尘或气体性质不同，共用一个净化系统会影响回收或净化效率的。

（3）管道铺设分明装和暗设。一般应尽量明装，当不宜明装时方采用暗设。

（4）管道应尽量集中成列、平行铺设，并应尽量沿墙或柱子铺设。管径大的或保温管道应设在内侧（靠墙侧）。

（5）管道与梁、柱、墙、设备及管道之间应有一定距离，以满足施工、运行、检修和热胀冷缩的要求，具体要求如下：

①保温管道外表面距墙的距离不小于100～200 mm（大管道取大值）；

②不保温管道距墙的距离应根据焊接要求考虑，管道外壁距墙的距离一般不小于150～200 mm；

③管道距梁、柱、设备的距离可比距墙的距离减少50 mm，但该处不应有焊接接头；

④两根管道平行布置时，保温管道外表面的间距不小于100～200 mm，不保温管道不小于150～200 mm；

⑤当管道受热伸长或冷缩后，上述间距均不宜小于25 mm。

（6）管道应尽量避免遮挡室内采光和妨碍门窗的启闭；应避免通过电动机、配电盘、仪表盘的上空；应不妨碍设备、管件、阀门和入孔的操作及检修；应不妨碍吊车的工作。

（7）管道通过人行横道时，与地面净距不应小于2 m，横过公路时，不得小于4.5 m；横过铁路时，与铁轨面净距不得小于6 m。

（8）水平管道应有一定的坡度，以便于放气、放水、疏水和防止积尘。一般坡度为0.002～0.005，对含有团体结晶或黏度大的流体，坡度可酌情选择，最大为0.01。

（9）管道与阀件的重量不宜支承在设备上，应设支、吊架。

（10）输送必须保持温度的热流体及冷流体的管道，必须采取保温措施。并要考虑热胀冷缩问题。要尽量利用管道的L形及Z形管段对热伸长的自然补偿，不足时则安装各种伸缩器加以补偿。

（二）管道系统设计

管道的设计要根据不同的对象，采用的材料和风管的截面大小因情况而异。送风管一般采用镀锌铁皮，而排风管如考虑到排烟一般采用薄钢板，如不考虑排烟也可以采用镀锌铁皮。

风道截面一般采用矩形，因为考虑安装高度的限制，矩形风管较容易变径，圆形风管虽然有省料及阻力少等优势，但是变截面的灵活性较差。如果是排除颗粒较大的气体，那么就尽量用圆管，其余的一般用矩形管。

管道系统设计计算主要是确定管道截面尺寸和压力损失，以便按系统的总流量和总压力损失选择适当的通风机和电动机。

1.管道设计的步骤

在各种设备选型、定位和管道布置的基础上，管道系统设计通常按以下步骤进行。

（1）绘制管道系统的轴侧投影图，对各管段进行编号，标注长度和流量。管段长度一般按两管件中心线之间的长度计算，不扣除管件（如三通、弯头）本身的长度。

（2）选择管道内的流体流速。(www.xing528.com)

（3）根据各管段的流量和选定的流速确定进行管段的断面尺寸。

（4）确定不利管路（压力损失最大的管路），计算其总压损并入系统的总压损。

（5）对并联管路进行压损平衡计算。两支管的压损差相对值，对除尘系统应小于10%，其他系统可小于15%。

（6）根据系统的总流量和总压损选择通风机械。

2.管道内流体流速的选择

管道内流体流速的选择涉及技术和经济方面的问题。在流体的流量一定时，若流速选高了，使管道断面尺寸减小，材料消耗少，投资省，但可使流体压损增大，动力消耗大，运行费增高。对气力输送和除尘管道来说，还会增加设备和管道的磨损，噪声增大；反之，若流速选低了，则使管道断面尺寸和投资增大，但可以减少压损和运行费。对气力输送和除尘管道，还可能发生粉尘沉积而堵塞管道。因此，要使管道系统设计得经济合理，必须选择适当的流速，使投资和运行费的总和为最小。

3.管道断面尺寸的确定

在已知流量和流体流速确定后，管道断面尺寸可按下式计算：

式中：d——管道直径，m；

　　 Q——管道内流体的流量，m3/s；

　　 G——管道内流体的质量流量，kg/s；

　　 u——管内流体的平均流速，m/s；

　　 ρ——气体的密度，kg/m3。

4.管道系统流体的压力损失计算

流体在管道内流动可分为单相流和两相流两种。在管道中只有一相流体的流动称为单相流，如管道内只有空气或水的流动。含尘气体管道也可近似看为单相流。气、液两相流体同时在管道内流动称为两相流。实际中大量遇到的是单相流或可视为单相流。因此，这里仅介绍对单相流管道内流体的压力损失计算。

对于输送气体的管道系统，因气体的密度较小，单相流系统的总压力损失可按下式计算。

式中：Δp1——摩擦压力损失，Pa；

　　 Δpm——局部压力损失，Pa；

　　 ∑Δpi——各设备压力损失之和，包括净化装置和换热器等，Pa。

摩擦压力损失Δp1是流体流经直管段时，由于流体的黏滞性和管道内壁的粗糙产生的摩擦力所引起的流体压力损失。圆形管道的摩擦压力损失可按范宁公式计算。

式中：L——直管段的长度，m；

　　 d——管道直径，m；

　　 ρ——气体的密度，kg/m3；

　　 u——管内流体的平均流速，m/s；

　　 λ——摩擦阻力系数。

局部压力损失Δpm是流体流经异型管件（如阀门、弯头、三通等）时，由于流动状况发生骤然变化，所产生的能量损失。它的大小一般用动压头的倍数来表示。

式中：ξ——局部阻力系数，是由实验确定的量纲为1的系数。各种管件的局部阻力系数可在有关手册中查到。