Основы расчета трубопроводов

Внутренний (расчетный) диаметр трубопровода при заданном расходе жидкости и скорости ее протекания в трубопроводе определяют по формуле:

где Q — расход жидкости, м^г/ч;

υ— скорость течения продукта в трубопроводе, м/сек;

γ— удельный вес продукта при заданных параметрах, кг/м³(принимается по справочникам).

Скорости движения различных газов и жидкостей, определенные расчетами и подтвержденные многочисленными практическими опытами, принимают следующие:

для воды и маловязких жидкостей (спирт, ацетон, бензин, слабые растворы кислот и щелочей) —от 15 до 30 м/сек;

для сжатого воздуха и насыщенного пара — от 20 до 40 м/сек;

для перегретого пара и газов высокого давления — от 30 до 60 м/сек.

Из вышеприведенной формулы следует, что чем выше скорость течения продукта, тем меньше должно быть проходное сечение трубопровода, а значит тем ниже будут затраты на его сооружение.

При движении продукта по трубопроводу возникает сопротивление от трения его о стенки трубы и различные преграды. Это сопротивление, называемое гидравлическим сопротивлением трубопровода, тем больше, чем выше скорость потока и его плотность. Внутренний диаметр трубопровода может быть определен по заданной потере давления (напора) в трубопроводе по следующей упрощенной формуле:

где ∆p = P₁—Р₂ —допускаемая или заданная потеря давления между начальными и конечными участками трубопровода, кгс/см²;

ξ — коэффициент гидравлического сопротивления для гладких труб, изменяющийся в пределах 0,02—0,04;

L — длина трубопровода, м;

g — ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/сек.

Потерю давления в фасонных частях и арматуре с достаточной практической точностью определяют по потере давления в прямой трубе с соответствующим диаметром условного прохода и эквивалентной (равнозначной) длиной. Эквивалентной длиной называется длина прямой трубы, гидравлическое сопротивление которой равно сопротивлению фасонной части при всех прочих равных условиях. Так, например, сопротивление сварного секционного отвода D_У=150 эквивалентно сопротивлению прямого участка трубы длиной 29 м, сопротивление проходного вентиля D_У=150 равно сопротивлению прямого участка длиной 50 м. При проектировании трубопровода помимо гидравлического расчета, которым определяется диаметр трубы, производится расчет труб на прочность для определения толщины стенки. Толщина стенки трубы зависит от внутреннего или наружного избыточного давления, диаметра трубы и материала, из которого она изготовлена, температуры продукта, коррозийной стойкости и металла трубы. Большинство технологических трубопроводов работает под действием внутреннего давления. Внешнему давлению подвергаются вакуумные трубопроводы и материальные трубопроводы с рубашками для обогрева паром кристаллизирующихся или легко застывающих продуктов.

Рис. 2. Внутрицеховые трубопроводы

Рис. 3. Межцеховые трубопроводы

Толщину стенок стальных труб, работающих под действием внутреннего избыточного давления, определяют расчетом на прочность и прибавкой толщины на износ от коррозии. При этом пользуются формулой:

где S_Р — расчетная толщина стенки, мм;

С — прибавка к расчетной толщине на коррозию, мм

(для среднеагрессивных сред 2—5 мм). Расчетная толщина стенки

где р — внутреннее избыточное давление в трубопроводе,

кгс/см²;

D_H— наружный диаметр трубы, мм;

σ_доп — допускаемое напряжение на разрыв, сгс/мм² (определяется по справочникам в зависимости от марки стали трубы и температуры транспортируемого продукта);

φ — коэффициент прочности шва. Для бесшовных труб φ=1, для электросварных труб φ = 0,6—0,8 в зависимости от вида сварки и типа сварного шва. При изготовлении и монтаже трубопроводов, а также его ремонте нельзя допускать установки отдельных случайных вставок, деталей из неизвестного или непроверенного материала, так как это может вызвать тяжелую аварию.

1. Что такое гидравлическое сопротивление?

2. Как определить расчетный диаметр труб?

3. Как определить толщину стенки стальных труб, работающих под действием внутреннего давления?

4. Как определяется потеря давления в фасонных частях и арматуре при расчете?

Все материалы раздела «Общие сведения» :

● Условия работы трубопроводов

● Условные проходы и давления

● Основы расчета трубопроводов

● Виды, группы и категории трубопроводов