إنتاجية الأنابيب: بسيطة عن المجمع. آلة حاسبة لحساب ضغط المياه في نظام إمدادات المياه

في هذا القسم سوف نطبق قانون حفظ الطاقة على حركة السائل أو الغاز عبر الأنابيب. غالبًا ما تتم مواجهة حركة السائل عبر الأنابيب في التكنولوجيا والحياة اليومية. تقوم أنابيب المياه بتزويد المياه في المدينة إلى المنازل وأماكن الاستهلاك. في السيارات، يتدفق زيت التشحيم ووقود المحركات وما إلى ذلك عبر الأنابيب، وغالبًا ما توجد حركة السائل عبر الأنابيب في الطبيعة. ويكفي أن نقول أن الدورة الدموية للحيوانات والبشر هي تدفق الدم عبر الأنابيب - الأوعية الدموية. وإلى حد ما، يعد تدفق المياه في الأنهار أيضًا نوعًا من تدفق السوائل عبر الأنابيب. قاع النهر هو نوع من الأنابيب لتدفق المياه.

وكما هو معروف فإن السائل الساكن في وعاء، حسب قانون باسكال، ينقل الضغط الخارجي في جميع الاتجاهات وإلى جميع نقاط الحجم دون تغيير. ومع ذلك، عندما يتدفق السائل دون احتكاك عبر أنبوب تبلغ مساحة مقطعه العرضي مناطق مختلفةمختلفة، والضغط ليس هو نفسه على طول الأنبوب. دعونا نكتشف لماذا يعتمد الضغط في السائل المتحرك على مساحة المقطع العرضي للأنبوب. لكن أولاً، دعونا نتعرف على إحدى السمات المهمة لأي تدفق للسوائل.

لنفترض أن السائل يتدفق عبر أنبوب أفقي يختلف مقطعه العرضي باختلاف الأماكن، على سبيل المثال، من خلال أنبوب يظهر جزء منه في الشكل 207.

إذا رسمنا ذهنيًا عدة أقسام على طول أنبوب، تكون مساحاتها متساوية على التوالي، وقمنا بقياس كمية السائل المتدفق عبر كل منها خلال فترة زمنية معينة، فسنجد أن نفس كمية السائل تتدفق عبر كل منها قسم. وهذا يعني أن كل السائل الذي يمر عبر القسم الأول في نفس الوقت يمر عبر القسم الثالث، على الرغم من أن مساحته أصغر بكثير من الأول. إذا لم يكن الأمر كذلك، على سبيل المثال، مررت كمية أقل من السائل عبر قسم بمساحة مع مرور الوقت مقارنةً بقسم ذي مساحة، فيجب أن يتراكم السائل الزائد في مكان ما. لكن السائل يملأ الأنبوب بأكمله، ولا يوجد مكان يتراكم فيه.

كيف يمكن للسائل الذي يتدفق عبر مقطع واسع أن "ينضغط" عبر مقطع ضيق في نفس المقدار من الوقت؟ من الواضح، لكي يحدث هذا، عند مرور أجزاء ضيقة من الأنبوب، يجب أن تكون سرعة الحركة أكبر، وبالضبط عدة مرات تكون مساحة المقطع العرضي أصغر.

في الواقع، دعونا نفكر في قسم معين من عمود متحرك من السائل، والذي يتزامن في اللحظة الأولى من الزمن مع أحد أقسام الأنبوب (الشكل 208). وبمرور الوقت، ستتحرك هذه المنطقة مسافة تساوي حيث سرعة تدفق السوائل. الحجم V للسائل المتدفق عبر مقطع من الأنبوب يساوي ناتج مساحة هذا القسم والطول

حجم التدفقات السائلة لكل وحدة زمنية -

حجم السائل المتدفق لكل وحدة زمنية عبر مقطع عرضي للأنبوب 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 في هذا

في نفس الوقت من خلال أي قسم آخر.

وفي الوقت نفسه، نعتقد أن كتلة معينة من السائل لها دائمًا نفس الحجم، وأنه لا يمكن ضغطها أو تقليل حجمها (يقال إن السائل غير قابل للضغط). ومن المعروف، على سبيل المثال، أنه في الأماكن الضيقة في النهر تكون سرعة تدفق المياه أكبر منها في الأماكن الواسعة. إذا قمنا بالدلالة على سرعة تدفق السوائل في المقاطع حسب المناطق فيمكننا أن نكتب:

يمكن أن نرى من هذا أنه عندما يمر السائل من مقطع من أنبوب بمساحة مقطع عرضي أكبر إلى مقطع بمساحة مقطع عرضي أصغر، تزداد سرعة التدفق، أي يتحرك السائل مع التسارع. وهذا يعني، وفقًا لقانون نيوتن الثاني، أن هناك قوة تؤثر على السائل. أي نوع من القوة هذا؟

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

وهذا يتبع أيضًا قانون الحفاظ على الطاقة. وبالفعل، إذا زادت سرعة حركة السوائل في الأماكن الضيقة في الأنبوب، فإن طاقته الحركية تزداد أيضًا. وبما أننا افترضنا أن السائل يتدفق دون احتكاك، فإن هذه الزيادة الطاقة الحركيةيجب تعويضه بانخفاض في الطاقة الكامنة لأن الطاقة الكلية يجب أن تظل ثابتة. ما هي الطاقة المحتملة التي نتحدث عنها هنا؟ إذا كان الأنبوب أفقيا، فإن طاقة التفاعل المحتملة مع الأرض في جميع أجزاء الأنبوب هي نفسها ولا يمكن أن تتغير. وهذا يعني أن الطاقة الكامنة للتفاعل المرن فقط هي التي تبقى. قوة الضغط التي تجبر السائل على التدفق عبر الأنبوب هي قوة الضغط المرنة للسائل. عندما نقول أن السائل غير قابل للضغط، فإننا نعني فقط أنه لا يمكن ضغطه بدرجة كبيرة بحيث يتغير حجمه بشكل ملحوظ، ولكن الضغط الصغير جدًا، الذي يسبب ظهور القوى المرنة، يحدث حتمًا. هذه القوى تخلق ضغط السوائل. وهذا الضغط للسائل هو الذي يتناقص في الأجزاء الضيقة من الأنبوب، لتعويض الزيادة في السرعة. في المناطق الضيقة من الأنابيب، يجب أن يكون ضغط السائل أقل منه في المناطق الواسعة.

هذا هو القانون الذي اكتشفه الأكاديمي سانت بطرسبرغ دانييل برنولي:

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

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

قد يبدو الأمر غريبًا، عندما "ينضغط" السائل عبر مقاطع ضيقة من الأنبوب، فإن ضغطه لا يزيد، بل يتناقص. والتجربة تؤكد ذلك جيداً.

إذا كان الأنبوب الذي يتدفق من خلاله السائل مزودًا بأنابيب مفتوحة ملحومة به - أجهزة قياس الضغط (الشكل 209)، فسيكون من الممكن مراقبة توزيع الضغط على طول الأنبوب. في المناطق الضيقة من الأنبوب يكون ارتفاع عمود السائل في أنبوب الضغط أقل منه في المناطق الواسعة. وهذا يعني أن الضغط أقل في هذه الأماكن. كلما كان المقطع العرضي للأنبوب أصغر، زادت سرعة التدفق وانخفض الضغط. من الواضح أنه من الممكن اختيار قسم يكون فيه الضغط مساوياً للخارجي الضغط الجوي(سيكون ارتفاع مستوى السائل في مقياس الضغط صفراً). وإذا أخذنا قسمًا أصغر، فسيكون ضغط السائل فيه أقل من الضغط الجوي.

يمكن استخدام تدفق السوائل هذا لضخ الهواء. تعمل ما يسمى بمضخة المياه النفاثة على هذا المبدأ. يوضح الشكل 210 رسمًا تخطيطيًا لهذه المضخة. يُمرَّر تيار من الماء عبر الأنبوب A، مع وجود فتحة ضيقة في نهايته. يكون ضغط الماء عند فتحة الأنبوب أقل من الضغط الجوي. لهذا

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

وكل ما قيل عن حركة السائل عبر الأنابيب ينطبق أيضًا على حركة الغاز. إذا لم تكن سرعة تدفق الغاز عالية جدًا ولم يتم ضغط الغاز بدرجة كبيرة بحيث يتغير حجمه، بالإضافة إلى ذلك، إذا تم إهمال الاحتكاك، فإن قانون برنولي ينطبق أيضًا على تدفقات الغاز. في الأجزاء الضيقة من الأنابيب، حيث يتحرك الغاز بشكل أسرع، يكون ضغطه أقل منه في الأجزاء الواسعة وقد يصبح أقل من الضغط الجوي. وفي بعض الحالات، لا يتطلب الأمر حتى الأنابيب.

يمكنك القيام بتجربة بسيطة. إذا نفخت على ورقة على طول سطحها، كما هو موضح في الشكل 211، فسوف ترى أن الورقة ستبدأ في الارتفاع. يحدث هذا بسبب انخفاض الضغط في تيار الهواء فوق الورقة.

وتحدث نفس الظاهرة عندما تطير الطائرة. يتدفق تدفق معاكس للهواء على السطح العلوي المحدب لجناح الطائرة الطائرة، ونتيجة لذلك يحدث انخفاض في الضغط. الضغط فوق الجناح أقل من الضغط تحت الجناح. وهذا هو سبب رفع الجناح .

التمرين 62

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

2. قياس كمية المياه المتدفقة من صنبور الماء خلال فترة زمنية معينة، وتحديد سرعة تدفق المياه عن طريق قياس قطر الأنبوب الموجود أمام الصنبور.

3. ما هو قطر خط الأنابيب الذي يجب أن تتدفق المياه من خلاله في الساعة؟ سرعة تدفق المياه المسموح بها هي 2.5 م/ثانية.

طريقة حساب جدول شيفيليف الهيدروليكية النظرية SNiP 2.04.02-84

البيانات الأولية

مادة الأنابيب:فولاذ جديد بدون طبقة واقية داخلية أو مع طبقة واقية من البيتومين حديد زهر جديد بدون طبقة واقية داخلية أو مع طبقة واقية من البيتومين الفولاذ غير الجديد والحديد الزهر بدون طبقة واقية داخلية أو مع طبقة واقية من البيتومين الأسمنت الأسبستي خرسانة مسلحة الخرسانة المسلحة بالطرد المركزي من الفولاذ والحديد الزهر مع الأجزاء الداخلية. طلاء من البلاستيك أو الأسمنت البوليمر يتم تطبيقه بواسطة الطرد المركزي الفولاذ والحديد الزهر، مع طلاء داخلي من الرمل الأسمنتي يتم تطبيقه عن طريق رش الفولاذ والحديد الزهر، مع طلاء داخلي من الرمل الأسمنتي يتم تطبيقه عن طريق الطرد المركزي من مواد البوليمر(زجاج بلاستيكي

التدفق المقدر

لتر/ثانية م3/ساعة

القطر الخارجي مم

سمك الحائط مم

طول الأنابيب م

متوسط ​​درجة حرارة الماء درجة مئوية

مكافئ. خشونة داخلية أسطح الأنابيب:صدأ بشدة أو مع رواسب كبيرة. الصلب أو الحديد الزهر. الصلب المجلفن القديم الصدئ. بعد عدة سنوات الصلب بعد عدة سنوات حديد الزهر جديد الصلب المجلفن الجديد الصلب الملحوم الجديد الصلب غير الملحومة الجديد المسحوب من النحاس والرصاص والنحاس الزجاج

مجموع المقاومة المحلية

عملية حسابية

اعتماد فقدان الضغط على قطر الأنبوب

HTML5 لا يعمل في متصفحك
عند حساب نظام إمدادات المياه أو التدفئة، تواجه مهمة اختيار قطر خط الأنابيب. لحل هذه المشكلة، تحتاج إلى إجراء حساب هيدروليكي لنظامك، وأكثر من ذلك حل بسيط- يمكنك استخدام الحساب الهيدروليكيمتصل، وهو ما سنفعله الآن.
إجراءات 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. اضبط تدفق المياه المقدر في خط الأنابيب
4. اضبط القطر الخارجيوسمك جدار خط الأنابيب
5. اضبط طول الأنبوب
6. اضبط معدل الحرارةماء
ستكون نتيجة الحساب هي الرسم البياني وقيم الحساب الهيدروليكي الواردة أدناه.
يتكون الرسم البياني من قيمتين (1 – فقدان ضغط الماء، 2 – سرعة الماء). سيتم كتابة القيم المثالية لقطر الأنبوب باللون الأخضر أسفل الرسم البياني.

أولئك. يجب عليك ضبط القطر بحيث تكون النقطة الموجودة على الرسم البياني أعلى بشكل صارم من قيمك الخضراء لقطر خط الأنابيب، لأنه فقط مع هذه القيم ستكون سرعة الماء وفقدان الضغط هو الأمثل.

يظهر فقدان الضغط في خط الأنابيب فقدان الضغط في قسم معين من خط الأنابيب. كلما زادت الخسائر، كلما زاد العمل الذي يتعين القيام به لتوصيل المياه إلى المكان الصحيح.
توضح خاصية المقاومة الهيدروليكية مدى فعالية اختيار قطر الأنبوب اعتمادًا على فقدان الضغط.
كمرجع:
- إذا كنت بحاجة إلى معرفة سرعة السائل/الهواء/الغاز في خط أنابيب من أقسام مختلفة، فاستخدمه

لماذا هناك حاجة لمثل هذه الحسابات؟

عند وضع خطة لبناء كوخ كبير مع عدة حمامات، فندق خاصالمنظمات نظام النار، من المهم جدًا الحصول على معلومات دقيقة إلى حد ما حول إمكانيات النقل للأنبوب الموجود، مع مراعاة قطره وضغطه في النظام. الأمر كله يتعلق بتقلبات الضغط أثناء ذروة استهلاك المياه: مثل هذه الظواهر تؤثر بشكل خطير على جودة الخدمات المقدمة.

بالإضافة إلى ذلك، إذا لم تكن إمدادات المياه مجهزة بعدادات المياه، فعند الدفع مقابل خدمات المرافق، ما يسمى. "نفاذية الأنبوب". في هذه الحالة، فإن مسألة التعريفات المطبقة في هذه الحالة تنشأ بشكل منطقي تماما.

من المهم أن نفهم أن الخيار الثاني لا ينطبق على المباني الخاصة (الشقق والبيوت)، حيث يتم أخذها في الاعتبار عند حساب الدفع في حالة عدم وجود عدادات المعايير الصحية: عادة ما يصل إلى 360 لترًا في اليوم للشخص الواحد.

ما الذي يحدد نفاذية الأنبوب؟

ما الذي يحدد تدفق الماء في الأنبوب؟ قسم مستدير؟ يبدو أن العثور على الإجابة لن يكون أمرًا صعبًا: فكلما زاد حجم المقطع العرضي للأنبوب، زادت كمية المياه التي يمكن أن يمر بها في وقت معين. وفي الوقت نفسه، يتم تذكر الضغط أيضًا، لأنه كلما ارتفع عمود الماء، زادت سرعة دفع الماء داخل الاتصال. ومع ذلك، تبين الممارسة أن هذه ليست كل العوامل التي تؤثر على استهلاك المياه.

وبالإضافة إلى ذلك، يجب أيضًا مراعاة النقاط التالية:

1. طول الأنابيب. ومع زيادة طوله، تحتك المياه بجدرانه بقوة أكبر، مما يؤدي إلى تباطؤ التدفق. في الواقع، في بداية النظام، يتأثر الماء فقط بالضغط، ولكن من المهم أيضًا مدى سرعة وصول الأجزاء التالية إلى الاتصال. غالبًا ما يصل الكبح داخل الأنبوب إلى قيم كبيرة.
2. استهلاك المياه يعتمد على القطرفي أكثر من ذلك بكثير درجة معقدةمما يبدو للوهلة الأولى. عندما يكون قطر الأنبوب صغيرًا، فإن الجدران تقاوم تدفق الماء بدرجة أكبر من الأنظمة الأكثر سمكًا. ونتيجة لذلك، مع انخفاض قطر الأنبوب، تقل فائدته من حيث نسبة سرعة تدفق المياه إلى المساحة الداخلية على مقطع بطول ثابت. وببساطة، ينقل خط الأنابيب السميك المياه بشكل أسرع بكثير من خط الأنابيب الرقيق.
3. مادة الصنع. آخر نقطة مهمةمما يؤثر بشكل مباشر على سرعة حركة الماء عبر الأنبوب. على سبيل المثال، يعزز البروبيلين الأملس انزلاق الماء إلى حد أكبر بكثير من الجدران الفولاذية الخشنة.
4. مدة الخدمة. بمرور الوقت، تصاب أنابيب المياه الفولاذية بالصدأ. بالإضافة إلى ذلك، من المعتاد بالنسبة للصلب، مثل الحديد الزهر، أن تتراكم رواسب الجير تدريجيًا. مقاومة تدفق المياه للأنابيب ذات الرواسب أعلى بكثير من مقاومة الأنابيب الجديدة منتجات الصلب: يصل هذا الفارق في بعض الأحيان إلى 200 مرة. بالإضافة إلى ذلك، يؤدي النمو الزائد للأنبوب إلى انخفاض قطره: حتى لو لم نأخذ في الاعتبار الاحتكاك المتزايد، تنخفض نفاذيته بشكل واضح. ومن المهم أيضا أن نلاحظ أن المنتجات المصنوعة من البلاستيك والبلاستيك المعدني لا تواجه مثل هذه المشاكل: حتى بعد عقود من الاستخدام المكثف، يظل مستوى مقاومتها لتدفقات المياه عند المستوى الأصلي.
5. توافر المنعطفات والتجهيزات والمحولات والصماماتيساهم في تثبيط إضافي لتدفقات المياه.

يجب أن تؤخذ جميع العوامل المذكورة أعلاه في الاعتبار، لأننا لا نتحدث عن بعض الأخطاء الصغيرة، ولكن عن اختلاف خطير عدة مرات. في الختام، يمكننا القول أن التحديد البسيط لقطر الأنبوب بناءً على تدفق المياه أمر غير ممكن.

قدرة جديدة لحساب استهلاك المياه

إذا تم استخدام الماء من خلال الصنبور، فإنه يبسط المهمة إلى حد كبير. الشيء الرئيسي في هذه الحالة هو أن حجم فتحة تدفق المياه أصغر بكثير من قطر أنبوب الماء. في هذه الحالة، يمكن تطبيق صيغة حساب الماء على المقطع العرضي لأنبوب Torricelli v^2=2gh، حيث v هي سرعة التدفق عبر ثقب صغير، وg هو تسارع السقوط الحر، وh هو ارتفاع عمود الماء فوق الصنبور (ثقب به مقطع عرضي s، لكل وحدة زمنية يمر حجم الماء s*v). من المهم أن نتذكر أن مصطلح "القسم" لا يستخدم للإشارة إلى القطر، بل مساحته. لحسابها، استخدم الصيغة pi*r^2.

إذا كان ارتفاع عمود الماء 10 أمتار وكان قطر الحفرة 0.01 متر، فإن تدفق الماء عبر الأنبوب عند ضغط جوي واحد يتم حسابه على النحو التالي: v^2=2*9.78*10=195.6. بعد الاستخراج الجذر التربيعييخرج v=13.98570698963767. وبعد التقريب للحصول على رقم سرعة أبسط، تكون النتيجة 14 م/ث. يتم حساب المقطع العرضي لحفرة يبلغ قطرها 0.01 م على النحو التالي: 3.14159265*0.01^2=0.000314159265 م2. في النهاية اتضح ذلك الحد الأقصى للتدفقيتوافق الماء عبر الأنبوب مع 0.000314159265*14=0.00439822971 م3/ثانية (أقل قليلاً من 4.5 لتر من الماء/ثانية). كما ترون، في هذه الحالة، حساب المياه عبر المقطع العرضي للأنبوب بسيط للغاية. هناك أيضًا جداول خاصة متاحة مجانًا تشير إلى استهلاك المياه لمنتجات السباكة الأكثر شيوعًا الحد الأدنى للقيمةقطر انبوب الماء.

كما يمكنك أن تفهم بالفعل، عالمي طريقة بسيطةلا توجد طريقة لحساب قطر خط الأنابيب اعتمادا على تدفق المياه. ومع ذلك، لا يزال بإمكانك استخلاص مؤشرات معينة لنفسك. هذا صحيح بشكل خاص إذا كان النظام مصنوعًا من البلاستيك أو الأنابيب المعدنية والبلاستيكيةويتم استهلاك المياه عن طريق الصنابير ذات المقطع العرضي الصغير. في بعض الحالات، تنطبق طريقة الحساب هذه على الأنظمة الفولاذية، لكننا نتحدث في المقام الأول عن خطوط أنابيب المياه الجديدة التي لم تصبح بعد مغطاة بالرواسب الداخلية على الجدران.

حساب خسائر ضغط المياه في خط الأنابيبمن السهل جدًا تنفيذه، ثم سننظر في خيارات الحساب بالتفصيل.

لحسابات خطوط الأنابيب الهيدروليكية، يمكنك استخدام حاسبة حساب خطوط الأنابيب الهيدروليكية.

هل أنت محظوظ بما يكفي لحفر بئر بجوار منزلك؟ مدهش! الآن يمكنك إعالة نفسك ومنزلك أو كوخك ماء نظيفوالتي لن تعتمد على إمدادات المياه المركزية. وهذا يعني عدم انقطاع المياه بشكل موسمي وعدم الجري بالدلاء والأحواض. كل ما تحتاجه هو تركيب المضخة، وقد انتهيت! في هذه المقالة سوف نساعدك حساب فقدان ضغط الماء في خط الأنابيبومع هذه البيانات يمكنك شراء مضخة بأمان والاستمتاع أخيرًا بالمياه من البئر.

من دروس المدرسةيفهم الفيزيائيون أن الماء المتدفق عبر الأنابيب يواجه مقاومة في أي حال. ويعتمد حجم هذه المقاومة على سرعة التدفق وقطر الأنبوب ونعومة سطحه الداخلي. كلما انخفض معدل التدفق وانخفاض المقاومة قطر أكبرونعومة الأنبوب. نعومة الأنابيبيعتمد على المادة التي صنعت منها. أنابيب البوليمر أكثر سلاسة من أنابيب الصلب، كما أنها لا تصدأ، والأهم من ذلك أنها أرخص من المواد الأخرى، دون المساس بالجودة. سيواجه الماء مقاومة تتحرك حتى عبر أنبوب أفقي تمامًا. ومع ذلك، كلما زاد طول الأنبوب نفسه، قل فقدان الضغط. حسنًا، فلنبدأ بالحساب.

فقدان الضغط على المقاطع المستقيمة من الأنابيب.

لحساب خسائر ضغط الماء على المقاطع المستقيمة من الأنابيب، استخدم الجدول الجاهز الموضح أدناه. القيم الموجودة في هذا الجدول مخصصة للأنابيب المصنوعة من مادة البولي بروبيلين والبولي إيثيلين وغيرها من الكلمات التي تبدأ بـ "بولي" (البوليمرات). إذا كنت ستقوم بتركيب أنابيب فولاذية، فأنت بحاجة إلى مضاعفة القيم الواردة في الجدول بعامل 1.5.

يتم تقديم البيانات لكل 100 متر من خطوط الأنابيب، ويتم الإشارة إلى الخسائر بالأمتار من عمود الماء.

القطر الداخلي للأنبوب، مم

كيفية استخدام الجدول: على سبيل المثال، في إمدادات المياه الأفقية التي يبلغ قطر الأنبوب 50 مم ومعدل التدفق 7 م 3 / ساعة، ستكون الخسائر 2.1 متر من عمود الماء لأنبوب البوليمر و 3.15 (2.1 * 1.5) للصلب يضخ. كما ترون، كل شيء بسيط جدا وواضح.

خسائر الضغط بسبب المقاومة المحلية.

لسوء الحظ، الأنابيب مستقيمة تمامًا فقط في القصص الخيالية. في الحياة الواقعية، هناك دائمًا العديد من الانحناءات والمخمدات والصمامات التي لا يمكن تجاهلها عند حساب خسائر ضغط المياه في خط الأنابيب. يوضح الجدول قيم فقدان الضغط في المقاومات المحلية الأكثر شيوعًا: كوع 90 درجة، وكوع مدور، وصمام.

يشار إلى الخسائر بالسنتيمتر من الماء لكل وحدة مقاومة محلية.

لتحديد الخامس - معدل المد و الجزرمن الضروري تقسيم Q - تدفق المياه (بالمتر 3 / ثانية) على S - مساحة المقطع العرضي (بالمتر 2).

أولئك. بقطر أنبوب 50 مم (π * R 2 = 3.14 * (50/2) 2 = 1962.5 مم 2 ؛ S = 1962.5/1,000,000 = 0.0019625 م 2) وتدفق مياه 7 م 3 / ساعة (Q=7) /3600=0.00194 م3/ث) معدل التدفق

وكما يتبين من البيانات المذكورة أعلاه، فقدان الضغط عند المقاومة المحليةتافهة تماما. لا تزال الخسائر الرئيسية تحدث في المقاطع الأفقية من الأنابيب، لذا لتقليلها، يجب عليك التفكير بعناية في اختيار مادة الأنابيب وقطرها. دعونا نذكرك أنه من أجل تقليل الخسائر، يجب عليك اختيار الأنابيب المصنوعة من البوليمرات بأقصى قطر ونعومة للسطح الداخلي للأنبوب نفسه.

حساب واختيار خطوط الأنابيب. القطر الأمثل لخط الأنابيب

خطوط أنابيب للنقل سوائل مختلفةهي جزء لا يتجزأ من الوحدات والمنشآت التي تتعلق بها عمليات العمل مناطق مختلفةالتطبيقات. عند اختيار الأنابيب وتكوين الأنابيب أهمية عظيمةلديه تكلفة كل من الأنابيب نفسها و تجهيزات خطوط الأنابيب. يتم تحديد التكلفة النهائية لضخ الوسيط عبر خط الأنابيب إلى حد كبير من خلال أبعاد الأنابيب (القطر والطول). يتم حساب هذه الكميات باستخدام صيغ تم تطويرها خصيصًا لهذا الغرض أنواع معينةعملية.

الأنبوب عبارة عن أسطوانة مجوفة مصنوعة من المعدن أو الخشب أو أي مادة أخرى تستخدم لنقل الوسائط السائلة والغازية والحبيبية. الوسيط المنقول يمكن أن يكون الماء، غاز طبيعيوالبخار والمنتجات البترولية وغيرها. يتم استخدام الأنابيب في كل مكان، من مختلف الصناعات إلى الاستخدام المنزلي.

لتصنيع الأنابيب أكثر مواد مختلفة، مثل الفولاذ والحديد الزهر والنحاس والأسمنت والبلاستيك مثل بلاستيك ABS، وكلوريد البوليفينيل، وكلوريد البوليفينيل المكلور، والبوليبوتين، والبولي إيثيلين، إلخ.

مؤشرات الأبعاد الرئيسية للأنبوب هي قطره (الخارجي، الداخلي، إلخ) وسمك الجدار، والذي يتم قياسه بالملليمتر أو البوصة. يتم أيضًا استخدام قيمة مثل القطر الاسمي أو التجويف الاسمي - القيمة الاسمية للقطر الداخلي للأنبوب، ويتم قياسها أيضًا بالملليمتر (يُشار إليه بـ DN) أو البوصة (يُشار إليه بـ DN). يتم توحيد قيم الأقطار الاسمية وهي المعيار الرئيسي عند اختيار الأنابيب وتركيبات التوصيل.

المراسلات قيم القطر الاسمي بالملم والبوصة:

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

• تحتوي الدائرة على حد أدنى لنسبة المحيط إلى المساحة، وعندما يتم تطبيقها على الأنبوب، فهذا يعني أنها متساوية عرض النطاقاستهلاك مواد الأنابيب شكل دائريسيكون الحد الأدنى مقارنة بالأنابيب ذات الأشكال الأخرى. وهذا يعني أيضًا الحد الأدنى من التكاليف الممكنة للعزل و أغطية واقية;
• يعتبر المقطع العرضي الدائري أكثر فائدة لتحريك وسط سائل أو غازي من وجهة نظر هيدروديناميكية. وأيضًا، نظرًا للحد الأدنى من المساحة الداخلية الممكنة للأنبوب لكل وحدة طوله، يتم تقليل الاحتكاك بين الوسط المتحرك والأنبوب.
• الشكل الدائري هو الأكثر مقاومة للضغوط الداخلية والخارجية.
• عملية صنع الأنابيب المستديرة بسيطة للغاية وسهلة التنفيذ.

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

من المستحيل تخيل أي صناعة بدون شبكة خطوط أنابيب. يتضمن حساب أي شبكة من هذا القبيل اختيار مادة الأنابيب، ووضع المواصفات التي تسرد البيانات حول سمك الأنابيب وحجمها ومسارها وما إلى ذلك. تمر المواد الخام والمنتجات الوسيطة و/أو المنتجات النهائية بمراحل الإنتاج من خلال الانتقال بين الأجهزة والمنشآت المختلفة، والتي ترتبط ببعضها بواسطة الأنابيب والوصلات. يعد الحساب الصحيح واختيار وتركيب نظام خطوط الأنابيب ضروريًا للتنفيذ الموثوق للعملية بأكملها، وضمان الضخ الآمن للوسائط، وكذلك لإغلاق النظام ومنع تسرب المادة التي يتم ضخها إلى الغلاف الجوي.

لا توجد صيغة أو قواعد واحدة يمكن استخدامها لتحديد خط أنابيب لأي منها تطبيق ممكنوبيئة العمل. يوجد في كل تطبيق فردي لخطوط الأنابيب عدد من العوامل التي تتطلب النظر فيها ويمكن أن يكون لها تأثير كبير على متطلبات خط الأنابيب. لذلك، على سبيل المثال، عند العمل مع الحمأة، خط الأنابيب حجم كبيرلن يؤدي ذلك إلى زيادة تكلفة التثبيت فحسب، بل سيخلق أيضًا 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 وتجهيزات الأنابيب، ولكن زيادة السرعة ستؤدي إلى زيادة الخسائر، الأمر الذي سيؤدي إلى الحاجة إلى إنفاق طاقة إضافية على ضخ الوسيط. تعتمد حدود السرعة الثابتة لمختلف التطبيقات على ظروف التصميم الأمثل. يتم حساب حجم خطوط الأنابيب باستخدام هذه المعايير مع الأخذ بعين الاعتبار مجالات التطبيق.

تصميم خطوط الأنابيب

عند تصميم خطوط الأنابيب، يتم أخذ معايير التصميم الأساسية التالية كأساس:

• الأداء المطلوب
• نقاط الدخول والخروج من خط الأنابيب؛
• تكوين الوسط، بما في ذلك اللزوجة والثقل النوعي؛
• الظروف الطبوغرافية لطريق خط الأنابيب؛
• الحد الأقصى لضغط التشغيل المسموح به؛
• الحساب الهيدروليكي
• قطر خط الأنابيب، سمك الجدار، قوة خضوع الشد لمواد الجدار؛
• كمية محطات الضخوالمسافة بينهم وبين استهلاك الطاقة.

موثوقية خطوط الأنابيب

يتم ضمان الموثوقية في تصميم خطوط الأنابيب من خلال الالتزام بمعايير التصميم المناسبة. كما أن تدريب الموظفين هو عامل رئيسي في ضمان ذلك طويل الأمدخدمة خطوط الأنابيب وضيقها وموثوقيتها. يمكن إجراء المراقبة المستمرة أو الدورية لتشغيل خطوط الأنابيب عن طريق أنظمة المراقبة والمحاسبة والتحكم والتنظيم والأتمتة وأجهزة مراقبة الإنتاج الشخصي وأجهزة السلامة.

طلاء خط أنابيب إضافي

يتم تطبيق طلاء مقاوم للتآكل على السطح الخارجي لمعظم الأنابيب لمنع التأثيرات الضارة للتآكل بيئة خارجية. في حالة ضخ الوسائط المسببة للتآكل، يمكن أيضًا وضع طبقة واقية عليها السطح الداخليأنابيب قبل وضعها في الخدمة، يتم فحص جميع الأنابيب الجديدة المخصصة لنقل السوائل الخطرة بحثًا عن العيوب والتسريبات.

المبادئ الأساسية لحساب التدفق في خط الأنابيب

يمكن أن تختلف طبيعة تدفق الوسط في خط الأنابيب وعند التدفق حول العوائق بشكل كبير من سائل إلى سائل. أحد المؤشرات المهمة هو لزوجة الوسط، والتي تتميز بمعلمة مثل معامل اللزوجة. أجرى المهندس الفيزيائي الأيرلندي أوزبورن رينولدز سلسلة من التجارب في عام 1880، بناءً على نتائجها تمكن من استخلاص كمية بلا أبعاد تميز طبيعة تدفق السائل اللزج، تسمى معيار رينولدز ويشار إليها بـ Re.

الخامس - سرعة التدفق.

L هو الطول المميز لعنصر التدفق؛

μ - معامل اللزوجة الديناميكية.

أي أن معيار رينولدز يميز نسبة قوى القصور الذاتي إلى قوى الاحتكاك اللزج في تدفق السوائل. ويعكس التغير في قيمة هذا المعيار تغيرا في نسبة هذه الأنواع من القوى، والذي بدوره يؤثر على طبيعة تدفق السوائل. وفي هذا الصدد، من المعتاد التمييز بين ثلاثة أوضاع للتدفق اعتمادًا على قيمة معيار رينولدز. في إعادة<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، تمت ملاحظة نظام مستقر بالفعل، ويتميز بتغيير عشوائي في سرعة واتجاه التدفق عند كل نقطة على حدة، والذي يساوي في المجموع معدلات التدفق في جميع أنحاء الحجم بأكمله. ويسمى هذا النظام المضطرب. يعتمد رقم رينولدز على الضغط الذي تحدده المضخة، ولزوجة الوسط عند درجة حرارة التشغيل، وكذلك حجم وشكل المقطع العرضي للأنبوب الذي يمر من خلاله التدفق.

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

حساب خطوط الأنابيب. حساب قطر خط الأنابيب

إذا لم يكن خط الأنابيب معزولاً حرارياً، أي أن التبادل الحراري ممكن بين السائل الذي يتم نقله والبيئة، فإن طبيعة التدفق فيه يمكن أن تتغير حتى بسرعة ثابتة (التدفق). يكون هذا ممكنًا إذا كانت درجة حرارة الوسط الذي يتم ضخه عند المدخل عالية بدرجة كافية ويتدفق في الوضع المضطرب. على طول الأنبوب، ستنخفض درجة حرارة الوسط المنقول بسبب فقدان الحرارة إلى البيئة، مما قد يؤدي إلى تغيير في نظام التدفق إلى الصفحي أو الانتقالي. تسمى درجة الحرارة التي يحدث عندها تغيير النظام درجة الحرارة الحرجة. تعتمد قيمة لزوجة السائل بشكل مباشر على درجة الحرارة، لذلك، في مثل هذه الحالات، يتم استخدام معلمة مثل اللزوجة الحرجة، المقابلة لنقطة تغيير نظام التدفق عند القيمة الحرجة لمعيار رينولدز:

ν cr – اللزوجة الحركية الحرجة؛

Re cr – القيمة الحرجة لمعيار رينولدز؛

د – قطر الأنبوب

الخامس – سرعة التدفق.

عامل مهم آخر هو الاحتكاك الذي يحدث بين جدران الأنابيب والتدفق المتحرك. في هذه الحالة، يعتمد معامل الاحتكاك إلى حد كبير على خشونة جدران الأنابيب. يتم تحديد العلاقة بين معامل الاحتكاك ومعيار رينولدز والخشونة من خلال مخطط مودي، والذي يسمح بتحديد أحد المعلمات بمعرفة الاثنين الآخرين.

تُستخدم صيغة كولبروك-وايت أيضًا لحساب معامل الاحتكاك للجريان المضطرب. وبناءً على هذه الصيغة، من الممكن إنشاء رسوم بيانية يتم من خلالها تحديد معامل الاحتكاك.

ك – معامل خشونة الأنابيب.

هناك أيضًا صيغ أخرى للحساب التقريبي لفقد الاحتكاك أثناء تدفق ضغط السائل في الأنابيب. إحدى المعادلات الأكثر استخدامًا في هذه الحالة هي معادلة دارسي-وايسباخ. يعتمد على بيانات تجريبية ويستخدم بشكل أساسي في نمذجة النظام. خسائر الاحتكاك هي دالة لسرعة الموائع ومقاومة الأنابيب لحركة الموائع، ويتم التعبير عنها من خلال قيمة خشونة جدار خط الأنابيب.

L - طول قسم الأنابيب؛

د – قطر الأنبوب

الخامس – سرعة التدفق.

يتم حساب فقدان الضغط الناتج عن الاحتكاك بالماء باستخدام صيغة هازن ويليامز.

L - طول قسم الأنابيب؛

ج – معامل خشونة هايزن-وليامز؛

د – قطر الأنبوب .

إن ضغط التشغيل لخط الأنابيب هو أعلى ضغط زائد يضمن وضع التشغيل المحدد لخط الأنابيب. عادةً ما يتم اتخاذ القرار بشأن حجم خط الأنابيب وعدد محطات الضخ بناءً على ضغط تشغيل الأنابيب وقدرة المضخة والتكاليف. يحدد الحد الأقصى والأدنى لضغط خط الأنابيب، وكذلك خصائص وسط العمل، المسافة بين محطات الضخ والطاقة المطلوبة.

الضغط الاسمي PN هو قيمة اسمية تقابل الحد الأقصى للضغط لوسط العمل عند 20 درجة مئوية، حيث يكون من الممكن تشغيل خط أنابيب بالأبعاد المحددة على المدى الطويل.

مع زيادة درجة الحرارة، تنخفض سعة حمل الأنبوب، وكذلك الضغط الزائد المسموح به نتيجة لذلك. تُظهر قيمة pe,zul الحد الأقصى للضغط (gp) في نظام الأنابيب مع زيادة درجة حرارة التشغيل.

مخطط الضغط الزائد المسموح به:

حساب انخفاض الضغط في خط الأنابيب

يتم حساب انخفاض الضغط في خط الأنابيب باستخدام الصيغة:

Δp - انخفاض الضغط عبر قسم الأنابيب؛

L - طول قسم الأنابيب؛

د – قطر الأنبوب

ρ – كثافة الوسط الذي يتم ضخه؛

الخامس – سرعة التدفق.

وسائل العمل المنقولة

في أغلب الأحيان، يتم استخدام الأنابيب لنقل المياه، ولكن يمكن استخدامها أيضًا لنقل الحمأة والمعلقات والبخار وما إلى ذلك. في صناعة النفط، تُستخدم خطوط الأنابيب لنقل مجموعة واسعة من الهيدروكربونات ومخاليطها، والتي تختلف بشكل كبير في الخواص الكيميائية والفيزيائية. يمكن نقل النفط الخام لمسافات أكبر من الحقول البرية أو منصات النفط البحرية إلى المحطات والنقاط الوسيطة والمصافي.

تنقل خطوط الأنابيب أيضًا:

• المنتجات البترولية مثل البنزين ووقود الطائرات والكيروسين ووقود الديزل وزيت الوقود وما إلى ذلك؛
• المواد الخام البتروكيماوية: البنزين، الستايرين، البروبيلين، وما إلى ذلك؛
• الهيدروكربونات العطرية: الزيلين، التولوين، الكومين، وما إلى ذلك؛
• الوقود البترولي المسال مثل الغاز الطبيعي المسال، وغاز البترول المسال، والبروبان (غازات عند درجة حرارة وضغط قياسيين ولكنها مسالة باستخدام الضغط)؛
• ثاني أكسيد الكربون والأمونيا السائلة (التي تنقل كسوائل تحت الضغط)؛
• يعتبر البيتومين والوقود اللزج شديد اللزوجة بحيث لا يمكن نقلهما عبر خطوط الأنابيب، لذلك يتم استخدام أجزاء نواتج التقطير من النفط لتخفيف هذه المواد الخام والحصول على خليط يمكن نقله عبر خطوط الأنابيب؛
• الهيدروجين (مسافات قصيرة).

جودة الوسط المنقول

تحدد الخصائص الفيزيائية والمعلمات للوسائط المنقولة إلى حد كبير معلمات التصميم والتشغيل لخط الأنابيب. تعد الجاذبية النوعية والانضغاط ودرجة الحرارة واللزوجة ونقطة الصب وضغط البخار من المعالم الرئيسية لبيئة العمل التي يجب أخذها بعين الاعتبار.

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، يمكن حتى تسييل بعض الغازات. ولذلك، فإن درجة ضغط الوسط هي معلمة حاسمة لتصميم خطوط الأنابيب وتحديد الإنتاجية.

درجة الحرارة لها تأثير غير مباشر ومباشر على أداء خطوط الأنابيب. ويتم التعبير عن ذلك في حقيقة أن حجم السائل يزداد بعد زيادة درجة الحرارة، بشرط أن يظل الضغط ثابتًا. يمكن أن يكون لدرجات الحرارة المنخفضة أيضًا تأثير على الأداء وكفاءة النظام بشكل عام. عادة، عندما تنخفض درجة حرارة السائل، يكون ذلك مصحوبًا بزيادة في لزوجته، مما يخلق مقاومة احتكاك إضافية على الجدار الداخلي للأنبوب، مما يتطلب المزيد من الطاقة لضخ نفس الكمية من السائل. الوسائط اللزجة للغاية حساسة للتغيرات في درجات حرارة التشغيل. اللزوجة هي مقاومة الوسط للتدفق وتقاس بالسنتستوكس cSt. لا تحدد اللزوجة اختيار المضخة فحسب، بل تحدد أيضًا المسافة بين محطات الضخ.

بمجرد انخفاض درجة حرارة السائل إلى ما دون نقطة الصب، يصبح تشغيل خط الأنابيب مستحيلاً ويتم اتخاذ عدة خيارات لاستعادة تشغيله:

• تسخين الوسط أو الأنابيب العازلة للحفاظ على درجة حرارة تشغيل الوسط أعلى من نقطة مائعه؛
• التغيير في التركيب الكيميائي للوسط قبل دخول خط الأنابيب؛
• تخفيف الوسط المنقول بالماء.

أنواع الأنابيب الرئيسية

تصنع الأنابيب الرئيسية ملحومة أو غير ملحومة. يتم إنتاج الأنابيب الفولاذية غير الملحومة بدون لحامات طولية في المقاطع الفولاذية التي يتم معالجتها بالحرارة لتحقيق الحجم والخصائص المطلوبة. يتم إنتاج الأنابيب الملحومة باستخدام عمليات التصنيع المتعددة. ويختلف 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 طول من الأنابيب معًا لتشكيل خط أنابيب. أيضًا في خطوط الأنابيب الرئيسية، اعتمادًا على التطبيق، يتم استخدام الأنابيب المصنوعة من الألياف الزجاجية والبلاستيك المتنوع والأسمنت الأسبستي وما إلى ذلك.

لتوصيل أقسام الأنابيب المستقيمة، وكذلك للانتقال بين أقسام خطوط الأنابيب بأقطار مختلفة، يتم استخدام عناصر التوصيل المصنعة خصيصًا (المرفقين والانحناءات والصمامات).

يتم استخدام وصلات خاصة لتثبيت الأجزاء الفردية من خطوط الأنابيب والتجهيزات.

ملحومة - وصلة دائمة، تستخدم لجميع الضغوط ودرجات الحرارة؛

شفة – وصلة قابلة للفصل تستخدم للضغوط ودرجات الحرارة العالية؛

مترابطة - وصلة قابلة للفصل تستخدم للضغوط ودرجات الحرارة المتوسطة؛

الاقتران هو اتصال قابل للفصل يستخدم للضغوط ودرجات الحرارة المنخفضة.

يجب ألا يكون تباين البيضاوية والسمك للأنابيب غير الملحومة أكبر من الانحراف المسموح به للقطر وسمك الجدار.

التوسع في درجة حرارة خط الأنابيب

عندما يكون خط الأنابيب تحت الضغط، يتعرض سطحه الداخلي بالكامل لحمل موزع بشكل موحد، مما يسبب قوى داخلية طولية في الأنبوب وأحمال إضافية على الدعامات الطرفية. تؤثر تقلبات درجات الحرارة أيضًا على خط الأنابيب، مما يسبب تغيرات في أبعاد الأنبوب. يمكن أن تتجاوز القوى الموجودة في خط أنابيب ثابت أثناء تقلبات درجات الحرارة القيمة المسموح بها وتؤدي إلى ضغط زائد، وهو أمر خطير على قوة خط الأنابيب سواء في مادة الأنبوب أو في وصلات الحافة. تؤدي التقلبات في درجة حرارة الوسط الذي يتم ضخه أيضًا إلى خلق إجهاد درجة الحرارة في خط الأنابيب، والذي يمكن أن ينتقل إلى التركيبات، ومحطة الضخ، وما إلى ذلك. ويمكن أن يؤدي ذلك إلى انخفاض ضغط وصلات خطوط الأنابيب، أو فشل التركيبات أو العناصر الأخرى.

حساب أبعاد خط الأنابيب مع التغيرات في درجات الحرارة

يتم حساب التغيرات في الأبعاد الخطية لخط الأنابيب مع تغيرات درجة الحرارة باستخدام الصيغة:

أ - معامل التمدد الحراري، مم/(م°س) (انظر الجدول أدناه)؛

L – طول خط الأنابيب (المسافة بين الدعامات الثابتة)، م؛

Δt – الفرق بين الحد الأقصى. ودقيقة. درجة حرارة الوسط الذي يتم ضخه، درجة مئوية.

جدول التمدد الخطي للأنابيب المصنوعة من مواد مختلفة

تمثل الأرقام المقدمة القيم المتوسطة للمواد المدرجة ولحساب خط أنابيب مصنوع من مواد أخرى، لا ينبغي أن تؤخذ البيانات من هذا الجدول كأساس. عند حساب خط الأنابيب، يوصى باستخدام معامل الاستطالة الخطية المشار إليه من قبل الشركة المصنعة للأنبوب في المواصفات الفنية أو ورقة البيانات المصاحبة.

يتم التخلص من الاستطالة الحرارية لخطوط الأنابيب عن طريق استخدام أقسام التعويض الخاصة لخط الأنابيب، وبمساعدة المعوضات، والتي يمكن أن تتكون من أجزاء مرنة أو متحركة.

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

يحدث التعويض أيضًا بفضل الانحناءات المرنة. يتم تعويض جزء من الاستطالة بمرونة الانحناءات، ويتم التخلص من الجزء الآخر بسبب الخصائص المرنة لمادة المنطقة الواقعة خلف الانحناء. يتم تثبيت المعوضات حيث لا يمكن استخدام أقسام التعويض أو عندما يكون التعويض الذاتي لخط الأنابيب غير كافٍ.

وفقًا لتصميمها ومبدأ تشغيلها، تنقسم المعوضات إلى أربعة أنواع: على شكل حرف U، وعدسة، ومموجة، وصندوق الحشو. في الممارسة العملية، غالبًا ما يتم استخدام وصلات التمدد المسطحة ذات الشكل L أو Z أو U. في حالة المعوضات المكانية، فإنها عادة ما تمثل قسمين مسطحين متعامدين بشكل متبادل ولها كتف مشترك واحد. تصنع وصلات التمدد المرنة من الأنابيب أو الأقراص المرنة أو المنفاخ.

تحديد الحجم الأمثل لقطر خط الأنابيب

القطر الأمثليمكن العثور على خط الأنابيب على أساس الحسابات الفنية والاقتصادية. أبعاد خط الأنابيب، بما في ذلك حجم ووظيفة المكونات المختلفة، وكذلك الظروف التي يجب أن يتم تشغيل خط الأنابيب بموجبها، تحدد قدرة النقل للنظام. تعتبر أحجام الأنابيب الأكبر مناسبة لتدفقات الكتلة الأعلى، بشرط أن يتم اختيار المكونات الأخرى في النظام وحجمها بشكل مناسب لهذه الظروف. عادة، كلما زاد طول قسم الأنبوب الرئيسي بين محطات الضخ، كلما زاد انخفاض الضغط في خط الأنابيب. بالإضافة إلى ذلك، فإن التغيرات في الخصائص الفيزيائية للوسط الذي يتم ضخه (اللزوجة، وما إلى ذلك) يمكن أن يكون لها أيضًا تأثير كبير على الضغط في الخط.

الحجم الأمثل هو أصغر حجم مناسب للأنبوب لتطبيق معين ويكون فعالاً من حيث التكلفة طوال عمر النظام.

صيغة لحساب أداء الأنابيب:

س – معدل تدفق السائل الذي يتم ضخه؛

د – قطر خط الأنابيب.

الخامس – سرعة التدفق.

عمليًا، لحساب القطر الأمثل لخط الأنابيب، يتم استخدام قيم السرعات المثلى للوسط الذي يتم ضخه، مأخوذة من مواد مرجعية تم تجميعها على أساس البيانات التجريبية:

من هنا نحصل على صيغة حساب القطر الأمثل للأنبوب:

س - معدل التدفق المحدد للسائل الذي يتم ضخه؛

د – القطر الأمثل لخط الأنابيب.

v – معدل التدفق الأمثل.

بمعدلات تدفق عالية، عادة ما يتم استخدام الأنابيب ذات القطر الأصغر، مما يعني انخفاض تكاليف شراء خط الأنابيب وأعمال الصيانة والتركيب (المشار إليها بالرمز K 1). ومع زيادة السرعة، يزداد فقدان الضغط بسبب الاحتكاك والمقاومة المحلية، مما يؤدي إلى زيادة تكلفة ضخ السائل (يرمز إليه بالرمز K2).

بالنسبة لخطوط الأنابيب ذات القطر الكبير، ستكون تكاليف K 1 أعلى، وستكون تكاليف التشغيل K 2 أقل. إذا أضفنا قيم K 1 و K 2، نحصل على الحد الأدنى الإجمالي للتكاليف K والقطر الأمثل لخط الأنابيب. يتم تقديم التكاليف K 1 و K 2 في هذه الحالة في نفس الفترة الزمنية.

حساب (صيغة) التكاليف الرأسمالية لخط الأنابيب

م – كتلة خط الأنابيب، ر؛

KM – المعامل الذي يزيد من تكلفة أعمال التركيب، على سبيل المثال 1.8؛

ن - مدة الخدمة، سنوات.

تكاليف التشغيل المشار إليها المرتبطة باستهلاك الطاقة هي:

n DN - عدد أيام العمل في السنة؛

S E – التكاليف لكل كيلوواط ساعة من الطاقة، فرك/كيلوواط * ساعة.

صيغ لتحديد أبعاد خطوط الأنابيب

مثال على الصيغ العامة لتحديد حجم الأنابيب دون الأخذ بعين الاعتبار عوامل التأثير الإضافية المحتملة مثل التآكل والمواد الصلبة العالقة وغيرها:

د – القطر الداخلي للأنبوب.

hf – فقدان الضغط بسبب الاحتكاك.

L - طول خط الأنابيب، قدم؛

و – معامل الاحتكاك.

الخامس – سرعة التدفق.

T – درجة الحرارة، K

P – الضغط رطل/بوصة² (abs)؛

ن – معامل الخشونة.

الخامس – سرعة التدفق.

L - طول الأنبوب أو قطره.

Vg - حجم محدد من البخار المشبع؛

س - جودة البخار؛

معدلات التدفق الأمثل لأنظمة الأنابيب المختلفة

يتم تحديد الحجم الأمثل للأنبوب بناءً على الحد الأدنى لتكلفة ضخ الوسيط عبر خط الأنابيب وتكلفة الأنابيب. ومع ذلك، يجب أيضًا مراعاة حدود السرعة. في بعض الأحيان، يجب أن يتوافق حجم خط الأنابيب مع متطلبات العملية. وفي كثير من الأحيان أيضًا يرتبط حجم خط الأنابيب بانخفاض الضغط. في حسابات التصميم الأولية، حيث لا يتم أخذ خسائر الضغط في الاعتبار، يتم تحديد حجم خط أنابيب العملية حسب السرعة المسموح بها.

إذا حدثت تغيرات في اتجاه التدفق في خط الأنابيب، فإن ذلك يؤدي إلى زيادة كبيرة في الضغوط المحلية على السطح المتعامد مع اتجاه التدفق. هذا النوع من الزيادة هو دالة لسرعة السوائل وكثافتها والضغط الأولي. ونظرًا لأن السرعة تتناسب عكسيًا مع القطر، فإن السوائل عالية السرعة تتطلب اهتمامًا خاصًا عند اختيار حجم الأنابيب وتكوينها. إن الحجم الأمثل للأنبوب، على سبيل المثال بالنسبة لحمض الكبريتيك، يحد من سرعة الوسط إلى قيمة لا يسمح عندها بتآكل الجدران في أكواع الأنابيب، وبالتالي منع تلف هيكل الأنبوب.

تدفق السوائل الجاذبية

يعد حساب حجم خط الأنابيب في حالة تدفق الجاذبية أمرًا معقدًا للغاية. يمكن أن تكون طبيعة الحركة بهذا الشكل من التدفق في الأنبوب أحادية الطور (الأنبوب الكامل) ومرحلتين (الملء الجزئي). يتشكل التدفق على مرحلتين عندما يتواجد السائل والغاز في الأنبوب في وقت واحد.

اعتمادًا على نسبة السائل والغاز، بالإضافة إلى سرعتيهما، يمكن أن يختلف نظام التدفق ثنائي الطور من الشامبانيا إلى المشتت.

يتم توفير القوة الدافعة للسائل عند تحركه بواسطة الجاذبية من خلال الفرق في ارتفاعات نقطتي البداية والنهاية، والشرط الأساسي هو أن تكون نقطة البداية تقع فوق نقطة النهاية. بمعنى آخر، الفرق في الارتفاع يحدد الفرق في طاقة الوضع للسائل في هذه المواضع. يتم أخذ هذه المعلمة أيضًا في الاعتبار عند اختيار خط الأنابيب. بالإضافة إلى ذلك، يتأثر حجم القوة الدافعة بقيم الضغط عند نقطتي البداية والنهاية. تؤدي الزيادة في انخفاض الضغط إلى زيادة معدل تدفق السائل، والذي بدوره يجعل من الممكن اختيار خط أنابيب بقطر أصغر، والعكس صحيح.

إذا كانت نقطة النهاية متصلة بنظام مضغوط، مثل عمود التقطير، فمن الضروري طرح الضغط المكافئ من فرق الارتفاع الحالي لتقدير الضغط التفاضلي الفعال الفعلي المتولد. أيضًا، إذا كانت نقطة البداية لخط الأنابيب تحت الفراغ، فيجب أيضًا أخذ تأثيره على الضغط التفاضلي الإجمالي في الاعتبار عند اختيار خط الأنابيب. يتم الاختيار النهائي للأنابيب باستخدام الضغط التفاضلي، مع الأخذ بعين الاعتبار جميع العوامل المذكورة أعلاه، ولا يعتمد فقط على فرق الارتفاع بين نقطتي البداية والنهاية.

تدفق السائل الساخن

تواجه محطات المعالجة عادةً تحديات مختلفة عند التعامل مع الوسائط الساخنة أو المغلية. السبب الرئيسي هو تبخر جزء من تيار السائل الساخن، أي تحول طور السائل إلى بخار داخل خط الأنابيب أو المعدات. ومن الأمثلة النموذجية على ذلك ظاهرة تجويف مضخة الطرد المركزي، المصحوبة بغليان نقطة للسائل مع تكوين فقاعات بخار لاحقًا (تجويف البخار) أو إطلاق الغازات المذابة في الفقاعات (تجويف الغاز).

يُفضل استخدام الأنابيب الأكبر حجمًا نظرًا لانخفاض معدل التدفق مقارنة بالأنابيب الأصغر عند التدفق الثابت، مما يؤدي إلى ارتفاع NPSH عند خط شفط المضخة. أيضًا، قد يكون سبب التجويف الناتج عن فقدان الضغط هو نقاط التغير المفاجئ في اتجاه التدفق أو انخفاض حجم خط الأنابيب. يخلق خليط البخار والغاز الناتج عائقًا أمام 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 تؤدي إلى انخفاض كبير في الضغط، أي المبادلات الحرارية وصمامات التحكم وما إلى ذلك، مجهزة بخطوط أنابيب جانبية (للسماح بعدم مقاطعة العملية حتى أثناء أعمال الصيانة الفنية). عادةً ما تحتوي خطوط الأنابيب هذه على صمامين للإغلاق مثبتين في خط التثبيت وصمام التحكم في التدفق الموازي لهذا التثبيت.

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

خط أخذ العينات

عادة، يتم أخذ عينات من كمية صغيرة من السائل لتحليلها لتحديد تركيبها. يمكن أخذ العينات في أي مرحلة من مراحل العملية لتحديد تركيبة المادة الخام، أو المنتج الوسيط، أو المنتج النهائي، أو ببساطة المادة المنقولة، مثل مياه الصرف الصحي، وسائل التبريد، وما إلى ذلك. يعتمد حجم قسم الأنابيب الذي يتم أخذ العينات منه عادةً على نوع السائل الذي يتم تحليله وموقع نقطة أخذ العينات.

على سبيل المثال، بالنسبة للغازات تحت ظروف الضغط العالي، تكون خطوط الأنابيب الصغيرة ذات الصمامات كافية لجمع 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 هذا أكثر صعوبة. ومع ذلك، فإن خط أخذ العينات الصغير ليس مناسبًا تمامًا لتحليل المعلقات المختلفة التي يمكن أن تسد فيها الجزيئات الصلبة مسار التدفق. وبالتالي، فإن حجم خط أخذ العينات لتحليل التعليق يعتمد إلى حد كبير على حجم الجزيئات الصلبة وخصائص الوسط. تنطبق استنتاجات مماثلة على السوائل اللزجة.

عند اختيار حجم خط أنابيب أخذ العينات، عادة ما يتم أخذ ما يلي في الاعتبار:

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

تداول المبرد

تُفضل السرعات العالية لتدوير خطوط التبريد. ويرجع ذلك أساسًا إلى حقيقة أن سائل التبريد الموجود في برج التبريد يتعرض لأشعة الشمس، مما يخلق الظروف الملائمة لتكوين طبقة الطحالب. يدخل جزء من هذا الحجم المحتوي على الطحالب إلى المبرد المنتشر. عند معدلات التدفق المنخفضة، تبدأ الطحالب في النمو في الأنابيب، وبعد فترة من الوقت، تجعل من الصعب على سائل التبريد أن يدور أو يمر إلى المبادل الحراري. في هذه الحالة، يوصى بمعدل دوران مرتفع لتجنب تكوين انسدادات الطحالب في خط الأنابيب. عادة، يتم استخدام سائل التبريد عالي التدوير في الصناعة الكيميائية، الأمر الذي يتطلب أحجام وأطوال أنابيب كبيرة لتوفير الطاقة لمختلف المبادلات الحرارية.

تجاوز الخزان

تم تجهيز الخزانات بأنابيب الفائض للأسباب التالية:

• تجنب فقدان السوائل (يذهب السائل الزائد إلى خزان آخر بدلا من الانسكاب من الخزان الأصلي)؛
• منع تسرب السوائل غير المرغوب فيها خارج الخزان؛
• الحفاظ على مستويات السائل في الخزانات.

في جميع الحالات المذكورة أعلاه، تم تصميم أنابيب الفائض لاستيعاب الحد الأقصى المسموح به لتدفق السائل الداخل إلى الخزان، بغض النظر عن معدل تدفق السائل عند المخرج. المبادئ الأخرى لاختيار الأنابيب تشبه اختيار خطوط الأنابيب للسوائل الجاذبية، أي وفقًا لتوافر الارتفاع الرأسي المتاح بين نقطتي البداية والنهاية لخط الأنابيب الفائض.

تقع أعلى نقطة في أنبوب الفائض، وهي أيضًا نقطة البداية، عند نقطة الاتصال بالخزان (أنبوب فائض الخزان) عادةً في الأعلى تقريبًا، ويمكن أن تكون أدنى نقطة نهاية بالقرب من مزراب الصرف تقريبًا عند الارض. ومع ذلك، قد ينتهي خط الفائض عند ارتفاع أعلى. في هذه الحالة، سيكون الضغط التفاضلي المتاح أقل.

تدفق الحمأة

في حالة التعدين، عادة ما يتم استخراج الخام من المناطق التي يصعب الوصول إليها. في مثل هذه الأماكن، كقاعدة عامة، لا توجد خطوط السكك الحديدية أو الطرق. في مثل هذه الحالات، يعتبر النقل الهيدروليكي للوسائط ذات الجزيئات الصلبة هو الأكثر ملاءمة، بما في ذلك في حالة مصانع معالجة التعدين الموجودة على مسافة كافية. تُستخدم خطوط أنابيب الملاط في التطبيقات الصناعية المختلفة لنقل المواد الصلبة في شكل مسحوق مع السوائل. لقد 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 وسائل النقل والود البيئي.

يتم تخزين المعلقات ومخاليط المواد الصلبة العالقة في السوائل في حالة من التحريك الدوري للمحافظة على التجانس. وبخلاف ذلك، تحدث عملية فصل تطفو فيها الجزيئات العالقة، حسب خواصها الفيزيائية، على سطح السائل أو تستقر في القاع. يتم الخلط من خلال معدات مثل الخزان المزود بمحرك، بينما يتم تحقيق ذلك في خطوط الأنابيب من خلال الحفاظ على ظروف التدفق المضطرب.

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

من ناحية أخرى، يؤدي التخفيض المفرط في حجم خط الأنابيب أيضًا في كثير من الأحيان إلى الانسداد. ولذلك فإن اختيار حجم خط الأنابيب يعد خطوة مهمة ومسؤولة تتطلب التحليل والحسابات الأولية. ويجب النظر في كل حالة على حدة، حيث تتصرف الملاطات المختلفة بشكل مختلف عند سرعات السوائل المختلفة.

إصلاح خطوط الأنابيب

أثناء تشغيل خط الأنابيب، قد تحدث فيه أنواع مختلفة من التسريبات، مما يتطلب إزالتها فورًا للحفاظ على أداء النظام. يمكن إجراء إصلاح خط الأنابيب الرئيسي بعدة طرق. يمكن أن يتراوح هذا بين استبدال جزء كامل من الأنبوب أو جزء صغير يتسرب، أو وضع رقعة على أنبوب موجود. ولكن قبل اختيار أي طريقة للإصلاح، من الضروري إجراء دراسة شاملة لسبب التسرب. في بعض الحالات، قد يكون من الضروري ليس فقط الإصلاح، بل تغيير مسار الأنبوب لمنع تكرار التلف.

المرحلة الأولى من أعمال الإصلاح هي تحديد موقع قسم الأنابيب الذي يتطلب التدخل. بعد ذلك، اعتمادًا على نوع خط الأنابيب، يتم تحديد قائمة بالمعدات والإجراءات اللازمة للقضاء على التسرب، ويتم أيضًا جمع المستندات والتصاريح اللازمة إذا كان قسم الأنبوب المراد إصلاحه يقع في أراضي مالك آخر . نظرًا لأن معظم الأنابيب تقع تحت الأرض، فقد يكون من الضروري إزالة جزء من الأنبوب. بعد ذلك، يتم فحص طلاء خط الأنابيب بحثًا عن الحالة العامة، وبعد ذلك تتم إزالة جزء من الطلاء لإجراء أعمال الإصلاح مباشرة على الأنبوب. بعد الإصلاح، يمكن إجراء العديد من إجراءات الفحص: الاختبار بالموجات فوق الصوتية، والكشف عن عيوب اللون، والكشف عن عيوب الجسيمات المغناطيسية، وما إلى ذلك.

على الرغم من أن بعض الإصلاحات تتطلب إغلاقًا كاملاً لخط الأنابيب، إلا أنه غالبًا ما يكون التوقف المؤقت للعمل كافيًا لعزل المنطقة التي يتم إصلاحها أو إعداد طريق التفافي. ومع ذلك، في معظم الحالات، يتم تنفيذ أعمال الإصلاح عندما يتم قطع خط الأنابيب بالكامل. يمكن عزل جزء من خط الأنابيب باستخدام المقابس أو صمامات الإغلاق. بعد ذلك، يتم تركيب المعدات اللازمة وإجراء الإصلاحات مباشرة. يتم تنفيذ أعمال الإصلاح على المنطقة المتضررة، خالية من البيئة وبدون ضغط. عند الانتهاء من الإصلاح، يتم فتح المقابس واستعادة سلامة خط الأنابيب.

أمثلة على المشاكل مع الحلول لحساب واختيار خطوط الأنابيب

المهمة رقم 1. تحديد الحد الأدنى لقطر خط الأنابيب

حالة:في منشأة بتروكيماوية، يتم ضخ البارازيلين C 6 H 4 (CH 3) 2 عند درجة حرارة T = 30 درجة مئوية بسعة Q = 20 م 3 / ساعة على طول مقطع من الأنابيب الفولاذية بطول L = 30 م. - يمتلك الزيلين كثافة ρ = 858 كجم/م 3 ولزوجة μ=0.6 سنتي بواز. تؤخذ الخشونة المطلقة ε للصلب تساوي 50 ميكرومتر.

البيانات الأولية:س=20 م3 /ساعة; ل = 30 م؛ ρ=858 كجم/م3 ; μ = 0.6 سنتي بواز؛ ε = 50 ميكرومتر؛ Δp = 0.01 ميجا باسكال؛ ΔH = 1.188 م.

مهمة:تحديد الحد الأدنى لقطر الأنبوب الذي لن يتجاوز فيه انخفاض الضغط في هذا القسم Δp=0.01 mPa (ΔH=1.188 m عمود P-xilene).

حل:سرعة التدفق v وقطر الأنبوب d غير معروفين، لذلك لا يمكن حساب رقم رينولدز Re ولا الخشونة النسبية ɛ/d. من الضروري أخذ قيمة معامل الاحتكاك π وحساب القيمة المقابلة لـ d باستخدام معادلة فقدان الطاقة ومعادلة الاستمرارية. سيتم بعد ذلك حساب رقم رينولدز Re والخشونة النسبية ɛ/d من قيمة d. بعد ذلك، باستخدام مخطط Moody، سيتم الحصول على قيمة جديدة لـ f. وبالتالي، باستخدام طريقة التكرارات المتعاقبة، سيتم تحديد القيمة المطلوبة للقطر d.

باستخدام نموذج تسوية الاستمرارية v=Q/F وصيغة منطقة التدفق F=(π d²)/4، نقوم بتحويل معادلة دارسي-وايسباخ كما يلي:

والآن لنعبر عن قيمة عدد رينولدز بدلالة القطر d:

لننفذ إجراءات مماثلة بخشونة نسبية:

في المرحلة الأولى من التكرار، من الضروري تحديد قيمة معامل الاحتكاك. لنأخذ القيمة المتوسطة α = 0.03. بعد ذلك، نقوم بإجراء حسابات متتابعة لـ d وRe وε/d:

د = 0.0238 5 √ (γ) = 0.0118 م

إعادة = 10120/د = 857627

ε/د = 0.00005/د = 0.00424

وبمعرفة هذه القيم قمنا بالعملية العكسية وحددنا من مخطط مودي قيمة معامل الاحتكاك α الذي سيكون مساوياً 0.017. بعد ذلك، سوف نجد مرة أخرى d و Re و ε/d، ولكن بقيمة جديدة لـ lect:

د = 0.0238 5 √ lect = 0.0105 م

إعادة = 10120/د = 963809

ε/د = 0.00005/د = 0.00476

وباستخدام مخطط مودي مرة أخرى، حصلنا على قيمة منقحة لـ lect تساوي 0.0172. تختلف القيمة الناتجة عن القيمة المحددة مسبقًا فقط [(0.0172-0.017)/0.0172]·100 = 1.16%، وبالتالي ليست هناك حاجة لمرحلة تكرار جديدة، والقيم التي تم العثور عليها مسبقًا صحيحة. ويترتب على ذلك أن الحد الأدنى لقطر الأنبوب هو 0.0105 م.

المهمة رقم 2. اختيار الحل الاقتصادي الأمثل بناء على المعطيات الأولية

حالة:ولتنفيذ العملية التكنولوجية، تم اقتراح خيارين لخطوط الأنابيب بأقطار مختلفة. يتضمن الخيار الأول استخدام أنابيب ذات قطر أكبر، مما يعني تكاليف رأسمالية كبيرة C k1 = 200000 روبل، ومع ذلك، فإن التكاليف السنوية ستكون أقل وتصل إلى C e1 = 30000 روبل. بالنسبة للخيار الثاني، تم اختيار الأنابيب ذات القطر الأصغر، مما يقلل من تكاليف رأس المال C k2 = 160.000 روبل، ولكنه يزيد من تكلفة الصيانة السنوية إلى C e2 = 36000 روبل. تم تصميم كلا الخيارين لمدة n = 10 سنوات من التشغيل.

البيانات الأولية:ج ك 1 = 200000 فرك؛ ج e1 = 30.000 روبل؛ ج ك 2 = 160.000 فرك؛ ج e2 = 35000 روبل؛ ن = 10 سنوات.

مهمة:ويجب تحديد الحل الأكثر فعالية من حيث التكلفة.

حل:من الواضح أن الخيار الثاني أكثر ربحية بسبب انخفاض تكاليف رأس المال، ولكن في الحالة الأولى هناك ميزة بسبب انخفاض تكاليف التشغيل. دعنا نستخدم الصيغة لتحديد فترة الاسترداد للتكاليف الرأسمالية الإضافية بسبب التوفير في الصيانة:

ويترتب على ذلك أنه مع عمر خدمة يصل إلى 8 سنوات، ستكون الميزة الاقتصادية في جانب الخيار الثاني بسبب انخفاض التكاليف الرأسمالية، إلا أن إجمالي التكاليف الإجمالية لكلا المشروعين ستكون متساوية في السنة الثامنة من التشغيل، وبعد ذلك سيكون الخيار الأول أكثر ربحية.

وبما أنه من المخطط تشغيل خط الأنابيب لمدة 10 سنوات، فيجب إعطاء الأفضلية للخيار الأول.

المهمة رقم 3. اختيار وحساب القطر الأمثل لخط الأنابيب

حالة:تم تصميم خطين تكنولوجيين يدور فيهما سائل غير لزج بمعدلات تدفق س 1 = 20 م3 / ساعة و س 2 = 30 م3 / ساعة. ومن أجل تبسيط عملية تركيب وصيانة خطوط الأنابيب، تقرر استخدام أنابيب من نفس القطر لكلا الخطين.

البيانات الأولية:س 1 = 20 م3 /ساعة؛ س2 = 30 م3 / الساعة .

مهمة:ومن الضروري تحديد قطر الماسورة المناسب لظروف المشكلة.

حل:وبما أنه لم يتم تحديد أي متطلبات إضافية لخط الأنابيب، فإن المعيار الرئيسي للامتثال سيكون القدرة على ضخ السائل بمعدلات التدفق المحددة. دعونا نستخدم البيانات الجدولية للحصول على السرعات المثالية لسائل غير لزج في خط أنابيب الضغط. سيكون هذا النطاق 1.5 - 3 م / ث.

ويترتب على ذلك أنه من الممكن تحديد نطاقات الأقطار المثالية المقابلة لقيم السرعات المثلى لمعدلات التدفق المختلفة، وتحديد مساحة تقاطعها. من الواضح أن أقطار الأنابيب في هذا النطاق سوف تلبي متطلبات التطبيق لحالات التدفق المدرجة.

دعونا نحدد نطاق الأقطار المثالية للحالة س 1 = 20 م3 / ساعة باستخدام صيغة التدفق والتعبير عن قطر الأنبوب منها:

دعنا نستبدل الحد الأدنى والحد الأقصى لقيم السرعة المثلى:

أي أنه بالنسبة لخط بمعدل تدفق 20 م 3 / ساعة فإن الأنابيب التي يبلغ قطرها من 49 إلى 69 ملم مناسبة.

لنحدد مدى الأقطار المثالية للحالة س2 = 30 م3 / الساعة :

في المجموع، نجد أنه بالنسبة للحالة الأولى فإن نطاق الأقطار الأمثل هو 49-69 ملم، وللثانية – 59-84 ملم. سيعطي تقاطع هذين النطاقين مجموعة القيم المطلوبة. نجد أنه يمكن استخدام الأنابيب التي يبلغ قطرها من 59 إلى 69 ملم لخطين.

المهمة رقم 4. تحديد نظام تدفق المياه في الأنبوب

حالة:نظرا لخط أنابيب يبلغ قطره 0.2 متر، يتحرك من خلاله تدفق المياه بمعدل تدفق 90 م 3 / ساعة. درجة حرارة الماء هي t = 20 درجة مئوية، حيث تبلغ اللزوجة الديناميكية 1·10 -3 Pa·s، والكثافة 998 كجم/م3.

البيانات الأولية:د = 0.2 م؛ س = 90 م3 /ساعة؛ μ = 1·10 -3; ρ = 998 كجم/م3.

مهمة:من الضروري تحديد وضع تدفق المياه في الأنبوب.

حل:يمكن تحديد نظام التدفق من خلال قيمة معيار رينولدز (Re)، والذي من الضروري حسابه أولاً لتحديد سرعة تدفق المياه في الأنبوب (v). يمكن حساب قيمة v من معادلة التدفق لأنبوب دائري:

وباستخدام القيمة الموجودة لسرعة التدفق نحسب لها قيمة معيار رينولدز:

القيمة الحرجة لمعيار رينولدز Re cr لحالة الأنابيب المستديرة تساوي 2300. القيمة التي تم الحصول عليها للمعيار أكبر من القيمة الحرجة (159680 > 2300)، وبالتالي، فإن نظام التدفق مضطرب.

المهمة رقم 5. تحديد قيمة معيار رينولدز

حالة:يتدفق الماء على طول مزراب مائل له شكل مستطيل بعرض w = 500 مم وارتفاع h = 300 مم، ولا يصل إلى الحافة العلوية للميزاب a = 50 مم. ويكون استهلاك المياه في هذه الحالة س = 200 م3 /ساعة. عند الحساب، خذ كثافة الماء التي تساوي ρ = 1000 كجم/م 3، واللزوجة الديناميكية μ = 1·10 -3 Pa·s.

البيانات الأولية:ث = 500 مم؛ ح = 300 ملم؛ ل = 5000 مم؛ أ = 50 ملم؛ س = 200 م3 /ساعة؛ ρ = 1000 كجم/م3 ; μ = 1·10 -3 باس·ث.

مهمة:تحديد قيمة معيار رينولدز.

حل:وبما أن السائل في هذه الحالة يتحرك عبر قناة مستطيلة بدلاً من أنبوب دائري، فمن الضروري لإجراء الحسابات اللاحقة العثور على القطر المكافئ للقناة. بشكل عام، يتم حسابه باستخدام الصيغة:

Ff - مساحة المقطع العرضي لتدفق السائل؛

من الواضح أن عرض تدفق السائل يتزامن مع عرض القناة w، في حين أن ارتفاع تدفق السائل سيكون مساوياً لـ h-a mm. في هذه الحالة نحصل على:

أصبح من الممكن الآن تحديد القطر المكافئ لتدفق السائل:

باستخدام القيم التي تم العثور عليها مسبقًا، يصبح من الممكن استخدام الصيغة لحساب معيار رينولدز:

المهمة رقم 6. حساب وتحديد مقدار فقدان الضغط في خط الأنابيب

حالة:توفر المضخة المياه من خلال خط أنابيب دائري، يظهر تكوينه في الشكل، إلى المستهلك النهائي. استهلاك الماء س = 7 م3 /ساعة. قطر الأنبوب هو d = 50 مم، والخشونة المطلقة هي Δ = 0.2 مم. عند الحساب، خذ كثافة الماء التي تساوي ρ = 1000 كجم/م 3، واللزوجة الديناميكية μ = 1·10 -3 Pa·s.

البيانات الأولية:س = 7 م3 /ساعة؛ د = 120 ملم؛ Δ = 0.2 مم؛ ρ = 1000 كجم/م3 ; μ = 1·10 -3 باس·ث.

الحل: أولاً، دعونا نوجد معدل التدفق في خط الأنابيب، والذي نستخدم من أجله صيغة تدفق الموائع:

السرعة التي تم العثور عليها تسمح لنا بتحديد قيمة معيار رينولدز لتدفق معين:

المبلغ الإجمالي لفقد الضغط هو مجموع خسائر الاحتكاك أثناء حركة السائل عبر الأنبوب (H t) وفقدان الضغط في المقاومة المحلية (H ms).

يمكن حساب خسائر الاحتكاك باستخدام الصيغة التالية:

L – الطول الإجمالي لخط الأنابيب؛

لنجد قيمة ضغط سرعة التدفق:

لتحديد قيمة معامل الاحتكاك، من الضروري اختيار صيغة الحساب الصحيحة، والتي تعتمد على قيمة معيار رينولدز. للقيام بذلك، نجد قيمة الخشونة النسبية للأنبوب باستخدام الصيغة:

10/ه = 10/0.004 = 2500

تقع القيمة التي تم العثور عليها مسبقًا لمعيار رينولدز ضمن النطاق 10/e< Re < 560/e, следовательно, необходимо воспользоваться следующей расчетной формулой:

λ = 0.11·(e+68/Re) 0.25 = 0.11·(0.004+68/50000) 0.25 = 0.03

أصبح من الممكن الآن تحديد مقدار فقدان الضغط بسبب الاحتكاك:

إن إجمالي خسائر الضغط في المقاومات المحلية هو مجموع خسائر الضغط في كل من المقاومات المحلية، والتي في هذه المشكلة عبارة عن دورتين وصمام عادي واحد. يمكن حسابها باستخدام الصيغة:

حيث ζ هو معامل المقاومة المحلية.

نظرًا لعدم وجود قيم مجدولة لمعاملات الضغط للأنابيب التي يبلغ قطرها 50 مم، لذلك سيتعين عليك اللجوء إلى طريقة الحساب التقريبي لتحديدها. معامل المقاومة (ζ) للصمام العادي لأنبوب قطره 40 ملم هو 4.9، ولأنبوب قطره 80 ملم – 4. لنتخيل بشكل مبسط أن القيم الوسيطة بين هذه القيم تقع على خط مستقيم، أي أن تغيرها موصوف بالصيغة ζ = a d+b، حيث a و b هما معاملات معادلة الخط المستقيم. دعونا ننشئ ونحل نظام المعادلات:

تبدو المعادلة الناتجة كما يلي:

في حالة معامل المقاومة لكوع 90 درجة لأنبوب يبلغ قطره 50 مم، فإن مثل هذا الحساب التقريبي ليس ضروريًا، لأن المعامل 1.1 يتوافق مع قطر 50 مم.

دعونا نحسب إجمالي الخسائر في المقاومة المحلية:

وبالتالي فإن فقدان الضغط الإجمالي سيكون:

المهمة رقم 7. تحديد التغيرات في المقاومة الهيدروليكية لخط الأنابيب بأكمله

حالة:أثناء أعمال إصلاح الخط الرئيسي الذي يتم من خلاله ضخ المياه بسرعة v 1 = 2 م/ث، بقطر داخلي د 1 = 0.5 م، تبين أن مقطع من الأنبوب بطول L = 25 كان لا بد من استبدال م.نظرا لعدم وجود أنبوب لاستبدال نفس القطر بدلا من المقطع الفاشل، تم تركيب أنبوب بقطر داخلي د 2 = 0.45 م.الخشونة المطلقة للأنبوب بقطر 0.5 م هو Δ 1 = 0.45 مم، وللأنابيب التي يبلغ قطرها 0.45 م - Δ2 = 0.2 مم. عند الحساب، خذ كثافة الماء التي تساوي ρ = 1000 كجم/م 3، واللزوجة الديناميكية μ = 1·10 -3 Pa·s.

مهمة:من الضروري تحديد كيفية تغير المقاومة الهيدروليكية لخط الأنابيب بأكمله.

حل:نظرًا لعدم تغيير بقية خط الأنابيب، فإن قيمة مقاومته الهيدروليكية أيضًا لم تتغير بعد الإصلاح، لذا لحل المشكلة سيكون كافيًا مقارنة المقاومة الهيدروليكية للقسم المستبدل والمستبدل من الأنبوب.

دعونا نحسب المقاومة الهيدروليكية لقسم الأنبوب الذي تم استبداله (H 1). نظرًا لعدم وجود مصادر للمقاومة المحلية، سيكون كافيًا العثور على قيمة خسائر الاحتكاك (H t1):

lect 1 – معامل المقاومة الهيدروليكية للقسم المستبدل؛

ز – تسارع السقوط الحر .

للعثور على α، تحتاج أولاً إلى تحديد الخشونة النسبية (e 1) للأنبوب ومعيار رينولدز (Re 1):

دعونا نختار صيغة الحساب لـ lect 1:

560/ه 1 = 560/0.0009 = 622222

بما أن القيمة التي تم العثور عليها هي Re 1 > 560/e 1، فيجب إيجاد lect 1 باستخدام الصيغة التالية:

أصبح من الممكن الآن العثور على انخفاض الضغط في قسم الأنبوب المستبدل:

دعونا نحسب المقاومة الهيدروليكية لقسم الأنبوب الذي حل محل الجزء التالف (H 2). في هذه الحالة، فإن القسم، بالإضافة إلى انخفاض الضغط بسبب الاحتكاك (H t2)، يخلق أيضًا انخفاضًا في الضغط بسبب المقاومة المحلية (H m c2)، وهو تضييق حاد لخط الأنابيب عند مدخل المستبدل القسم والتوسع الحاد عند الخروج منه.

أولاً، نقوم بتحديد حجم انخفاض الضغط الناتج عن الاحتكاك في قسم الأنبوب البديل. وبما أن القطر أصبح أصغر، ولكن معدل التدفق بقي كما هو، فمن الضروري إيجاد قيمة جديدة لسرعة التدفق v 2. ويمكن معرفة القيمة المطلوبة من مساواة التكاليف المحسوبة للموقع المستبدل والمستبدل:

معيار رينولدز لتدفق المياه في القسم المستبدل:

الآن دعونا نوجد الخشونة النسبية لقسم أنبوب يبلغ قطره 450 مم ونختار صيغة حساب معامل الاحتكاك:

560/ه 2 = 560/0.00044 = 1272727

تقع قيمة Re 2 الناتجة بين 10/e1 و560/e1 (22,727< 1 111 500 < 1 272 727), поэтому для расчета λ 2 будет использоваться следующая формула:

تتكون خسائر الضغط في المقاومة المحلية من خسائر عند مدخل القسم المستبدل (تضييق حاد في القناة) وعند الخروج منه (توسع حاد في القناة). لنجد نسبة مساحة الأنبوب البديل والأنبوب الأصلي:

باستخدام قيم الجدول، نختار معاملات المقاومة المحلية: للتضييق الحاد ζ Рс = 0.1؛ للتوسع الحاد ζ pp = 0.04. باستخدام هذه البيانات، نحسب إجمالي فقدان الضغط في المقاومات المحلية:

ويترتب على ذلك أن انخفاض الضغط الكلي في القسم المستبدل يساوي:

بمعرفة خسائر الضغط في أقسام الأنابيب المستبدلة والمستبدلة، يمكننا تحديد حجم التغير في الخسائر:

∆H = 0.317-0.194 = 0.123 م

نجد أنه بعد استبدال جزء من خط الأنابيب، زاد فقدان الضغط الإجمالي بمقدار 0.123 م.

حساب واختيار خطوط الأنابيب

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

في كل البيت الحديثأحد الشروط الرئيسية للراحة هو المياه الجارية. ومع ظهور تكنولوجيا جديدة، التي تتطلب الاتصال بنظام إمدادات المياه، أصبح دورها في المنزل في غاية الأهمية. لم يعد الكثير من الناس يتخيلون كيف يمكن الاستغناء عنهم غسالة، سخان مياه، غسالة الأوانيإلخ. ولكن لكي يعمل أي من هذه الأجهزة بشكل صحيح، فإنها تتطلب ضغطًا معينًا للمياه يأتي من مصدر المياه. وهكذا يتذكر الشخص الذي يقرر تركيب نظام جديد لإمدادات المياه في المنزل كيفية حساب الضغط في الأنبوب حتى تعمل جميع أجهزة السباكة بشكل مثالي.

متطلبات السباكة الحديثة

يجب أن تلبي إمدادات المياه الحديثة جميع الخصائص والمتطلبات. عند مخرج الصنبور، يجب أن يتدفق الماء بسلاسة، دون الهزات. لذلك، يجب ألا يكون هناك انخفاض في الضغط في النظام عند سحب المياه. يجب ألا تسبب المياه المتدفقة عبر الأنابيب ضوضاء، وتحتوي على شوائب هوائية وتراكمات غريبة أخرى، والتي لها تأثير ضار على صنابير السيراميك وتركيبات السباكة الأخرى. لتجنب هذه الحوادث غير السارة، يجب ألا يقل ضغط الماء في الأنبوب عن الحد الأدنى عند توزيع الماء.

نصيحة! يجب أن يكون الحد الأدنى لضغط إمدادات المياه 1.5 أجواء. للتأكد من أن الضغط كافي لتشغيل غسالة الصحون والغسالة.

من الضروري مراعاة ميزة أخرى مهمة لنظام إمدادات المياه تتعلق باستهلاك المياه. يوجد في أي مبنى سكني أكثر من نقطة لتجميع المياه. وبناءً على ذلك، يجب أن يوفر حساب نظام إمداد المياه احتياجات المياه بالكامل لجميع تركيبات السباكة عند تشغيله في نفس الوقت. يتم تحقيق هذه المعلمة ليس فقط عن طريق الضغط، ولكن أيضًا من خلال حجم المياه الواردة التي يمكن أن يمر عبرها أنبوب ذو مقطع عرضي معين. بعبارات بسيطة، قبل التثبيت، من الضروري إجراء بعض الحسابات الهيدروليكية لنظام إمدادات المياه، مع الأخذ في الاعتبار ضغط وتدفق المياه.

قبل الحساب، دعونا نلقي نظرة فاحصة على مفهومين مثل التدفق والضغط لمعرفة جوهرهما.

ضغط

وكما نعلم فإن مصدر المياه المركزي كان متصلاً ببرج المياه في الماضي. يخلق هذا البرج ضغطًا في شبكة إمدادات المياه. وحدة قياس الضغط هي الغلاف الجوي. علاوة على ذلك، فإن الضغط لا يعتمد على حجم الحاوية الموجودة في أعلى البرج، بل على الارتفاع فقط.

نصيحة! إذا قمت بصب الماء في أنبوب يبلغ ارتفاعه عشرة أمتار، فسيؤدي ذلك إلى خلق ضغط جوي واحد عند أدنى نقطة.

الضغط يعادل متر. الغلاف الجوي الواحد يساوي 10 أمتار من عمود الماء. لنفكر في مثال لمبنى مكون من خمسة طوابق. ارتفاع المنزل 15 م وبالتالي ارتفاع الطابق الواحد 3 أمتار. سيخلق البرج الذي يبلغ ارتفاعه خمسة عشر مترًا ضغطًا في الطابق الأرضي يبلغ 1.5 ضغطًا جويًا. 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 مياه في الطابق الخامس. وهذا يعني أنه من أجل توفير المياه للطابق الخامس، لا بد من بناء برج بارتفاع أكثر من 15 مترا. ماذا لو كان هذا، على سبيل المثال، مبنى مكون من 25 طابقا؟ لن يقوم أحد ببناء مثل هذه الأبراج. تستخدم أنظمة إمدادات المياه الحديثة المضخات.

دعونا نحسب الضغط عند مخرج مضخة البئر العميقة. متاح مضخة الآبار العميقة,رفع المياه إلى 30 مترا من عمود الماء. وهذا يعني أنه يولد ضغطًا قدره 3 أجواء عند مخرجه. بمجرد غمر المضخة على عمق 10 أمتار في البئر، فإنها ستخلق ضغطًا عند مستوى الأرض - 2 ضغط جوي، أو 20 مترًا من عمود الماء.

استهلاك

دعونا نفكر في العامل التالي - استهلاك المياه. يعتمد ذلك على الضغط، وكلما زاد الضغط، كلما تحركت المياه بشكل أسرع عبر الأنابيب. وبعبارة أخرى، سيكون هناك المزيد من الاستهلاك. لكن بيت القصيد هو أن سرعة الماء تتأثر بالمقطع العرضي للأنبوب الذي يتحرك من خلاله. وإذا قمت بتقليل المقطع العرضي للأنبوب، فسوف تزيد مقاومة الماء. وبالتالي فإن كميته عند مخرج الأنبوب ستنخفض خلال نفس الفترة الزمنية.

في الإنتاج، أثناء بناء خطوط أنابيب المياه، يتم وضع المشاريع التي يتم فيها حساب الحساب الهيدروليكي لخط أنابيب المياه باستخدام معادلة برنولي:

حيث ح 1-2 - يوضح فقدان الضغط عند المخرج بعد التغلب على المقاومة على طول القسم بأكمله من نظام إمداد المياه.

حساب السباكة المنزلية

ولكن، كما يقولون، هذه حسابات معقدة. بالنسبة للسباكة المنزلية، نستخدم حسابات أبسط.

بناءً على بيانات جوازات السفر للسيارات التي تستهلك المياه في المنزل، نلخص الاستهلاك غير المتخصص. ونضيف إلى هذا الرقم استهلاك جميع صنابير المياه الموجودة في المنزل. تمر صنبور الماء الواحد بحوالي 5-6 لتر من الماء خلال 60 ثانية. نجمع كل الأرقام ونحصل على استهلاك المياه غير المتخصص في المنزل. الآن، مسترشدين بالاستهلاك غير المتخصص، نشتري أنبوبًا ذو مقطع عرضي يوفر الضغط والكمية المطلوبة من الماء لجميع صنابير المياه العاملة في نفس الوقت.

في الوقت الذي يتم فيه توصيل إمدادات المياه في منزلك بشبكة البلدية، سوف تستخدم ما يقدمونه لك. حسنًا، ماذا لو كان لديك بئر في المنزل، خذ مضخة تغذي شبكتك بالكامل الضغط الصحيح، النفقات المقابلة. عند الشراء، استرشد ببيانات جواز سفر المضخة.

لاختيار قسم الأنابيب نسترشد بالجداول التالية:

توفر هذه الجداول معلمات توجيه الإخراج الأكثر شيوعًا. للحصول على نظرة عامة كاملة، يمكنك العثور على المزيد على شبكة الإنترنت جداول كاملةمع حسابات الأنابيب بأقطار مختلفة.

بناءً على هذه الحسابات، ومع التركيب الصحيح، ستزود إمدادات المياه الخاصة بك بجميع المعلمات المطلوبة. إذا كان هناك شيء غير واضح، فمن الأفضل أن تتحول إلى الخبراء.