管道壓力、流速、流量計(jì)算，標(biāo)況和工況流量的轉(zhuǎn)換在實(shí)際 工業(yè)管道工程設(shè)計(jì) 中，我們經(jīng)常會(huì)根據(jù)客戶(hù)所給的相關(guān)技術(shù)參數(shù) 來(lái)設(shè)計(jì)符合實(shí)際生產(chǎn)要求的合理的工程方案， 所以，如何 確定管道內(nèi)流速V、壓力P、流量Q 三者之間的關(guān)系 變得......
在實(shí)際工業(yè)管道工程設(shè)計(jì)中，我們經(jīng)常會(huì)根據(jù)客戶(hù)所給的相關(guān)技術(shù)參數(shù)來(lái)設(shè)計(jì)符合實(shí)際生產(chǎn)要求的合理的工程方案，所以，如何確定管道內(nèi)流速V、壓力P、流量Q三者之間的關(guān)系變得尤為重要。
現(xiàn)簡(jiǎn)單從理論上介紹一下三者之間的關(guān)系，
舉個(gè)例子：
解： 取不銹鋼管內(nèi)某一截面為參考面，那么介質(zhì)在1h內(nèi)留經(jīng)管道截面的流量有：
Q=VπR2 x 3600
式中，
Q： 工況流量— m³
V： 介質(zhì)流速— m/s
R： 管道半徑 — m
所以我們得到以下流量計(jì)算公式 ：
在實(shí)際工程應(yīng)用中，管道內(nèi)流速（V）受很多因素影響（使用壓力、管道通徑、使用流量等等），所以合理的流速應(yīng)根據(jù)經(jīng)濟(jì)權(quán)衡決定。
一般液體流速為0.5~3m/s，
氣體流速為10~30m/s。
現(xiàn)在0.8Mpa情況下我們?nèi)。?/span>
流速V=10m/s ,
管道內(nèi)徑22.1mm
則在工況下每小時(shí)流量：
那么，
怎么換算到標(biāo)況流量呢？在實(shí)際生產(chǎn)中氣體的使用壓力往往不盡相同，所以一般把工況流量換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的流量，以方便計(jì)量使用。
氣體在實(shí)際使用過(guò)程中受各種因素影響，其相關(guān)參數(shù)往往在不斷變化，所以在工程實(shí)際計(jì)算中往往把氣體認(rèn)為理想氣體，從而大概計(jì)算出其實(shí)際流量。
理想氣體狀態(tài)方程：
PV=nRT
式中，
P—氣體絕對(duì)壓力 KPa
V—氣體體積 m3
n—氣體的物質(zhì)的量 kmol
R—氣體摩爾常數(shù) 8.314kj/(kmol .K)
T—氣體的熱力學(xué)溫度 K
t —工作溫度 ℃
P0V0=nRT0（標(biāo)況）
P1V1=nRT1（工況）
聯(lián)合兩式得：
V0=(P1/P0)x(T0/T1)
= V1(P1/P0)x【273/（273+t)】
注：式中P1為絕對(duì)壓力，P0為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力
所以例題中換算成標(biāo)況流量為：
標(biāo)況和工況流量換算公式與實(shí)例
（一）標(biāo)況和工況的區(qū)別
工況：實(shí)際工作狀態(tài)下的流量，單位：m³/h
標(biāo)況：溫度20℃、一個(gè)大氣壓（101.325kPa）下的流量，單位：Nm³/h
注意：通常所指的標(biāo)況是溫度為0℃（273.15開(kāi)爾文）和壓強(qiáng)為101.325千帕（1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，760毫米汞柱）的情況，區(qū)別于我國(guó)工業(yè)氣體標(biāo)況的規(guī)定。
兩種狀態(tài)下的單位都是一樣的，只是對(duì)應(yīng)的流量不同而已。另外不同國(guó)家所指的標(biāo)態(tài)也不一樣。
（二）計(jì)算方程
根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程：pV=nRT。
這個(gè)方程有4個(gè)變量：p是指理想氣體的壓強(qiáng)，V為理想氣體的體積，n表示氣體物質(zhì)的量，而T則表示理想氣體的熱力學(xué)溫度；還有一個(gè)常量：R為理想氣體常數(shù)。
PV/T=nR為常數(shù)，所以P1×V1/T1=P2×V2/T2
設(shè)標(biāo)況下體積流量為V0，溫度T0=273+20=293k，壓力P0=101.325Kpa=0.101325Mpa，
工況下體積流量為V，溫度T(攝氏度)，壓力P(表壓力，Mpa)，忽略壓縮因子的變化有V*(P+0.101325)/(T+273)=V0*P0/T0
注意：一般天然氣都是中低壓輸送，低壓入戶(hù)，都是帶有壓力的，屬于工況。天然氣的計(jì)量按標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（嚴(yán)格的說(shuō)是準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，我們叫它常態(tài)）來(lái)計(jì)量的，一般貿(mào)易計(jì)量按20℃，1個(gè)大氣壓力（0.1013MPa）狀態(tài)下的體積計(jì)量，比標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積稍大一些，對(duì)賣(mài)方有利（因?yàn)楸緛?lái)是乘以273，按照20℃的話就是乘以273+20，所以變大了）。在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)是0℃，1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力。對(duì)于氣體來(lái)說(shuō)不同的壓力，其體積會(huì)差很大（氣體很易壓縮），當(dāng)然體積流量會(huì)差很大，同徑條件下不同工況下的流速自然也會(huì)差很大，比方同直徑蒸汽管線對(duì)于10bar和3.5bar時(shí)最大流量是不同的。
工藝計(jì)算時(shí)用工況或用標(biāo)況取決于你查的圖表、用的常數(shù)，兩種狀態(tài)的計(jì)算都是可能出現(xiàn)的。比方在定義壓縮機(jī)參數(shù)時(shí)，我們常用標(biāo)況下的參數(shù)來(lái)給廠家提條件，同時(shí)我們也提供溫度大氣壓力等參數(shù)供做工況下的校正，這么做的好處是我們可以用同一個(gè)狀態(tài)來(lái)表明參數(shù)，就如同泵的性能曲線都是用清水來(lái)說(shuō)的，沒(méi)人會(huì)說(shuō)汽油的性能曲線是什么，原油的性能曲線又是什么。在很多計(jì)算中用的都是工況，比方計(jì)算流速時(shí)。
（三）氣體的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)
氣體的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)分三種：
（1）1954年第十屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)(CGPM)協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)是：溫度273.15K（0℃），壓力101.325KPa。世界各國(guó)科技領(lǐng)域廣泛采用這一標(biāo)態(tài)。
（2）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織和美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以溫度288.15K（15℃），壓力101.325KPa作為計(jì)量氣體體積流量的標(biāo)態(tài)。
（3）我國(guó)《天然氣流量的標(biāo)準(zhǔn)孔板計(jì)算方法》規(guī)定以溫度293.15K（20℃），壓力101.325KPa作為計(jì)量氣體體積流量的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。
天然氣標(biāo)況體積換算公式和普通氣體的不一樣，必須符合中國(guó)石油天然氣總公司發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)。
氣體的氣態(tài)方程式：
Qn＝Zn/Zg*(Pg+Pa)/Pn*Tn/Tg*Qg
式中：
Qn——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量（Nm³/h）
Zn——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的壓縮系數(shù)
Zg——工作狀態(tài)下的壓縮系數(shù)
Pg——表壓（KPa）
Pa——當(dāng)?shù)卮髿鈮海↘Pa）
Pg+Pa——工況下的絕對(duì)壓力
Pn——標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（101.325KPa）
Tn——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（天然氣國(guó)標(biāo)20℃）的絕對(duì)溫度（293.15K）
Tg——介質(zhì)的絕對(duì)溫度（273.15+t）K
t——被測(cè)介質(zhì)的攝氏溫度（℃）
Qg——未經(jīng)修正的體積流量（m³/h）
注：帶n的是標(biāo)況參數(shù)，帶g的是工況參數(shù)。
（四）標(biāo)況與工況之間的換算實(shí)例
通常我們所說(shuō)的流量為了便于統(tǒng)一的單位，都是述說(shuō)的標(biāo)況狀態(tài)的流量；而工廠運(yùn)行記錄的實(shí)際流量基本都是工況狀態(tài)下的流量。
1.標(biāo)況流量到工況流量換算的實(shí)例：
問(wèn)題：空壓機(jī)額定產(chǎn)氣量2立方/分鐘，管道壓力8公斤，實(shí)際管道的工況流量是多少？
解答：粗略計(jì)算，假設(shè)壓縮空氣溫度20度。
工況流量=2/(0.8+0.101325)*0.101325=0.2248立方/分鐘
式中：0.101325是大氣的絕對(duì)壓力；0.8為管道壓力，單位是MPa。
2.工況流量到標(biāo)況流量換算的實(shí)例：
問(wèn)題：氧氣管道壓力12公斤，工況流量10立方/小時(shí)，標(biāo)況流量是多少？
解答：假設(shè)溫度為20度，不參與運(yùn)算。
標(biāo)況流量=10/0.101325*(1.2+0.101325)=128.43立方/小時(shí)
式中：0.101325是大氣的絕對(duì)壓力；1.2為管道壓力，單位是MPa。
（五）流量計(jì)選型計(jì)算實(shí)例
問(wèn)題：已知某一供氣管線的實(shí)際工作壓力為（表壓）0.8MPa~1.2MPa，介質(zhì)溫度范圍為-5℃~40℃，供氣量為3000~10000Nm³/h(標(biāo)況流量)，在不考慮天然氣組分情況下，要求確定流量計(jì)的規(guī)格型號(hào)。
解答：根據(jù)氣態(tài)方程先將標(biāo)況流量換算成工況流量，然后再選擇合適的口徑。氣體方程式如下：
Qb=Q×PTb/PbT×Zb/Zg=QCF2
式中：C為換算系數(shù)；F為氣體壓縮因子
計(jì)算：
①當(dāng)介質(zhì)壓力最低，溫度最高時(shí)，應(yīng)具有最大標(biāo)況體積流量，
即Qb=Q×PTb/PbT×Zb/Zg=QCF2=1200.87m³/h
②當(dāng)介質(zhì)壓力最高，溫度最低時(shí)，應(yīng)具有最小標(biāo)況體積流量，
即Qmin=213.51m³/h
從以上計(jì)算結(jié)果得知，要選擇的流量計(jì)其工況流量范圍為(214-1200)m³/h。
根據(jù)計(jì)算的流量范圍，選擇滿足工況要求的流量計(jì)。
