流体处理特性在管道材料选择中的重要性

为什么与金属相比,CPVC流体处理特性提供了更高的效率、更少的维护和整个管道系统的可靠性

通过安忒诺耳Mejilla 2022年11月15日
提供:Corzan材料和管道解决方案。

流体处理特性洞察

  • 流体处理特性非常重要,因为管道材料显著影响生产力,并可根据流体处理特性的不同增加或减少必要的维护频率。
  • 了解流经管道的材料的粘度是帮助确定合适的管径尺寸的一个因素。
  • 流经管道系统的水的流动特性受多种因素的影响,包括系统配置、管道尺寸和长度以及管道和管件表面的摩擦,这些因素可能导致水头损失或压降。

急速的通货膨胀、利率上升和无休止的供应链问题并没有阻止新的商业地点和制造设施的建设。持续改进是保持领先的关键——这不仅仅意味着在生产车间拥有最好的设备和工人。您对管道材料等幕后元素的选择可以显著影响生产率、正常运行时间和利润。在为新安装或翻新选择管道材料时,不要忘记一个容易被忽视的品质:材料的流体处理特性。

为什么流体处理特性很重要?

特别是在工业应用中,管道材料的承载能力和摩擦损失率显著影响生产力,并可能增加或减少必要的维护频率。由于金属的流体处理特性,默认使用传统金属材料可能会降低效率并增加必要的维护。

虽然没有一种管道材料适用于所有的应用——例如,一些化学品不能通过塑料管道而不导致故障,而其他工厂处理的材料可能会腐蚀传统的金属管道——像CPVC这样的塑料为工厂带来了优越的流体处理能力,必须优先考虑正常运行时间和最小化维护。

寻找以下特性的信息,以确定管道材料是否适合您的应用程序的需要和您的期望。

流体流动的线速度

在管道中流动的流体的线速度(英尺/秒)是由每分钟的流速(加仑)除以管道内径(英寸)计算出来的。(参见图1)

一个计算线速度的公式的可视化。

图1:计算线速度的公式的可视化。提供:Corzan材料和管道解决方案。

了解流经管道的材料的粘度是帮助确定合适的管径的一个因素。在工业应用中,系统中的线性流体流动速度一般应限制在5英尺/秒,特别是6英寸或更大的管道尺寸。太大的线性流体流动速度会产生湍流,搅动内部的材料。这种乱流也会因管道材料内表面的粗糙度而加剧。

哈森-威廉姆斯C因子

当选择管道材料时,检查它的C因子,以帮助预测潜在的维护和材料应该如何随着时间的推移表现。在管道系统中,计算摩擦头损失一般采用Hazen-Williams公式:C因子越低,摩擦越大,摩擦越高,性能越差。(图2)

新、旧和各种管道材料的表面粗糙度常数。

图2:新、旧和各种管道材料的表面粗糙度常数。提供:Corzan材料和管道解决方案。

如上表所示,金属管道的内表面纹理自然要比CPVC和其他塑料管道粗糙,即使CPVC已经使用了几十年。这种粗糙的纹理使流体在这些壁龛中积聚,并迅速降解材料,特别是在焊接和接头处。此外,金属“坑”,沿着管道的长度形成微小的凹坑。这降低了管道的壁厚,降低了其承压能力,并可能将腐蚀碎片引入流经管道的流体中。腐蚀也会导致管道失效。相比之下,CPVC天然光滑、天生耐腐蚀的内表面抗结垢、点蚀和污垢,在使用寿命中保持较高的C因子。(图3)

一根金属管(左)和一根CPVC管(右)使用年限相同。金属管内部有明显的污垢,而CPVC管仍然保持新的状态。

图3:金属管(左)和CPVC管(右)使用时间相同。金属管内部有明显的污垢,而CPVC管仍然保持新的状态。提供:Corzan材料和管道解决方案。

摩擦压头损失

流经管道系统的水的流动特性受多种因素的影响,包括系统配置、管道尺寸和长度以及管道和管件表面的摩擦。这些因素和其他因素导致系统长度上压力的降低;这被称为水头损失或压降。显著的水头损失意味着管道系统的性能不是最佳的,这降低了效率并减慢了过程。

管道材料供应商应提供水头损失的数字。如果没有,可以用下面的公式计算流速、水头损失和压降作为流量的函数(图4)

计算摩擦头损失的公式的可视化。

图4:摩擦头损失计算公式的可视化。提供:Corzan材料和管道解决方案。

通过管件的摩擦损失是根据在流体中产生相同摩擦损失的直管的等效长度计算的。与管道本身的水头损失类似,管件处的摩擦降低了性能效率。

管道当量长度(英尺)(图5)

图5:本表数据仅供参考。有关其他信息,请参阅配件制造商的资料。

图5:本表数据仅供参考。有关其他信息,请参阅配件制造商的资料。提供:Corzan材料和管道解决方案。

摩擦造成水头损失的最常见原因是管道内径粗糙。与CPVC等塑料相比,金属材料的内部表面自然较为粗糙,随着时间的推移,腐蚀和水垢积累会变得更加不均匀。流体在流经管道时遇到的碰撞和凹痕越多,摩擦压头损失就越大,效率就越低,维修所需的停机时间也就越早。

最大浪涌压力

流体流速的变化会导致称为水锤的压力波动。水锤可能由打开或关闭阀门、启动或停止泵或通过管道的滞留空气引起。管路越长,流体运动越快,液压冲击就越大。持续和/或严重的水锤可能会破裂配件,破坏管道支架等,简而言之,将潜在的故障点引入管道系统。

最大水锤冲击压力可用以下公式计算:(图6)

图6:最大水锤冲击压力计算公式的可视化。

图6:最大水锤冲击压力计算公式的可视化。提供:Corzan材料和管道解决方案。

加在系统运行压力上的水锤冲击压力不应超过管道系统推荐工作压力额级值的1.5倍。虽然管道系统的材料在锤击发生的程度上起着重要作用,但系统的设计和使用将决定是否和多少锤击发生。

在直径为6英寸或更大的管道中,将线性流体流动速度限制在5英尺/秒,可以最大限度地减少水锤引起的液压冲击。在灌装过程中,系统启动时的速度应限制在每秒1英尺,直到所有空气都从系统中排出,压力提高到操作条件。

避免水锤的其他一些技巧包括:不要让空气在操作系统中积聚;不允许泵吸入空气的;并增加额外的保护,如减压阀,避雷器等。

根据流体处理特性做出明智的决策

管道系统必须长期保持可靠。流体处理是帮助预测任何管道材料的预期性能和年度维护的一个重要指标。对管道等幕后材料做出最佳决策,无论是新建设施还是改造现有设施,都会对工厂的性能产生重大影响。在许多情况下,CPVC材料已被证明比工业工厂中的金属更有效地处理恶劣条件下的流体。


作者简介:Antenor Mejilla是Corzan材料和管道解决方案的市场开发经理,Corzan材料和管道解决方案是路博润先进材料的Temprite部门,他主要关注工业市场,包括矿物加工和采矿以及工业水处理和废水。在加入Lubrizol之前,他在工业特种化学品、定制工艺和水处理设备行业从事了近25年的技术营销和产品管理职位。了解更多关于科赞材料和管道解决方案的信息,请访问corzan.com或通过216-447-5660或corzan@lubrizol.com联系我们。