آلة حاسبة لحساب ضغط المياه في إمدادات المياه. حساب هيدروليكي مستقل لخط الأنابيب

في هذا القسم ، سنطبق قانون الحفاظ على الطاقة على حركة السائل أو الغاز عبر الأنابيب. غالبًا ما توجد حركة السوائل عبر الأنابيب في التكنولوجيا والحياة اليومية. توفر أنابيب المياه المياه في المدينة للمنازل ، إلى أماكن استهلاكها. في الآلات ، تزود الأنابيب الزيت للتشحيم ، والوقود للمحركات ، وما إلى ذلك. غالبًا ما توجد حركة السوائل عبر الأنابيب في الطبيعة. ويكفي القول بأن الدورة الدموية للحيوان والبشر هي تدفق الدم عبر الأنابيب - الأوعية الدموية. إلى حد ما ، يعتبر تدفق المياه في الأنهار نوعًا من تدفق السوائل عبر الأنابيب. قاع النهر هو نوع من الأنابيب لتدفق المياه.

كما تعلم ، فإن سائلًا ثابتًا في وعاء ، وفقًا لقانون باسكال ، ينقل الضغط الخارجي في جميع الاتجاهات وإلى جميع نقاط الحجم دون تغيير. ومع ذلك ، عندما يتدفق مائع بدون احتكاك عبر أنبوب تختلف منطقة المقطع العرضي له في أجزاء مختلفة ، فإن الضغط لا يكون هو نفسه على طول الأنبوب. دعونا نكتشف سبب اعتماد الضغط في سائل متحرك على منطقة المقطع العرضي للأنبوب. لكن أولاً ، دعنا نتعرف على ميزة واحدة مهمة لأي تدفق للسوائل.

لنفترض أن السائل يتدفق عبر أنبوب أفقي ، حيث يختلف قسمه في أماكن مختلفة ، على سبيل المثال ، من خلال أنبوب ، يظهر جزء منه في الشكل 207.

إذا رسمنا عقليًا عدة أقسام على طول الأنبوب ، حيث تتساوى مناطقها على التوالي ، وقمنا بقياس كمية السائل المتدفق عبر كل منها خلال فترة زمنية معينة ، فسنجد أن نفس الكمية من السائل تتدفق عبر كل قسم. هذا يعني أن كل السائل الذي يمر عبر القسم الأول في نفس الوقت يمر عبر القسم الثالث في نفس الوقت ، على الرغم من أنه أصغر بكثير من الأول. إذا لم يكن الأمر كذلك ، وعلى سبيل المثال ، مر سائل أقل عبر مقطع عرضي بمساحة بمرور الوقت مقارنة بمقطع عرضي بمساحة ، فسيتعين على السائل الزائد أن يتراكم في مكان ما. لكن السائل يملأ الأنبوب بأكمله ، ولا يوجد مكان يتراكم فيه.

كيف يمكن لسائل يتدفق عبر مقطع عريض أن يكون لديه الوقت "للضغط" خلال جزء ضيق في نفس الوقت؟ من الواضح ، لهذا ، عند المرور عبر أجزاء ضيقة من الأنبوب ، يجب أن تكون سرعة الحركة أكبر ، وبقدر ما تكون مساحة المقطع العرضي أصغر.

في الواقع ، دعونا نفكر في قسم معين من عمود سائل متحرك ، يتزامن في اللحظة الأولى مع أحد أقسام الأنبوب (الشكل 208). خلال الوقت ، ستتحرك هذه المنطقة مسافة مساوية لسرعة تدفق السوائل. الحجم V للسائل المتدفق عبر قسم الأنبوب يساوي ناتج مساحة هذا القسم والطول

في وحدة زمنية ، يتدفق حجم السائل -

حجم السائل المتدفق لكل وحدة زمنية عبر قسم الأنبوب يساوي ناتج مساحة المقطع العرضي للأنبوب وسرعة التدفق.

كما رأينا للتو ، يجب أن يكون هذا الحجم هو نفسه في أقسام مختلفة من الأنبوب. لذلك ، كلما كان المقطع العرضي للأنبوب أصغر ، زادت سرعة الحركة.

مقدار السائل الذي يمر عبر قسم واحد من الأنبوب في وقت معين ، يجب أن تمر نفس الكمية لمثل هذا

في نفس الوقت من خلال أي قسم آخر.

علاوة على ذلك ، نفترض أن كتلة معينة من السائل لها دائمًا نفس الحجم ، ولا يمكنها ضغطها وتقليل حجمها (يُقال إن السائل غير قابل للضغط). من المعروف ، على سبيل المثال ، أنه في الأماكن الضيقة من النهر تكون سرعة تدفق المياه أكبر منها في الأماكن الواسعة. إذا قمنا بتعيين سرعة تدفق السوائل في أقسام حسب المناطق ، فيمكننا كتابة:

يمكن أن نرى من هذا أنه عندما يمر السائل من قسم الأنبوب بمساحة مقطع عرضي أكبر إلى قسم به مساحة مقطع عرضي أصغر ، تزداد سرعة التدفق ، أي أن السائل يتحرك مع التسارع. وهذا ، وفقًا لقانون نيوتن الثاني ، يعني أن القوة تؤثر على السائل. ما هذه القوة؟

يمكن أن تكون هذه القوة هي الفرق فقط بين قوى الضغط في المقاطع العريضة والضيقة من الأنبوب. وبالتالي ، في قسم عريض من الأنبوب ، يجب أن يكون ضغط السائل أكبر منه في قسم ضيق من الأنبوب.

نفس الشيء يتبع من قانون الحفاظ على الطاقة. في الواقع ، إذا زادت سرعة السائل في الأماكن الضيقة من الأنبوب ، فإن طاقته الحركية تزداد أيضًا. وبما أننا افترضنا أن السائل يتدفق بدون احتكاك ، فإن هذه الزيادة في الطاقة الحركية يجب تعويضها بانخفاض في الطاقة الكامنة ، لأن الطاقة الكلية يجب أن تظل ثابتة. ما هي الطاقة الكامنة هنا؟ إذا كان الأنبوب أفقيًا ، فإن الطاقة الكامنة للتفاعل مع الأرض في جميع أجزاء الأنبوب هي نفسها ولا يمكن أن تتغير. هذا يعني أن الطاقة الكامنة للتفاعل المرن فقط هي المتبقية. قوة الضغط التي تسبب تدفق السائل عبر الأنبوب هي القوة المرنة لضغط السائل. عندما نقول أن السائل غير قابل للضغط ، فإننا نعني فقط أنه لا يمكن ضغطه بدرجة كافية لتغيير حجمه بشكل ملحوظ ، ولكن يحدث ضغط صغير جدًا ، مما يتسبب في ظهور قوى مرنة. هذه القوى تخلق ضغط السوائل. هذا هو ضغط السائل ويقل في الأجزاء الضيقة من الأنبوب ، لتعويض الزيادة في السرعة. في الأماكن الضيقة من الأنابيب ، يجب أن يكون ضغط السوائل أقل من الضغط في الأماكن العريضة.

هذا هو القانون الذي اكتشفه الأكاديمي في بطرسبورغ دانييل برنولي:

يكون ضغط السائل المتدفق أكبر في أقسام التدفق التي تكون فيها سرعة حركته أقل ، و ،

على العكس من ذلك ، في تلك الأقسام التي تكون فيها السرعة أكبر ، يكون الضغط أقل.

قد يبدو الأمر غريبًا ، ولكن عندما "يضغط" السائل عبر المقاطع الضيقة من الأنبوب ، فإن ضغطه لا يزيد ، بل يتناقص. والخبرة تؤكد ذلك جيدا.

إذا تم تزويد الأنبوب الذي يتدفق من خلاله السائل بأنابيب مفتوحة ملحومة فيه - مقاييس الضغط (الشكل 209) ، فسيكون من الممكن مراقبة توزيع الضغط على طول الأنبوب. في الأماكن الضيقة من الأنبوب ، يكون ارتفاع عمود السائل في الأنبوب المانومتري أقل مما هو عليه في الأنبوب العريض. هذا يعني أن الضغط أقل في هذه الأماكن. كلما كان المقطع العرضي للأنبوب أصغر ، زاد معدل التدفق فيه وانخفض الضغط. من الواضح أنه من الممكن اختيار مثل هذا القسم حيث يكون الضغط مساويًا للضغط الجوي الخارجي (سيكون ارتفاع مستوى السائل في مقياس الضغط مساويًا للصفر). وإذا أخذنا مقطعًا عرضيًا أصغر ، فسيكون ضغط السائل فيه أقل من ضغط الغلاف الجوي.

يمكن استخدام تدفق السائل هذا لضخ الهواء. تعمل ما يسمى بمضخة المياه النفاثة على هذا المبدأ. يوضح الشكل 210 مخططًا لمثل هذه المضخة. يتم تمرير نفاثة من الماء عبر الأنبوب A بفتحة ضيقة في نهايته. ضغط الماء عند فتحة الأنبوب أقل من الضغط الجوي. لذا

يتم سحب الغاز من الحجم المفرغ عبر الأنبوب B إلى نهاية الأنبوب A ويتم إزالته مع الماء.

كل ما يقال عن حركة السائل عبر الأنابيب ينطبق على حركة الغاز. إذا لم يكن معدل تدفق الغاز مرتفعًا جدًا ولم يتم ضغط الغاز بدرجة كافية لتغيير حجمه ، وإذا تم إهمال الاحتكاك بالإضافة إلى ذلك ، فإن قانون برنولي ينطبق أيضًا على تدفقات الغاز. في الأجزاء الضيقة من الأنابيب ، حيث يتحرك الغاز بشكل أسرع ، يكون ضغطه أقل من الأجزاء العريضة ، وقد يصبح أقل من الضغط الجوي. في بعض الحالات ، هذا لا يتطلب حتى أنابيب.

يمكنك القيام بتجربة بسيطة. إذا قمت بالنفخ على ورقة على طول سطحها ، كما هو موضح في الشكل 211 ، يمكنك أن ترى أن الورقة سترتفع لأعلى. هذا بسبب انخفاض الضغط في تيار الهواء فوق الورق.

تحدث نفس الظاهرة أثناء رحلة الطائرة. يمتد تدفق الهواء القادم إلى السطح العلوي المحدب لجناح الطائرة الطائرة ، ونتيجة لذلك يحدث انخفاض في الضغط. الضغط فوق الجناح أقل من الضغط الموجود أسفل الجناح. هذا هو سبب ظهور قوة الرفع للجناح.

تمرين 62

1. السرعة المسموح بها لتدفق الزيت عبر الأنابيب هي 2 م / ثانية. ما حجم الزيت الذي يمر عبر أنبوب قطره 1 متر في ساعة واحدة؟

2. قم بقياس كمية المياه المتدفقة من الصنبور في وقت معين. حدد معدل تدفق المياه عن طريق قياس قطر الأنبوب أمام الصنبور.

3. ما هو قطر خط الأنابيب الذي يجب أن يتدفق الماء من خلاله في الساعة؟ معدل تدفق المياه المسموح به 2.5 م / ث.

تعد خطوط الأنابيب لنقل السوائل المختلفة جزءًا لا يتجزأ من الوحدات والمنشآت التي يتم فيها تنفيذ عمليات العمل المتعلقة بمجالات التطبيق المختلفة. عند اختيار تكوين الأنابيب والأنابيب ، فإن تكلفة كل من الأنابيب نفسها ووصلات الأنابيب لها أهمية كبيرة. يتم تحديد التكلفة النهائية لضخ الوسيط عبر خط الأنابيب إلى حد كبير من خلال حجم الأنابيب (القطر والطول). يتم حساب هذه القيم باستخدام صيغ مطورة خصيصًا لأنواع معينة من العمليات.

الأنبوب عبارة عن أسطوانة مجوفة مصنوعة من المعدن أو الخشب أو أي مادة أخرى تستخدم لنقل الوسائط السائلة والغازية والحبيبية. يمكن أن يكون الوسيط المنقول عبارة عن ماء ، غاز طبيعي ، بخار ، منتجات نفطية ، إلخ. تستخدم الأنابيب في كل مكان ، من الصناعات المختلفة إلى التطبيقات المحلية.

يمكن استخدام مجموعة متنوعة من المواد في صناعة الأنابيب ، مثل الفولاذ ، والحديد الزهر ، والنحاس ، والأسمنت ، والبلاستيك مثل ABS ، والبولي فينيل كلوريد ، وكلوريد البولي فينيل المكلور ، والبولي بيوتين ، والبولي إيثيلين ، إلخ.

مؤشرات الأبعاد الرئيسية للأنبوب هي قطره (خارجي ، داخلي ، إلخ) وسماكة الجدار ، والتي تُقاس بالمليمترات أو البوصة. تُستخدم أيضًا قيمة مثل القطر الاسمي أو التجويف الاسمي - القيمة الاسمية للقطر الداخلي للأنبوب ، وتُقاس أيضًا بالمليمترات (المشار إليها بواسطة Du) أو البوصة (المشار إليها بواسطة DN). الأقطار الاسمية موحدة وهي المعيار الرئيسي لاختيار الأنابيب والتجهيزات.

مطابقة قيم التجويف الاسمية بالملليمتر والبوصة:

يُفضل الأنبوب ذو المقطع العرضي الدائري على المقاطع الهندسية الأخرى لعدد من الأسباب:

• تحتوي الدائرة على نسبة دنيا من المحيط إلى المنطقة ، وعندما يتم تطبيقها على أنبوب ، فهذا يعني أنه مع تساوي الإنتاجية ، سيكون استهلاك المواد للأنابيب المستديرة ضئيلًا مقارنة بالأنابيب ذات الشكل المختلف. وهذا يعني أيضًا الحد الأدنى من التكاليف الممكنة للعزل والطلاء الواقي ؛
• يعتبر المقطع العرضي الدائري أكثر فائدة لحركة وسط سائل أو غازي من وجهة نظر هيدروديناميكية. أيضًا ، نظرًا للحد الأدنى من المساحة الداخلية الممكنة للأنبوب لكل وحدة من طوله ، يتم تقليل الاحتكاك بين الوسيط المنقول والأنبوب.
• الشكل الدائري هو الأكثر مقاومة للضغوط الداخلية والخارجية ؛
• عملية تصنيع الأنابيب المستديرة بسيطة للغاية وسهلة التنفيذ.

يمكن أن تختلف الأنابيب بشكل كبير من حيث القطر والتكوين حسب الغرض والتطبيق. وبالتالي ، يمكن أن يصل قطر خطوط الأنابيب الرئيسية لنقل المياه أو المنتجات النفطية إلى نصف متر تقريبًا بتكوين بسيط إلى حد ما ، كما أن ملفات التسخين ، وهي أيضًا أنابيب ، لها شكل معقد مع العديد من المنعطفات بقطر صغير.

من المستحيل تخيل أي صناعة بدون شبكة من خطوط الأنابيب. يتضمن حساب أي شبكة من هذا القبيل اختيار مادة الأنابيب ، ووضع المواصفات ، والتي تسرد بيانات عن السماكة ، وحجم الأنبوب ، والمسار ، وما إلى ذلك. تمر المواد الخام والمنتجات الوسيطة و / أو المنتجات النهائية عبر مراحل الإنتاج ، وتتنقل بين الأجهزة والتركيبات المختلفة ، التي ترتبط بخطوط الأنابيب والتجهيزات. يعد الحساب الصحيح واختيار وتركيب نظام الأنابيب أمرًا ضروريًا للتنفيذ الموثوق به للعملية بأكملها ، وضمان النقل الآمن للوسائط ، وكذلك لإغلاق النظام ومنع تسرب المادة التي يتم ضخها في الغلاف الجوي.

لا توجد صيغة وقاعدة واحدة يمكن استخدامها لتحديد خط أنابيب لكل تطبيق وبيئة عمل ممكنة. في كل مجال فردي لتطبيق خطوط الأنابيب ، هناك عدد من العوامل التي يجب أخذها في الاعتبار ويمكن أن يكون لها تأثير كبير على متطلبات خط الأنابيب. لذلك ، على سبيل المثال ، عند التعامل مع الحمأة ، لن يؤدي خط الأنابيب الكبير إلى زيادة تكلفة التركيب فحسب ، بل سيؤدي أيضًا إلى خلق صعوبات تشغيلية.

عادة ، يتم اختيار الأنابيب بعد تحسين تكاليف المواد والتشغيل. كلما زاد قطر خط الأنابيب ، أي كلما زاد الاستثمار الأولي ، انخفض انخفاض الضغط ، وبالتالي انخفضت تكاليف التشغيل. على العكس من ذلك ، فإن الحجم الصغير لخط الأنابيب سيقلل من التكاليف الأولية للأنابيب نفسها ووصلات الأنابيب ، لكن الزيادة في السرعة ستؤدي إلى زيادة الخسائر ، مما سيؤدي إلى الحاجة إلى إنفاق طاقة إضافية على ضخ الوسيط. تعتمد حدود السرعة المحددة لتطبيقات مختلفة على ظروف التصميم المثلى. يتم حساب حجم خطوط الأنابيب باستخدام هذه المعايير ، مع مراعاة مجالات التطبيق.

تصميم خطوط الأنابيب

عند تصميم خطوط الأنابيب ، يتم أخذ معلمات التصميم الرئيسية التالية كأساس:

• الأداء المطلوب
• نقطة الدخول ونقطة الخروج من خط الأنابيب ؛
• تكوين متوسط ​​، بما في ذلك اللزوجة والجاذبية النوعية ؛
• الظروف الطبوغرافية لمسار خط الأنابيب ؛
• أقصى ضغط عمل مسموح به ؛
• حساب هيدروليكي
• قطر خط الأنابيب ، سمك الجدار ، قوة الخضوع للشد لمواد الجدار ؛
• عدد محطات الضخ والمسافة بينها واستهلاك الطاقة.

موثوقية خطوط الأنابيب

يتم ضمان الموثوقية في تصميم الأنابيب من خلال الالتزام بمعايير التصميم المناسبة. أيضًا ، يعد تدريب الأفراد عاملاً رئيسيًا في ضمان عمر الخدمة الطويل لخط الأنابيب وضيقه وموثوقيته. يمكن إجراء المراقبة المستمرة أو الدورية لتشغيل خطوط الأنابيب من خلال أنظمة المراقبة والمحاسبة والتحكم والتنظيم والأتمتة وأجهزة التحكم الشخصية في الإنتاج وأجهزة السلامة.

طلاء إضافي لخطوط الأنابيب

يتم تطبيق طلاء مقاوم للتآكل على السطح الخارجي لمعظم الأنابيب لمنع الآثار الضارة للتآكل من البيئة الخارجية. في حالة ضخ الوسائط المسببة للتآكل ، يمكن أيضًا وضع طبقة واقية على السطح الداخلي للأنابيب. قبل بدء التشغيل ، يتم اختبار جميع الأنابيب الجديدة المخصصة لنقل السوائل الخطرة بحثًا عن العيوب والتسريبات.

الأحكام الأساسية لحساب التدفق في خط الأنابيب

يمكن أن تختلف طبيعة تدفق الوسيط في خط الأنابيب وعند التدفق حول العوائق اختلافًا كبيرًا من سائل إلى سائل. أحد المؤشرات المهمة هو لزوجة الوسط ، والتي تتميز بمعامل مثل معامل اللزوجة. أجرى المهندس الفيزيائي الأيرلندي أوزبورن رينولدز سلسلة من التجارب في عام 1880 ، وفقًا للنتائج التي تمكن من استخلاص كمية بلا أبعاد تميز طبيعة تدفق سائل لزج ، يُطلق عليها معيار رينولدز ويشار إليها بواسطة Re.

إعادة = (v L ρ) / μ

أين:
ρ هي كثافة السائل ؛
v هو معدل التدفق ؛
L هو الطول المميز لعنصر التدفق ؛
μ - معامل اللزوجة الديناميكي.

أي أن معيار رينولدز يميز نسبة قوى القصور الذاتي إلى قوى الاحتكاك اللزج في تدفق السوائل. يعكس التغيير في قيمة هذا المعيار تغيرًا في نسبة هذه الأنواع من القوى ، والتي بدورها تؤثر على طبيعة تدفق السوائل. في هذا الصدد ، من المعتاد التمييز بين ثلاثة أنظمة تدفق اعتمادًا على قيمة معيار رينولدز. في Re<2300 наблюдается так называемый ламинарный поток, при котором жидкость движется тонкими слоями, почти не смешивающимися друг с другом, при этом наблюдается постепенное увеличение скорости потока по направлению от стенок трубы к ее центру. Дальнейшее увеличение числа Рейнольдса приводит к дестабилизации такой структуры потока, и значениям 23004000 ، يتم ملاحظة نظام مستقر ، يتميز بتغيير عشوائي في سرعة واتجاه التدفق عند كل نقطة فردية ، مما يعطي إجماليًا معادلة لمعدلات التدفق في جميع أنحاء الحجم. مثل هذا النظام يسمى مضطرب. يعتمد رقم رينولدز على الرأس الذي توفره المضخة ، ولزوجة الوسط عند درجة حرارة التشغيل ، وحجم وشكل الأنبوب الذي يمر من خلاله التدفق.

ملف تعريف السرعة في الدفق
تدفق الصفحي	نظام انتقالي	نظام مضطرب
طبيعة التدفق
تدفق الصفحي	نظام انتقالي	نظام مضطرب

معيار رينولدز هو معيار تشابه لتدفق السائل اللزج. وهذا يعني ، بمساعدتها ، أنه من الممكن محاكاة عملية حقيقية بحجم صغير ومناسبة للدراسة. هذا مهم للغاية ، لأنه غالبًا ما يكون من الصعب للغاية ، وأحيانًا المستحيل ، دراسة طبيعة تدفقات السوائل في الأجهزة الحقيقية نظرًا لحجمها الكبير.

حساب خط الأنابيب. حساب قطر خط الأنابيب

إذا لم يكن خط الأنابيب معزولًا حرارياً ، أي أن التبادل الحراري بين المنقول والبيئة ممكن ، فإن طبيعة التدفق فيه يمكن أن تتغير حتى بسرعة ثابتة (معدل التدفق). هذا ممكن إذا كان الوسيط الذي يتم ضخه لديه درجة حرارة عالية بدرجة كافية عند المدخل ويتدفق في نظام مضطرب. على طول الأنبوب ، ستنخفض درجة حرارة الوسيط المنقول بسبب فقد الحرارة في البيئة ، مما قد يؤدي إلى تغيير في نظام التدفق إلى رقائقي أو انتقالي. تسمى درجة الحرارة التي يحدث عندها تغيير الوضع درجة الحرارة الحرجة. تعتمد قيمة لزوجة السائل بشكل مباشر على درجة الحرارة ، لذلك ، في مثل هذه الحالات ، يتم استخدام معلمة مثل اللزوجة الحرجة ، والتي تتوافق مع نقطة التغيير في نظام التدفق عند القيمة الحرجة لمعيار رينولدز:

v cr = (v D) / Re cr = (4 Q) / (π D Re cr)

أين:
ν kr - اللزوجة الحرجة الحرجة ؛
إعادة cr - القيمة الحرجة لمعيار رينولدز ؛
D - قطر الأنبوب
v هو معدل التدفق ؛
س - المصاريف.

عامل مهم آخر هو الاحتكاك الذي يحدث بين جدران الأنابيب والتيار المتحرك. في هذه الحالة ، يعتمد معامل الاحتكاك بشكل كبير على خشونة جدران الأنابيب. يتم تحديد العلاقة بين معامل الاحتكاك ومعيار رينولدز والخشونة بواسطة مخطط مودي ، والذي يسمح لك بتحديد إحدى المعلمات ، ومعرفة المعلمتين الأخريين.

تُستخدم صيغة Colebrook-White أيضًا لحساب معامل الاحتكاك للتدفق المضطرب. بناءً على هذه الصيغة ، من الممكن رسم رسوم بيانية يتم من خلالها تحديد معامل الاحتكاك.

(√λ) -1 = -2 تسجيل (2.51 / (Re √λ) + k / (3.71 د))

أين:
ك - معامل خشونة الأنابيب ؛
λ هو معامل الاحتكاك.

هناك أيضًا صيغ أخرى للحساب التقريبي لخسائر الاحتكاك أثناء تدفق ضغط السائل في الأنابيب. واحدة من المعادلات الأكثر استخدامًا في هذه الحالة هي معادلة دارسي-فايسباخ. يعتمد على البيانات التجريبية ويستخدم بشكل أساسي في نمذجة النظام. خسارة الاحتكاك هي دالة لسرعة السائل ومقاومة الأنبوب لحركة السوائل ، معبراً عنها من حيث قيمة خشونة جدار الأنبوب.

∆H = λ L / d v² / (2 جم)

أين:
ΔH - فقدان الرأس ؛
λ - معامل الاحتكاك.
L هو طول قسم الأنبوب ؛
د - قطر الأنبوب
v هو معدل التدفق ؛
g هي تسارع السقوط الحر.

يتم حساب فقدان الضغط الناتج عن احتكاك الماء باستخدام صيغة هازن-ويليامز.

∆H = 11.23 L 1 / C 1.85 Q 1.85 / D 4.87

أين:
ΔH - فقدان الرأس ؛
L هو طول قسم الأنبوب ؛
C هو معامل خشونة Haizen-Williams ؛
س - الاستهلاك
د - قطر الأنبوب.

ضغط

ضغط العمل لخط الأنابيب هو أعلى ضغط زائد يوفر طريقة التشغيل المحددة لخط الأنابيب. عادةً ما يتم اتخاذ القرار بشأن حجم خط الأنابيب وعدد محطات الضخ بناءً على ضغط عمل الأنابيب وقدرة الضخ والتكاليف. يحدد الضغط الأقصى والأدنى لخط الأنابيب ، وكذلك خصائص وسيط العمل ، المسافة بين محطات الضخ والطاقة المطلوبة.

الضغط الاسمي PN - القيمة الاسمية المقابلة للضغط الأقصى لوسط العمل عند 20 درجة مئوية ، حيث يمكن التشغيل المستمر لخط الأنابيب بأبعاد معينة.

مع زيادة درجة الحرارة ، تقل سعة تحميل الأنبوب ، وكذلك الضغط الزائد المسموح به نتيجة لذلك. تشير قيمة pe، zul إلى أقصى ضغط (g) في نظام الأنابيب مع زيادة درجة حرارة التشغيل.

جدول الضغط الزائد المسموح به:

حساب انخفاض الضغط في خط الأنابيب

يتم حساب انخفاض الضغط في خط الأنابيب وفقًا للصيغة:

∆p = λ L / d ρ / 2 v²

أين:
Δp - انخفاض الضغط في قسم الأنبوب ؛
L هو طول قسم الأنبوب ؛
λ - معامل الاحتكاك.
د - قطر الأنبوب
ρ هي كثافة الوسط الذي يتم ضخه ؛
v هو معدل التدفق.

وسائط قابلة للنقل

في أغلب الأحيان ، تُستخدم الأنابيب لنقل المياه ، ولكن يمكن استخدامها أيضًا لنقل الحمأة ، والطين ، والبخار ، وما إلى ذلك. في صناعة النفط ، تُستخدم خطوط الأنابيب لضخ مجموعة كبيرة من الهيدروكربونات ومخاليطها ، والتي تختلف اختلافًا كبيرًا في الخصائص الكيميائية والفيزيائية. يمكن نقل النفط الخام لمسافات أطول من الحقول البرية أو منصات النفط البحرية إلى المحطات ونقاط الطريق والمصافي.

تنقل خطوط الأنابيب أيضًا:

• المنتجات البترولية المكررة مثل البنزين ووقود الطائرات والكيروسين ووقود الديزل وزيت الوقود وما إلى ذلك ؛
• المواد الخام البتروكيماوية: البنزين ، والستايرين ، والبروبيلين ، وما إلى ذلك ؛
• الهيدروكربونات العطرية: زيلين ، تولوين ، كيومين ، إلخ ؛
• الوقود البترولي المسال مثل الغاز الطبيعي المسال ، وغاز البترول المسال ، والبروبان (غازات عند درجة حرارة وضغط معياريين ولكن مسالة بالضغط) ؛
• ثاني أكسيد الكربون والأمونيا السائلة (المنقولة كسوائل تحت الضغط) ؛
• يعتبر البيتومين والوقود اللزج لزجًا للغاية بحيث لا يمكن نقلهما عبر خطوط الأنابيب ، لذلك يتم استخدام أجزاء نواتج التقطير من النفط لتخفيف هذه المواد الخام وينتج عن خليط يمكن نقله عبر خط الأنابيب ؛
• الهيدروجين (لمسافات قصيرة).

جودة الوسيط المنقول

تحدد الخصائص الفيزيائية والمعلمات للوسائط المنقولة إلى حد كبير معايير التصميم والتشغيل لخط الأنابيب. الجاذبية النوعية ، الانضغاطية ، درجة الحرارة ، اللزوجة ، نقطة الانسكاب وضغط البخار هي معلمات الوسائط الرئيسية التي يجب مراعاتها.

الثقل النوعي للسائل هو وزنه لكل وحدة حجم. يتم نقل العديد من الغازات عبر خطوط الأنابيب تحت ضغط متزايد ، وعندما يتم الوصول إلى ضغط معين ، قد تخضع بعض الغازات للإسالة. لذلك ، تعد درجة ضغط الوسيط معلمة مهمة لتصميم خطوط الأنابيب وتحديد سعة الإنتاجية.

درجة الحرارة لها تأثير غير مباشر ومباشر على أداء خط الأنابيب. يتم التعبير عن هذا في حقيقة أن السائل يزداد في الحجم بعد زيادة درجة الحرارة ، بشرط أن يظل الضغط ثابتًا. يمكن أن يكون لخفض درجة الحرارة أيضًا تأثير على كل من الأداء وكفاءة النظام بشكل عام. عادة ، عندما تنخفض درجة حرارة السائل ، تكون مصحوبة بزيادة في لزوجته ، مما يخلق مقاومة احتكاك إضافية على طول الجدار الداخلي للأنبوب ، مما يتطلب المزيد من الطاقة لضخ نفس الكمية من السائل. الوسائط شديدة اللزوجة حساسة لتقلبات درجات الحرارة. اللزوجة هي مقاومة الوسيط للتدفق وتقاس بوحدات centistokes cSt. لا تحدد اللزوجة اختيار المضخة فحسب ، بل تحدد أيضًا المسافة بين محطات الضخ.

بمجرد انخفاض درجة حرارة الوسط إلى ما دون نقطة الصب ، يصبح تشغيل خط الأنابيب مستحيلًا ، ويتم اتخاذ عدة خيارات لاستئناف تشغيله:

• تسخين الوسيط أو الأنابيب العازلة للحفاظ على درجة حرارة التشغيل للوسط فوق نقطة صبها ؛
• تغيير في التركيب الكيميائي للوسيط قبل أن يدخل خط الأنابيب ؛
• تخفيف الوسيط المنقول بالماء.

أنواع الأنابيب الرئيسية

الأنابيب الرئيسية مصنوعة ملحومة أو غير ملحومة. تصنع الأنابيب الفولاذية غير الملحومة بدون لحامات طولية بأقسام فولاذية مع معالجة حرارية لتحقيق الحجم والخصائص المرغوبة. يتم تصنيع الأنابيب الملحومة باستخدام العديد من عمليات التصنيع. يختلف هذان النوعان عن بعضهما البعض في عدد اللحامات الطولية في الأنبوب ونوع معدات اللحام المستخدمة. الأنابيب الفولاذية الملحومة هي النوع الأكثر استخدامًا في تطبيقات البتروكيماويات.

يتم لحام كل قسم من الأنابيب معًا لتشكيل خط أنابيب. أيضًا ، في خطوط الأنابيب الرئيسية ، اعتمادًا على التطبيق ، يتم استخدام الأنابيب المصنوعة من الألياف الزجاجية ، والمواد البلاستيكية المختلفة ، والأسمنت الأسبستي ، وما إلى ذلك.

لتوصيل المقاطع المستقيمة من الأنابيب ، وكذلك للانتقال بين أقسام خطوط الأنابيب بأقطار مختلفة ، يتم استخدام عناصر التوصيل المصنوعة خصيصًا (الأكواع ، والانحناءات ، والبوابات).

90 درجة الكوع	90 درجة الكوع	فرع انتقالي	المتفرعة
الكوع 180 درجة	كوع 30 درجة	مشترك كهربائي	تلميح

لتركيب الأجزاء الفردية من خطوط الأنابيب والتجهيزات ، يتم استخدام وصلات خاصة.

ملحومة	مشفه	مترابطة	اقتران

التمدد الحراري لخط الأنابيب

عندما يكون خط الأنابيب تحت الضغط ، فإن سطحه الداخلي بأكمله يخضع لحمل موزع بشكل موحد ، مما يتسبب في قوى داخلية طولية في الأنبوب وأحمال إضافية على دعامات النهاية. تؤثر تقلبات درجات الحرارة أيضًا على خط الأنابيب ، مما يتسبب في تغيرات في أبعاد الأنابيب. يمكن للقوى في خط أنابيب ثابت أثناء تقلبات درجات الحرارة أن تتجاوز القيمة المسموح بها وتؤدي إلى إجهاد مفرط ، وهو أمر خطير على قوة خط الأنابيب ، سواء في مادة الأنابيب أو في الوصلات ذات الحواف. تؤدي التقلبات في درجة حرارة الوسيط الذي يتم ضخه أيضًا إلى إجهاد درجة الحرارة في خط الأنابيب ، والذي يمكن نقله إلى الصمامات ومحطات الضخ وما إلى ذلك. يمكن أن يؤدي ذلك إلى إزالة الضغط من وصلات خطوط الأنابيب أو فشل الصمامات أو العناصر الأخرى.

حساب أبعاد خط الأنابيب مع تغيرات درجات الحرارة

يتم حساب التغيير في الأبعاد الخطية لخط الأنابيب مع تغير درجة الحرارة وفقًا للصيغة:

∆L = ل l t

أ - معامل الاستطالة الحرارية مم / (م ° س) (انظر الجدول أدناه) ؛
L - طول خط الأنابيب (المسافة بين الدعامات الثابتة) ، م ؛
Δt - الفرق بين max. ودقيقة. درجة حرارة الوسط الذي يتم ضخه ، درجة مئوية.

جدول التمدد الخطي للأنابيب من مواد مختلفة

الأرقام المعطاة هي متوسطات للمواد المدرجة ولحساب خطوط الأنابيب من مواد أخرى ، لا ينبغي أن تؤخذ البيانات من هذا الجدول كأساس. عند حساب خط الأنابيب ، يوصى باستخدام معامل الاستطالة الخطي المشار إليه من قبل الشركة المصنعة للأنابيب في المواصفات الفنية المصاحبة أو صحيفة البيانات.

يتم التخلص من الاستطالة الحرارية لخطوط الأنابيب باستخدام أقسام تعويضية خاصة لخط الأنابيب ، وباستخدام المعوضات ، والتي قد تتكون من أجزاء مرنة أو متحركة.

تتكون أقسام التعويض من أجزاء مرنة مستقيمة من خط الأنابيب ، متعامدة مع بعضها البعض ومثبتة بانحناءات. مع الاستطالة الحرارية ، يتم تعويض الزيادة في جزء واحد من خلال تشوه الانحناء للجزء الآخر على المستوى أو تشوه الانحناء والتواء في الفضاء. إذا كان خط الأنابيب نفسه يعوض عن التمدد الحراري ، فإن هذا يسمى التعويض الذاتي.

يحدث التعويض أيضًا بسبب الانحناءات المرنة. يتم تعويض جزء من الاستطالة بمرونة الانحناءات ، ويتم التخلص من الجزء الآخر بسبب الخصائص المرنة لمادة القسم خلف الانحناء. يتم تثبيت المعوضات في الأماكن التي يتعذر فيها استخدام الأقسام التعويضية أو عندما يكون التعويض الذاتي لخط الأنابيب غير كافٍ.

وفقًا لتصميم ومبدأ التشغيل ، تتكون المعوضات من أربعة أنواع: على شكل حرف U ، وعدسة ، ومموج ، وصندوق حشو. في الممارسة العملية ، غالبًا ما تستخدم وصلات التمدد المسطحة ذات الشكل L أو Z أو U. في حالة المعوضات المكانية ، تكون عادةً عبارة عن قسمين مسطحين متعامدين بشكل متبادل ولها كتف واحد مشترك. تصنع وصلات التمدد المرنة من أنابيب أو أقراص مرنة أو منفاخ.

تحديد الحجم الأمثل لقطر خط الأنابيب

يمكن العثور على القطر الأمثل لخط الأنابيب على أساس الحسابات الفنية والاقتصادية. تحدد أبعاد خط الأنابيب ، بما في ذلك أبعاد ووظائف المكونات المختلفة ، فضلاً عن الظروف التي يجب أن يعمل خط الأنابيب في ظلها ، سعة النقل للنظام. تعتبر الأنابيب الكبيرة مناسبة لتدفق الكتلة الأعلى ، بشرط أن يتم اختيار المكونات الأخرى في النظام وحجمها بشكل مناسب لهذه الظروف. عادة ، كلما زاد طول الأنبوب الرئيسي بين محطات الضخ ، كلما زاد انخفاض الضغط في خط الأنابيب. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يكون للتغيير في الخصائص الفيزيائية للوسط الذي يتم ضخه (اللزوجة ، إلخ) تأثير كبير على الضغط في الخط.

الحجم الأمثل - أصغر حجم أنبوب مناسب لتطبيق معين يكون فعالاً من حيث التكلفة على مدى عمر النظام.

معادلة حساب أداء الأنابيب:

س = (π د²) / 4 فولت

Q هو معدل تدفق السائل الذي يتم ضخه ؛
د - قطر خط الأنابيب ؛
v هو معدل التدفق.

في الممارسة العملية ، لحساب القطر الأمثل لخط الأنابيب ، يتم استخدام قيم السرعات المثلى للوسط المضخ ، مأخوذة من المواد المرجعية التي تم تجميعها على أساس البيانات التجريبية:

وسط ضخ		نطاق السرعات المثلى في خط الأنابيب ، م / ث
السوائل	حركة الجاذبية:
	السوائل اللزجة	0,1 - 0,5
	سوائل منخفضة اللزوجة	0,5 - 1
	ضخ:
	جانب الشفط	0,8 - 2
	جانب التفريغ	1,5 - 3
غازات	الجر الطبيعي	2 - 4
	ضغط صغير	4 - 15
	ضغط كبير	15 - 25
أزواج	بخار مسخن جدا	30 - 50
	بخار مضغوط مشبع:
	أكثر من 105 باسكال	15 - 25
	(1 - 0.5) 105 باسكال	20 - 40
	(0.5 - 0.2) 105 باسكال	40 - 60
	(0.2 - 0.05) 105 باسكال	60 - 75

من هنا نحصل على صيغة حساب قطر الأنبوب الأمثل:

د س = √ ((4 س) / (π ت س))

س - معدل تدفق السائل الذي يتم ضخه ؛
د - القطر الأمثل لخط الأنابيب ؛
v هو معدل التدفق الأمثل.

في معدلات التدفق المرتفعة ، عادةً ما يتم استخدام الأنابيب ذات القطر الأصغر ، مما يعني انخفاض تكاليف شراء خط الأنابيب ، وأعمال الصيانة والتركيب (المشار إليها بواسطة K 1). مع زيادة السرعة ، هناك زيادة في خسائر الضغط بسبب الاحتكاك والمقاومة المحلية ، مما يؤدي إلى زيادة تكلفة ضخ السائل (نشير إلى K 2).

بالنسبة لخطوط الأنابيب ذات الأقطار الكبيرة ، ستكون تكاليف K 1 أعلى ، وستكون التكاليف أثناء العملية K 2 أقل. إذا أضفنا قيم K 1 و K 2 ، نحصل على التكلفة الدنيا الإجمالية K والقطر الأمثل لخط الأنابيب. التكاليف K 1 و K 2 في هذه الحالة معطاة في نفس الفترة الزمنية.

حساب (صيغة) تكاليف رأس المال لخط الأنابيب

ك 1 = (م ك م ك م) / ن

م هي كتلة خط الأنابيب ، ر ؛
C M - تكلفة 1 طن ، فرك / طن ؛
K M - المعامل الذي يزيد تكلفة أعمال التركيب ، على سبيل المثال 1.8 ؛
ن - عمر الخدمة ، سنوات.

تكاليف التشغيل المحددة المرتبطة باستهلاك الطاقة:

K 2 \ u003d 24 N n أيام C E فرك / سنة

N - الطاقة ، كيلوواط ؛
n DN - عدد أيام العمل في السنة ؛
C E - التكاليف لكل كيلوواط ساعة من الطاقة ، فرك / كيلو واط * ساعة.

صيغ تحديد حجم خط الأنابيب

مثال على الصيغ العامة لتحديد حجم الأنابيب دون مراعاة العوامل الإضافية المحتملة مثل التآكل والمواد الصلبة العالقة وما إلى ذلك:

اسم	المعادلة	قيود محتملة
تدفق السائل والغاز تحت الضغط
فقدان رأس الاحتكاك دارسي فايسباخ	د = 12 [(0.0311 ف L Q 2) / (ح و)] 0.2	س - حجم التدفق ، جالون / دقيقة ؛ د هو القطر الداخلي للأنبوب ؛ hf - فقدان رأس الاحتكاك ؛ L طول خط الأنابيب ، قدم ؛ و هو معامل الاحتكاك. V هو معدل التدفق.
معادلة التدفق الكلي للسوائل	د = 0.64 √ (Q / V)	س - حجم التدفق ، gpm
حجم خط شفط المضخة للحد من فقدان الرأس الاحتكاكية	د = √ (0.0744 س)	س - حجم التدفق ، gpm
معادلة التدفق الكلي للغاز	د = 0.29 √ ((Q T) / (P V))	Q - حجم التدفق ، قدم³ / دقيقة T - درجة الحرارة ، ك P - ضغط psi (abs) ؛ الخامس - السرعة
تدفق الجاذبية
معادلة Manning لحساب قطر الأنبوب لأقصى تدفق	د = 0.375	س - حجم التدفق ن - معامل الخشونة ؛ S - التحيز.
رقم Froude هو نسبة قوة القصور الذاتي وقوة الجاذبية	الأب = V / √ [(د / 12) ز]	ز - تسارع السقوط الحر ؛ v - سرعة التدفق ؛ L - طول الأنبوب أو قطره.
البخار والتبخر
معادلة قطر أنبوب البخار	د = 1.75 √ [(W v_g x) / V]	W - التدفق الشامل Vg - حجم محدد من البخار المشبع ؛ x - جودة البخار ؛ الخامس - السرعة.

معدل التدفق الأمثل لأنظمة الأنابيب المختلفة

يتم تحديد حجم الأنبوب الأمثل من شرط الحد الأدنى من التكاليف لضخ الوسيط عبر خط الأنابيب وتكلفة الأنابيب. ومع ذلك ، يجب أيضًا مراعاة حدود السرعة. في بعض الأحيان ، يجب أن يلبي حجم خط الأنابيب متطلبات العملية. كما هو الحال في كثير من الأحيان ، يرتبط حجم خط الأنابيب بانخفاض الضغط. في حسابات التصميم الأولية ، حيث لا يتم أخذ خسائر الضغط في الاعتبار ، يتم تحديد حجم خط أنابيب العملية بالسرعة المسموح بها.

إذا كانت هناك تغييرات في اتجاه التدفق في خط الأنابيب ، فإن هذا يؤدي إلى زيادة كبيرة في الضغوط المحلية على السطح المتعامد مع اتجاه التدفق. هذا النوع من الزيادة هو دالة لسرعة السائل ، وكثافته ، وضغطه الأولي. نظرًا لأن السرعة تتناسب عكسًا مع القطر ، تتطلب السوائل عالية السرعة اهتمامًا خاصًا عند تغيير حجم خطوط الأنابيب وتكوينها. حجم الأنبوب الأمثل ، على سبيل المثال لحمض الكبريتيك ، يحد من سرعة الوسيط إلى قيمة تمنع تآكل الجدار في ثنيات الأنابيب ، وبالتالي يمنع تلف هيكل الأنبوب.

تدفق السوائل بالجاذبية

حساب حجم خط الأنابيب في حالة التدفق المتحرك بالجاذبية أمر معقد للغاية. يمكن أن تكون طبيعة الحركة بهذا الشكل من التدفق في الأنبوب أحادية الطور (أنبوب كامل) ومرحلتين (تعبئة جزئية). يتكون التدفق ثنائي الطور عند وجود كل من السائل والغاز في الأنبوب.

اعتمادًا على نسبة السائل والغاز ، بالإضافة إلى سرعاتهما ، يمكن أن يختلف نظام التدفق ثنائي الطور من فقاعي إلى مشتت.

تدفق الفقاعة (أفقي)	التدفق المقذوف (أفقي)	تدفق الموجة	تدفق مشتت

يتم توفير القوة الدافعة للسائل عند التحرك عن طريق الجاذبية من خلال الاختلاف في ارتفاعات نقطتي البداية والنهاية ، والشرط الأساسي هو موقع نقطة البداية فوق نقطة النهاية. بمعنى آخر ، يحدد فرق الارتفاع الفرق في الطاقة الكامنة للسائل في هذه المواضع. تؤخذ هذه المعلمة أيضًا في الاعتبار عند اختيار خط أنابيب. بالإضافة إلى ذلك ، يتأثر حجم القوة الدافعة بالضغوط عند نقطتي البداية والنهاية. تؤدي الزيادة في انخفاض الضغط إلى زيادة معدل تدفق السوائل ، والتي بدورها تسمح لك بتحديد خط أنابيب بقطر أصغر ، والعكس صحيح.

في حالة توصيل نقطة النهاية بنظام مضغوط ، مثل عمود التقطير ، يجب طرح الضغط المكافئ من فرق الارتفاع الحالي لتقدير الضغط التفاضلي الفعال الفعلي المتولد. أيضًا ، إذا كانت نقطة البداية لخط الأنابيب ستكون تحت التفريغ ، فيجب أيضًا مراعاة تأثيرها على الضغط التفاضلي الكلي عند اختيار خط الأنابيب. يتم اختيار الأنبوب النهائي باستخدام ضغط تفاضلي يأخذ في الاعتبار جميع العوامل المذكورة أعلاه ، ولا يعتمد فقط على فرق الارتفاع بين نقطتي البداية والنهاية.

تدفق السائل الساخن

في مصانع المعالجة ، عادة ما يتم مواجهة مشاكل مختلفة عند العمل مع الوسائط الساخنة أو الغليان. السبب الرئيسي هو تبخر جزء من تدفق السائل الساخن ، أي تحول السائل إلى بخار داخل خط الأنابيب أو المعدات. مثال نموذجي هو ظاهرة التجويف لمضخة طرد مركزي ، مصحوبة بنقطة غليان سائل ، متبوعًا بتكوين فقاعات بخار (تجويف بخاري) أو إطلاق غازات مذابة في فقاعات (تجويف غازي).

يُفضل استخدام الأنابيب الأكبر حجمًا نظرًا لانخفاض معدل التدفق مقارنة بالأنابيب ذات القطر الأصغر عند التدفق الثابت ، مما يؤدي إلى ارتفاع NPSH عند خط شفط المضخة. يمكن أن تتسبب نقاط التغيير المفاجئ في اتجاه التدفق أو تقليل حجم خط الأنابيب أيضًا في حدوث تجويف بسبب فقدان الضغط. يخلق خليط الغاز والبخار الناتج عائقًا أمام مرور التدفق ويمكن أن يتسبب في تلف خط الأنابيب ، مما يجعل ظاهرة التجويف غير مرغوب فيها للغاية أثناء تشغيل خط الأنابيب.

تجاوز خط الأنابيب للمعدات / الأدوات

المعدات والأجهزة ، خاصة تلك التي يمكن أن تخلق انخفاضًا كبيرًا في الضغط ، أي المبادلات الحرارية ، وصمامات التحكم ، وما إلى ذلك ، مزودة بخطوط أنابيب جانبية (لتتمكن من عدم مقاطعة العملية حتى أثناء أعمال الصيانة). عادةً ما تحتوي خطوط الأنابيب هذه على 2 من صمامات الإغلاق مثبتين بالتوازي مع التثبيت وصمام التحكم في التدفق بالتوازي مع هذا التثبيت.

أثناء التشغيل العادي ، يتعرض تدفق السوائل الذي يمر عبر المكونات الرئيسية للجهاز إلى انخفاض إضافي في الضغط. وفقًا لهذا ، يتم حساب ضغط التفريغ الناتج عن المعدات المتصلة ، مثل مضخة الطرد المركزي. يتم اختيار المضخة بناءً على انخفاض الضغط الكلي عبر التركيب. أثناء الحركة عبر خط الأنابيب الالتفافي ، يكون هذا الانخفاض الإضافي في الضغط غائبًا ، بينما تضخ مضخة التشغيل التدفق بنفس القوة ، وفقًا لخصائص التشغيل الخاصة بها. لتجنب الاختلافات في خصائص التدفق بين الجهاز والخط الجانبي ، يوصى باستخدام خط تجاوز أصغر مع صمام تحكم لإنشاء ضغط مكافئ للتركيب الرئيسي.

خط أخذ العينات

عادة ما يتم أخذ عينات من كمية صغيرة من السائل لتحليلها لتحديد تركيبها. يمكن إجراء أخذ العينات في أي مرحلة من مراحل العملية لتحديد تركيبة المادة الخام ، أو المنتج الوسيط ، أو المنتج النهائي ، أو ببساطة مادة منقولة مثل مياه الصرف ، أو سائل نقل الحرارة ، إلخ. عادةً ما يعتمد حجم مقطع خط الأنابيب الذي يتم أخذ العينات عليه على نوع السائل الذي يتم تحليله وموقع نقطة أخذ العينات.

على سبيل المثال ، بالنسبة للغازات تحت ضغط مرتفع ، فإن الأنابيب الصغيرة ذات الصمامات كافية لأخذ العدد المطلوب من العينات. ستؤدي زيادة قطر خط أخذ العينات إلى تقليل نسبة الوسائط التي تم أخذ عينات منها للتحليل ، ولكن يصبح التحكم في أخذ العينات أكثر صعوبة. في الوقت نفسه ، لا يكون خط أخذ العينات الصغير مناسبًا تمامًا لتحليل المعلقات المختلفة التي يمكن أن تسد فيها الجسيمات الصلبة مسار التدفق. وبالتالي ، فإن حجم خط أخذ العينات لتحليل المعلقات يعتمد بشكل كبير على حجم الجسيمات الصلبة وخصائص الوسيط. تنطبق استنتاجات مماثلة على السوائل اللزجة.

يأخذ تحجيم خط أخذ العينات عادة في الاعتبار:

• خصائص السائل المخصص للاختيار ؛
• فقدان بيئة العمل أثناء الاختيار ؛
• متطلبات السلامة أثناء الاختيار ؛
• سهولة التشغيل؛
• موقع نقطة الاختيار.

تداول المبرد

بالنسبة لخطوط الأنابيب ذات المبرد المتداول ، يفضل استخدام السرعات العالية. ويرجع ذلك أساسًا إلى حقيقة أن سائل التبريد في برج التبريد يتعرض لأشعة الشمس ، مما يخلق ظروفًا لتكوين طبقة تحتوي على الطحالب. يدخل جزء من هذا الحجم الذي يحتوي على الطحالب إلى المبرد المتداول. عند معدلات التدفق المنخفضة ، تبدأ الطحالب في النمو في خط الأنابيب وبعد فترة تخلق صعوبات في تداول المبرد أو مروره إلى المبادل الحراري. في هذه الحالة ، يوصى بمعدل دوران مرتفع لتجنب تكون انسداد الطحالب في خط الأنابيب. عادةً ما يتم استخدام المبرد عالي الدوران في الصناعة الكيميائية ، والتي تتطلب خطوط أنابيب كبيرة وأطوالًا لتوفير الطاقة لمبادلات حرارية مختلفة.

تجاوز الخزان

تم تجهيز الخزانات بأنابيب الفائض للأسباب التالية:

• تجنب فقد السوائل (يدخل السائل الزائد إلى خزان آخر ، بدلاً من التدفق من الخزان الأصلي) ؛
• منع تسرب السوائل غير المرغوب فيها خارج الخزان ؛
• الحفاظ على مستوى السائل في الخزانات.

في جميع الحالات المذكورة أعلاه ، تم تصميم أنابيب الفائض للحصول على أقصى تدفق مسموح به للسائل الداخل إلى الخزان ، بغض النظر عن معدل تدفق السائل الخارج. تشبه مبادئ الأنابيب الأخرى أنابيب الجاذبية ، أي وفقًا للارتفاع الرأسي المتاح بين نقطتي البداية والنهاية لأنابيب الفائض.

أعلى نقطة لأنبوب الفائض ، والتي هي أيضًا نقطة البداية ، هي عند التوصيل بالخزان (أنبوب فائض الخزان) بالقرب من القمة ، ويمكن أن تكون أدنى نقطة نهاية بالقرب من مجرى الصرف بالقرب من الأرض. ومع ذلك ، يمكن أن ينتهي خط الفائض أيضًا عند ارتفاع أعلى. في هذه الحالة ، سيكون الرأس التفاضلي المتاح أقل.

تدفق الحمأة

في حالة التعدين ، عادة ما يتم استخراج الخام في مناطق يصعب الوصول إليها. في مثل هذه الأماكن ، كقاعدة عامة ، لا يوجد خط سكة حديد أو خط طرق. في مثل هذه الحالات ، يعتبر النقل الهيدروليكي للوسائط التي تحتوي على جزيئات صلبة هو الأنسب ، بما في ذلك في حالة موقع مصانع التعدين على مسافة كافية. تُستخدم خطوط أنابيب الطين في مناطق صناعية مختلفة لنقل المواد الصلبة المكسرة جنبًا إلى جنب مع السوائل. أثبتت خطوط الأنابيب هذه أنها الأكثر فعالية من حيث التكلفة مقارنة بالطرق الأخرى لنقل الوسائط الصلبة بكميات كبيرة. بالإضافة إلى ذلك ، تشمل مزاياها السلامة الكافية بسبب عدم وجود عدة أنواع من النقل وصديقة للبيئة.

يتم تخزين معلقات ومخاليط المواد الصلبة العالقة في السوائل في حالة خلط دوري للحفاظ على التوحيد. بخلاف ذلك ، تحدث عملية فصل ، حيث تطفو الجسيمات المعلقة ، اعتمادًا على خصائصها الفيزيائية ، على سطح السائل أو تستقر في القاع. يتم التقليب بواسطة معدات مثل الخزان المقلوب ، بينما في خطوط الأنابيب ، يتم تحقيق ذلك من خلال الحفاظ على ظروف التدفق المضطرب.

إن تقليل معدل التدفق عند نقل الجسيمات العالقة في سائل غير مرغوب فيه ، حيث قد تبدأ عملية فصل الطور في التدفق. يمكن أن يؤدي ذلك إلى انسداد خط الأنابيب وتغير في تركيز المواد الصلبة المنقولة في التيار. يتم تعزيز الخلط المكثف في حجم التدفق من خلال نظام التدفق المضطرب.

من ناحية أخرى ، غالبًا ما يؤدي الانخفاض المفرط في حجم خط الأنابيب أيضًا إلى الانسداد. لذلك ، يعد اختيار حجم خط الأنابيب خطوة مهمة ومسؤولة تتطلب تحليلًا وحسابات أولية. يجب النظر إلى كل حالة على حدة لأن الملاط المختلفة تتصرف بشكل مختلف عند سرعات مائع مختلفة.

إصلاح خطوط الأنابيب

أثناء تشغيل خط الأنابيب ، قد تحدث أنواع مختلفة من التسربات ، مما يتطلب التخلص الفوري من أجل الحفاظ على أداء النظام. يمكن إصلاح خط الأنابيب الرئيسي بعدة طرق. يمكن أن يكون هذا بقدر استبدال جزء أنبوب كامل أو جزء صغير به تسرب ، أو تصحيح أنبوب موجود. ولكن قبل اختيار أي طريقة إصلاح ، من الضروري إجراء دراسة شاملة لسبب التسرب. في بعض الحالات ، قد يكون من الضروري ليس فقط الإصلاح ، ولكن تغيير مسار الأنبوب لمنع إعادة تلفه.

تتمثل المرحلة الأولى من أعمال الإصلاح في تحديد موقع قسم الأنابيب الذي يتطلب التدخل. علاوة على ذلك ، اعتمادًا على نوع خط الأنابيب ، يتم تحديد قائمة بالمعدات والتدابير اللازمة لإزالة التسرب ، ويتم جمع المستندات والتصاريح اللازمة إذا كان قسم الأنابيب المراد إصلاحه يقع في أراضي مالك آخر. نظرًا لأن معظم الأنابيب تقع تحت الأرض ، فقد يكون من الضروري استخراج جزء من الأنبوب. بعد ذلك ، يتم فحص طلاء خط الأنابيب للحالة العامة ، وبعد ذلك يتم إزالة جزء من الطلاء لأعمال الإصلاح مباشرة مع الأنبوب. بعد الإصلاح ، يمكن إجراء العديد من أنشطة التحقق: الاختبار بالموجات فوق الصوتية ، واكتشاف عيوب اللون ، واكتشاف عيوب الجسيمات المغناطيسية ، إلخ.

بينما تتطلب بعض الإصلاحات إغلاق خط الأنابيب تمامًا ، غالبًا ما يكون الإغلاق المؤقت فقط كافياً لعزل المنطقة التي تم إصلاحها أو تحضير ممر جانبي. ومع ذلك ، في معظم الحالات ، يتم تنفيذ أعمال الإصلاح مع الإغلاق الكامل لخط الأنابيب. يمكن إجراء عزل جزء من خط الأنابيب باستخدام المقابس أو صمامات الإغلاق. بعد ذلك ، قم بتثبيت المعدات اللازمة وإجراء إصلاحات مباشرة. تتم أعمال الإصلاح في المنطقة المتضررة ، خالية من الوسط وبدون ضغط. في نهاية الإصلاح ، يتم فتح المقابس واستعادة سلامة خط الأنابيب.

في كل منزل حديث ، تعتبر المياه الجارية من أهم شروط الراحة. ومع ظهور التكنولوجيا الجديدة التي تتطلب الاتصال بإمدادات المياه ، أصبح دورها في المنزل مهمًا للغاية. لم يعد الكثير من الناس يتخيلون كيف يمكن الاستغناء عن غسالة أو غلاية أو غسالة أطباق وما إلى ذلك. لكن أيًا من هذه الأجهزة للتشغيل الصحيح يتطلب ضغطًا معينًا للمياه القادمة من مصدر المياه. والآن يتذكر الشخص الذي يقرر تركيب مصدر مياه جديد في المنزل كيفية حساب الضغط في الأنبوب حتى تعمل جميع تركيبات السباكة بشكل مثالي.

متطلبات السباكة الحديثة

يجب أن تلبي السباكة الحديثة جميع الخصائص والمتطلبات. عند مخرج الصنبور ، يجب أن يتدفق الماء بسلاسة ، دون اهتزاز. لذلك ، يجب ألا يكون هناك انخفاض في الضغط في النظام عند تحليل الماء. لا ينبغي أن ينتج عن المياه المتدفقة عبر الأنابيب ضوضاء ، وأن تحتوي على شوائب في الهواء وتراكمات غريبة أخرى ، مما يؤثر سلبًا على صنابير السيراميك وأنظمة السباكة الأخرى. لتجنب هذه الحوادث غير السارة ، يجب ألا يقل ضغط الماء في الأنبوب عن الحد الأدنى له عند تحليل المياه.

النصيحة! يجب أن يكون الحد الأدنى لضغط إمداد المياه 1.5 ضغط جوي. للتأكد من وجود ضغط كافٍ لتشغيل غسالة الأطباق والغسالة.

من الضروري مراعاة ميزة واحدة أكثر أهمية لنظام إمدادات المياه المرتبطة باستهلاك المياه. يوجد في أي منطقة سكنية أكثر من نقطة واحدة لتحليل المياه. بناءً على ذلك ، فإن حساب نظام إمداد المياه ملزم بتزويد الطلب على المياه بالكامل لجميع أجهزة السباكة أثناء التشغيل. يتم تحقيق هذه المعلمة ليس فقط عن طريق الضغط ، ولكن أيضًا من خلال حجم المياه الواردة التي يمكن أن يمر بها أنبوب من قسم معين. بعبارات بسيطة ، قبل التثبيت ، من الضروري إجراء بعض الحسابات الهيدروليكية لإمدادات المياه ، مع مراعاة الضغط وتدفق المياه.

قبل الحساب ، دعونا نلقي نظرة فاحصة على مفهومين مثل التدفق والضغط من أجل معرفة جوهرهما.

ضغط

كما نعلم ، تم توصيل مصدر المياه المركزي ببرج المياه في الماضي. يولد هذا البرج ضغطًا في شبكة إمداد المياه. وحدة الضغط هي الغلاف الجوي. علاوة على ذلك ، لا يعتمد الضغط على حجم الخزان الموجود أعلى البرج ، ولكن يعتمد فقط على الارتفاع.

النصيحة! إذا تم سكب الماء في أنبوب يبلغ ارتفاعه عشرة أمتار ، فسيحدث ضغطًا عند أدنى نقطة - 1 جو.

الضغط يساوي متر. الغلاف الجوي الواحد يساوي 10 أمتار من الماء. تأمل في مثال مبنى مكون من خمسة طوابق. يبلغ ارتفاع المنزل 15 م وبالتالي يبلغ ارتفاع الطابق الواحد 3 أمتار. برج يبلغ ارتفاعه خمسة عشر مترًا سيخلق ضغطًا يبلغ 1.5 ضغطًا جويًا في الطابق الأرضي. لنحسب الضغط في الطابق الثاني: 15-3 = 12 مترًا من عمود الماء أو 1.2 ضغط جوي. بعد إجراء الحساب القادم ، سنلاحظ أنه لن يكون هناك ضغط ماء في الطابق الخامس. لذلك ، من أجل توفير المياه للطابق الخامس ، تحتاج إلى بناء برج يزيد ارتفاعه عن 15 مترًا. ماذا لو كان هذا ، على سبيل المثال ، مبنى مكون من 25 طابقًا؟ لن يبني أحد مثل هذه الأبراج. تستخدم المضخات في السباكة الحديثة.

دعونا نحسب الضغط عند مخرج المضخة العميقة. توجد مضخة عميقة ترفع المياه بمقدار 30 مترا من عمود الماء. هذا يعني أنه يولد ضغطًا - 3 أجواء عند مخرجه. في نهاية غمر المضخة في البئر بمقدار 10 أمتار ، ستخلق ضغطًا على مستوى الأرض - 2 الغلاف الجوي ، أو 20 مترًا من عمود الماء.

استهلاك

ضع في اعتبارك العامل التالي - استهلاك المياه. يعتمد ذلك على الضغط ، وكلما زاد ، زادت سرعة تحرك الماء عبر الأنابيب. بمعنى آخر ، سيكون هناك المزيد من النفقات. لكن الشيء هو أن المقطع العرضي للأنبوب الذي يتحرك من خلاله يؤثر على سرعة الماء. وإذا قمت بتقليل المقطع العرضي للأنبوب ، فستزيد مقاومة الماء. وبالتالي ، ستنخفض قيمته عند مخرج الأنبوب خلال نفس الفترة الزمنية.

في الإنتاج ، أثناء إنشاء خطوط أنابيب المياه ، يتم وضع المشاريع التي يتم فيها حساب الحساب الهيدروليكي لنظام إمدادات المياه وفقًا لمعادلة برنولي:

حيث h 1-2 - يُظهر فقدان الضغط عند المخرج ، بعد التغلب على المقاومة في قسم إمدادات المياه بالكامل.

نحسب السباكة المنزلية

لكنها ، كما يقولون ، حسابات معقدة. بالنسبة للسباكة المنزلية ، نستخدم حسابات أبسط.

بناءً على بيانات جواز السفر للسيارات التي تستهلكها المياه في المنزل ، نلخص الاستهلاك غير المتخصص. نضيف إلى هذا الرقم استهلاك جميع صنابير المياه الموجودة في المنزل. يمر صنبور واحد من خلال نفسه بحوالي 5-6 لترات من الماء في 60 ثانية. نقوم بتلخيص جميع الأرقام والحصول على استهلاك المياه غير التخصصي في المنزل. في الوقت الحالي ، بناءً على الاستهلاك غير المتخصص ، نشتري أنبوبًا بمثل هذا المقطع العرضي الذي سيوفر الضغط والكمية المناسبة من الماء لجميع أجهزة طي المياه التي تعمل في نفس الوقت.

في الوقت الذي سيتم فيه توصيل إمدادات المياه المنزلية بشبكة البلدية ، ستبدأ في استخدام ما ستقدمه. حسنًا ، ماذا لو كان لديك بئر في المنزل ، خذ مضخة تزود شبكتك بالكامل بالضغط اللازم ، بما يتوافق مع التكاليف. عند الشراء ، يجب الاسترشاد ببيانات جواز السفر الخاصة بالمضخة.

لتحديد قسم الأنابيب ، نسترشد بهذه الجداول:

توفر هذه الجداول معلمات أنابيب أكثر شيوعًا. للتعرف الكامل على الشبكة ، من الممكن العثور على جداول أكثر اكتمالاً مع حسابات للأنابيب بأقطار مختلفة.

هنا ، بناءً على هذه الحسابات ، ومع التثبيت المناسب ، ستوفر لأنابيب السباكة الخاصة بك جميع المعلمات المطلوبة. في حالة وجود شيء غير واضح ، فمن الأفضل اللجوء إلى الخبراء.

حركة السوائل عبر الأنابيب.
اعتماد ضغط السائل على سرعة تدفقه

تدفق السوائل الثابت. معادلة الاستمرارية

ضع في اعتبارك الحالة عندما يتدفق سائل غير لزج عبر أنبوب أسطواني أفقي بمقطع عرضي متغير.

يسمى تدفق السائل ثابت، إذا كان المائع عند كل نقطة في الفراغ لا تتغير سرعته بمرور الوقت. في التدفق الثابت ، يتم نقل كميات متساوية من السائل عبر أي مقطع عرضي للأنبوب لفترات زمنية متساوية.

السوائل عمليا غير قابل للضغط، على سبيل المثال ، يمكننا أن نفترض أن كتلة معينة من السائل لها حجم ثابت دائمًا. لذلك ، فإن نفس أحجام السوائل التي تمر عبر أقسام مختلفة من الأنبوب تعني أن معدل تدفق السوائل يعتمد على قسم الأنبوب.

دع سرعات المائع الثابت تتدفق عبر أقسام الأنابيب S1 و S2 تكون مساوية لـ v1 و v2 ، على التوالي. حجم السائل المتدفق عبر القسم S1 في فترة زمنية t يساوي V1 = S1v1t ، وحجم السائل المتدفق عبر القسم S2 في نفس الوقت يساوي V2 = S2v2t. من المساواة V1 = V2 يتبع ذلك

العلاقة (1) تسمى معادلة الاستمرارية. ويترتب على ذلك

لذلك، في التدفق الثابت للسائل ، تتناسب سرعات حركة جزيئاته عبر المقاطع العرضية المختلفة للأنبوب عكسًا مع مناطق هذه المقاطع.

الضغط في سائل متحرك. قانون برنولي

تعني الزيادة في معدل تدفق السوائل أثناء مروره من قسم أنبوب به مساحة مقطع عرضي أكبر إلى قسم أنبوب به مساحة مقطع عرضي أصغر أن السائل يتحرك مع التسارع.

وفقًا لقانون نيوتن الثاني ، فإن التسارع ناتج عن القوة. هذه القوة في هذه الحالة هي الاختلاف في قوى الضغط المؤثرة على السائل المتدفق في الأجزاء العريضة والضيقة من الأنبوب. لذلك ، في الجزء العريض من الأنبوب ، يجب أن يكون ضغط السائل أكبر منه في الجزء الضيق. يمكن ملاحظة هذا مباشرة في التجربة. على التين. يتضح أنه في أقسام المقاطع العرضية المختلفة يتم إدخال الأنابيب المانومترية S1 و S2 في الأنبوب الذي يتدفق السائل من خلاله.

تظهر الملاحظات أن مستوى السائل في الأنبوب المانومتري في القسم S1 من الأنبوب أعلى منه في القسم S2. لذلك ، يكون الضغط في مائع يتدفق عبر قسم بمساحة أكبر S1 أعلى من الضغط في مائع يتدفق عبر قسم بمساحة أصغر S2. لذلك، في التدفق الثابت للسائل في تلك الأماكن التي تكون فيها سرعة التدفق أقل ، ويكون الضغط في السائل أكبر ، وعلى العكس ، عندما تكون سرعة التدفق أكبر ، يكون الضغط في السائل أقل.توصل برنولي إلى هذا الاستنتاج أولاً ، لذلك يسمى هذا القانون قانون برنولي.

تفكيك حل المشكلات:

مهمة 1.يتدفق الماء في أنبوب أفقي ذي مقطع عرضي متغير. تبلغ سرعة التدفق في الجزء العريض من الأنبوب 20 سم / ثانية. حدد سرعة تدفق المياه في الجزء الضيق من الأنبوب ، الذي يبلغ قطره 1.5 مرة أقل من قطر الجزء العريض.

المهمة 2.يتدفق سائل في أنبوب أفقي مقطع عرضي له 20 سم 2. في مكان واحد ، يكون للأنبوب تضيق بمقطع عرضي يبلغ 12 سم 2. الفرق بين مستويات السائل في الأنابيب المانومترية المثبتة في الأجزاء العريضة والضيقة من الأنبوب هو 8 سم حدد معدل التدفق الحجمي للسائل في ثانية واحدة.

المهمة 3.يتم تطبيق قوة مقدارها 15 نيوتن على مكبس المحقنة الموجود أفقيًا. حدد معدل تدفق الماء من طرف المحقنة إذا كانت مساحة المكبس 12 سم 2.

طريقة لحساب جدول Shevelev النظري الهيدروليكا SNiP 2.04.02-84

البيانات الأولية

مادة الأنابيب:فولاذ جديد بدون طبقة واقية داخلية أو بطبقة واقية من البيتومين. طلاء بلاستيكي أو بوليمر - أسمنت مطبق باللف ، فولاذ وحديد زهر ، مع طلاء داخلي بالرمل الأسمنتي مطبق بالرش ، فولاذ وحديد زهر ، مع طلاء داخلي رمل أسمنتي ، مصنوع من مواد بوليمرية (بلاستيك) زجاج

الاستهلاك المقدر

لتر / ثانية م 3 / ساعة

القطر الخارجي مم

سمك الحائط مم

طول خط الأنابيب م

متوسط ​​درجة حرارة الماء درجة مئوية

مكافئ. خشونة في الداخل. أسطح الأنابيب:صدأ بشدة أو ترسب بشدة من الصلب أو الحديد الزهر الصلب الصدأ القديم galv. بعد عدة سنوات من الصلب بعد عدة سنوات من الحديد الزهر فولاذ مجلفن جديد فولاذ ملحوم جديد فولاذ جديد غير ملحوم مسحوب من النحاس والرصاص والنحاس الزجاج

مجموع مجموعات المقاومة المحلية

عملية حسابية

اعتماد فقدان الضغط على قطر الأنبوب

html5 لا يعمل في متصفحك
عند حساب نظام إمداد المياه أو التدفئة ، فإنك تواجه مهمة اختيار قطر خط الأنابيب. لحل مثل هذه المشكلة ، تحتاج إلى إجراء حساب هيدروليكي لنظامك ، وللحصول على حل أبسط ، يمكنك استخدام الحساب الهيدروليكي عبر الإنترنتالذي سنفعله الآن.
إجراء التشغيل:
1. حدد طريقة الحساب المناسبة (الحساب وفقًا لجداول Shevelev أو المكونات الهيدروليكية النظرية أو وفقًا لـ SNiP 2.04.02-84)
2. حدد مادة الأنابيب
3. تعيين تدفق المياه المقدر في خط الأنابيب
4. تعيين القطر الخارجي وسماكة الجدار لخط الأنابيب
5. ضبط طول الأنابيب
6. ضبط متوسط ​​درجة حرارة الماء
ستكون نتيجة الحساب الرسم البياني وقيم الحساب الهيدروليكي التالية.
يتكون الرسم البياني من قيمتين (1 - فقدان رأس الماء ، 2 - سرعة الماء). ستتم كتابة القيم المثلى لقطر الأنبوب باللون الأخضر أسفل الرسم البياني.

هؤلاء. يجب عليك تعيين القطر بحيث تكون النقطة على الرسم البياني أعلى تمامًا من القيم الخضراء لقطر خط الأنابيب ، لأنه فقط عند هذه القيم ستكون سرعة الماء وفقدان الرأس هي الأمثل.

يوضح فقدان الضغط في خط الأنابيب فقد الضغط في قسم معين من خط الأنابيب. كلما زادت الخسائر ، سيتعين القيام بمزيد من العمل لإيصال المياه إلى المكان الصحيح.
توضح خاصية المقاومة الهيدروليكية مدى فعالية اختيار قطر الأنبوب اعتمادًا على فقد الضغط.
كمرجع:
- إذا كنت بحاجة إلى معرفة سرعة السائل / الهواء / الغاز في خط أنابيب من أقسام مختلفة ، فاستخدم