Тръбите за транспортиране на течности са неразделна част от устройства и инсталации с различно предназначение. Изборът на тръби и конфигурацията на тръбите зависят от цената на тръбите и фитингите. Крайната цена на изпомпването на среда през тръбата се определя в голяма степен от размерите на тръбите (техния диаметър и дължина). За изчисляване на тези размери се прилагат специални формули, чийто вид зависи от крайното местоназначение на тръбата.

избор

Тръбата е кух цилиндър, изработен от метал, дърво или друг материал, който се използва за транспортиране на течни, газообразни или сухи среди. Транспортираната среда може да бъде вода, природен газ, пара, петролни производни и др. Тръбите се използват универсално, както в промишлен мащаб, така и в битови.

За производството на тръби се използва широка гама от материали: стомана, чугун, мед, цимент и пластмаси, по-специално ABS, PVC, PVC хлорид, PB, полиетилен и др.

Основните размери на тръбата са: диаметърът (външен, вътрешен и т.н.) и дебелината на стената му, които се измерват в милиметри или инчове. По същия начин се използва така нареченият номинален диаметър, който съответства на номиналната стойност на вътрешния диаметър на тръбата, който също се измерва в милиметри (маркиран като Dn) или в инчове (маркиран като DN). Номиналните диаметри са стандартизирани и представляват ключовите критерии за избор на тръби и фитинги.

Вижте по-долу съответствието между номиналните стойности на диаметъра в mm и в инчове:

Ду, мм DN, инчове Ду, мм DN, инчове
петнадесет ½ 400 16.
двайсет ¾ 450 18.
25 1 500 двайсет
40 1½ 600 24
петдесет две 650 26
80 3 700 28
100 4 750 30
150 6 800 32
200 8 900 36
250 10 1000 40
300 12
350 14.

Тръбите с кръгло сечение се използват повече от тръбите с други геометрични напречни сечения поради редица причини:

  • Кръгът се характеризира с минимална връзка между периметъра и повърхността. В случай на тръба, това означава, че при еднакъв капацитет на тръбите с различна форма, производството на кръгли тръби изисква по-малко материал от тръбите с друга форма. По същия начин това позволява да се минимизират разходите за изолация и защитно покритие;
  • Кръглото напречно сечение е най-изгодното от хидродинамична гледна точка за транспортиране на течна или газообразна среда. По същия начин, благодарение на минимизирането на вътрешната повърхност на тръбата по отношение на нейната дължина, триенето между транспортираната среда и тръбата е сведено до минимум.
  • Кръглата форма е най-устойчива на вътрешен и външен натиск;
  • Производството на кръгли тръби е съвсем просто.

Диаметърът и конфигурацията на тръбите варират значително в зависимост от тяхното използване и обхват на приложение. Така, например, магистралните тръби за транспортиране на вода или петролни производни могат да имат диаметър малко под 50 сантиметра, като конфигурацията им е доста проста, нагревателните бобини от своя страна имат намален диаметър и форма, усложнена с множество завои.

Нито един индустриален клон не може да се справи без тръби. Изчисляването на тръба включва избор на материали за тръбите, разработване на спецификациите с всички данни за дебелината и размера на тръбите, трасето на тръбата и др. Суровината, полуготовият продукт и/или крайният продукт преминават през различни етапи на производство, като се движат между различни устройства и съоръжения, свързани помежду си чрез тръби и клапани. Правилните изчисления, избор и монтаж на тръбите са от съществено значение, за да се гарантира надеждността на процеса, безопасността на изпомпването на средата, както и плътността на системата и предотвратяването на изтичането на изпомпваното вещество в атмосферата.

Няма нито формула, нито универсални правила, които да служат за избор на тръбата за каквото и да е приложение или обработена среда. Използването на тръби във всяка конкретна зона е обусловено от редица фактори, които трябва да бъдат взети под внимание, тъй като те значително влияят на изискванията към тръбите. Така например, в случай на изпомпване на утайки, голяма тръба оскъпява съоръженията и възпрепятства нормалната им работа.

Обикновено изборът на тръби се извършва чрез оптимизиране на материалните и оперативните разходи. Колкото по-голям е диаметърът на тръбата, тоест колкото по-високи са първоначалните инвестиции, толкова по-малък е спадът на налягането и оперативните разходи. Чрез намаляване на размерите на тръбата, ние намаляваме първоначалните инвестиции в тръби и фитинги за тръби. С нарастваща скорост обаче ще видим как загубите нарастват и ще се окажем принудени да харчим допълнителна енергия за изпомпване на средата. Правилата за скорост, определени за различни области на приложение, се основават на оптимални условия за изчисление. Размерите на тръбите се изчисляват въз основа на тези стандарти, като се отчита обхватът им на приложение.

Дизайн на тръби

Следните ключови проектни параметри се разглеждат в курса за проектиране на тръбопровода:

  • необходимия поток;
  • входните и изходните точки на тръбопровода;
  • състава на средата, включително нейния вискозитет и специфично тегло;
  • топографските условия на трасето на тръбопровода;
  • максималното работно налягане;
  • хидравлични изчисления;
  • диаметърът на тръбата, дебелината на стените, границата на провлачване на материала на стените по време на нейното опъване;
  • помпени станции, разстоянието между тях и консумираната мощност.

Надеждност на тръбопровода

За да се гарантира надеждността на тръбите, трябва да се спазват съответните стандарти за проектиране. Също така, един от ключовите фактори за гарантиране на дълъг полезен живот на тръбата, нейната плътност и надеждност е обучението на персонала. За непрекъснат или прекъснат контрол на работата на тръбопровода се използват системи за контрол, инвентаризация, управление, регулиране и автоматизация, както и устройства за личен контрол и предпазни устройства.

Допълнително покритие на тръбата

Външната част на повечето тръби е покрита с покритие, устойчиво на корозия от околната среда. В случай на изпомпване на корозивна среда, вътрешната част може също да бъде покрита със защитно покритие. Преди пускане в експлоатация на всички нови тръби, предназначени за транспортиране на опасни течности, те се проверяват за дефекти и течове.

Основни разпоредби за изчисляване на потока на тръбопровода

Характерът на потока от среда през тръба и начинът, по който тя очертава препятствия, може да варира значително от течност до течност. Един от ключовите показатели в това отношение е вискозитетът на средата, който се характеризира с параметъра, наречен коефициент на вискозитет. През 1880 г. ирландският инженер и физик Осборн Рейнолдс извърши поредица от експерименти и откри неразмерна стойност, характеризираща характера на вискозен поток от течности, така нареченото число на Рейнолдс или.

където:
ρ - е плътността на течността;
v - скоростта на потока;
L - е характерната дължина на поточния елемент;
μ - е коефициентът на динамичен вискозитет.

Числото на Рейнолдс характеризира връзката между силите на инерция и силите на вискозно триене в потока на течността. Промяната в този критерий отразява промяната в връзката между тези сили, което от своя страна влияе върху характера на течния поток. В резултат на това обикновено се прави разлика между три вида потоци, в зависимост от броя на Рейнолдс. Когато Re 4000 се установява стабилен режим, който се характеризира със случайни промени в скоростта и посоката на потока във всяка изолирана точка. В резултат на това скоростите в целия обем на потока стават равни. Този режим се нарича турбулентен режим. Числото на Рейнолдс зависи от налягането, генерирано от помпата, вискозитета на потока под работната температура, както и размерите и участъка на тръбата, през която преминава потока.

Числото на Рейнолдс е критерий за подобие за вискозен течен поток. Позволява ви да моделирате реален процес в по-малък мащаб, което е удобно за проучвания. Много е важно, тъй като понякога е много трудно или абсолютно невъзможно да се проучи характерът на течните потоци в реални уреди поради големите им размери.

Изчисления на тръби. Изчисления на диаметъра на тръбата

Ако на тръбата липсва топлоизолация, която позволява топлообмен между транспортираната среда и околната среда, характерът на потока може да се промени, дори когато скоростта (дебитът) е постоянна. Възможно е, когато изпомпваната среда има доста висока температура на входа и тече в турбулентен режим. По протежение на тръбата температурата на средата ще спадне в резултат на топлинни загуби за околната среда, което може да доведе до промяна в режима на потока, когато е ламинарен или преминава. Температурата, при която се извършва смяната на режима, се нарича критична температура. Вискозитетът на течността зависи пряко от температурата, така че за случаи като този те използват параметъра критичен вискозитет, който съответства на точката на промяна на режима на потока при достигане на критичното число на Рейнолдс.

където:
νcr - е критичният кинематичен вискозитет;
Recr - е критичната стойност на числото на Рейнолдс;
D - е диаметърът на тръбата;
v - скоростта на потока;
Q - е дебитът.

Друг важен фактор е триенето между стените на тръбата и движещия се поток. Коефициентът на триене зависи до голяма степен от грапавостта на стените на тръбата. Връзката между коефициента на триене, числото на Рейнолдс и грапавостта се установява чрез диаграмата на Муди, която позволява да се определи всеки от изброените параметри въз основа на другите два.

По същия начин уравнението на Колбрук - Уайт се използва за изчисляване на коефициента на триене за турбулентен поток. Тази формула позволява да се правят диаграми за определяне на коефициента на триене.

(√ λ) -1 = -2 log (2.51/(Re √ λ) + k/(3.71 d))

където:
k - коефициентът на грапавост на тръбите;
λ - е коефициентът на триене.

Съществуват и други формули, които позволяват да се изчислят приблизително загубите от триене, когато течността протича през тръби под налягане. Едно от най-често използваните уравнения от този тип е уравнението на Дарси-Вайсбах. Той се основава на емпирични данни и се използва предимно в курса за моделиране на системи. Загубите от триене са функция от скоростта на течността и устойчивостта на тръбата към нейното напредване, което се изразява чрез стойността на грапавостта на стените на тръбите.

където:
ΔH - са загубите на налягане;
λ - е коефициентът на триене;
L - дължината на тръбния участък;
d - е диаметърът на тръбата;
v - скоростта на потока;
g - е ускорението на гравитацията.

Загубата на налягане при триене за вода се изчислява по формулата на Хазен-Уилямс.

∆H = 11,23 · L · 1/С 1,85 · Q 1,85/D 4,87

където:
ΔH - са загубите на налягане;
L - дължината на тръбния участък;
С - коефициентът на грапавост на Хазен-Уилямс;
Q - е дебитът;
D - е диаметърът на тръбата.

Налягане

Работното налягане на тръбопровода е максималното свръхналягане, което гарантира работата на тръбопровода в дадения режим. Обикновено решението за размера на тръбопровода и броя на помпените станции зависи от работното налягане на тръбите, капацитета на помпата и дебита. Максималното и минималното налягане на тръбопровода, както и свойствата на изпомпваната среда определят разстоянието между помпените станции и необходимата мощност.

Номиналното налягане PN е номинална стойност, която съответства на максималното налягане на изпомпваната среда при температура 20 ° C, което прави възможно продължителна работа на тръбата с дадени размери.

С увеличаване на температурата капацитетът на тръбата и допустимото свръхналягане намаляват. Стойността на pe, zul показва максималното налягане (свръхналягане) вътре в тръбопроводната система в случай на повишаване на работната температура.