陈文

    (中石化上海工程有限公司，上海 200120)

    非牛顿流体，是指不满足牛顿黏性实验定律，其剪应力与剪切应变率之间是非线性关系的流体。非牛顿流体广泛存在于石油、化工生产过程中，化工中常见的原油、高分子聚合物溶液、悬浮液、乳液等流体大都属于非牛顿流体[1]。化工新材料很多产品都具有分子量高、黏度高和固液两相等特点，这些介质的流体大都属于非牛顿流体，在工程设计中需要对这些非牛顿流体管道进行管道水力学的计算。相比牛顿流体的管道水力学具有成熟统一的理论公式进行指导计算，非牛顿流体由于种类繁多，不同种类的非牛顿流体特性有差异不尽相同，导致不同种类的非牛顿流体管道水力学计算也有差异。

    腈纶又称为聚丙烯腈纤维，它是基于线性聚合物PAN的合成纤维，通常由85%以上的丙烯腈与非离子型第二单体和离子型第三单体的共聚物组成。腈纶外观蓬松，手感柔软，具有良好的耐光、耐气候等优良性能，在毛纺及人造皮毛中广泛应用。腈纶主要由腈纶原液经纺丝并后续处理而制成，目前国内外有多种腈纶生产工艺路线，最主要的生产技术路线有：硫氰酸钠(NaSCN)湿法一步法，硫氰酸钠(NaSCN)湿法二步法，二甲基甲酰胺(DMF)干法二步法，二甲基乙酰胺(DMAC)湿法二步法等等[2]。本论文管道压力降计算腈纶原液为硫氰酸钠(NaSCN)原液，该原液由聚丙烯腈(PAN)、水、NaSCN及少量其他杂质组成，该原液相态为固液两相，黏度高，是一种典型的非牛顿流体。关于聚丙烯腈原液的流变行为，不少文献都报道聚丙烯腈(PAN)原液是切力变稀的非牛顿流体，聚合物相对分子质量越大，聚丙烯腈(PAN)溶液浓度越高，则溶液越偏离牛顿性；同时随着溶液温度的升高，溶液偏离牛顿性的程度会逐渐减弱[3-5]。准确计算腈纶原液管道压力降对管道、设备和仪表设计非常关键，对原液输送螺杆泵的扬程计算有非常重要的参考意义。但迄今为止未发现有关腈纶原液管道压力降计算的文献报道。

    本文以腈纶装置聚合单元原液抽出泵管道系统为例，详述了非牛顿流体腈纶原液管道压力降的计算过程，将现场采样所得的原液管道压力降数值与理论公式计算结果进行对比，对两者的偏差进行分析，给出合理的非牛顿流体腈纶原液管道系统压力降计算方案，也为其他聚丙烯腈(PAN)溶液管道系统压力降计算提供参考。

    1 非牛顿流体管道压力降理论计算

    1.1 非牛顿流体雷诺数的计算

    在计算流体管道压力降之前，首先需要确定流体在管道中的流动状态，不同流动状态下的摩擦系数和管道压力降计算方法不尽相同。流体的流动状态主要分为层流和湍流(紊流)两种基本流动状态 ......