Какви ще са тръбите след 4 години. Формула за потребление на вода - пример за изчисляване на битовото потребление на вода

Параметри на водния поток:

1. Стойността на диаметъра на тръбата, която също определя по-нататъшната производителност.
2. Размерът на стените на тръбата, който след това ще определи вътрешното налягане в системата.

Единственото нещо, което не влияе на потреблението, е продължителността на комуникациите.

Ако диаметърът е известен, изчислението може да се извърши съгласно следните данни:

1. Структурен материал за изграждане на тръби.
2. Технология, засягаща процеса на сглобяване на тръбопровода.

Характеристиките влияят върху налягането във водоснабдителната система и определят потока на водата.

Ако търсите отговор на въпроса как да определите потока на водата, тогава трябва да научите две формули за изчисление, които определят параметрите на използване.

1. Формулата за ежедневно изчисление е Q=ΣQ×N/100. Където ΣQ е годишното дневно потребление на вода на 1 обитател, а N е броят на обитателите на сградата.
2. Формулата за изчисляване на час е q=Q×K/24. Където Q е дневното изчисление, а K е съотношението според SNiP, неравномерно потребление (1,1-1,3).

Тези прости изчисления могат да помогнат за определяне на разходите, които ще покажат нуждите и изискванията на тази къща. Има таблици, които могат да се използват при изчисляване на течността.

Справочни данни при изчисляването на водата

Когато използвате таблици, трябва да изчислите всички кранове, вани и бойлери в къщата. Таблица SNiP 2.04.02-84.

Стандартни разходни норми:

• 60 литра - 1 човек.
• 160 литра - за 1 човек, ако къщата е с по-добър водопровод.
• 230 литра - за 1 човек, в къща с монтирани висококачествени водопроводни инсталации и баня.
• 350 литра - за 1 човек с течаща вода, вградени уреди, баня, тоалетна.

Защо да изчисляваме водата според SNiP?

Как да определите потока вода за всеки ден не е най-търсената информация сред обикновените жители на къщата, но монтажниците на тръбопроводи се нуждаят от тази информация още по-малко. И в по-голямата си част те трябва да знаят какъв е диаметърът на връзката и какво налягане поддържа в системата.

Но за да определите тези показатели, трябва да знаете колко вода е необходима в тръбопровода.

Формулата за определяне на диаметъра на тръбата и дебита на течността:

Стандартната скорост на течността в система без глава е 0,7 m/s и 1,9 m/s. И скоростта от външен източник, например котел, се определя от паспорта на източника. Когато диаметърът е известен, се определя дебитът в комуникациите.

Изчисляване на загубата на воден напор

Загубата на воден поток се изчислява, като се вземе предвид спадът на налягането, като се използва една формула:

Във формулата L - означава дължината на връзката, а λ - загубата на триене, ρ - ковкостта.

Индексът на триене варира от следните стойности:

• нивото на грапавост на покритието;
• препятствие в оборудването в точките на заключване;
• скорост на потока на течността;
• дължина на тръбопровода.

Лесно изчисляване

Познавайки загубата на налягане, скоростта на течността в тръбите и обема на необходимата вода, как да определите водния поток и размера на тръбопровода става много по-ясно. Но за да се отървете от дългите изчисления, можете да използвате специална таблица.

Където D е диаметърът на тръбата, q е консумацията на вода, а V е скоростта на водата, i е курсът. За да се определят стойностите, те трябва да бъдат намерени в таблицата и свързани по права линия. Също така определете дебита и диаметъра, като вземете предвид наклона и скоростта. Следователно най-лесният начин за изчисляване е да използвате таблици и графики.

За да се монтира правилно структурата на водоснабдяването, като се започне разработването и планирането на системата, е необходимо да се изчисли потокът вода през тръбата.

Основните параметри на домашния тръбопровод зависят от получените данни.

В тази статия читателите ще могат да се запознаят с основните техники, които ще им помогнат самостоятелно да изчислят своята водопроводна система.

Целта на изчисляването на диаметъра на тръбопровода по поток: Определяне на диаметъра и сечението на тръбопровода въз основа на данни за дебита и скоростта на надлъжното движение на водата.

Извършването на такова изчисление е доста трудно. Необходимо е да се вземат предвид много нюанси, свързани с технически и икономически данни. Тези параметри са взаимосвързани. Диаметърът на тръбопровода зависи от вида на течността, която ще се изпомпва през него.

Ако увеличите скоростта на потока, можете да намалите диаметъра на тръбата. Консумацията на материали автоматично ще намалее. Ще бъде много по-лесно да монтирате такава система, цената на работата ще падне.

Въпреки това, увеличаването на движението на потока ще причини загуби на напор, които изискват създаването на допълнителна енергия за изпомпване. Ако го намалите твърде много, може да се появят нежелани последствия.

При проектирането на тръбопровод в повечето случаи количеството воден поток се задава незабавно. Две количества остават неизвестни:

• Диаметър на тръбата;
• Дебит.

Много е трудно да се направи пълно технико-икономическо изчисление. Това изисква подходящи инженерни познания и много време. За да се улесни тази задача при изчисляване на желания диаметър на тръбата, се използват референтни материали. Те дават стойностите на най-добрия дебит, получени емпирично.

Окончателната формула за изчисляване на оптималния диаметър на тръбопровода е следната:

d = √(4Q/Πw)
Q е дебитът на изпомпваната течност, m3/s
d – диаметър на тръбопровода, m
w е скоростта на потока, m/s

Подходяща скорост на течността, в зависимост от вида на тръбопровода

На първо място, се вземат предвид минималните разходи, без които е невъзможно да се изпомпва течност. Освен това трябва да се вземе предвид цената на тръбопровода.

Когато изчислявате, винаги трябва да помните за ограниченията на скоростта на движещата се среда. В някои случаи размерът на главния тръбопровод трябва да отговаря на изискванията, заложени в технологичния процес.

Размерите на тръбопровода също се влияят от възможни скокове на налягането.

Когато се правят предварителни изчисления, промяната в налягането не се взема предвид. Допустимата скорост се взема като основа за проектиране на технологичен тръбопровод.

Когато има промени в посоката на движение в проектирания тръбопровод, повърхността на тръбата започва да изпитва голямо налягане, насочено перпендикулярно на движението на потока.

Това увеличение се дължи на няколко показателя:

• Скорост на течността;
• Плътност;
• Първоначално налягане (налягане).

Освен това скоростта винаги е обратно пропорционална на диаметъра на тръбата. Ето защо високоскоростните течности изискват правилния избор на конфигурация, компетентен избор на размери на тръбопровода.

Например, ако се изпомпва сярна киселина, стойността на скоростта е ограничена до стойност, която няма да причини ерозия на стените на завоите на тръбата. В резултат на това структурата на тръбата никога няма да бъде счупена.

Скорост на водата във формула за тръбопровод

Обемният поток V (60m³/h или 60/3600m³/sec) се изчислява като произведение на скоростта на потока w и напречното сечение на тръбата S (а напречното сечение на свой ред се изчислява като S=3,14 d²/4) : V = 3,14 w d²/4. От тук получаваме w = 4V/(3,14 d²). Не забравяйте да преобразувате диаметъра от милиметри в метри, т.е. диаметърът ще бъде 0,159 m.

Формула за консумация на вода

Като цяло методологията за измерване на водния поток в реки и тръбопроводи се основава на опростена форма на уравнението за непрекъснатост за несвиваеми течности:

Воден поток през тръбна маса

Поток срещу налягане

Няма такава зависимост на потока на течността от налягането, но има - от падането на налягането. Формулата е проста. Съществува общоприето уравнение за пада на налягането по време на потока на течността в тръба Δp = (λL/d) ρw²/2, λ е коефициентът на триене (търси се в зависимост от скоростта и диаметъра на тръбата според графики или съответните формули), L е дължината на тръбата, d е нейният диаметър, ρ - плътност на течността, w - скорост. От друга страна, има дефиниция на потока G = ρwπd²/4. Изразяваме скоростта от тази формула, заместваме я в първото уравнение и намираме зависимостта на скоростта на потока G = π SQRT(Δp d^5/λ/L)/4, SQRT е корен квадратен.

Коефициентът на триене се търси чрез подбор. Първо, задавате определена стойност на скоростта на течността от фенера и определяте числото на Рейнолдс Re=ρwd/μ, където μ е динамичният вискозитет на течността (не го бъркайте с кинематичния вискозитет, това са различни неща). Според Рейнолдс вие търсите коефициент на триене λ = 64 / Re за ламинарен режим и λ = 1 / (1,82 lgRe - 1,64)² за турбулентен (тук lg е десетичният логаритъм). И вземете стойността, която е по-висока. След като намерите дебита и скоростта, ще трябва да повторите цялото изчисление отново с нов коефициент на триене. И повтаряте това преизчисляване, докато стойността на скоростта, определена за определяне на коефициента на триене, съвпадне до някаква грешка със стойността, която намирате от изчислението.

Понякога е много важно точно да се изчисли обемът на водата, преминаваща през тръбата. Например, когато трябва да проектирате нова отоплителна система. Оттук възниква въпросът: как да се изчисли обемът на тръбата? Този индикатор помага да изберете правилното оборудване, например размера на разширителния резервоар. В допълнение, този индикатор е много важен, когато се използва антифриз. Обикновено се продава в няколко форми:

• Разреден;
• Неразреден.

Първият вид издържа на температури - 65 градуса. Вторият ще замръзне вече при -30 градуса. За да закупите правилното количество антифриз, трябва да знаете обема на охлаждащата течност. С други думи, ако обемът на течността е 70 литра, тогава могат да бъдат закупени 35 литра неразредена течност. Достатъчно е да ги разредите, като спазвате съотношението 50-50, и ще получите същите 70 литра.

За да получите точни данни, трябва да подготвите:

• Калкулатор;
• Челюсти;
• Владетел.

Първо се измерва радиусът, означен с буквата R. Той може да бъде:

• вътрешни;
• на открито.

Външният радиус е необходим, за да се определи размерът на пространството, което ще заеме.

За изчислението трябва да знаете данните за диаметъра на тръбата. Означава се с буквата D и се изчислява по формулата R x 2. Определя се и обиколката. Означава се с буквата L.

За да изчислите обема на тръбата, измерен в кубични метри (m3), първо трябва да изчислите нейната площ.

За да получите точна стойност, първо трябва да изчислите площта на напречното сечение.
За да направите това, приложете формулата:

• S = R x Pi.
• Необходимата площ е S;
• Радиус на тръбата - R;
• Пи е 3,14159265.

Получената стойност трябва да се умножи по дължината на тръбопровода.

Как да намерите обема на тръба с помощта на формулата? Трябва да знаете само 2 стойности. Самата формула за изчисление има следната форма:

• V = S x L
• Обем на тръбата - V;
• Площ на профил - S;
• Дължина - L

Например, имаме метална тръба с диаметър 0,5 метра и дължина два метра. За да се извърши изчислението, размерът на външния напречен елемент от неръждаемия метал се вмъква във формулата за изчисляване на площта на кръг. Площта на тръбата ще бъде равна на;

S \u003d (D / 2) \u003d 3,14 x (0,5 / 2) \u003d 0,0625 кв. метра.

Окончателната формула за изчисление ще приеме следната форма:

V \u003d HS \u003d 2 x 0,0625 \u003d 0,125 cu. метра.

Според тази формула се изчислява обемът на абсолютно всяка тръба. И няма значение от какъв материал е направен. Ако тръбопроводът има много компоненти, използвайки тази формула, можете да изчислите отделно обема на всяка секция.

При извършване на изчисление е много важно размерите да бъдат изразени в едни и същи мерни единици. Най-лесно е да се изчисли, ако всички стойности се преобразуват в квадратни сантиметри.

Ако използвате различни мерни единици, можете да получите много съмнителни резултати. Те ще бъдат много далеч от реалните стойности. Когато извършвате постоянни ежедневни изчисления, можете да използвате паметта на калкулатора, като зададете постоянна стойност. Например числото Пи, умножено по две. Това ще помогне много по-бързо да се изчисли обемът на тръбите с различни диаметри.

Днес за изчислението можете да използвате готови компютърни програми, в които стандартните параметри са зададени предварително. За да извършите изчислението, ще е необходимо само да въведете стойности на допълнителни променливи.

Изтеглете програмата https://yadi.sk/d/_1ZA9Mmf3AJKXy

Как да изчислим площта на напречното сечение

Ако тръбата е кръгла, площта на напречното сечение трябва да се изчисли по формулата за площта на кръга: S \u003d π * R2. Където R е радиусът (вътрешен), π е 3,14. Общо трябва да повдигнете радиуса на квадрат и да го умножите по 3,14.
Например площта на напречното сечение на тръба с диаметър 90 mm. Намираме радиуса - 90 mm / 2 = 45 mm. В сантиметри това е 4,5 см. Поставяме го на квадрат: 4,5 * 4,5 \u003d 2,025 cm2, заместваме във формулата S \u003d 2 * 20,25 cm2 \u003d 40,5 cm2.

Площта на напречното сечение на профилиран продукт се изчислява по формулата за площта на правоъгълник: S = a * b, където a и b са дължините на страните на правоъгълника. Ако разгледаме сечението на профила 40 x 50 mm, получаваме S = 40 mm * 50 mm = 2000 mm2 или 20 cm2 или 0,002 m2.

Изчисляване на обема на водата в цялата система

За да се определи такъв параметър, е необходимо да се замени стойността на вътрешния радиус във формулата. Веднага обаче се появява проблем. И как да изчислим общия обем вода в тръбата на цялата отоплителна система, която включва:

• радиатори;
• Разширителен съд;
• Отоплителен котел.

Първо се изчислява обемът на радиатора. За да направите това, неговият технически паспорт се отваря и се изписват стойностите на обема на една секция. Този параметър се умножава по броя на секциите в дадена батерия. Например едно е равно на 1,5 литра.

Когато е монтиран биметален радиатор, тази стойност е много по-малка. Количеството вода в котела може да се намери в паспорта на устройството.

За да се определи обемът на разширителния резервоар, той се напълва с предварително измерено количество течност.

Много е лесно да се определи обемът на тръбите. Наличните данни за един метър, определен диаметър, просто трябва да се умножат по дължината на целия тръбопровод.

Имайте предвид, че в глобалната мрежа и референтната литература можете да видите специални таблици. Те показват ориентировъчни данни за продукта. Грешката на дадените данни е доста малка, така че стойностите, дадени в таблицата, могат безопасно да се използват за изчисляване на обема на водата.

Трябва да кажа, че когато изчислявате стойностите, трябва да вземете предвид някои характерни разлики. Металните тръби с голям диаметър пропускат количеството вода много по-малко от същите полипропиленови тръби.

Причината се крие в гладкостта на повърхността на тръбите. В стоманените продукти се прави с голяма грапавост. PPR тръбите нямат грапавини по вътрешните стени. В същото време обаче стоманените продукти имат по-голям обем вода, отколкото в други тръби от същата секция. Ето защо, за да сте сигурни, че изчисляването на обема на водата в тръбите е правилно, трябва да проверите всички данни няколко пъти и да архивирате резултата с онлайн калкулатор.

Вътрешен обем на текущ метър от тръба в литри - таблица

Таблицата показва вътрешния обем на линеен метър тръба в литри. Тоест колко вода, антифриз или друга течност (охлаждаща течност) е необходима за запълване на тръбопровода. Вътрешният диаметър на тръбите се приема от 4 до 1000 mm.

Ако имате конкретен дизайн или тръба, тогава формулата по-горе показва как да изчислите точните данни за правилния поток вода или друга охлаждаща течност.

Онлайн изчисление

http://mozgan.ru/Geometry/VolumeCylinder

Заключение

За да намерите точната цифра за потреблението на охлаждащата течност на вашата система, ще трябва да седнете малко. Или потърсете в интернет, или използвайте калкулатора, който препоръчваме. Той може да успее да ви спести време.

Ако имате система от воден тип, тогава не трябва да се притеснявате и да извършите точен избор на обем. Достатъчно е да прецените приблизително. Точно изчисление е необходимо повече, за да не купувате твърде много и да минимизирате разходите. Тъй като мнозина спират да избират скъпа охлаждаща течност.

Тръбопроводите за транспортиране на различни течности са неразделна част от агрегатите и инсталациите, в които се осъществяват работни процеси, свързани с различни области на приложение. При избора на тръби и конфигурация на тръбопроводите, цената както на самите тръби, така и на тръбопроводната арматура е от голямо значение. Крайната цена на изпомпване на средата през тръбопровода до голяма степен се определя от размера на тръбите (диаметър и дължина). Изчисляването на тези стойности се извършва с помощта на специално разработени формули, специфични за определени видове операции.

Тръбата е кух цилиндър, изработен от метал, дърво или друг материал, използван за транспортиране на течни, газообразни и гранулирани среди. Пренасяната среда може да бъде вода, природен газ, пара, нефтопродукти и др. Тръбите се използват навсякъде, от различни индустрии до домашни приложения.

За производството на тръби могат да се използват различни материали, като стомана, чугун, мед, цимент, пластмаси като ABS, PVC, хлориран PVC, полибутен, полиетилен и др.

Основните размерни показатели на тръбата са нейният диаметър (външен, вътрешен и т.н.) и дебелина на стената, които се измерват в милиметри или инчове. Използва се и такава стойност като номинален диаметър или номинален отвор - номиналната стойност на вътрешния диаметър на тръбата, също измерена в милиметри (обозначени с Du) или инчове (обозначени с DN). Номиналните диаметри са стандартизирани и са основен критерий за избор на тръби и фитинги.

Съответствие на стойностите на номиналния отвор в мм и инчове:

Тръба с кръгло напречно сечение е предпочитана пред други геометрични сечения поради редица причини:

• Кръгът има минимално съотношение на периметър към площ и когато се прилага върху тръба, това означава, че при еднаква пропускателна способност разходът на материал за кръгли тръби ще бъде минимален в сравнение с тръби с различна форма. Това предполага и минимални възможни разходи за изолация и защитно покритие;
• Кръглото напречно сечение е най-изгодно за движението на течна или газообразна среда от хидродинамична гледна точка. Също така, поради минималната възможна вътрешна площ на тръбата на единица от нейната дължина, триенето между пренасяната среда и тръбата е сведено до минимум.
• Кръглата форма е най-устойчива на вътрешен и външен натиск;
• Процесът на производство на кръгли тръби е доста прост и лесен за изпълнение.

Тръбите могат да варират значително по диаметър и конфигурация в зависимост от предназначението и приложението. По този начин главните тръбопроводи за преместване на вода или нефтопродукти могат да достигнат почти половин метър в диаметър с доста проста конфигурация, а нагревателните батерии, които също са тръби, имат сложна форма с много завои с малък диаметър.

Невъзможно е да си представим индустрия без мрежа от тръбопроводи. Изчисляването на всяка такава мрежа включва избор на тръбен материал, изготвяне на спецификация, в която са посочени данни за дебелината, размера на тръбата, трасето и др. Суровините, междинните продукти и/или готовите продукти преминават през производствените етапи, придвижвайки се между различни апарати и инсталации, които са свързани с тръбопроводи и фитинги. Правилното изчисляване, избор и монтаж на тръбопроводната система са необходими за надеждното изпълнение на целия процес, осигурявайки безопасното пренасяне на средата, както и за уплътняване на системата и предотвратяване на изтичане на изпомпваното вещество в атмосферата.

Няма единична формула и правило, които могат да се използват за избор на тръбопровод за всяко възможно приложение и работна среда. Във всяка отделна област на приложение на тръбопроводите има редица фактори, които трябва да се вземат предвид и могат да окажат значително влияние върху изискванията към тръбопровода. Така например, когато се работи с утайки, голям тръбопровод не само ще увеличи цената на инсталацията, но и ще създаде оперативни трудности.

Обикновено тръбите се избират след оптимизиране на материалните и оперативните разходи. Колкото по-голям е диаметърът на тръбопровода, т.е. колкото по-голяма е първоначалната инвестиция, толкова по-малък ще бъде спадът на налягането и съответно по-ниски експлоатационни разходи. Обратно, малкият размер на тръбопровода ще намали първичните разходи за самите тръби и тръбните фитинги, но увеличаването на скоростта ще доведе до увеличаване на загубите, което ще доведе до необходимостта от изразходване на допълнителна енергия за изпомпване на средата. Ограниченията на скоростта, фиксирани за различни приложения, се основават на оптимални конструктивни условия. Размерът на тръбопроводите се изчислява с помощта на тези стандарти, като се вземат предвид областите на приложение.

Проектиране на тръбопровод

При проектирането на тръбопроводи се вземат за основа следните основни проектни параметри:

• необходима производителност;
• входна точка и изходна точка на тръбопровода;
• среден състав, включително вискозитет и специфично тегло;
• топографски условия на трасето на газопровода;
• максимално допустимо работно налягане;
• хидравлично изчисление;
• диаметър на тръбопровода, дебелина на стената, граница на провлачване на материала на стената;
• брой помпени станции, разстояние между тях и консумация на енергия.

Надеждност на тръбопровода

Надеждността при проектирането на тръбопроводите се осигурява от спазването на правилните стандарти за проектиране. Освен това обучението на персонала е ключов фактор за осигуряване на дълъг живот на тръбопровода и неговата плътност и надеждност. Непрекъснатият или периодичен мониторинг на работата на тръбопровода може да се извършва чрез системи за наблюдение, отчитане, контрол, регулиране и автоматизация, устройства за персонално управление в производството и устройства за безопасност.

Допълнително покритие на тръбопровода

Устойчивото на корозия покритие е нанесено върху външната страна на повечето тръби, за да се предотвратят вредните ефекти на корозията от външната среда. В случай на изпомпване на корозивни среди, защитно покритие може да се нанесе и върху вътрешната повърхност на тръбите. Преди пускане в експлоатация всички нови тръби, предназначени за транспортиране на опасни течности, се тестват за дефекти и течове.

Основни разпоредби за изчисляване на потока в тръбопровода

Естеството на потока на средата в тръбопровода и при обтичане на препятствия може да се различава значително от течност до течност. Един от важните показатели е вискозитетът на средата, характеризиращ се с такъв параметър като коефициента на вискозитет. Ирландският инженер-физик Осборн Рейнолдс провежда серия от експерименти през 1880 г., според резултатите от които успява да изведе безразмерна величина, характеризираща природата на потока на вискозна течност, наречена критерий на Рейнолдс и обозначена с Re.

Re = (v L ρ)/μ

Където:
ρ е плътността на течността;
v е скоростта на потока;
L е характерната дължина на елемента на потока;
μ - динамичен коефициент на вискозитет.

Тоест, критерият на Рейнолдс характеризира съотношението на силите на инерцията към силите на вискозно триене в потока на течността. Промяната в стойността на този критерий отразява промяна в съотношението на тези видове сили, което от своя страна влияе върху естеството на флуидния поток. В тази връзка е обичайно да се разграничават три режима на потока в зависимост от стойността на критерия на Рейнолдс. В 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 се наблюдава стабилен режим, характеризиращ се с произволна промяна на скоростта и посоката на потока във всяка отделна точка, което общо дава изравняване на дебитите в целия обем. Такъв режим се нарича турбулентен. Числото на Рейнолдс зависи от напора, подаван от помпата, вискозитета на средата при работна температура и размера и формата на тръбата, през която преминава потокът.

Профил на скоростта в потока
ламинарен поток	преходен режим	турбулентен режим
Естеството на потока
ламинарен поток	преходен режим	турбулентен режим

Критерият на Рейнолдс е критерий за подобие на потока на вискозна течност. Тоест с негова помощ е възможно да се симулира реален процес в намален размер, удобен за изучаване. Това е изключително важно, тъй като често е изключително трудно, а понякога дори невъзможно, да се изследва природата на флуидните потоци в реални апарати поради големия им размер.

Изчисляване на тръбопровода. Изчисляване на диаметъра на тръбопровода

Ако тръбопроводът не е топлоизолиран, т.е. е възможен топлообмен между транспортирания и околната среда, тогава характерът на потока в него може да се промени дори при постоянна скорост (дебит). Това е възможно, ако изпомпваната среда има достатъчно висока температура на входа и протича в турбулентен режим. По дължината на тръбата температурата на транспортираната среда ще спадне поради топлинни загуби в околната среда, което може да доведе до промяна на режима на потока до ламинарен или преходен. Температурата, при която се извършва промяната на режима, се нарича критична температура. Стойността на вискозитета на течността директно зависи от температурата, следователно за такива случаи се използва такъв параметър като критичен вискозитет, който съответства на точката на промяна в режима на потока при критичната стойност на критерия на Рейнолдс:

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

Където:
ν kr - критичен кинематичен вискозитет;
Re cr - критична стойност на критерия на Рейнолдс;
D - диаметър на тръбата;
v е скоростта на потока;
Q - разход.

Друг важен фактор е триенето, което възниква между стените на тръбата и движещия се поток. В този случай коефициентът на триене до голяма степен зависи от грапавостта на стените на тръбата. Връзката между коефициента на триене, критерия на Рейнолдс и грапавостта се установява от диаграмата на Муди, която ви позволява да определите един от параметъра, като знаете другите два.

Формулата на Colebrook-White също се използва за изчисляване на коефициента на триене при турбулентен поток. Въз основа на тази формула е възможно да се начертаят графики, чрез които се установява коефициентът на триене.

(√λ ) -1 = -2 log(2,51/(Re √λ ) + k/(3,71 d))

Където:
k - коефициент на грапавост на тръбата;
λ е коефициентът на триене.

Съществуват и други формули за приблизително изчисляване на загубите от триене по време на потока под налягане на течност в тръбите. Едно от най-често използваните уравнения в този случай е уравнението на Дарси-Вайсбах. Базира се на емпирични данни и се използва главно при системно моделиране. Загубата на триене е функция на скоростта на флуида и съпротивлението на тръбата срещу движение на флуида, изразено чрез стойността на грапавостта на стената на тръбата.

∆H = λ L/d v²/(2 g)

Където:
ΔH - загуба на напор;
λ - коефициент на триене;
L е дължината на тръбната секция;
d - диаметър на тръбата;
v е скоростта на потока;
g е ускорението на свободното падане.

Загубата на налягане поради триене за вода се изчислява с помощта на формулата на Hazen-Williams.

∆H = 11,23 L 1/C 1,85 Q 1,85 /D 4,87

Където:
ΔH - загуба на напор;
L е дължината на тръбната секция;
C е коефициентът на грапавост на Haizen-Williams;
Q - консумация;
D - диаметър на тръбата.

налягане

Работното налягане на тръбопровода е най-високото свръхналягане, което осигурява определения режим на работа на тръбопровода. Решението за размера на тръбопровода и броя на помпените станции обикновено се взема въз основа на работното налягане на тръбите, помпения капацитет и разходите. Максималното и минималното налягане на тръбопровода, както и свойствата на работната среда определят разстоянието между помпените станции и необходимата мощност.

Номинално налягане PN - номинална стойност, съответстваща на максималното налягане на работната среда при 20 ° C, при което е възможна продължителна работа на тръбопровода с дадени размери.

С повишаването на температурата товароносимостта на тръбата намалява, както и допустимото свръхналягане в резултат на това. Стойността pe,zul показва максималното налягане (g) в тръбопроводната система при повишаване на работната температура.

График за допустимо свръхналягане:

Изчисляване на спада на налягането в тръбопровода

Изчисляването на спада на налягането в тръбопровода се извършва по формулата:

∆p = λ L/d ρ/2 v²

Където:
Δp - спад на налягането в тръбната секция;
L е дължината на тръбната секция;
λ - коефициент на триене;
d - диаметър на тръбата;
ρ е плътността на изпомпваната среда;
v е дебитът.

Преносими носители

Най-често тръбите се използват за транспортиране на вода, но могат да се използват и за транспортиране на утайки, шлам, пара и др. В петролната промишленост тръбопроводите се използват за изпомпване на широка гама въглеводороди и техните смеси, които се различават значително по химични и физични свойства. Суровият петрол може да се транспортира на по-големи разстояния от находища на сушата или офшорни нефтени платформи до терминали, точки и рафинерии.

Тръбопроводите също предават:

• рафинирани петролни продукти като бензин, авиационно гориво, керосин, дизелово гориво, мазут и др.;
• нефтохимически суровини: бензен, стирен, пропилен и др.;
• ароматни въглеводороди: ксилен, толуен, кумол и др.;
• втечнени петролни горива като втечнен природен газ, втечнен нефтен газ, пропан (газове при стандартна температура и налягане, но втечнени под налягане);
• въглероден диоксид, течен амоняк (транспортирани като течности под налягане);
• битумът и вискозните горива са твърде вискозни, за да бъдат транспортирани по тръбопроводи, така че дестилатните фракции на петрола се използват за разреждане на тези суровини и да се получи смес, която може да се транспортира по тръбопровод;
• водород (за къси разстояния).

Качеството на транспортираната среда

Физическите свойства и параметри на транспортираната среда до голяма степен определят проектните и експлоатационните параметри на тръбопровода. Специфично тегло, свиваемост, температура, вискозитет, точка на течливост и налягане на парите са основните параметри на средата, които трябва да се имат предвид.

Специфичното тегло на течност е нейното тегло на единица обем. Много газове се транспортират през тръбопроводи под повишено налягане и когато се достигне определено налягане, някои газове могат дори да претърпят втечняване. Следователно степента на компресия на средата е критичен параметър за проектирането на тръбопроводите и определянето на пропускателната способност.

Температурата има индиректен и пряк ефект върху работата на тръбопровода. Това се изразява в това, че течността увеличава обема си след повишаване на температурата, при условие че налягането остава постоянно. Понижаването на температурата също може да окаже влияние както върху производителността, така и върху цялостната ефективност на системата. Обикновено, когато температурата на течността се понижава, това е придружено от увеличаване на нейния вискозитет, което създава допълнително съпротивление на триене на вътрешната стена на тръбата, което изисква повече енергия за изпомпване на същото количество течност. Много вискозните среди са чувствителни към температурни колебания. Вискозитетът е съпротивлението на дадена среда срещу поток и се измерва в сантистокси cSt. Вискозитетът определя не само избора на помпа, но и разстоянието между помпените станции.

Веднага щом температурата на средата падне под точката на течливост, работата на тръбопровода става невъзможна и се предприемат няколко варианта за възобновяване на работата му:

• нагряване на средата или изолационните тръби за поддържане на работната температура на средата над нейната точка на течливост;
• промяна в химичния състав на средата, преди да влезе в тръбопровода;
• разреждане на транспортираната среда с вода.

Видове главни тръби

Главните тръби са заварени или безшевни. Безшевните стоманени тръби се изработват без надлъжни заварки от стоманени профили с термична обработка за постигане на желания размер и свойства. Заварените тръби се произвеждат чрез няколко производствени процеса. Тези два вида се различават един от друг по броя на надлъжните шевове в тръбата и вида на използваното заваръчно оборудване. Стоманените заварени тръби са най-често използваният тип в нефтохимическите приложения.

Всяка тръбна секция е заварена заедно, за да образува тръбопровод. Също така в главните тръбопроводи, в зависимост от приложението, се използват тръби от фибростъкло, различни пластмаси, азбестоцимент и др.

За свързване на прави участъци от тръби, както и за преход между тръбопроводни участъци с различни диаметри се използват специално изработени свързващи елементи (колена, колена, порти).

коляно 90°	коляно 90°	преходен клон	разклоняване
коляно 180°	коляно 30°	адаптер	бакшиш

За монтаж на отделни части от тръбопроводи и фитинги се използват специални връзки.

заварени	фланец	с резба	съединител

Термично разширение на тръбопровода

Когато тръбопроводът е под налягане, цялата му вътрешна повърхност е подложена на равномерно разпределено натоварване, което причинява надлъжни вътрешни сили в тръбата и допълнителни натоварвания върху крайните опори. Температурните колебания също влияят на тръбопровода, причинявайки промени в размерите на тръбите. Силите във фиксиран тръбопровод по време на температурни колебания могат да надвишат допустимата стойност и да доведат до прекомерно напрежение, което е опасно за здравината на тръбопровода както в материала на тръбата, така и във фланцовите връзки. Колебанията в температурата на изпомпваната среда също създават температурен стрес в тръбопровода, който може да се прехвърли на клапани, помпени станции и др. Това може да доведе до разхерметизиране на тръбопроводните съединения, повреда на клапани или други елементи.

Изчисляване на размерите на тръбопровода с температурни промени

Изчисляването на промяната в линейните размери на тръбопровода с промяна на температурата се извършва по формулата:

∆L = a L ∆t

a - коефициент на топлинно удължение, mm/(m°C) (виж таблицата по-долу);
L - дължина на тръбопровода (разстояние между фиксираните опори), m;
Δt - разлика между макс. и мин. температура на изпомпваната среда, °C.

Таблица на линейното разширение на тръби от различни материали

Посочените числа са средни за изброените материали и за изчисляване на тръбопроводи от други материали, данните от тази таблица не трябва да се вземат като основа. При изчисляване на тръбопровода се препоръчва да се използва коефициентът на линейно удължение, посочен от производителя на тръбата в придружаващата техническа спецификация или информационния лист.

Топлинното удължаване на тръбопроводите се елиминира както чрез използване на специални разширителни секции на тръбопровода, така и чрез използване на компенсатори, които могат да се състоят от еластични или подвижни части.

Компенсационните секции се състоят от еластични прави части на тръбопровода, разположени перпендикулярно един на друг и закрепени с колена. При термично удължение увеличението на една част се компенсира от деформацията на огъване на другата част в равнината или деформацията на огъване и усукване в пространството. Ако самият тръбопровод компенсира топлинното разширение, тогава това се нарича самокомпенсация.

Компенсацията възниква и поради еластични завои. Част от удължението се компенсира от еластичността на завоите, другата част се елиминира поради еластичните свойства на материала на секцията зад завоя. Компенсаторите се монтират там, където не е възможно да се използват компенсиращи секции или когато самокомпенсацията на тръбопровода е недостатъчна.

Според дизайна и принципа на работа компенсаторите са четири вида: U-образни, лещи, вълнообразни, салникови. В практиката често се използват плоски компенсатори с L-, Z- или U-образна форма. При пространствените компенсатори те обикновено представляват 2 плоски взаимно перпендикулярни сечения и имат едно общо рамо. Еластичните компенсатори се изработват от тръби или еластични дискове, или силфони.

Определяне на оптималния размер на диаметъра на тръбопровода

Оптималният диаметър на тръбопровода може да се намери въз основа на технически и икономически изчисления. Размерите на тръбопровода, включително размерите и функционалността на различните компоненти, както и условията, при които тръбопроводът трябва да работи, определят транспортния капацитет на системата. По-големите тръби са подходящи за по-голям масов поток, при условие че другите компоненти в системата са правилно подбрани и оразмерени за тези условия. Обикновено, колкото по-голяма е дължината на главната тръба между помпените станции, толкова по-голям спад на налягането в тръбопровода е необходим. В допълнение, промяна във физическите характеристики на изпомпваната среда (вискозитет и т.н.) също може да има голямо влияние върху налягането в тръбопровода.

Оптимален размер - Най-малкият подходящ размер на тръбата за конкретно приложение, който е рентабилен през целия живот на системата.

Формула за изчисляване на производителността на тръбата:

Q = (π d²)/4 v

Q е дебитът на изпомпваната течност;
d - диаметър на тръбопровода;
v е дебитът.

На практика за изчисляване на оптималния диаметър на тръбопровода се използват стойностите на оптималните скорости на изпомпваната среда, взети от референтни материали, съставени въз основа на експериментални данни:

От тук получаваме формулата за изчисляване на оптималния диаметър на тръбата:

d o = √((4 Q) / (π v o ))

Q - зададен дебит на изпомпваната течност;
d - оптималният диаметър на тръбопровода;
v е оптималният дебит.

При високи дебити обикновено се използват тръби с по-малък диаметър, което означава по-ниски разходи за закупуване на тръбопровод, неговата поддръжка и монтажни работи (обозначени с K 1). С увеличаване на скоростта се увеличават загубите на налягане поради триене и местни съпротивления, което води до увеличаване на разходите за изпомпване на течност (ние обозначаваме K 2).

За тръбопроводи с големи диаметри разходите K 1 ще бъдат по-високи, а разходите по време на работа K 2 ще бъдат по-ниски. Ако добавим стойностите на K 1 и K 2 , получаваме общата минимална цена K и оптималния диаметър на тръбопровода. Разходите K 1 и K 2 в този случай са дадени в един и същ период от време.

Изчисляване (формула) на капиталовите разходи за тръбопровода

K 1 = (m C M K M)/n

m е масата на тръбопровода, t;
C M - цена на 1 тон, rub / t;
K M - коефициент, който увеличава разходите за монтажни работи, например 1,8;
n - експлоатационен живот, години.

Посочените оперативни разходи, свързани с потреблението на енергия:

K 2 \u003d 24 N n дни C E rub / година

N - мощност, kW;
n DN - брой работни дни в годината;
C E - разходи за kWh енергия, rub/kW*h.

Формули за определяне на размера на тръбопровода

Пример за общи формули за определяне на размера на тръбите, без да се вземат предвид възможни допълнителни фактори като ерозия, суспендирани твърди вещества и др.:

Оптимален дебит за различни тръбопроводни системи

Оптималният размер на тръбата се избира от условието за минимални разходи за изпомпване на средата през тръбопровода и цената на тръбите. Трябва обаче да се вземат предвид и ограниченията на скоростта. Понякога размерът на тръбопровода трябва да отговаря на изискванията на процеса. Също толкова често размерът на тръбопровода е свързан със спада на налягането. При предварителни проектни изчисления, където не се вземат предвид загубите на налягане, размерът на технологичния тръбопровод се определя от допустимата скорост.

Ако има промени в посоката на потока в тръбопровода, това води до значително увеличаване на локалните налягания върху повърхността, перпендикулярна на посоката на потока. Този вид увеличение е функция на скоростта на течността, плътността и първоначалното налягане. Тъй като скоростта е обратно пропорционална на диаметъра, флуидите с висока скорост изискват специално внимание при оразмеряване и конфигуриране на тръбопроводи. Оптималният размер на тръбата, например за сярна киселина, ограничава скоростта на средата до стойност, която предотвратява ерозията на стените в завоите на тръбата, като по този начин предотвратява повреда на структурата на тръбата.

Гравитационен поток на течности

Изчисляването на размера на тръбопровода в случай на поток, движещ се от гравитацията, е доста сложно. Характерът на движението с тази форма на потока в тръбата може да бъде еднофазен (пълна тръба) и двуфазен (частично запълване). Двуфазен поток се образува, когато в тръбата присъстват както течност, така и газ.

В зависимост от съотношението на течността и газа, както и от техните скорости, режимът на двуфазен поток може да варира от мехурчест до диспергиран.

мехурчест поток (хоризонтален)	поток от снаряд (хоризонтален)	вълнов поток	разпръснат поток

Движещата сила за течността при движение чрез гравитация се осигурява от разликата във височините на началната и крайната точка, като предпоставката е местоположението на началната точка над крайната точка. С други думи, разликата във височината определя разликата в потенциалната енергия на течността в тези позиции. Този параметър също се взема предвид при избора на тръбопровод. В допълнение, големината на движещата сила се влияе от натиска в началната и крайната точка. Увеличаването на спада на налягането води до увеличаване на дебита на течността, което от своя страна позволява избор на тръбопровод с по-малък диаметър и обратно.

В случай, че крайната точка е свързана към система под налягане, като например дестилационна колона, еквивалентното налягане трябва да се извади от наличната разлика във височината, за да се оцени генерираното действително ефективно диференциално налягане. Освен това, ако началната точка на тръбопровода ще бъде под вакуум, тогава неговият ефект върху общото диференциално налягане също трябва да се вземе предвид при избора на тръбопровод. Окончателният избор на тръби се прави с помощта на диференциално налягане, като се вземат предвид всички горепосочени фактори, а не само въз основа на разликата във височините на началната и крайната точка.

поток от гореща течност

В процесните инсталации обикновено се срещат различни проблеми при работа с гореща или кипяща среда. Основната причина е изпаряването на част от потока гореща течност, т.е. фазовата трансформация на течността в пара вътре в тръбопровода или оборудването. Типичен пример е явлението кавитация на центробежна помпа, придружено от точково кипене на течност, последвано от образуване на парни мехурчета (парна кавитация) или освобождаване на разтворени газове в мехурчета (газова кавитация).

Предпочитат се по-големи тръбопроводи поради намаления дебит в сравнение с тръбопроводите с по-малък диаметър при постоянен поток, което води до по-висок NPSH на смукателната линия на помпата. Точки на внезапна промяна в посоката на потока или намаляване на размера на тръбопровода също могат да причинят кавитация поради загуба на налягане. Получената газо-парна смес създава пречка за преминаването на потока и може да причини повреда на тръбопровода, което прави явлението кавитация изключително нежелано по време на работа на тръбопровода.

Байпасен тръбопровод за оборудване/инструменти

Оборудването и устройствата, особено тези, които могат да създадат значителни спадове на налягането, т.е. топлообменници, контролни клапани и др., са оборудвани с байпасни тръбопроводи (за да не се прекъсва процесът дори по време на поддръжка). Такива тръбопроводи обикновено имат 2 спирателни вентила, монтирани в съответствие с инсталацията, и вентил за регулиране на потока, успоредно на тази инсталация.

По време на нормална работа флуидният поток, преминаващ през основните компоненти на апарата, изпитва допълнителен спад на налягането. В съответствие с това се изчислява изходното налягане за него, създадено от свързаното оборудване, като например центробежна помпа. Помпата се избира въз основа на общия спад на налягането в инсталацията. По време на движение през байпасния тръбопровод този допълнителен спад на налягането отсъства, докато работната помпа изпомпва потока със същата сила, в съответствие с работните си характеристики. За да се избегнат разлики в характеристиките на потока между машината и байпаса, се препоръчва да се използва по-малък байпас с контролен клапан, за да се създаде налягане, еквивалентно на това в основната инсталация.

Линия за вземане на проби

Обикновено малко количество течност се взема за анализ, за ​​да се определи нейният състав. Вземането на проби може да се извърши на всеки етап от процеса, за да се определи съставът на суровина, междинен продукт, завършен продукт или просто транспортирано вещество като отпадна вода, течност за пренос на топлина и др. Размерът на участъка от тръбопровода, върху който се извършва вземането на проби, обикновено зависи от вида на анализирания флуид и местоположението на точката за вземане на проби.

Например за газове под повишено налягане са достатъчни малки тръбопроводи с клапани, за да се вземат необходимия брой проби. Увеличаването на диаметъра на линията за вземане на проби ще намали дела на носителите, взети за анализ, но такова вземане на проби става по-трудно за контролиране. В същото време малка линия за вземане на проби не е много подходяща за анализ на различни суспензии, в които твърди частици могат да запушат пътя на потока. По този начин размерът на линията за вземане на проби за анализ на суспензии е силно зависим от размера на твърдите частици и характеристиките на средата. Подобни заключения важат и за вискозните течности.

Оразмеряването на линията за вземане на проби обикновено взема предвид:

• характеристики на течността, предназначена за селекция;
• загуба на работна среда по време на селекция;
• изисквания за безопасност при подбор;
• лекота на работа;
• местоположение на точката за избор.

циркулация на охлаждащата течност

За тръбопроводи с циркулираща охлаждаща течност се предпочитат високи скорости. Това се дължи главно на факта, че охлаждащата течност в охладителната кула е изложена на слънчева светлина, което създава условия за образуване на слой, съдържащ водорасли. Част от този обем, съдържащ водорасли, влиза в циркулиращата охлаждаща течност. При ниски дебити водораслите започват да растат в тръбопровода и след известно време създават трудности за циркулацията на охлаждащата течност или преминаването й към топлообменника. В този случай се препоръчва висока скорост на циркулация, за да се избегне образуването на запушвания от водорасли в тръбопровода. Обикновено използването на охлаждаща течност с висока циркулация се среща в химическата промишленост, която изисква големи тръбопроводи и дължини за осигуряване на захранване на различни топлообменници.

Преливане на резервоара

Резервоарите са оборудвани с преливни тръби поради следните причини:

• избягване на загуба на течност (излишната течност влиза в друг резервоар, вместо да се излива от оригиналния резервоар);
• предотвратяване на изтичане на нежелани течности извън резервоара;
• поддържане на нивото на течността в резервоарите.

Във всички горепосочени случаи преливните тръби са проектирани за максимално допустимия поток течност, влизаща в резервоара, независимо от дебита на изтичащата течност. Други принципи на тръбопроводи са подобни на гравитационните тръбопроводи, т.е. според наличната вертикална височина между началната и крайната точка на преливния тръбопровод.

Най-високата точка на преливната тръба, която е и нейната начална точка, е при връзката с резервоара (преливна тръба на резервоара) обикновено близо до самия връх, а най-ниската крайна точка може да бъде близо до дренажния улей близо до земята. Преливната линия обаче може да завършва и на по-висока кота. В този случай наличният диференциален напор ще бъде по-нисък.

Поток на утайки

В случай на добив рудата обикновено се добива в труднодостъпни райони. На такива места по правило няма железопътна или пътна връзка. За такива ситуации хидравличното транспортиране на среда с твърди частици се счита за най-подходящо, включително в случай на разполагане на минни инсталации на достатъчно разстояние. Тръбопроводите за суспензия се използват в различни промишлени области за транспортиране на натрошени твърди вещества заедно с течности. Такива тръбопроводи се оказаха най-рентабилни в сравнение с други методи за транспортиране на твърди среди в големи обеми. В допълнение, техните предимства включват достатъчна безопасност поради липсата на няколко вида транспорт и екологичност.

Суспензиите и смесите от суспендирани твърди вещества в течности се съхраняват в състояние на периодично смесване, за да се поддържа еднородност. В противен случай възниква процес на разделяне, при който суспендираните частици, в зависимост от техните физични свойства, изплуват на повърхността на течността или се утаяват на дъното. Разбъркването се осигурява от оборудване като резервоар с разбъркване, докато в тръбопроводите това се постига чрез поддържане на турбулентни условия на потока.

Намаляването на скоростта на потока при транспортиране на частици, суспендирани в течност, не е желателно, тъй като процесът на разделяне на фазите може да започне в потока. Това може да доведе до запушване на тръбопровода и промяна в концентрацията на транспортираните твърди вещества в потока. Интензивното смесване в обема на потока се насърчава от турбулентния режим на потока.

От друга страна, прекомерното намаляване на размера на тръбопровода също често води до запушване. Следователно изборът на размер на тръбопровода е важна и отговорна стъпка, която изисква предварителен анализ и изчисления. Всеки случай трябва да се разглежда индивидуално, тъй като различните суспензии се държат различно при различни скорости на флуида.

Ремонт на тръбопроводи

По време на експлоатацията на тръбопровода в него могат да възникнат различни видове течове, които изискват незабавно отстраняване, за да се поддържа работоспособността на системата. Ремонтът на главния тръбопровод може да се извърши по няколко начина. Това може да бъде колкото подмяна на цял тръбен сегмент или малък участък, който тече, или закърпване на съществуваща тръба. Но преди да изберете какъвто и да е метод за ремонт, е необходимо да се извърши задълбочено проучване на причината за теча. В някои случаи може да се наложи не само ремонт, но и промяна на трасето на тръбата, за да се предотврати повторната й повреда.

Първият етап от ремонтните дейности е да се определи местоположението на тръбната секция, която изисква намеса. Освен това, в зависимост от вида на тръбопровода, се определя списък на необходимото оборудване и мерки, необходими за отстраняване на теча, и се събират необходимите документи и разрешителни, ако участъкът от тръбата, който трябва да бъде ремонтиран, се намира на територията на друг собственик. Тъй като повечето тръби са разположени под земята, може да се наложи да се извади част от тръбата. След това покритието на тръбопровода се проверява за общо състояние, след което част от покритието се отстранява за ремонтни работи директно с тръбата. След ремонт могат да се извършат различни дейности за проверка: ултразвуково изследване, цветна дефектоскопия, дефектоскопия с магнитни частици и др.

Докато някои ремонти изискват пълно спиране на тръбопровода, често е достатъчно само временно спиране, за да се изолира ремонтираната зона или да се подготви байпас. В повечето случаи обаче ремонтните работи се извършват с пълно спиране на тръбопровода. Изолирането на част от тръбопровода може да се извърши с помощта на тапи или спирателни кранове. След това инсталирайте необходимото оборудване и извършете директен ремонт. Ремонтните дейности се извършват върху повредения участък, освободен от средата и без натиск. В края на ремонта пробките се отварят и се възстановява целостта на тръбопровода.