Гідравлічний розрахунок трубопроводів: таблиця, приклад

Труби з'єднують різні апарати хімічних установок. Вони використовуються для переносу речовин між різними комунікаціями. Конструкція включає кілька окремих труб, які з допомогою сполук утворюють єдину трубопровідну систему.

Система трубопроводів

Трубопровід — система компонентів циліндричної форми, з'єднаних з'єднувальними елементами та використовуються для транспортування хімічних речовин та інших матеріалів. Як правило, підземні трубопроводи використовуються на хімічних заводах для перевезення речовин. Що стосується автономних і ізольованих частин установки, вони також відносяться до трубопровідної системи або мережі.



Конфігурація автономної системи трубопроводів може включати:

Труби.

Сполучні фітинги.

Ущільнення, що з'єднує дві знімні секції.

Всі зазначені елементи виготовляються індивідуально, після чого вони з'єднуються як єдина трубопровідна система. Крім того, трубопроводи можуть бути обладнані опаленням та необхідної ізоляцією з різних матеріалів. Розмір труб і матеріалів для їх виготовлення вибирається на основі вимог процесу і відставки, встановлених в кожному окремому випадку. Але для стандартизації розмірів трубопроводів була проведена їх класифікація та уніфікація. Ключовим критерієм є допустимий тиск, при якому робота трубопроводу можлива і безпечна.

Номінальний внутрішній діаметр

Номінальний діаметр — це параметр, який використовується в трубопровідних системах в якості коефіцієнта характеристики, з допомогою якого виконується вирівнювання деталей, таких як труби, клапани, фітинги при гідравлічному розрахунку трубопроводу.


Номінальний діаметр — об'ємна величина, що чисельно дорівнює внутрішньому діаметру конструкції. Приклад номінального внутрішнього діаметра: DN 125.
Номінальний внутрішній діаметр не позначається на кресленнях і не замінює реальні діаметри труб. Він приблизно відповідає чіткому діаметру для певних ділянок трубопроводу при гідравлічному розрахунку. Якщо маються на увазі числові значення номінальних внутрішніх діаметрів, вони вибираються таким чином, щоб збільшити пропускну здатність трубопроводу в межах 40% при переході від одного номінального внутрішнього діаметра до наступного. Розміри номінальних внутрішніх діаметрів встановлюються щоб уникнути проблем із взаємним вирівнювання деталей при розрахунку гідравлічних втрат у трубопроводі. При визначенні номінального діаметра на основі даного значення вибирається показник, максимально наближений до діаметру труби.

Номінальний тиск

Номінальний тиск — це величина, відповідна максимальному тиску середовища при 20 °C, що забезпечує надійну роботу трубопроводу з вказаними розмірами. Номінальний тиск — безрозмірна величина - була відкалібрована на основі накопиченого досвіду експлуатації.
Номінальний тиск для трубопроводу при розрахунку гідравлічних втрат вибирається, виходячи із створеного в ньому тиску при експлуатації шляхом вибору найбільшого значення. Крім того, фітинги та клапани також повинні відповідати одному і тому ж рівню тиску в системі. Товщина стінок труб розраховується на основі номінального тиску і забезпечує можливість роботи труби з величиною тиску, рівної номінальної.

Допустимий робочий надлишковий тиск

Номінальний тиск застосовується тільки при робочій температурі 20 °C. З підвищенням температури навантаження на трубу падає. У той же час, допустимий надлишковий тиск, відповідно, зменшується. Це значення вказує максимальний надлишковий тиск, який може перебувати в трубопровідній системі при підвищенні значення робочої температури при розрахунку гідравлічного опору трубопроводу.

З чого роблять трубопроводи?

При виборі матеріалів для виготовлення трубопровідних систем враховуються характеристики, такі як параметри середовища, підлягає транспортування по трубопроводу, і попереднє робочий тиск в цій системі. Слід також враховувати можливість корозійного впливу внутрішнього середовища на матеріал стінок при гідравлічному розрахунку трубопроводів опалення. Більшість трубопровідних систем виготовляється зі сталі. Сірий чавун або нелеговані конструкції використовуються для виготовлення трубопроводів при відсутності високих механічних навантажень і корозійного впливу. При гідравлічному розрахунку трубопроводів опалення при високому робочому тиску та відсутності навантажень з активним впливом корозії використовується трубопровід з поліпшених сталевих виливків.
Якщо середня корозійна стійкість велика, або строгі вимоги пред'являються до чистоти продукту, трубопровід виконується з нержавіючої сталі. Якщо трубопровідна система повинна протистояти впливу морської води, для його виробництва застосовуються мідно-нікелеві сплави. Також використовуються алюмінієві сплави і метали, такі як тантал або цирконій. Різні типи пластиків часто використовуються в якості трубних матеріалів при гідравлічному розрахунку напірних трубопроводів, що зумовлено його високою стійкістю до корозії, малою масою і простотою обробки. Такий матеріал підходить для трубопроводів стічних вод.

Трубопровідні елементи

Трубопроводи з пластмаси підходять для зварювання і конструюються на місці монтажу. Такі матеріали включають сталь, алюміній, термопластик, мідь. Для підключення прямих секцій труб застосовуються спеціально виготовлені фасонні елементи, наприклад, розгалужувачі і редуктори діаметра. Такі фітинги входять у систему будь-якого трубопроводу. Спеціальні з'єднання використовуються для монтажу окремих деталей і фітингів. Вони також використовуються для підключення до трубопроводу необхідних клапанів і апаратів. З'єднувальні елементи вибираються залежно від наступних параметрів:

Матеріали, використовувані для виробництва труб і фітингів. Основним критерієм відбору є можливість зварювання.

Умови роботи: низький або високий тиск і низька або висока температура.

Вимоги до виробництва для системи трубопроводів: наявність фіксованих або знімних сполук в системі трубопроводів.

Лінійне розширення труб і його компенсація

Геометрична форма об'єктів може бути змінена як силовим дією, так і зміною їх температури. Ці фізичні явища призводять до того, що трубопровід на стадії монтажу в ненаголошених умовах і без температурного впливу піддається деякому лінійному розширенню чи скороченню, негативно впливаючи на його функціональні характеристики, при обслуговуванні з-за тиску і температури. У разі, коли розширення не вимагається для компенсації, відбувається деформація системи трубопроводу. У цьому випадку можуть бути пошкоджені фланцеві ущільнення і з'єднання труб.

Лінійне термічне розширення

При розрахунку гідравлічного опору трубопроводу і монтажі слід враховувати потенційний зміна довжини із-за підвищення температури або так зване лінійне теплове розширення. Ця величина дорівнює значенню лінійного розширення труб довжиною 1 м при підвищенні температури на 1 °C. Приклад гідравлічного розрахунку трубопроводів: Q = (?d2/4)·w

Ізоляція труб

У разі, коли високотемпературна середовище транспортується по трубопроводу, її слід ізолювати, щоб уникнути втрат тепла. Якщо низькотемпературна середовище транспортується по трубопроводу, ізоляція використовується для запобігання її нагрівання. У таких випадках ізоляція виконується з використанням спеціальних ізоляційних матеріалів, обгорнутих навколо труб. Як правило, використовуються наступні матеріали:

При низьких температурах до 100 °C - жорсткий пінопласт (полістирол або поліуретан).

При середніх температурах близько 600 °С - у формі оболонок або мінерального волокна, таких як кам'яна вата або скляний повсть.

При високих температурах близько 1200 °C, керамічне волокно (силікат алюмінію).

Труби з номінальним внутрішнім діаметром нижче DN 80 і товщиною шару ізоляції менше 50 мм ізольовані, як правило, за допомогою ізоляційних формованих елементів. З цією метою дві оболонки обгорнуті навколо труби і закріплені металевою стрічкою, а потім закриті корпусом з олов'яної пластини.

Номограма для гідравлічного розрахунку трубопроводів

Трубопроводи з номінальним внутрішнім діаметром понад DN 80 повинні бути оснащені теплоізоляцією, має нижню оболонку. Така оболонка містить затискні кільця, скоби і металеву облицювання з м'якої сталі оцинкованої або нержавіючої листової сталі. Простір між трубопроводом і металевим корпусом заповнено ізоляційним матеріалом. Товщина ізоляції розраховується як визначення витрат виробництва та втрат, які виникають із-за втрати тепла, і становить від 50 до 250 мм.

Таблиця для гідравлічного розрахунку трубопроводів

Правильний вибір ізоляції трубопровідної системи вирішує численні проблеми, такі як:

Уникнути різкого зниження температури навколишнього середовища і, як наслідок, енергозбереження.

Запобігання падіння температури в системах з транспортування газу нижче точки роси, що виключає утворення конденсату і може призвести до серйозних руйнувань.

Уникнення викидів конденсату в паропроводах.

Приклад:

Матеріал



Швидкість руху, м/с



Рідина



Самоплив:











В'язка субстанція



01 – 05







Маловязкие компоненти



05 – 1



Насос:











Всмоктуючий



08 – 2







Нагнітальний



15 – 3

Теплова ізоляція повинна застосовуватися по всій довжині трубопровідної системи. Фланцеві з'єднання і клапани повинні бути забезпечені високоякісних формованих ізоляційними елементами. Вони забезпечує безперешкодний доступ до точок з'єднань без необхідності видалення ізоляційного матеріалу з усієї системи трубопроводів у випадку, якщо відбувся розрив повітряної герметичності.