船舶管路管径计算的新方法

杨晓献

（巴柏赛斯船舶科技（上海）有限公司，上海 201206）

船舶管路管径计算的新方法

杨晓献

（巴柏赛斯船舶科技（上海）有限公司，上海 201206）

文章介绍了管路管径计算的一种新方法，通过理论推导建立数据模型，并在数学模型的基础上结合ASP.NET技术，推出网页版计算软件。避免了常规管路计算的方法对小管径计算偏差很大的问题，不再需要手动查表选取合适的管径。可使局域网内所有人员方便使用，减少低效的管径计算时间，提高工作效率。

船舶管路；管径计算；流速；网页版计算

0 引言

对于船舶轮机设计而言，不同系统、不同介质管路管径的计算，是轮机工程师耗费大量时间的设计内容，如何在满足流体管路的供给要求的同时使得管径（造价）合理，并且实现自动计算适应电算化，是本文的研究要点。

1 船舶管路设计的原则

在船舶管路设计中，通常在满足船舶建造规格要求的前提下，按管路工艺要求和安全运用的原则，根据所输送介质的流体性质和流体力学知识，计算出经济性最好的管径，通常称为经济管径。

船上的空间比较小，特别是机舱设备多、管路多，空间相对其他区域更加狭小，在满足功能性和经济性的前提下尽可能使用小的管径，对于后续管路的布置和施工、通道的预留、管路的重量（空船重量）的减少都非常有益处。管路减小一档，管路的壁厚、管子的重量、管路输送的介质重量、管路上的阀门、附件的尺寸和重量均会大大减少，如管路上包绝缘层，绝缘的重量和管路所占的空间也将相应减少，整个系统管路等初期投资成本相应降低。

如上所述，在设计过程中应尽可能选用较高的流速，减小管径。但是，随着流速的增高，管内流体摩擦阻力也相应增加，泵和设备的功

对于小管径的管子，举例一台 3 m3/h海水冷却泵后的海水冷却管的直径：

1）介质和流速参考上面例子的步骤和取值；

2）根据公式计算得出管路最小内径18.8 mm～25 mm，在标准管中DN15、DN20和DN25的管子都接近计算值，核对设备资料通常管径选择DN32，因此小管径根据流速计算，合理的管径通常不在流速计算的范围内。

上述计算需要查询表[1-2]，而且推荐流速范围比较大，比较难确定合理的值，小管径计算出的管径和设备配合时常常偏小。所以设计中需要找到一种比较简单的计算方法，直接计算出合理的管径，并且在小管径时也保证足够精度。

3 改进后的管径计算

上述常规使用手工查表得出流速后再计算管径的方法，过程繁琐，耗时比较长，并且容易出错，另外对于小尺寸管径查表计算后管径偏小，同时不适应当前的自动化及电算化的趋势。经过查询，收集大量资料，找到下述的电算化解决方案，既解决小尺寸管径计算时误差过大的问题，同时能涵盖大尺寸管径的计算，直接给出合理精确的管径，大大减少了设计人员的查表和计算时间。

计算公式如下[3]：

实际船舶管路计算中，通常给定条件为介质的运动粘度（cSt），极少使用动力粘度（Pa.s），运动粘度和动力粘度的关系式如下：

把式(2)代入式(1)，通过下面的步骤变换出式(3)：

上述式中，d为管道的内径，mm；Qv为管内介质的体积流量，m3/h；ρ为介质在工作条件下的密度，kg/m3；ΔP100为 100 m计算管长的允许压力降值，kPa；μ为介质在工作条件下的动力粘度，Pa.s；υ为介质在工作条件下的运动粘度，cSt。

首先了解一下式中ΔP100的 概念，该参数为100 m直管段长度的最大允许压力降值，要求计算后的管径在 100 m长度的压力降值不超过该允许值。通常管路计算时该值从推荐表格中直接选取数值，然后代入公式计算管径，而ΔP100公式由下面的直管段摩擦阻力计算公式推导而来：

式中，ΔP为直管路压力降值，kPa；λ为管路摩擦系数，无量纲值；L为直管段长度，m；V为管内介质流速，m/s。

L取值100 m，代入上式计算的压降值即为：

经过多方查找资料和计算值对比收集，整理出了船舶常用的介质的物理性质（见表 1）和推荐的流速、允许压降值（见表2）。

表1 常用管路系统介质密度、粘度

为方便设计人员使用，在我司内部网上编制了一个ASP.NET计算页面，后台使用数据库存储表上的介质属性。在页面输入介质流量值后，选择介质类型、介质的缺省温度、密度、粘度值、流速范围值以及ΔP100从服务器的数据库中两个表中提取出来，自动填入相应数据输入框。如提取出的数值和实际值不一致，或者介质温度不一致，手动更改为实际值后，点击计算按钮，服务器将进行计算并在页面上显示最小内径，同时把该计算管径所对应的流速以及介质建议的流速范围显示在页面最后一行，方便使用者判断计算的管径是否合理。

表2 管路系统常用介质流速范围和ΔP100允许压力降表

使用第 2段内的手动计算参数，使用网页计算程序计算，计算结果截屏如图3所示。

与前面第 2部分的计算值比较，大管径是一致的，页面计算的小管径更大，和设备接口比较匹配，更符合工程实际。

4 结论

管径计算的主要依据是流体流量及压头，本文通过理论推导建立数据模型，并在数学模型的基础上结合ASP.NET技术，推出网页版计算软件，局域网内所有人员使用非常容易，页面的后期升级和维护也很容易，服务器上的页面和数据库有任何更新，刷新页面马上得到最新的数据和格式。

根据长期对不同输送介质的管径计算和实践检验，上述改进后的计算公式满足船舶管路大小管径计算的要求，提高了工作中的效率和准确性。

管径计算在管路系统图设绘中占用大量的时间，未来将结合AUTOCAD绘制的系统原理图，在系统管线内写入每一根管线的流量和介质，添加一个CAD命令查找所有管线，根据管线的流量和介质自动计算合理管线尺寸，自动添加管线通径、外径和壁厚信息，并根据需要生成相应的材料表格。这将显著节省设绘工程师的时间，减少低效的管径计算时间，将更多时间放在系统的合理性和优化上。

参考文献：

[1]JIS F7101-2002, 船舶机械管路——标准流体流速[S].东京: 日本标准委员会出版社, 2002.

[2]CB*/Z 344-1985, 动力管路的流速[S].北京: 船舶标准化技术委员会, 1985.

[3]辛田, 周国庆.化学工艺设计手册(下册)[M].北京:化学工业出版社, 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

杨晓献（1974—），男，工程师，研究方向：船舶动力、系统、通风设计。