Технологический расчет трубопроводов при проектировании

      β, m – в формуле Лейбензона коэффициенты, зависящие от режима течения.

      2.10. Коэффициент гидравлического сопротивления l рассчитывается по приведенным ниже формулам в зависимости от режима течения жидкости в трубопроводе.

      Как известно, различают два режима - ламинарный и турбулентный, а последний, в свою очередь, делится на 3 зоны:

      зона  гидравлически гладких труб;

      зона  смешанного трения;

      зона  квадратичного трения.

      Переход из режима в режим и из зоны в  зону определяется значениями критических (переходных) чисел Рейнольдса, зависящих для данного диаметра (D) трубопровода и данной вязкости (ν_р) продукта от скорости перекачки W.

      Таким образом, определяя критические  числа Рейнольдса и истинное значение Re, выбираем для расчета λ одну из четырех рекомендуемых формул.

      При ламинарном режиме течения

                              Re ≤ 2320.

      Коэффициент гидравлического сопротивления  определяется по формуле Стокса

                              λ = 64 / Re,       (2.11)

коэффициенты  т и β в формуле Лейбензона имеют значения т=1; β = 4,15 с²/м.

      При турбулентном режиме течения в зоне гидравлически гладкого трения

      2320 Re ,

где относительная эквивалентная шероховатость внутренней поверхности труб;

      К_э – эквивалентная шероховатость труб:

    - для стальных новых бесшовных  труб принято К_э = 0,015 мм;

    - для  стальных  сварных  труб  с  незначительной  коррозией  принято

К_э = 0,15 мм.

      Коэффициент гидравлического сопротивления  определяется по формуле Блазиуса

                        l = 0,3164 / ,      (2.12)

коэффициенты  т  и  β  в  формуле  Лейбензона  имеют  значения  т = 0,25;

β = 0,0246 с²/м.

    При турбулентном режиме течения в зоне смешанного трения

                                 Re .

    Коэффициент гидравлического сопротивления определяется по формуле Альтшуля

                              l = 0,11 ,     (2.13)

коэффициенты  т и  β  в  формуле  Лейбензона  имеют  значения  m = 0,125;

β = 0,802·10^{0,125·lg ·К-0,6233} с²/м.

    При турбулентном режиме течения в зоне квадратичного трения

                                < Re.

 

 Коэффициент гидравлического  сопротивления определяется по формуле  Шифринсона

                               ,      (2.14)

коэффициенты  т  и β  в формуле Лейбензона  имеют значения  т = 0;

β = 0,0827·l с²/м.

      2.11. Общий напор в трубопроводе равен

                              Н = (Z₂ – Z₁) + ( ) + h_пот, м,

где Р₁ – избыточное давление в резервуаре головной станции, Па, Р₁ = 0;

      Р₂ – избыточное давление в конце участка, Па;

      Z₁ – высотная (геодезическая) отметка начала трубопровода, м;

      Z₂ - высотная (геодезическая) отметка конца трубопровода, м;

      h_пот – потери напора на сопротивление в трубопроводе, м.

      Используя гидравлический уклон i, общий напор в трубопроводе можно выразить:

                              Н=DZ + ( ) + 1,02×i×L_p, м ,    (2.15)

где 1,02 – коэффициент, учитывающий потери напора в местных сопротивлениях линейной части трубопровода;

      L_p – расчетная длина трубопровода, равная геометрической длине трубопровода  или  расстоянию  от  начала  трубопровода  до  перевальной точки, м;

      ΔΖ  – разность геодезических отметок конца и начала трубопровода, м.

      2.12. Расчетный суммарный напор, развиваемый  магистральными насосами перекачивающей  станции при выполнении условия (2.4)

                               , м,      (2.16)

где m_p – число работающих одновременно насосов.

    Если  условие (2.4) не выполняется, т.е. развиваемое  давление превышает допустимое, то Н_ст определяется по формуле

                               , м ,    (2.17)

где h°_м – измененный напор одного магистрального насоса, м.

      2.13. Магистральный трубопровод может  состоять из одного, двух и  более эксплуатационных участков. Общий напор, развиваемый насосами  всех перекачивающих станций  трубопровода, в этом случае можно записать следующим образом:

                              H = N_э×h_п + n_pH_ст, м,     (2.18)

где n_p – расчетное число перекачивающих станций;

      N_э – число эксплуатационных участков.

      Используя выражения (2.15–2.18), баланс напоров трубопровода можно представить уравнением:

                              N_э×h_п + n_pH_ст = DZ + 1,02×i×L_p + N_э×h_к.п.  (2.19)

или, преобразовывая

                              n_pH_ст = DZ + 1,02×iL_р - N_э(h_п - h_к.п.),   (2.20)

где h_к.п. – остаточный напор на конечном пункте эксплуатационного участка трубопровода, м.

      Величина  N_э(h_п - h_к.п.) указывает, что при наличии промежуточных резервуарных парков или иначе промежуточных головных станций, напоры h_п, h_к.п. будут использованы N_э раз.

    Расчетное число перекачивающих станций определяется из  уравнения  (2.20)

                         ,  (2.21)

где H_m = DZ + 1,02iL_р.

      Обычно  при расчете n_р получается дробным числом. Оно может быть округлено как в большую, так и в меньшую сторону (окончательно вопрос должен решаться технико-экономическим расчетом).

      Вариант I (n_о > n_р).

      При округлении n_р в большую сторону до значения n_o излишний расчетный суммарный напор магистральных насосов перекачивающей станции можно снизить до Н^о_ст  обточкой  рабочих колес, в общем случае не превышающий 10 %.

      2.14. Величина сниженного расчетного напора

                               , м,    (2.22)

где n_о – округленное в большую сторону число насосных станций.

    2.15. Напор, развиваемый магистральным  насосом с обточенным рабочим  колесом, равен:

                         , м.       (2.23)

    2.16. Диаметр обточенного колеса определится  из соотношения

                       ,      (2.24)

где – напор насоса с обточенным рабочим колесом, м;

      h_м – напор насоса с заводским рабочим колесом, м;

      D_o – диаметр обточенного рабочего колеса, м;

      D_З – диаметр заводского рабочего колеса, м.

    Для построения характеристики насоса с  измененным диаметром рабочего колеса используют соотношения:

                               ,    (2.25)

где Q_о, Q₃ – объемные расходы для обточенного и заводского рабочих колес, м³/ч.

 

 Вариант II (n_х < n_р).

      При округлении n_р в меньшую сторону до значения n_x излишние потери напора на трение в трубопроводе можно снизить либо прокладкой лупинга, либо вставкой участка трубы большего диаметра.

    2.17. Длина лупинга

                               , м,     (2.26)

где n_x – число станций, округленное в меньшую сторону;

      i_л – гидравлический уклон лупинга, вычисляемый по формуле

                              i_л=ω×i ,       (2.27)

                               ,     (2.28)

где D_л – внутренний диаметр лупинга.

    2.18. Длина вставки

                               , м,     (2.29)

где i_в – гидравлический уклон вставки, вычисляемый по формуле

                               , м,      (2.30)

где D_в – внутренний диаметр вставки.

      Окончательный вариант размещения станций определяется технико-экономическими расчетами. 

      3. РАССТАНОВКА СТАНЦИЙ ПО ДЛИНЕ УЧАСТКА

          тРУБОПРОВОДА

      Расстановка станций производится для двух вариантов:

      1) вариант работы с обточенными  колесами;

      2) вариант работы с наличием  лупинга.

      Для расстановки применяется метод графического построения линий гидравлического уклона по участку трубопровода между станциями.

      Расстановка станций по варианту 1 показана на рис. 3.1.