船舶管路管徑計算的新方法

楊曉獻

（巴柏賽斯船舶科技（上海）有限公司，上海 201206）

船舶管路管徑計算的新方法

楊曉獻

（巴柏賽斯船舶科技（上海）有限公司，上海 201206）

文章介紹了管路管徑計算的一種新方法，通過理論推導建立數據模型，并在數學模型的基礎上結合ASP.NET技術，推出網頁版計算軟件。避免了常規管路計算的方法對小管徑計算偏差很大的問題，不再需要手動查表選取合適的管徑?？墒咕钟蚓W內所有人員方便使用，減少低效的管徑計算時間，提高工作效率。

船舶管路；管徑計算；流速；網頁版計算

0 引言

對于船舶輪機設計而言，不同系統、不同介質管路管徑的計算，是輪機工程師耗費大量時間的設計內容，如何在滿足流體管路的供給要求的同時使得管徑（造價）合理，并且實現自動計算適應電算化，是本文的研究要點。

1 船舶管路設計的原則

在船舶管路設計中，通常在滿足船舶建造規格要求的前提下，按管路工藝要求和安全運用的原則，根據所輸送介質的流體性質和流體力學知識，計算出經濟性最好的管徑，通常稱為經濟管徑。

船上的空間比較小，特別是機艙設備多、管路多，空間相對其他區域更加狹小，在滿足功能性和經濟性的前提下盡可能使用小的管徑，對于后續管路的布置和施工、通道的預留、管路的重量（空船重量）的減少都非常有益處。管路減小一檔，管路的壁厚、管子的重量、管路輸送的介質重量、管路上的閥門、附件的尺寸和重量均會大大減少，如管路上包絕緣層，絕緣的重量和管路所占的空間也將相應減少，整個系統管路等初期投資成本相應降低。

如上所述，在設計過程中應盡可能選用較高的流速，減小管徑。但是，隨著流速的增高，管內流體摩擦阻力也相應增加，泵和設備的功

對于小管徑的管子，舉例一臺 3 m3/h海水冷卻泵后的海水冷卻管的直徑：

1）介質和流速參考上面例子的步驟和取值；

2）根據公式計算得出管路最小內徑18.8 mm～25 mm，在標準管中DN15、DN20和DN25的管子都接近計算值，核對設備資料通常管徑選擇DN32，因此小管徑根據流速計算，合理的管徑通常不在流速計算的范圍內。

上述計算需要查詢表[1-2]，而且推薦流速范圍比較大，比較難確定合理的值，小管徑計算出的管徑和設備配合時常常偏小。所以設計中需要找到一種比較簡單的計算方法，直接計算出合理的管徑，并且在小管徑時也保證足夠精度。

3 改進后的管徑計算

上述常規使用手工查表得出流速后再計算管徑的方法，過程繁瑣，耗時比較長，并且容易出錯，另外對于小尺寸管徑查表計算后管徑偏小，同時不適應當前的自動化及電算化的趨勢。經過查詢，收集大量資料，找到下述的電算化解決方案，既解決小尺寸管徑計算時誤差過大的問題，同時能涵蓋大尺寸管徑的計算，直接給出合理精確的管徑，大大減少了設計人員的查表和計算時間。

計算公式如下[3]：

實際船舶管路計算中，通常給定條件為介質的運動粘度（cSt），極少使用動力粘度（Pa.s），運動粘度和動力粘度的關系式如下：

把式(2)代入式(1)，通過下面的步驟變換出式(3)：

上述式中，d為管道的內徑，mm；Qv為管內介質的體積流量，m3/h；ρ為介質在工作條件下的密度，kg/m3；ΔP100為 100 m計算管長的允許壓力降值，kPa；μ為介質在工作條件下的動力粘度，Pa.s；υ為介質在工作條件下的運動粘度，cSt。

首先了解一下式中ΔP100的 概念，該參數為100 m直管段長度的最大允許壓力降值，要求計算后的管徑在 100 m長度的壓力降值不超過該允許值。通常管路計算時該值從推薦表格中直接選取數值，然后代入公式計算管徑，而ΔP100公式由下面的直管段摩擦阻力計算公式推導而來：

式中，ΔP為直管路壓力降值，kPa；λ為管路摩擦系數，無量綱值；L為直管段長度，m；V為管內介質流速，m/s。

L取值100 m，代入上式計算的壓降值即為：

經過多方查找資料和計算值對比收集，整理出了船舶常用的介質的物理性質（見表 1）和推薦的流速、允許壓降值（見表2）。

表1 常用管路系統介質密度、粘度

為方便設計人員使用，在我司內部網上編制了一個ASP.NET計算頁面，后臺使用數據庫存儲表上的介質屬性。在頁面輸入介質流量值后，選擇介質類型、介質的缺省溫度、密度、粘度值、流速范圍值以及ΔP100從服務器的數據庫中兩個表中提取出來，自動填入相應數據輸入框。如提取出的數值和實際值不一致，或者介質溫度不一致，手動更改為實際值后，點擊計算按鈕，服務器將進行計算并在頁面上顯示最小內徑，同時把該計算管徑所對應的流速以及介質建議的流速范圍顯示在頁面最后一行，方便使用者判斷計算的管徑是否合理。

表2 管路系統常用介質流速范圍和ΔP100允許壓力降表

使用第 2段內的手動計算參數，使用網頁計算程序計算，計算結果截屏如圖3所示。

與前面第 2部分的計算值比較，大管徑是一致的，頁面計算的小管徑更大，和設備接口比較匹配，更符合工程實際。

4 結論

管徑計算的主要依據是流體流量及壓頭，本文通過理論推導建立數據模型，并在數學模型的基礎上結合ASP.NET技術，推出網頁版計算軟件，局域網內所有人員使用非常容易，頁面的后期升級和維護也很容易，服務器上的頁面和數據庫有任何更新，刷新頁面馬上得到最新的數據和格式。

根據長期對不同輸送介質的管徑計算和實踐檢驗，上述改進后的計算公式滿足船舶管路大小管徑計算的要求，提高了工作中的效率和準確性。

管徑計算在管路系統圖設繪中占用大量的時間，未來將結合AUTOCAD繪制的系統原理圖，在系統管線內寫入每一根管線的流量和介質，添加一個CAD命令查找所有管線，根據管線的流量和介質自動計算合理管線尺寸，自動添加管線通徑、外徑和壁厚信息，并根據需要生成相應的材料表格。這將顯著節省設繪工程師的時間，減少低效的管徑計算時間，將更多時間放在系統的合理性和優化上。

參考文獻：

[1]JIS F7101-2002, 船舶機械管路——標準流體流速[S].東京: 日本標準委員會出版社, 2002.

[2]CB*/Z 344-1985, 動力管路的流速[S].北京: 船舶標準化技術委員會, 1985.

[3]辛田, 周國慶.化學工藝設計手冊(下冊)[M].北京:化學工業出版社, 2009.

New Method for Ship Pipe Size Calculation

Yang Xiaoxian
(CS Marine Technology Pte., Ltd., Shanghai 201206, China)

The paper introduces a new method for pipe size calculation.By theory derivation, the data model is established.Combining with the ASP.NET technology based on the mathematical model, the webpage calculating software is presented.The method can avoid the problem of large deviation on small size calculation by traditional pipe calculation method.There is no necessary to use manual table-checking to get suitable size.All people on the LAN can use easily.The lowefficiency calculating time is reduced and the working efficiency is raised.

marine pipe; pipe size calculation; velocity; webpage calculation

U664.84+1

A

10.14141/j.31-1981.2017.01.011

楊曉獻（1974—），男，工程師，研究方向：船舶動力、系統、通風設計。