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废气处理集气管道系统的设计与计算

2020-03-09 15:05:20 东莞市中科新蓝科技有限公司 阅读

为防止设备在生产过程中产生的有害物对车间空气产生污染, 往往通过排气罩或吸风口就地将有害物加以捕集, 并用管道输送到净化设备进行处理, 达到排放标准后, 再回用或排入空气,这就是设备的局部排风。
在局部排风系统中, 为了达到对有害物的捕集效果, 要求局部排风系统能按各设备要求的局部排风量排风,而做到这一点的关键在于管道系统设计。

静压、动压与全压

管道中的气体,处在静止状成时只受静压作用;处在流动状态时,同时受到静压和动压的作用。
静压是单位体积气体所具有的势能,是一种力,它的表现将气体压缩、对管壁施压。管道内气体的绝对静压,可以是正压,高于周围的大气压;也可以是负压,低于周围的大气压。动压是单位体积气体所具有的动能,也是一种力,它的表现是使管内气体改变速度,动压只作用在气体的流动方向恒为正值。在某一点上,动压和静压的代数和即为该点的全压,表示单位气体所具有的总能量。

pq= pd+pj式中 pq——全压,pa;        pj——静压,pa;        pd——动压,pa。下图列出了三种情况的压力分布。

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图(a)是在一个密闭管道内,气体静止不流动,此时气体只受静压作用,动压为0,全压等于静压。图(b)中,当风机为正压操作时,管道内气体的静压为正压,因动压恒为正值,全压肯定为正压。图(c)中,当风机为负压操作时,管道内气体的静压为负压,因动压恒为正值,全压可能是正压,也可能是负压。

摩擦压损与局部压损

通风除尘系统运转的过程必有阻力,对阻力的问题应加以分析研究。

摩擦压损

管道总摩擦压损用Hm表示,单位长度的摩擦压损用hm表示,hm简称比摩损Hm=hml式中 l——管道总长度,m。根据流体力学原理,气体流经断面为任意形状直管道时,比摩阻按下式计算:

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管道内的气体处在紊流状态时,雷诺数Re所处的区段不同,λ的计算方法亦不同;与大多数通风管道相适应的Re区段,λ的计算式

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式中 K——粗糙度,mm。常见管道材料的粗糙度列于下图。

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为了便于计算,下图给出了比摩擦压损失的图线。由于该图线决定了每米长度管道的摩擦压损,故又称之为比摩阻图线。图中的横坐标是管道直径D,mm;左边纵坐标是气体流速ν,m/s,右边纵坐标是动压Hd=640.jpg(mmH2O);从左下向右上倾斜的斜线是每米长管道的摩擦压损即比摩阻hm;从右下向左上倾斜的斜线是气体流量(m3/h)。该图线适用于气体密度ρ=1.164 kg/m3,运动黏滞系数ν=15.7×10-6 m2/s,管壁粗糙度 K=0.1 mm,大气压力为98kpa,管道内气体流速为1.72 ~ 70 m/s, 管道断面呈圆形。

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如管道的粗糙度K≠0.1 mm,对上图所中所查出的hm要给予修正;修正方法是:在管道材料粗糙度表中查出粗糙度K值,根据K值和用质量表示的流量在下图中查出修正系数y,修正后的比摩阻用h'm表示,h'm=hmy(mmH2O/m)。

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局部压损

流体流经三通、变管等管件,流量、流速、流向发生变化。伴随这些变化,有能量损失,这损失称之为局部压力损失,简称为局部压损。局部压损,有时在总压损中占有相当比例,不能忽视。局部阻力系数是通过实验求得;实验时,先测出局部构件前后的全压差,即局部压损Hju,再除以相应的动压640.jpg,即可求得ζ值。常见的局部构件的局部阻力系数见下图。

为了尽量减小管道系统的局部压损,应采用以下措施。①应尽量避免管道转变和断面突然变化。②应尽量避免采用直角弯头,因位置限制而采用矩形直角弯头时,在气流转弯处加设导流叶片。③气体排入大气中时,应减小排出口的速度。④对于除尘系统风管,应保证粉尘不沉积的前提下,减小气流速度。

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非除尘系统风管设计风速宜按下图选取。

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管道中的压强分布

气体在管道中流动是管道两端气体的压力差所引起的,气体是由高压端流向低压端。由于断面变化、流量随之变化,管内的动压和静压相互转化。由于管道阻力的存在,气体在流动过程中的压强不断下降。分析管道内压强的分布,可以帮助我们更深刻地了解气体在管道内的流动情况。在通风除尘工程中,用相对压强来表示,取大气压力为0,即以大气压强为基准,低于大气压强者为负值,高于大气压强者为正值。压强分布图的表示方法是在管道简图下画一直线o-o作为基准线,正值标在基线上方,负值标在基线下方。以下图所示管道系统为例,逐段分析压强分布情况及其变化规律,并用压强分布图表示出来。

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管段1 ~ 2是直管道,断面没有变化;处在风机吸入端、风机工作,管内形成负压,把气体吸入管道内;在管道的入口处,气体的流速、流向有了改变,产生局部阻力,故1点处的全压pq1比大气压低,其数值等于进口处的局部压损-Hju1

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o-o基线下方的垂线上截取o1a1线段表示pq1,在pq1下方量取线段a1b1表示动压pd1,线段o1b1表示静压pj1。
由于管段1 ~ 2 断面不变、气体流量不变、管内流速不变,所以管内动压不变。在该管段内有摩擦阻力存在,所以全压沿途逐渐下降。同样,在o-o基线下方量取o2a2表示pq2,a2b2表示动压pd2,则a2b2表示pj2;分别连接a1a2、b1b2即为管段1 ~ 2的全压分布线和静压分布线;由于该段的动压不变,所以它的摩擦压损是由静压来补偿。风机运转,将能量传递给气体,在图中2点处风机前后气流的全压差即为风机的全压, a2a'2表示风机全压;在2点处风机静压pj2= pq2 - pd2, a'2b'2表示pd2,则o2b'2即表示风机后2点静压。管段2 ~ 3,动压不变,有摩擦阻力存在,所以全压线a'2a3和静压线b'2a3平行向下倾斜。管段3 ~ 4是渐缩管,气流流过有压头损失,全压下降;渐缩断面逐渐缩小,气体流量不变,流速必定增高,动压随之增高,所以a4b4 > a3b3。管段4 ~ 5是直管道,只有摩擦阻力,所以全压线a4a5与静压线b4b5平行并向下倾斜。自5点开始,管段经三通分成5 ~ 6~ 7和5 ~ 8~ 9两条支路;一个支管压强分布线仍以o-o为基线,管段5 ~ 6~ 7是三通,有局部阻力,全压下降;管段6~ 7, 是直管道,只有摩擦阻力。7点处气体从管道排出,出口处动压pd7=;因出口处有局部压损Hju7,所以7点静压比大气压高Hju7。支管5 ~ 8~ 9的压头分布表示方法:过o5引o'-o'平行于另一个支管的轴线,点5是两支管的共同点,压头分布线必定分别在a5、b5点相交。管段5 ~ 8是三通支管,有局部阻力。管段8~9是直管,只有摩擦阻力。9点处有出口局部阻力。

管道系统的设计计算

气体在管道内流动是依靠风机所提供的能量,所产生的作用压头所致。作用压头一部分用来克服管道的摩擦压损,另一部分是用来克服管道的局部构件的局部阻力和管道出口的动压损失。管道设计计算,多采用流速控制法,也称比摩阻法。该方法以管道内气体流速作为控制因素,来计算管径和压损。气体流速的大小,对除尘系统的技术效果和经济效果影响很大,在设计中确定管道内风速时,应慎重,充分考虑各种技术、经济因素。管道内,气体流速高,管道断面小,耗用材料少,制造费用少,但系统的压损大,运转费用高,对管道磨损大;气体流速低,风道断面大,耗用材料多,制造费用大,但系统的压损小,运转费用低。用流速控制法计算管道的步骤如下:(1)合理布置管道,深入现场,经调查研究,力求合理。(2)画出简图,对管段进行编号,注上管段长度和风量。(3)确定风速,计算断面尺寸。(4)计算各段压损。(5)计算出总风量、总阻力,并依据这两项数据选择风机。在实际设计工程中,管道系统可分成串联管路和并联管路两种。对于串联管路,总压损等于各管段压损之和,较为简单。以下着重介绍下并联管路。

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并联管路是指同一个进气口,同一个出气口之间的并联管路。在除尘系统中一些并联管路,有的情况只有一个出气口,而进气口是分开设立的;有的情况只有一个进气口,而出气口是分开设立的。这种并联管路,各支路的压损并不相等。对并联管路的计算目的也是求风量和压损。以下通过实例来说明计算方法。一台袋式除尘器,对三个扬尘点除尘。三个扬尘点的处理风量分别为2000,4000,6000 m3/h,抽吸速度选定为17 m/s,其他有关数据已注明在下图的数据汇总中。

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三个支管用1、2、3表示,三个支管在一处交汇,在交汇处右侧所有管路,称之为干管。干管用4表示。并联管路的压损,是用管路中一条压损最大的串联管路的压损来表示,在本题中,管路的压损等于压损最大的一条支管的压损与干管的压损之和。

(4)压损的平衡计算从上面的计算可以看出,三个支管的压损不同,把它们汇交在一起,从干管处抽风时,各支管的过风量不可能均匀。压损小,过风量大;压损大,过风量小;各支管的实际过风量与要求的过风量不同。遇这种情况,必须调整部分支管的压损。调整方法有二:一是在各支管内加设闸门;二是改变部分支管直径。直径加大,压损减小;直径减小,压损加大。前面在(1)、(2)、(3)中计算的结果归纳如下:支管1D1=200 mmH1=18.55 mmH2O支管2D2=290 mmH2=13.6 mmH2O支管3D3=350 mmH3=11.37 mmH2O可以取任何一个支管做基准,不改变直径。如果以压损最大的支管做基准,经平衡计算之后的支管,压损加大,管径减小,流速大于原来选定的流速;如果以压损最小的支管做基准,经平衡计算之后的支管,压损减小,流速小于原来选定的流速。选择基准支管时,要考虑经平衡后的支管,改变后的速度是否合乎要求。这里以支管1做基准,来平衡支管2和支管3,用下面公式平衡计算:

来源:北极星VOCs在线



标签:   集气管道系统


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