محاسبه فشار در لوله ها چه قطر لوله ای بسته به جریان و فشار مورد نیاز است

در این بخش قانون بقای انرژی را برای حرکت مایع یا گاز از طریق لوله ها اعمال می کنیم. حرکت مایع از طریق لوله ها اغلب در تکنولوژی و زندگی روزمره با آن مواجه می شود. لوله های آب، آب شهر را به منازل و محل های مصرف می رساند. در اتومبیل ها، روغن برای روغن کاری، سوخت برای موتورها و غیره از طریق لوله ها جریان می یابد. حرکت مایع از طریق لوله ها اغلب در طبیعت یافت می شود. همین بس که گردش خون حیوانات و انسان جریان خون از طریق لوله ها - رگ های خونی است. تا حدودی جریان آب در رودخانه ها نیز نوعی جریان مایع از طریق لوله است. بستر رودخانه نوعی لوله برای جاری شدن آب است.

همانطور که مشخص است، یک مایع ساکن در یک ظرف، طبق قانون پاسکال، فشار خارجی را در همه جهات و به تمام نقاط حجم بدون تغییر منتقل می کند. با این حال، هنگامی که یک سیال بدون اصطکاک از طریق لوله ای که سطح مقطع آن در بخش های مختلف متفاوت است جریان می یابد، فشار در طول لوله یکسان نیست. بیایید دریابیم که چرا فشار در یک سیال متحرک به سطح مقطع لوله بستگی دارد. اما ابتدا به یکی نگاه می کنیم ویژگی مهمهر جریان سیال

فرض کنید مایع از طریق یک لوله افقی جریان می یابد که سطح مقطع آن در مکان های مختلف متفاوت است، مثلاً از طریق لوله ای که بخشی از آن در شکل 207 نشان داده شده است.

اگر بخواهیم به صورت ذهنی چندین بخش را در طول یک لوله بکشیم که مساحت آنها به ترتیب برابر است و مقدار مایعی را که در هر یک از آنها در یک بازه زمانی مشخص می گذرد اندازه گیری کنیم، متوجه می شویم که مقدار یکسانی از مایع در هر یک جریان یافته است. بخش. این بدان معنی است که تمام مایعی که از بخش اول در همان زمان عبور می کند از بخش سوم عبور می کند، اگرچه از نظر مساحت به طور قابل توجهی از قسمت اول کوچکتر است. اگر اینطور نبود و مثلاً در طول زمان مایع کمتری از قسمتی با مساحت عبور می کرد تا از قسمتی با مساحت، آنگاه مایع اضافی باید در جایی جمع می شد. اما مایع تمام لوله را پر می کند و جایی برای تجمع آن وجود ندارد.

چگونه مایعی که از یک بخش گسترده عبور کرده است، می تواند در همان زمان از یک بخش باریک "فشرده" کند؟ بدیهی است که برای این امر هنگام عبور از قسمت های باریک لوله باید سرعت حرکت بیشتر و دقیقاً به اندازه کوچکتر بودن سطح مقطع باشد.

در واقع، اجازه دهید مقطع مشخصی از یک ستون متحرک مایع را در نظر بگیریم لحظه شروعزمان با یکی از بخش های لوله (شکل 208). با گذشت زمان، این ناحیه مسافتی برابر با سرعت جریان سیال حرکت می کند. حجم V مایعی که از قسمتی از لوله می گذرد برابر است با حاصلضرب مساحت این بخش و طول

حجم مایع در واحد زمان -

حجم مایعی که در واحد زمان از یک مقطع لوله می گذرد برابر است با حاصل ضرب سطح مقطع لوله و سرعت جریان.

همانطور که دیدیم، این حجم باید در بخش های مختلف لوله یکسان باشد. بنابراین هر چه سطح مقطع لوله کمتر باشد سرعت حرکت بیشتر می شود.

چه مقدار مایع در یک زمان معین از یک قسمت لوله عبور می کند، همان مقدار باید در آن عبور کند

در همان زمان از طریق هر بخش دیگر.

در عین حال، ما معتقدیم که جرم معینی از مایع همیشه حجم یکسانی دارد، که نمی تواند حجم خود را فشرده و کاهش دهد (به مایعی گفته می شود که تراکم ناپذیر است). به عنوان مثال، به خوبی شناخته شده است که در مکان های باریک رودخانه، سرعت جریان آب بیشتر از مکان های عریض است. اگر سرعت جریان سیال را در مقاطع بر حسب نواحی نشان دهیم، می توانیم بنویسیم:

از اینجا می توان دریافت که وقتی مایع از قسمتی از لوله با سطح مقطع بزرگتر به مقطعی با سطح مقطع کوچکتر عبور می کند، سرعت جریان افزایش می یابد، یعنی مایع با شتاب حرکت می کند. و این، طبق قانون دوم نیوتن، به این معنی است که نیرویی بر مایع وارد می شود. این چه نوع قدرتی است؟

این نیرو تنها می تواند تفاوت بین نیروهای فشار در بخش های پهن و باریک لوله باشد. بنابراین، در یک بخش عریض، فشار سیال باید بیشتر از قسمت باریک لوله باشد.

این نیز از قانون بقای انرژی ناشی می شود. در واقع، اگر سرعت حرکت سیال در مکان های باریک لوله افزایش یابد، انرژی جنبشی آن نیز افزایش می یابد. و از آنجایی که فرض کردیم سیال بدون اصطکاک جریان دارد، این افزایش انرژی جنبشی باید با کاهش انرژی پتانسیل جبران شود، زیرا انرژی کل باید ثابت بماند. ما در اینجا در مورد چه انرژی بالقوه صحبت می کنیم؟ اگر لوله افقی باشد، انرژی پتانسیل تعامل با زمین در تمام قسمت های لوله یکسان است و نمی تواند تغییر کند. این بدان معنی است که فقط انرژی پتانسیل تعامل الاستیک باقی می ماند. نیروی فشاری که مایع را مجبور به جریان در لوله می کند، نیروی فشار کشسانی مایع است. وقتی می گوییم مایع تراکم ناپذیر است، فقط منظورمان این است که نمی توان آن را آنقدر فشرده کرد که حجم آن به طور محسوسی تغییر کند، اما فشار بسیار کمی که باعث پیدایش نیروهای ارتجاعی می شود، ناگزیر رخ می دهد. این نیروها باعث ایجاد فشار سیال می شوند. این فشرده سازی مایع است که در قسمت های باریک لوله کاهش می یابد و افزایش سرعت را جبران می کند. بنابراین در نواحی باریک لوله ها، فشار سیال باید کمتر از نواحی وسیع باشد.

این قانونی است که توسط دانیل برنولی، آکادمیک سنت پترزبورگ کشف شده است:

فشار سیال جاری در بخش هایی از جریان که سرعت حرکت آن کمتر است بیشتر است و

برعکس، در بخش هایی که سرعت بیشتر است، فشار کمتر است.

ممکن است عجیب به نظر برسد، هنگامی که یک مایع از طریق بخش های باریک لوله "فشرده" می شود، فشرده سازی آن افزایش نمی یابد، بلکه کاهش می یابد. و تجربه این را به خوبی تایید می کند.

اگر لوله ای که مایع از طریق آن جریان می یابد مجهز به لوله های باز لحیم شده به آن - گیج های فشار (شکل 209) باشد، می توان توزیع فشار را در طول لوله مشاهده کرد. در نواحی باریک لوله، ارتفاع ستون مایع در لوله فشار کمتر از نواحی وسیع است. یعنی فشار کمتری در این مکان ها وجود دارد. هرچه سطح مقطع لوله کمتر باشد سرعت جریان بیشتر و فشار کمتر می شود. بدیهی است که می توان بخشی را انتخاب کرد که در آن فشار برابر با فشار خارجی باشد فشار جو(در این صورت ارتفاع سطح مایع در فشارسنج صفر خواهد بود). و اگر بخش کوچکتری بگیرید، فشار سیال در آن کمتر از اتمسفر خواهد بود.

از این جریان سیال می توان برای پمپاژ هوا استفاده کرد. به اصطلاح پمپ آب جت بر اساس این اصل عمل می کند. شکل 210 نمودار چنین پمپی را نشان می دهد. یک جریان آب از لوله A با سوراخ باریکی در انتهای آن عبور می کند. فشار آب در دهانه لوله کمتر از فشار اتمسفر است. از همین رو

گاز حاصل از حجم پمپ شده از طریق لوله B به انتهای لوله A کشیده شده و همراه با آب خارج می شود.

هر آنچه در مورد حرکت مایع در لوله ها گفته شد در مورد حرکت گاز نیز صدق می کند. اگر سرعت جریان گاز خیلی زیاد نباشد و گاز آنقدر فشرده نشود که حجم آن تغییر کند و علاوه بر این، اصطکاک نادیده گرفته شود، قانون برنولی برای جریان گاز نیز صادق است. در قسمت‌های باریک لوله‌ها که گاز سریع‌تر حرکت می‌کند، فشار آن کمتر از قسمت‌های پهن است و ممکن است کمتر از فشار اتمسفر شود. در برخی موارد، حتی نیازی به لوله ندارد.

می توانید یک آزمایش ساده انجام دهید. همانطور که در شکل 211 نشان داده شده است، اگر روی یک ورق کاغذ در امتداد سطح آن باد کنید، خواهید دید که کاغذ شروع به بلند شدن می کند. این به دلیل کاهش فشار در جریان هوا در بالای کاغذ رخ می دهد.

همین پدیده زمانی رخ می دهد که یک هواپیما پرواز می کند. جریان معکوس هوا بر روی سطح محدب بالایی بال هواپیمای در حال پرواز جریان می یابد و به همین دلیل کاهش فشار رخ می دهد. فشار بالای بال کمتر از فشار زیر بال است. این همان چیزی است که بالابر بال را ایجاد می کند.

تمرین 62

1. سرعت مجاز عبور روغن از لوله ها 2 متر بر ثانیه است. در عرض 1 ساعت چه حجم روغن از لوله ای به قطر 1 متر عبور می کند؟

2. مقدار آبی که از آن خارج می شود را اندازه گیری کنید شیر آببرای مدت زمان معین سرعت جریان آب را با اندازه گیری قطر لوله جلوی شیر تعیین کنید.

3. قطر خط لوله ای که آب باید در هر ساعت از آن عبور کند چقدر باید باشد؟ سرعت جریان آب مجاز 2.5 متر بر ثانیه است.

اغلب اتفاق می افتد که فشار آب در نقاط آب در آپارتمان به وضوح کافی نیست. این منجر به ناراحتی هنگام استفاده از وسایل لوله کشی، "یخ زدن" یا توقف کامل می شود. لوازم خانگیبه منبع آب متصل می شود، به عملکرد نادرست دستگاه های مدرن(دوش، جکوزی، بید و غیره) که نیاز به فشار آب معینی دارند. طبیعتاً چنین وضعیتی مستلزم اتخاذ اقدامات اداری (که متأسفانه همیشه کمکی نمی کند) یا نصب پمپ های تقویت کننده خاص یا ایستگاه های پمپاژ.

برای طرح ادعا یا برنامه ریزی نصب تجهیزات اضافی، توصیه می شود از قبل بدانید که چه فشاری در سیستم تامین آب عمدتاً حفظ می شود ، یعنی چقدر با استاندارد متفاوت است. اگر گیج فشار دارید، گرفتن خوانش دشوار نخواهد بود. اما اگر چنین وسیله ای وجود نداشته باشد چه باید کرد؟ مهم نیست، یک روش آزمایشی ساده و دقیق وجود دارد که برای آن ماشین حساب زیر برای محاسبه فشار آب در سیستم آبرسانی تهیه شده است.

شرح اندازه گیری ها و محاسبات در قسمت متن زیر ماشین حساب است.

خطوط لوله برای حمل و نقل مایعات مختلف بخشی جدایی ناپذیر از واحدها و تاسیساتی هستند که در آنها فرآیندهای کاری مرتبط با زمینه های مختلف کاربرد انجام می شود. هنگام انتخاب لوله ها و پیکربندی لوله کشی پراهمیتهم هزینه خود لوله ها را دارد و هم اتصالات خط لوله. هزینه نهاییپمپاژ یک محیط از طریق یک خط لوله تا حد زیادی توسط ابعاد لوله ها (قطر و طول) تعیین می شود. محاسبه این مقادیر با استفاده از فرمول های ویژه توسعه یافته مخصوص انواع خاصی از عملیات انجام می شود.

لوله یک استوانه توخالی ساخته شده از فلز، چوب یا مواد دیگر است که برای انتقال مایع، گاز و مواد دانه ای استفاده می شود. محیط انتقال می تواند آب باشد، گاز طبیعیبخار، فرآورده های نفتی و غیره از لوله ها در همه جا استفاده می شود صنایع مختلفصنعت به مصارف خانگی

برای ساخت لوله بیشتر مواد مختلفمانند فولاد، چدن، مس، سیمان، پلاستیک مانند پلاستیک ABS، PVC، پلی وینیل کلرید کلر، پلی بوتن، پلی اتیلن و غیره.

شاخص های اصلی ابعاد یک لوله، قطر آن (خارجی، داخلی و ...) و ضخامت دیواره آن است که بر حسب میلی متر یا اینچ اندازه گیری می شود. مقداری مانند قطر اسمی یا حفره اسمی نیز استفاده می شود - مقدار اسمی قطر داخلی لوله نیز بر حسب میلی متر (که با DN مشخص می شود) یا اینچ (با DN مشخص می شود) اندازه گیری می شود. مقادیر قطرهای اسمی استاندارد شده و معیار اصلی انتخاب لوله ها و اتصالات اتصال است.

مطابقت بین مقادیر قطر اسمی بر حسب میلی متر و اینچ:

لوله ای با مقطع دایره ای به دلایل مختلفی نسبت به سایر مقاطع هندسی ترجیح داده می شود:

• یک دایره دارای حداقل نسبت محیط به مساحت است و وقتی روی لوله اعمال می شود به این معنی است که با مساوی است پهنای باندمصرف مواد برای لوله های گرد در مقایسه با لوله های شکل های دیگر حداقل خواهد بود. این همچنین به معنای کمترین هزینه ممکن برای عایق و پوشش محافظ است.
• گرد سطح مقطعسودمندترین برای حرکت مایع یا محیط گازاز دیدگاه هیدرودینامیکی همچنین به دلیل حداقل مساحت ممکن داخلی لوله در واحد طول آن، اصطکاک بین محیط متحرک و لوله به حداقل می رسد.
• شکل گرد در برابر فشارهای داخلی و خارجی بسیار مقاوم است.
• فرآیند ساخت لوله های گرد بسیار ساده و قابل اجرا است.

لوله ها بسته به هدف و کاربرد آنها می توانند از نظر قطر و پیکربندی بسیار متفاوت باشند. بنابراین خطوط لوله اصلیبرای جابجایی آب یا فرآورده های نفتی می تواند با یک پیکربندی نسبتاً ساده به قطر تقریباً نیم متر برسد و کویل های گرمایش، همچنین یک لوله، قطر کمی دارند. شکل پیچیدهبا چرخش های زیاد

تصور هیچ صنعتی بدون شبکه خط لوله غیرممکن است. محاسبه چنین شبکه‌ای شامل انتخاب مواد لوله، تهیه مشخصاتی است که داده‌های مربوط به ضخامت، اندازه لوله‌ها، مسیر و غیره را فهرست می‌کند. مواد اولیه، محصولات میانی و/یا محصول نهاییبا عبور از مراحل تولید، حرکت بین دستگاه ها و تاسیسات مختلف که با استفاده از خطوط لوله و اتصالات به هم متصل می شوند. محاسبه صحیح، انتخاب و نصب سیستم خط لوله برای اجرای قابل اعتماد کل فرآیند، اطمینان از پمپاژ ایمن رسانه، و همچنین برای آب بندی سیستم و جلوگیری از نشت ماده پمپ شده به جو ضروری است.

هیچ فرمول یا قانون واحدی وجود ندارد که بتوان از آن برای انتخاب خط لوله برای هر کدام استفاده کرد کاربرد ممکنو محیط کار در هر کاربرد جداگانه خطوط لوله تعدادی فاکتور وجود دارد که نیاز به بررسی دارد و می تواند تأثیر قابل توجهی بر الزامات خط لوله داشته باشد. بنابراین، برای مثال، هنگام کار با لجن، خط لوله سایز بزرگنه تنها هزینه نصب را افزایش می دهد، بلکه مشکلات عملیاتی ایجاد می کند.

به طور معمول، لوله ها پس از بهینه سازی مواد و هزینه های عملیاتی انتخاب می شوند. هرچه قطر خط لوله بزرگتر باشد، یعنی سرمایه گذاری اولیه بیشتر باشد، افت فشار کمتر و بر این اساس، هزینه های عملیاتی کمتر می شود. برعکس، اندازه کوچک خط لوله هزینه های اولیه خود لوله ها و اتصالات لوله را کاهش می دهد، اما افزایش سرعت منجر به افزایش تلفات می شود که منجر به نیاز به صرف انرژی اضافی برای پمپاژ محیط می شود. محدودیت های سرعت ثابت شده برای کاربردهای مختلف بر اساس شرایط طراحی بهینه است. اندازه خطوط لوله با استفاده از این استانداردها با در نظر گرفتن مناطق کاربرد محاسبه می شود.

طراحی خط لوله

هنگام طراحی خطوط لوله، پارامترهای طراحی اساسی زیر به عنوان پایه در نظر گرفته می شود:

• عملکرد مورد نیاز؛
• نقاط ورود و خروج خط لوله؛
• ترکیب محیط، از جمله ویسکوزیته و وزن مخصوص;
• شرایط توپوگرافی مسیر خط لوله؛
• حداکثر مجاز فشار عملیاتی;
• محاسبه هیدرولیک؛
• قطر خط لوله، ضخامت دیوار، مقاومت کششی مواد دیوار.
• تعداد ایستگاه های پمپاژ، فاصله بین آنها و مصرف برق.

قابلیت اطمینان خط لوله

قابلیت اطمینان در طراحی خط لوله با رعایت استانداردهای طراحی مناسب تضمین می شود. همچنین آموزش کارکنان یک عامل کلیدی در تضمین است بلند مدتخدمات خط لوله و تنگی و قابلیت اطمینان آن. نظارت مستمر یا دوره ای عملیات خط لوله را می توان با نظارت، حسابداری، کنترل، تنظیم و سیستم های اتوماسیون، دستگاه های نظارت بر تولید شخصی و دستگاه های ایمنی انجام داد.

پوشش اضافی خط لوله

پوشش مقاوم در برابر خوردگی اعمال می شود قسمت بیرونیاکثر لوله ها برای جلوگیری از اثرات مخرب خوردگی از محیط خارجی. در مورد پمپاژ رسانه های خورنده، می توان یک پوشش محافظ نیز اعمال کرد سطح داخلیلوله های قبل از راه اندازی، تمام لوله های جدید که برای انتقال مایعات خطرناک در نظر گرفته شده اند از نظر نقص و نشتی بررسی می شوند.

اصول اساسی برای محاسبه جریان در یک خط لوله

ماهیت جریان محیط در خط لوله و هنگام جریان در اطراف موانع می تواند از مایعی به مایع دیگر بسیار متفاوت باشد. یکی از شاخص های مهم ویسکوزیته محیط است که با پارامتری مانند ضریب ویسکوزیته مشخص می شود. آزبورن رینولدز، مهندس فیزیکدان ایرلندی در سال 1880 مجموعه ای از آزمایش ها را انجام داد که بر اساس نتایج آنها توانست یک کمیت بی بعد که ماهیت جریان یک سیال چسبناک را مشخص می کند، به دست آورد که معیار رینولدز نامیده می شود و Re نشان داده می شود.

Re = (v·L·ρ)/μ

جایی که:
ρ - چگالی مایع؛
v-سرعت جریان.
L طول مشخصه عنصر جریان است.
μ - ضریب ویسکوزیته دینامیکی.

یعنی معیار رینولدز نسبت نیروهای اینرسی به نیروهای اصطکاک ویسکوز را در یک جریان سیال مشخص می کند. تغییر در مقدار این معیار منعکس کننده تغییر در نسبت این نوع نیروها است که به نوبه خود بر ماهیت جریان سیال تأثیر می گذارد. در این رابطه مرسوم است که بسته به مقدار معیار رینولدز، سه حالت جریان را تشخیص دهیم. در Re<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، یک رژیم پایدار در حال حاضر مشاهده شده است که با تغییر تصادفی در سرعت و جهت جریان در هر نقطه مشخص می شود، که در کل نرخ جریان را در کل حجم یکسان می کند. این رژیم آشفته نامیده می شود. عدد رینولدز به فشار تعیین شده توسط پمپ، ویسکوزیته محیط در دمای کار و همچنین اندازه و شکل مقطع لوله ای که جریان از آن عبور می کند بستگی دارد.

مشخصات سرعت جریان
حالت آرام	رژیم انتقالی	رژیم آشفته
شخصیت جریان
حالت آرام	رژیم انتقالی	رژیم آشفته

معیار رینولدز یک معیار تشابه برای جریان سیال چسبناک است. یعنی با کمک آن می توان یک فرآیند واقعی را در اندازه کاهش یافته و برای مطالعه راحت شبیه سازی کرد. این بسیار مهم است، زیرا مطالعه ماهیت جریان سیال در دستگاه های واقعی به دلیل اندازه بزرگ آنها اغلب بسیار دشوار و گاهی غیرممکن است.

محاسبه خط لوله محاسبه قطر خط لوله

اگر خط لوله از نظر حرارتی عایق نباشد، یعنی تبادل حرارت بین سیال در حال حرکت و محیط امکان پذیر باشد، ماهیت جریان در آن می تواند حتی با سرعت ثابت (جریان) تغییر کند. این در صورتی امکان پذیر است که محیط پمپ شده در ورودی دارای دمای کافی بالا باشد و در حالت آشفته جریان داشته باشد. در طول لوله، دمای محیط انتقال یافته به دلیل تلفات حرارتی به محیط کاهش می یابد، که ممکن است منجر به تغییر رژیم جریان به آرام یا انتقالی شود. دمایی که در آن تغییر رژیم رخ می دهد، دمای بحرانی نامیده می شود. مقدار ویسکوزیته مایع به طور مستقیم به دما بستگی دارد، بنابراین، برای چنین مواردی، از پارامتری مانند ویسکوزیته بحرانی استفاده می شود که مربوط به نقطه تغییر رژیم جریان در مقدار بحرانی معیار رینولدز است:

v cr = (v D)/Re cr = (4 Q)/(π D Re cr)

جایی که:
ν cr - ویسکوزیته سینماتیک بحرانی.
Re cr - ارزش بحرانی معیار رینولدز.
D - قطر لوله؛
v - سرعت جریان.
س - مصرف.

عامل مهم دیگر اصطکاک است که بین دیواره های لوله و جریان متحرک ایجاد می شود. در این حالت ضریب اصطکاک تا حد زیادی به زبری دیواره لوله بستگی دارد. رابطه بین ضریب اصطکاک، معیار رینولدز و زبری توسط نمودار مودی ایجاد می شود که به فرد اجازه می دهد با دانستن دو پارامتر دیگر، یکی از پارامترها را تعیین کند.

برای محاسبه ضریب اصطکاک جریان آشفته نیز از فرمول کولبروک وایت استفاده می شود. بر اساس این فرمول می توان نمودارهایی ساخت که ضریب اصطکاک از آنها تعیین می شود.

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

جایی که:
k - ضریب زبری لوله؛
λ - ضریب اصطکاک.

همچنین فرمول های دیگری برای محاسبه تقریبی تلفات اصطکاک در جریان فشار مایع در لوله ها وجود دارد. یکی از رایج ترین معادلات مورد استفاده در این مورد، معادله دارسی-وایزباخ است. این بر اساس داده های تجربی است و عمدتا در مدل سازی سیستم استفاده می شود. تلفات اصطکاک تابعی از سرعت سیال و مقاومت لوله در برابر حرکت سیال است که از طریق مقدار زبری دیواره خط لوله بیان می شود.

∆H = λ L/d v²/(2 گرم)

جایی که:
ΔH - کاهش فشار؛
λ - ضریب اصطکاک؛
L طول بخش لوله است.
د - قطر لوله؛
v - سرعت جریان.
g شتاب سقوط آزاد است.

افت فشار ناشی از اصطکاک برای آب با استفاده از فرمول Hazen-Williams محاسبه می شود.

∆H = 11.23 L 1/C 1.85 Q 1.85 /D 4.87

جایی که:
ΔH - کاهش فشار؛
L طول بخش لوله است.
C ضریب زبری هایزن-ویلیامز است.
Q - نرخ جریان؛
د - قطر لوله.

فشار

فشار عملیاتی یک خط لوله بالاترین فشار اضافی است که حالت عملکرد مشخص شده خط لوله را تضمین می کند. تصمیم گیری در مورد اندازه خط لوله و تعداد ایستگاه های پمپاژ معمولاً بر اساس فشار عملکرد لوله، ظرفیت پمپ و هزینه ها گرفته می شود. حداکثر و حداقل فشار خط لوله و همچنین ویژگی های محیط کار، فاصله بین ایستگاه های پمپاژ و توان مورد نیاز را تعیین می کند.

فشار اسمی PN یک مقدار اسمی مربوط به حداکثر فشار محیط کار در 20 درجه سانتیگراد است که در آن عملیات طولانی مدت یک خط لوله با ابعاد داده شده امکان پذیر است.

با افزایش دما، ظرفیت بار لوله کاهش می یابد و در نتیجه فشار اضافی مجاز نیز کاهش می یابد. مقدار pe,zul حداکثر فشار (gp) را در سیستم لوله کشی با افزایش دمای عملیاتی نشان می دهد.

نمودار فشار اضافی مجاز:

محاسبه افت فشار در یک خط لوله

افت فشار در خط لوله با استفاده از فرمول محاسبه می شود:

∆p = λ L/d ρ/2 v²

جایی که:
Δp - افت فشار در بخش لوله؛
L طول بخش لوله است.
λ - ضریب اصطکاک؛
د - قطر لوله؛
ρ - چگالی محیط پمپ شده؛
v - سرعت جریان.

رسانه های کاری حمل شده

اغلب از لوله ها برای انتقال آب استفاده می شود، اما می توان از آنها برای جابجایی لجن، تعلیق، بخار و غیره نیز استفاده کرد. در صنعت نفت، از خطوط لوله برای انتقال طیف وسیعی از هیدروکربن ها و مخلوط های آنها استفاده می شود که از نظر خواص شیمیایی و فیزیکی بسیار متفاوت است. نفت خام را می توان در فواصل بیشتر از میادین خشکی یا سکوهای نفتی فراساحلی به پایانه ها، نقاط میانی و پالایشگاه ها حمل کرد.

خطوط لوله همچنین انتقال می دهند:

• فرآورده های نفتی مانند بنزین، سوخت حمل و نقل هوایی، نفت سفید، سوخت دیزل، نفت کوره و غیره؛
• مواد خام پتروشیمی: بنزن، استایرن، پروپیلن و غیره؛
• هیدروکربن های معطر: زایلن، تولوئن، کومن و غیره؛
• سوخت‌های نفت مایع مانند گاز طبیعی مایع، گاز نفت مایع، پروپان (گازهایی در دما و فشار استاندارد اما با فشار مایع می‌شوند).
• دی اکسید کربن، آمونیاک مایع (به صورت مایعات تحت فشار منتقل می شود).
• قیر و سوخت های چسبناک برای حمل و نقل با خط لوله بسیار چسبناک هستند، بنابراین بخش های تقطیر شده نفت برای رقیق کردن این مواد خام و به دست آوردن مخلوطی که می تواند توسط خط لوله حمل شود استفاده می شود.
• هیدروژن (فاصله های کوتاه).

کیفیت رسانه حمل شده

خصوصیات فیزیکی و پارامترهای رسانه حمل شده تا حد زیادی پارامترهای طراحی و عملیاتی خط لوله را تعیین می کند. وزن مخصوص، تراکم پذیری، دما، ویسکوزیته، نقطه ریزش و فشار بخار پارامترهای اصلی محیط کار هستند که باید در نظر گرفته شوند.

وزن مخصوص یک مایع، وزن آن در واحد حجم است. بسیاری از گازها از طریق خطوط لوله تحت فشار افزایش یافته منتقل می شوند و هنگامی که به فشار معینی رسید، برخی از گازها حتی می توانند به مایع تبدیل شوند. بنابراین، درجه فشرده سازی محیط یک پارامتر حیاتی برای طراحی خطوط لوله و تعیین توان عملیاتی است.

دما بر عملکرد خط لوله تأثیر غیر مستقیم و مستقیم دارد. این در این واقعیت بیان می شود که حجم مایع پس از افزایش دما افزایش می یابد، مشروط بر اینکه فشار ثابت بماند. دماهای پایین تر نیز می تواند بر عملکرد و بازده کلی سیستم تأثیر بگذارد. به طور معمول، هنگامی که دمای یک سیال کاهش می یابد، این امر با افزایش ویسکوزیته آن همراه است، که مقاومت اصطکاک بیشتری را در دیواره داخلی لوله ایجاد می کند و برای پمپ کردن همان مقدار سیال به انرژی بیشتری نیاز دارد. محیط های بسیار چسبناک به تغییرات دمای عملیاتی حساس هستند. ویسکوزیته مقاومت یک محیط در برابر جریان است و بر حسب سنتیستوک cSt اندازه گیری می شود. ویسکوزیته نه تنها انتخاب پمپ، بلکه فاصله بین ایستگاه های پمپاژ را نیز تعیین می کند.

به محض اینکه دمای سیال به زیر نقطه ریزش کاهش یابد، عملیات خط لوله غیرممکن می شود و چندین گزینه برای بازیابی عملکرد آن اتخاذ می شود:

• گرم کردن محیط یا لوله های عایق برای حفظ دمای کاری محیط بالاتر از نقطه سیال آن؛
• تغییر در ترکیب شیمیایی محیط قبل از ورود به خط لوله؛
• رقیق شدن محیط حمل شده با آب.

انواع لوله های اصلی

لوله های اصلی به صورت جوشی یا بدون درز ساخته می شوند. لوله های فولادی بدون درز بدون جوش طولی در مقاطع فولادی تولید می شوند که برای رسیدن به اندازه و خواص مورد نظر عملیات حرارتی می شوند. لوله جوشی با استفاده از چندین فرآیند تولید تولید می شود. این دو نوع از نظر تعداد درزهای طولی در لوله و نوع تجهیزات جوش مورد استفاده با یکدیگر تفاوت دارند. لوله فولادی جوشی رایج ترین نوع مورد استفاده در کاربردهای پتروشیمی است.

هر طول لوله برای تشکیل یک خط لوله به یکدیگر جوش داده می شود. همچنین در خطوط لوله اصلی بسته به کاربرد از لوله های فایبرگلاس، انواع پلاستیک، آزبست سیمان و ... استفاده می شود.

برای اتصال بخش های مستقیم لوله ها، و همچنین برای انتقال بین بخش های خطوط لوله با قطرهای مختلف، از عناصر اتصال مخصوص ساخته شده (زانو، خم، دریچه ها) استفاده می شود.

آرنج 90 درجه	خمیدگی 90 درجه	شاخه انتقال	شاخه
آرنج 180 درجه	خم شدن 30 درجه	اتصالات آداپتور	نکته

اتصالات ویژه برای نصب قطعات جداگانه خطوط لوله و اتصالات استفاده می شود.

جوش داده شده	فلنج دار	نخ دار	جفت

انبساط دمایی خط لوله

هنگامی که یک خط لوله تحت فشار است، کل سطح داخلی آن در معرض یک بار توزیع یکنواخت قرار می گیرد که باعث ایجاد نیروهای داخلی طولی در لوله و بارهای اضافی روی تکیه گاه های انتهایی می شود. نوسانات دما نیز روی خط لوله تاثیر می گذارد و باعث تغییر در ابعاد لوله می شود. نیروها در یک خط لوله ثابت در طول نوسانات دما می توانند از مقدار مجاز فراتر رفته و منجر به تنش اضافی شوند که برای استحکام خط لوله هم در مواد لوله و هم در اتصالات فلنج خطرناک است. نوسانات دمای محیط پمپ شده نیز باعث ایجاد تنش دما در خط لوله می شود که می تواند به اتصالات، ایستگاه پمپاژ و غیره منتقل شود. این امر می تواند منجر به کاهش فشار در اتصالات خط لوله، خرابی اتصالات یا سایر عناصر شود.

محاسبه ابعاد خط لوله در هنگام تغییر دما

محاسبه تغییرات در ابعاد خطی خط لوله با تغییرات دما با استفاده از فرمول انجام می شود:

∆L = a·L·∆t

الف - ضریب انبساط حرارتی، mm/(m°C) (جدول زیر را ببینید).
L - طول خط لوله (فاصله بین تکیه گاه های ثابت)، متر؛
Δt - تفاوت بین حداکثر. و دقیقه دمای محیط پمپاژ شده، درجه سانتیگراد.

جدول انبساط خطی لوله های ساخته شده از مواد مختلف

اعداد داده شده نشان دهنده مقادیر متوسط ​​برای مواد ذکر شده است و برای محاسبه خط لوله ساخته شده از مواد دیگر، داده های این جدول نباید به عنوان پایه در نظر گرفته شوند. هنگام محاسبه خط لوله، توصیه می شود از ضریب ازدیاد طول خطی که توسط سازنده لوله در مشخصات فنی یا برگه داده همراه ذکر شده است استفاده کنید.

کشیدگی حرارتی خطوط لوله هم با استفاده از بخش های جبرانی خاص خط لوله و هم با کمک جبران کننده هایی که می توانند از قطعات الاستیک یا متحرک تشکیل شوند، حذف می شود.

بخش های جبرانی شامل بخش های مستقیم الاستیک خط لوله است که عمود بر یکدیگر قرار گرفته و با خم ها محکم شده اند. در طول ازدیاد طول حرارتی، افزایش در یک قسمت با تغییر شکل خمشی قسمت دیگر در صفحه یا با تغییر شکل خمشی و پیچشی در فضا جبران می شود. اگر خط لوله به خودی خود انبساط حرارتی را جبران کند، به آن خود جبرانی می گویند.

جبران همچنین به لطف خمیدگی های الاستیک رخ می دهد. بخشی از کشیدگی با خاصیت ارتجاعی خم ها جبران می شود، بخشی دیگر به دلیل خاصیت کشسانی مواد ناحیه واقع در پشت خم حذف می شود. جبران‌کننده‌ها در جایی نصب می‌شوند که امکان استفاده از بخش‌های جبران‌کننده وجود نداشته باشد یا زمانی که خود جبران‌سازی خط لوله کافی نیست.

با توجه به طراحی و اصل عملکرد، جبران کننده ها چهار نوع هستند: U شکل، لنز، موج دار، جعبه پرکننده. در عمل اغلب از اتصالات انبساط مسطح با شکل L، Z یا U استفاده می شود. در مورد جبران‌کننده‌های فضایی، معمولاً 2 بخش مسطح عمود بر یکدیگر را نشان می‌دهند و یک شانه مشترک دارند. اتصالات انبساط الاستیک از لوله ها یا دیسک های الاستیک یا دم ساخته می شوند.

تعیین اندازه بهینه قطر خط لوله

قطر بهینه خط لوله را می توان بر اساس محاسبات فنی و اقتصادی یافت. ابعاد خط لوله، از جمله اندازه و عملکرد اجزای مختلف، و همچنین شرایطی که خط لوله باید تحت آن کار کند، ظرفیت حمل و نقل سیستم را تعیین می کند. اندازه لوله های بزرگتر برای جریان های جرمی بالاتر مناسب است، مشروط بر اینکه سایر اجزای سیستم به درستی انتخاب شده و برای این شرایط اندازه گیری شوند. به طور معمول، هر چه بخش لوله اصلی بین ایستگاه های پمپاژ طولانی تر باشد، افت فشار در خط لوله بیشتر مورد نیاز است. علاوه بر این، تغییرات در مشخصات فیزیکی محیط پمپاژ شده (ویسکوزیته و غیره) نیز می تواند تأثیر زیادی بر فشار در خط داشته باشد.

اندازه بهینه کوچکترین اندازه لوله مناسب برای یک کاربرد خاص است که در طول عمر سیستم مقرون به صرفه باشد.

فرمول محاسبه عملکرد لوله:

Q = (π d²)/4 v

Q نرخ جریان مایع پمپ شده است.
د - قطر خط لوله؛
v - سرعت جریان.

در عمل، برای محاسبه قطر بهینه خط لوله، از مقادیر سرعت بهینه محیط پمپ شده استفاده می شود که از مواد مرجع تهیه شده بر اساس داده های تجربی گرفته شده است:

از اینجا فرمول محاسبه قطر بهینه لوله را بدست می آوریم:

d o = √((4·Q) / (π·v o ))

Q نرخ جریان مشخص شده مایع پمپ شده است.
د - قطر بهینه خط لوله؛
v نرخ جریان بهینه است.

در نرخ های جریان بالا، معمولا از لوله هایی با قطر کمتر استفاده می شود، که به معنای کاهش هزینه برای خرید خط لوله، تعمیر و نگهداری و کار نصب آن است (که با K 1 مشخص می شود). با افزایش سرعت، افت فشار ناشی از اصطکاک و مقاومت موضعی افزایش می‌یابد که منجر به افزایش هزینه پمپاژ مایع می‌شود (که با K2 مشخص می‌شود).

برای خطوط لوله با قطر بزرگ، هزینه های K 1 بیشتر و هزینه های عملیاتی K 2 کمتر خواهد بود. اگر مقادیر K 1 و K 2 را اضافه کنیم، حداقل هزینه کل K و قطر بهینه خط لوله را بدست می آوریم. هزینه های K 1 و K 2 در این مورد در یک دوره زمانی داده شده است.

محاسبه (فرمول) هزینه های سرمایه برای یک خط لوله

K 1 = (m·C M ·K M)/n

m جرم خط لوله، t است.
C M - هزینه 1 تن، مالش / تن.
K M - ضریب افزایش هزینه کار نصب، به عنوان مثال 1.8؛
n - عمر سرویس، سال.

هزینه های عملیاتی مشخص شده مرتبط با مصرف انرژی عبارتند از:

K 2 = 24 N n روز C E مالش / سال

N - قدرت، کیلو وات؛
n DN - تعداد روزهای کاری در سال؛
S E - هزینه در هر کیلووات ساعت انرژی، rub/kW *h.

فرمول های تعیین ابعاد خط لوله

نمونه ای از فرمول های کلی برای تعیین اندازه لوله ها بدون در نظر گرفتن عوامل تأثیر اضافی احتمالی مانند فرسایش، مواد جامد معلق و غیره:

نرخ جریان بهینه برای سیستم های لوله کشی مختلف

اندازه لوله بهینه بر اساس حداقل هزینه پمپاژ محیط از طریق خط لوله و هزینه لوله ها انتخاب می شود. با این حال، محدودیت سرعت نیز باید در نظر گرفته شود. گاهی اوقات، اندازه خط لوله باید با الزامات فرآیند مطابقت داشته باشد. همچنین اغلب اندازه خط لوله با افت فشار مرتبط است. در محاسبات طراحی اولیه، جایی که تلفات فشار در نظر گرفته نمی شود، اندازه خط لوله فرآیند با سرعت مجاز تعیین می شود.

اگر تغییراتی در جهت جریان در خط لوله ایجاد شود، این امر منجر به افزایش قابل توجه فشارهای موضعی در سطح عمود بر جهت جریان می شود. این نوع افزایش تابعی از سرعت، چگالی و فشار اولیه سیال است. از آنجایی که سرعت با قطر نسبت معکوس دارد، سیالات با سرعت بالا در انتخاب اندازه و پیکربندی لوله‌کشی نیاز به توجه ویژه دارند. اندازه مطلوب لوله، به عنوان مثال برای اسید سولفوریک، سرعت محیط را به مقداری محدود می کند که در آن فرسایش دیواره های زانویی لوله مجاز نباشد، در نتیجه از آسیب به ساختار لوله جلوگیری می کند.

جریان سیال گرانشی

محاسبه اندازه یک خط لوله در مورد جریان گرانشی بسیار پیچیده است. ماهیت حرکت با این شکل جریان در لوله می تواند تک فاز (لوله کامل) و دو فاز (پر کردن جزئی) باشد. جریان دو فاز زمانی ایجاد می شود که مایع و گاز به طور همزمان در لوله وجود داشته باشند.

بسته به نسبت مایع و گاز و همچنین سرعت آنها، رژیم جریان دو فازی می تواند از حبابی به پراکنده متفاوت باشد.

جریان حباب (افقی)	جریان پرتابه (افقی)	جریان موج	جریان پراکنده

نیروی محرکه یک مایع در هنگام حرکت توسط گرانش از اختلاف ارتفاعات نقطه شروع و پایان تأمین می شود و لازمه آن این است که نقطه شروع بالاتر از نقطه پایان قرار گیرد. به عبارت دیگر، اختلاف ارتفاع، تفاوت انرژی پتانسیل مایع را در این موقعیت ها تعیین می کند. این پارامتر هنگام انتخاب خط لوله نیز در نظر گرفته می شود. علاوه بر این، مقدار نیروی محرکه تحت تأثیر مقادیر فشار در نقاط شروع و پایان است. افزایش افت فشار مستلزم افزایش نرخ جریان سیال است که به نوبه خود امکان انتخاب خط لوله با قطر کمتر و بالعکس را فراهم می کند.

اگر نقطه پایانی به یک سیستم تحت فشار مانند ستون تقطیر متصل باشد، لازم است فشار معادل را از اختلاف ارتفاع موجود کم کرد تا فشار دیفرانسیل واقعی واقعی تولید شده تخمین زده شود. همچنین، اگر نقطه شروع خط لوله تحت خلاء باشد، هنگام انتخاب خط لوله باید تأثیر آن بر فشار دیفرانسیل کلی نیز در نظر گرفته شود. انتخاب نهایی لوله ها با استفاده از فشار دیفرانسیل با در نظر گرفتن همه عوامل فوق انجام می شود و صرفاً بر اساس اختلاف ارتفاع بین نقطه شروع و پایان نیست.

جریان سیال داغ

کارخانه های فرآیندی معمولاً هنگام کار با محیط های داغ یا در حال جوش با چالش های مختلفی روبرو هستند. دلیل اصلی تبخیر بخشی از جریان مایع داغ است، یعنی تبدیل فاز مایع به بخار در داخل خط لوله یا تجهیزات. یک مثال معمولی پدیده کاویتاسیون یک پمپ گریز از مرکز است که با جوش نقطه ای مایع همراه با تشکیل حباب های بخار (کاویتاسیون بخار) یا انتشار گازهای محلول در حباب ها (کاویتاسیون گاز) همراه است.

لوله کشی بزرگتر به دلیل کاهش نرخ جریان در مقایسه با لوله های کوچکتر در جریان ثابت ترجیح داده می شود و در نتیجه NPSH بالاتری در خط مکش پمپ ایجاد می شود. همچنین علت کاویتاسیون در اثر کاهش فشار می تواند نقاط تغییر ناگهانی جهت جریان یا کاهش اندازه خط لوله باشد. مخلوط بخار و گاز حاصل مانعی برای جریان ایجاد می کند و می تواند باعث آسیب به خط لوله شود که باعث می شود پدیده کاویتاسیون در طول عملیات خط لوله بسیار نامطلوب باشد.

خط لوله بای پس برای تجهیزات/ابزارها

تجهیزات و دستگاه‌هایی، به‌ویژه آن‌هایی که می‌توانند افت فشار قابل توجهی ایجاد کنند، یعنی مبدل‌های حرارتی، شیرهای کنترل و غیره، مجهز به خطوط لوله بای‌پس هستند (برای اینکه فرآیند حتی در حین کار تعمیر و نگهداری فنی قطع نشود). چنین خطوط لوله معمولاً دارای 2 شیر قطع کننده نصب شده در خط نصب و یک شیر کنترل جریان به موازات این نصب هستند.

در حین کار عادی، جریان سیال با عبور از اجزای اصلی دستگاه، افت فشار اضافی را تجربه می کند. بر این اساس، فشار تخلیه برای آن ایجاد شده توسط تجهیزات متصل، مانند یک پمپ گریز از مرکز، محاسبه می شود. پمپ بر اساس افت فشار کل در نصب انتخاب می شود. در طول حرکت در امتداد خط لوله بای پس، این افت فشار اضافی وجود ندارد، در حالی که پمپ عامل جریان همان نیرو را با توجه به ویژگی های عملکرد خود ارائه می دهد. برای جلوگیری از تفاوت در ویژگی های جریان بین دستگاه و خط بای پس، توصیه می شود از یک خط بای پس کوچکتر با یک شیر کنترلی برای ایجاد فشاری معادل نصب اصلی استفاده کنید.

خط نمونه برداری

به طور معمول، مقدار کمی از مایع برای تجزیه و تحلیل برای تعیین ترکیب آن نمونه برداری می شود. نمونه برداری را می توان در هر مرحله از فرآیند برای تعیین ترکیب مواد خام، محصول میانی، محصول نهایی یا به سادگی ماده انتقال یافته مانند فاضلاب، خنک کننده و غیره انجام داد. اندازه بخش لوله‌کشی که نمونه‌برداری از آن انجام می‌شود معمولاً به نوع سیال مورد تجزیه و تحلیل و محل نقطه نمونه‌برداری بستگی دارد.

به عنوان مثال، برای گازهای تحت شرایط فشار بالا، خطوط لوله کوچک با شیر برای جمع آوری تعداد مورد نیاز نمونه کافی است. افزایش قطر خط نمونه برداری نسبت محیط های نمونه برداری شده برای تجزیه و تحلیل را کاهش می دهد، اما کنترل چنین نمونه برداری دشوارتر می شود. با این حال، یک خط نمونه برداری کوچک برای تجزیه و تحلیل تعلیق های مختلف که در آن ذرات جامد می توانند مسیر جریان را مسدود کنند، مناسب نیست. بنابراین، اندازه خط نمونه برداری برای تجزیه و تحلیل تعلیق تا حد زیادی به اندازه ذرات جامد و ویژگی های محیط بستگی دارد. نتایج مشابهی در مورد مایعات چسبناک نیز صدق می کند.

هنگام انتخاب اندازه خط لوله نمونه، معمولاً موارد زیر در نظر گرفته می شود:

• ویژگی های مایع در نظر گرفته شده برای نمونه برداری؛
• از دست دادن محیط کار در حین انتخاب؛
• الزامات ایمنی در هنگام انتخاب؛
• سهولت کار؛
• محل نقطه نمونه برداری

گردش مایع خنک کننده

سرعت بالا برای خطوط خنک کننده در گردش ترجیح داده می شود. این عمدتا به این دلیل است که خنک کننده در برج خنک کننده در معرض نور خورشید قرار می گیرد که شرایط را برای تشکیل لایه جلبکی ایجاد می کند. بخشی از این حجم حاوی جلبک وارد مایع خنک کننده در گردش می شود. در سرعت های پایین جریان، جلبک ها در لوله کشی شروع به رشد می کنند و پس از مدتی گردش مایع خنک کننده یا عبور آن به داخل مبدل حرارتی را با مشکل مواجه می کنند. در این مورد، سرعت گردش خون بالا برای جلوگیری از ایجاد انسداد جلبک در خط لوله توصیه می شود. به طور معمول، استفاده از خنک کننده با گردش زیاد در صنایع شیمیایی یافت می شود، که به اندازه و طول لوله های بزرگ برای تامین برق مبدل های حرارتی مختلف نیاز دارد.

سرریز مخزن

مخازن به دلایل زیر مجهز به لوله های سرریز هستند:

• اجتناب از از دست دادن مایع (مایع اضافی به جای ریختن خارج از مخزن اصلی به مخزن دیگری می رود).
• جلوگیری از نشت مایعات ناخواسته در خارج از مخزن؛
• حفظ سطح مایع در مخازن

در تمام موارد فوق، لوله های سرریز به گونه ای طراحی شده اند که بدون توجه به سرعت جریان سیال در خروجی، حداکثر جریان سیال مجاز ورودی به مخزن را در خود جای دهند. سایر اصول برای انتخاب لوله ها مشابه انتخاب خطوط لوله برای مایعات گرانشی است، یعنی مطابق با در دسترس بودن ارتفاع عمودی موجود بین نقاط شروع و پایان خط لوله سرریز.

بالاترین نقطه لوله سرریز که نقطه شروع آن نیز می باشد، در نقطه اتصال به مخزن (لوله سرریز مخزن) معمولاً تقریباً در بالای آن قرار دارد و پایین ترین نقطه انتهایی می تواند در نزدیکی ناودان تخلیه باشد. زمین. با این حال، خط سرریز ممکن است به ارتفاع بالاتری ختم شود. در این حالت فشار دیفرانسیل موجود کمتر خواهد بود.

جریان لجن

در مورد معدن، سنگ معدن معمولاً از مناطق غیرقابل دسترس استخراج می شود. در چنین مکان هایی، به عنوان یک قاعده، اتصال راه آهن و جاده وجود ندارد. برای چنین شرایطی، حمل و نقل هیدرولیکی محیط با ذرات جامد مناسب ترین در نظر گرفته می شود، از جمله در مورد کارخانه های پردازش معدن واقع در فاصله کافی. از خطوط لوله دوغاب در کاربردهای مختلف صنعتی برای انتقال مواد جامد به صورت خرد شده همراه با مایعات استفاده می شود. ثابت شده است که چنین خطوط لوله ای مقرون به صرفه ترین در مقایسه با سایر روش های انتقال مواد جامد در حجم زیاد هستند. علاوه بر این، از مزایای آنها می توان به ایمنی کافی به دلیل عدم وجود چندین نوع حمل و نقل و سازگاری با محیط زیست اشاره کرد.

سوسپانسیون ها و مخلوط های جامدات معلق در مایعات در حالت هم زدن دوره ای برای حفظ همگنی نگهداری می شوند. در غیر این صورت، فرآیند جداسازی اتفاق می افتد که در آن ذرات معلق بسته به خواص فیزیکی خود، روی سطح مایع شناور می شوند یا در ته نشست می شوند. اختلاط از طریق تجهیزاتی مانند مخزن با همزن به دست می آید، در حالی که در خطوط لوله، این امر با حفظ شرایط جریان آشفته حاصل می شود.

کاهش سرعت جریان هنگام انتقال ذرات معلق در یک مایع مطلوب نیست، زیرا فرآیند جداسازی فاز ممکن است در جریان شروع شود. این می تواند منجر به گرفتگی خط لوله و تغییر در غلظت مواد جامد منتقل شده در جریان شود. اختلاط شدید در حجم جریان توسط رژیم جریان آشفته تسهیل می شود.

از سوی دیگر، کاهش بیش از حد در اندازه خط لوله نیز اغلب منجر به انسداد می شود. بنابراین انتخاب اندازه خط لوله یک مرحله مهم و مسئولانه است که نیاز به تحلیل و محاسبات اولیه دارد. هر مورد باید به صورت جداگانه در نظر گرفته شود زیرا دوغاب های مختلف در سرعت های سیال متفاوت رفتار متفاوتی دارند.

تعمیر خط لوله

در طول عملیات خط لوله، انواع مختلفی از نشت ممکن است در آن رخ دهد که برای حفظ عملکرد سیستم نیاز به حذف فوری دارد. تعمیر خط لوله اصلی می تواند به روش های مختلفی انجام شود. این می تواند از جایگزینی یک بخش کامل از لوله یا یک بخش کوچک که نشتی دارد یا اعمال یک وصله روی یک لوله موجود باشد. اما قبل از انتخاب هر روش تعمیر، بررسی دقیق علت نشتی ضروری است. در برخی موارد، ممکن است نه تنها تعمیر، بلکه تغییر مسیر لوله برای جلوگیری از آسیب های مکرر ضروری باشد.

مرحله اول تعمیر، تعیین محل قسمت لوله است که نیاز به مداخله دارد. در مرحله بعد، بسته به نوع خط لوله، فهرستی از تجهیزات و اقدامات لازم برای رفع نشتی تعیین می شود و در صورتی که قسمت لوله مورد تعمیر در قلمرو مالک دیگری واقع شده باشد، اسناد و مجوزهای لازم نیز جمع آوری می شود. . از آنجایی که بیشتر لوله ها در زیر زمین قرار دارند، ممکن است لازم باشد بخشی از لوله برداشته شود. در مرحله بعد، پوشش خط لوله از نظر وضعیت عمومی بررسی می شود، پس از آن بخشی از پوشش برداشته می شود تا تعمیر مستقیم روی لوله انجام شود. پس از تعمیر، اقدامات بازرسی مختلفی را می توان انجام داد: آزمایش اولتراسونیک، تشخیص نقص رنگ، تشخیص نقص ذرات مغناطیسی و غیره.

اگرچه برخی از تعمیرات مستلزم تعطیلی کامل خط لوله است، اغلب تنها یک وقفه موقت در کار برای جداسازی منطقه در حال تعمیر یا آماده سازی مسیر کنارگذر کافی است. با این حال، در بیشتر موارد، تعمیرات زمانی انجام می شود که خط لوله به طور کامل قطع شود. جداسازی بخشی از خط لوله را می توان با استفاده از شاخه ها یا شیرهای قطع کننده انجام داد. در مرحله بعد، تجهیزات لازم نصب شده و تعمیرات به طور مستقیم انجام می شود. کار تعمیر در منطقه آسیب دیده، آزاد از محیط و بدون فشار انجام می شود. پس از اتمام تعمیر، دوشاخه ها باز می شوند و یکپارچگی خط لوله بازیابی می شود.

به منظور نصب صحیح ساختار تامین آب، هنگام شروع توسعه و برنامه ریزی سیستم، لازم است جریان آب از طریق لوله محاسبه شود.

پارامترهای اساسی سیستم تامین آب خانگی به داده های به دست آمده بستگی دارد.

در این مقاله، خوانندگان می توانند با تکنیک های اساسی آشنا شوند که به آنها کمک می کند بطور مستقل سیستم لوله کشی خود را محاسبه کنند.

هدف از محاسبه قطر خط لوله بر اساس دبی: تعیین قطر و مقطع خط لوله بر اساس داده های دبی و سرعت حرکت طولی آب.

انجام چنین محاسبه ای بسیار دشوار است. لازم است بسیاری از تفاوت های ظریف مربوط به داده های فنی و اقتصادی را در نظر گرفت. این پارامترها به هم مرتبط هستند. قطر خط لوله بستگی به نوع مایعی دارد که از طریق آن پمپ می شود.

اگر سرعت جریان را افزایش دهید، می توانید قطر لوله را کاهش دهید. مصرف مواد به طور خودکار کاهش می یابد. نصب چنین سیستمی بسیار ساده تر خواهد بود و هزینه کار کاهش می یابد.

با این حال، افزایش حرکت جریان باعث کاهش فشار می شود که نیاز به ایجاد انرژی اضافی برای پمپاژ دارد. اگر آن را بیش از حد کاهش دهید، ممکن است عواقب نامطلوب ظاهر شود.

هنگام طراحی خط لوله، در بیشتر موارد، سرعت جریان آب بلافاصله مشخص می شود. دو مقدار ناشناخته مانده است:

• قطر لوله؛
• نرخ جریان.

انجام یک محاسبه کامل فنی و اقتصادی بسیار دشوار است. این نیاز به دانش مهندسی مناسب و زمان زیادی دارد. برای سهولت این کار هنگام محاسبه قطر لوله مورد نیاز، از مواد مرجع استفاده کنید. آنها مقادیر بهترین دبی را که به صورت تجربی بدست آمده است، می دهند.

فرمول محاسبه نهایی برای قطر بهینه خط لوله به شرح زیر است:

d = √(4Q/Πw)
Q – دبی مایع پمپ شده، m3/s
d - قطر خط لوله، m
w – سرعت جریان، m/s

سرعت سیال مناسب، بسته به نوع خط لوله

اول از همه، حداقل هزینه ها در نظر گرفته می شود که بدون آن پمپاژ مایع غیرممکن است. علاوه بر این، هزینه خط لوله نیز باید در نظر گرفته شود.

هنگام انجام محاسبات، همیشه باید محدودیت سرعت وسیله متحرک را به خاطر بسپارید. در برخی موارد، اندازه خط لوله اصلی باید الزامات تعیین شده در فرآیند فن آوری را برآورده کند.

ابعاد خط لوله نیز تحت تأثیر نوسانات احتمالی فشار قرار می گیرد.

هنگامی که محاسبات اولیه انجام می شود، تغییرات فشار در نظر گرفته نمی شود. طراحی خط لوله فرآیند بر اساس سرعت مجاز است.

هنگامی که در خط لوله طراحی شده تغییراتی در جهت حرکت ایجاد می شود، سطح لوله شروع به تجربه فشار بالا عمود بر حرکت جریان می کند.

این افزایش با چندین شاخص همراه است:

• سرعت سیال؛
• تراکم؛
• فشار اولیه (سر).

علاوه بر این، سرعت همیشه با قطر لوله نسبت معکوس دارد. به همین دلیل است که مایعات پرسرعت نیاز به انتخاب صحیح پیکربندی و انتخاب مناسب ابعاد خط لوله دارند.

به عنوان مثال، اگر اسید سولفوریک پمپ شود، سرعت به مقداری محدود می شود که باعث فرسایش دیواره های خم لوله نشود. در نتیجه ساختار لوله هرگز آسیب نمی بیند.

سرعت آب در فرمول خط لوله

دبی حجمی V (60m³/hour یا 60/3600m³/sec) به عنوان حاصل ضرب سرعت جریان w و مقطع لوله S محاسبه می شود (و سطح مقطع به نوبه خود به صورت S=3.14 d² محاسبه می شود. /4): V = 3.14 w d²/4. از اینجا w = 4V/(3.14 d²) بدست می آوریم. فراموش نکنید که قطر را از میلی متر به متر تبدیل کنید، یعنی قطر 0.159 متر خواهد بود.

فرمول مصرف آب

به طور کلی، روش اندازه گیری جریان آب در رودخانه ها و خطوط لوله بر اساس شکل ساده شده معادله پیوستگی برای سیالات تراکم ناپذیر است:

جریان آب از طریق جدول لوله

جریان در مقابل فشار

چنین وابستگی جریان سیال به فشار وجود ندارد، بلکه بیشتر به افت فشار بستگی دارد. فرمول ساده است. یک معادله عمومی پذیرفته شده برای افت فشار در هنگام جریان سیال در لوله وجود دارد Δp = (λL/d) ρw²/2، λ ضریب اصطکاک است (بسته به سرعت و قطر لوله با استفاده از نمودارها یا فرمول های مربوطه جستجو می شود) L طول لوله، d قطر آن، ρ چگالی مایع، w سرعت است. از سوی دیگر، تعریفی از نرخ جریان G = ρwπd²/4 وجود دارد. سرعت را از این فرمول بیان می کنیم، آن را در معادله اول جایگزین می کنیم و وابستگی نرخ جریان G = π SQRT(Δp d^5/λ/L)/4 را پیدا می کنیم، SQRT جذر است.

ضریب اصطکاک با انتخاب پیدا می شود. ابتدا مقدار مشخصی از سرعت سیال را از چراغ قوه تنظیم می کنید و عدد رینولدز Re=ρwd/μ را تعیین می کنید، جایی که μ ویسکوزیته دینامیکی سیال است (آن را با ویسکوزیته سینماتیک اشتباه نگیرید، اینها چیزهای متفاوتی هستند). طبق گفته رینولدز، شما به دنبال مقادیر ضریب اصطکاک λ = 64/Re برای حالت آرام و λ = 1/(1.82 logRe - 1.64)² برای حالت آشفته هستید (در اینجا log لگاریتم اعشاری است). و مقداری که بالاتر است را بگیرید. پس از اینکه جریان و سرعت سیال را پیدا کردید، باید کل محاسبه را دوباره با یک ضریب اصطکاک جدید تکرار کنید. و این محاسبه مجدد را تکرار می کنید تا زمانی که مقدار سرعت مشخص شده برای تعیین ضریب اصطکاک، در یک خطای خاص، با مقداری که از محاسبه پیدا می کنید مطابقت کند.

حرکت سیال از طریق لوله ها
وابستگی فشار سیال به دبی آن

جریان سیال ثابت معادله تداوم

اجازه دهید موردی را در نظر بگیریم که یک سیال غیر چسبناک از طریق یک لوله استوانه‌ای افقی با سطح مقطع متفاوت جریان می‌یابد.

جریان سیال نامیده می شود ثابت، اگر در هر نقطه از فضای اشغال شده توسط مایع، سرعت آن در طول زمان تغییر نمی کند. در یک جریان ثابت، حجم مساوی از مایع از طریق هر مقطع لوله در مدت زمان مساوی منتقل می شود.

مایعات عملا هستند تراکم ناپذیر، یعنی می توانیم فرض کنیم که جرم معینی از مایع همیشه حجم ثابتی دارد. بنابراین، حجم های یکسان مایع عبوری از بخش های مختلف لوله به این معنی است که سرعت جریان سیال به سطح مقطع لوله بستگی دارد.

اجازه دهید سرعت جریان سیال ساکن از طریق بخش های لوله S1 و S2 به ترتیب برابر با v1 و v2 باشد. حجم مایعی که در یک بازه زمانی t از بخش S1 می گذرد برابر با V1=S1v1t است و حجم مایعی که در همان زمان از بخش S2 می گذرد برابر است با V2=S2v2t. از برابری V1=V2 نتیجه می شود که

رابطه (1) نامیده می شود معادله تداوم. از این نتیجه می شود که

از این رو، در یک جریان سیال ساکن، سرعت حرکت ذرات آن از طریق مقاطع مختلف لوله با مساحت این مقاطع نسبت معکوس دارد.

فشار در سیال متحرک قانون برنولی

افزایش سرعت جریان سیال هنگام حرکت از قسمتی از لوله با سطح مقطع بزرگتر به قسمتی از لوله با سطح مقطع کوچکتر به این معنی است که مایع با شتاب حرکت می کند.

طبق قانون دوم نیوتن، شتاب ناشی از نیرو است. این نیرو در این مورد تفاوت نیروهای فشار وارد بر مایع جاری در قسمت های پهن و باریک لوله است. بنابراین در قسمت پهن لوله فشار سیال باید بیشتر از قسمت باریک باشد. این را می توان مستقیماً از طریق تجربه مشاهده کرد. در شکل نشان داده شده است که در مقاطع سطوح مختلف S1 و S2، لوله های مانومتریک به لوله ای وارد می شوند که مایع از طریق آن جریان می یابد.

همانطور که مشاهدات نشان می دهد، سطح مایع در لوله فشار در بخش S1 لوله بالاتر از بخش S2 است. در نتیجه، فشار در سیالی که از قسمتی با مساحت S1 بزرگتر می گذرد، بیشتر از فشار سیالی است که از قسمتی با مساحت کوچکتر S2 عبور می کند. از این رو، در جریان سیال ساکن، در مکان هایی که سرعت جریان کمتر است، فشار در مایع بیشتر است و برعکس، جایی که سرعت جریان بیشتر است، فشار در مایع کمتر است.برنولی اولین کسی بود که به این نتیجه رسید و به همین دلیل این قانون نامیده می شود قانون برنولی.

تفکیک حل مسئله:

وظیفه 1.آب در یک لوله افقی با مقطع متغیر جریان دارد. سرعت جریان در قسمت عریض لوله 20 سانتی متر بر ثانیه است. سرعت جریان آب در قسمت باریک لوله که قطر آن 1.5 برابر کمتر از قطر قسمت پهن است را تعیین کنید.

وظیفه 2.مایعی در یک لوله افقی با سطح مقطع 20 سانتی متر مربع جریان دارد. در یک مکان لوله دارای باریک شدن با سطح مقطع 12 سانتی متر مربع است. اختلاف سطح مایع در لوله های مانومتریک نصب شده در قسمت های پهن و باریک لوله 8 سانتی متر است دبی حجمی مایع را در 1 ثانیه تعیین کنید.

وظیفه 3.نیروی 15 نیوتن به پیستون سرنگ که به صورت افقی قرار دارد اعمال می شود اگر مساحت پیستون 12 سانتی متر مربع باشد، سرعت جریان آب از نوک سرنگ را تعیین کنید.