الصيغ الأساسية للحساب الهيدروليكي لخط أنابيب بسيط. حساب خطوط الأنابيب البسيطة والمعقدة. معدل التدفق الأمثل لأنظمة الأنابيب المختلفة

02.07.2023

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

الأنبوب عبارة عن أسطوانة مجوفة مصنوعة من المعدن أو الخشب أو أي مادة أخرى تستخدم لنقل الوسائط السائلة والغازية والحبيبية. يمكن أن يكون الوسيط المنقول عبارة عن ماء ، غاز طبيعي ، بخار ، منتجات نفطية ، إلخ. تستخدم الأنابيب في كل مكان ، من الصناعات المختلفة إلى التطبيقات المحلية.

يمكن استخدام مجموعة متنوعة من المواد في صناعة الأنابيب ، مثل الفولاذ ، والحديد الزهر ، والنحاس ، والأسمنت ، والبلاستيك مثل ABS ، و PVC ، و PVC المكلور ، والبولي بيوتين ، والبولي إيثيلين ، إلخ.

مؤشرات الأبعاد الرئيسية للأنبوب هي قطره (خارجي ، داخلي ، إلخ) وسماكة الجدار ، والتي تُقاس بالمليمترات أو البوصة. تُستخدم أيضًا قيمة مثل القطر الاسمي أو التجويف الاسمي - القيمة الاسمية للقطر الداخلي للأنبوب ، وتُقاس أيضًا بالمليمترات (المشار إليها بواسطة Du) أو البوصة (المشار إليها بواسطة DN). الأقطار الاسمية موحدة وهي المعيار الرئيسي لاختيار الأنابيب والتجهيزات.

مطابقة قيم التجويف الاسمية بالملليمتر والبوصة:

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

تحتوي الدائرة على نسبة دنيا من المحيط إلى المنطقة ، وعندما يتم تطبيقها على أنبوب ، فهذا يعني أنه مع الإنتاجية المتساوية ، سيكون استهلاك المواد للأنابيب المستديرة ضئيلًا مقارنة بالأنابيب ذات الشكل المختلف. وهذا يعني أيضًا الحد الأدنى من التكاليف الممكنة للعزل والطلاء الواقي ؛
يعتبر المقطع العرضي الدائري أكثر فائدة لحركة وسط سائل أو غازي من وجهة نظر هيدروديناميكية. أيضًا ، نظرًا للحد الأدنى من المساحة الداخلية الممكنة للأنبوب لكل وحدة من طوله ، يتم تقليل الاحتكاك بين الوسيط المنقول والأنبوب.
الشكل الدائري هو الأكثر مقاومة للضغوط الداخلية والخارجية ؛
عملية تصنيع الأنابيب المستديرة بسيطة للغاية وسهلة التنفيذ.

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

من المستحيل تخيل أي صناعة بدون شبكة من خطوط الأنابيب. يتضمن حساب أي شبكة من هذا القبيل اختيار مادة الأنابيب ، ووضع المواصفات ، والتي تسرد البيانات حول السماكة ، وحجم الأنبوب ، والمسار ، وما إلى ذلك. تمر المواد الخام والمنتجات الوسيطة و / أو المنتجات النهائية عبر مراحل الإنتاج ، وتتنقل بين الأجهزة والتركيبات المختلفة ، التي ترتبط بخطوط الأنابيب والتجهيزات. يعد الحساب الصحيح واختيار وتركيب نظام الأنابيب أمرًا ضروريًا للتنفيذ الموثوق به للعملية بأكملها ، وضمان النقل الآمن للوسائط ، وكذلك لإغلاق النظام ومنع تسرب المادة التي يتم ضخها في الغلاف الجوي.

لا توجد صيغة وقاعدة واحدة يمكن استخدامها لتحديد خط أنابيب لكل تطبيق وبيئة عمل ممكنة. في كل مجال فردي لتطبيق خطوط الأنابيب ، هناك عدد من العوامل التي يجب أخذها في الاعتبار ويمكن أن يكون لها تأثير كبير على متطلبات خط الأنابيب. لذلك ، على سبيل المثال ، عند التعامل مع الحمأة ، لن يؤدي خط الأنابيب الكبير إلى زيادة تكلفة التركيب فحسب ، بل سيؤدي أيضًا إلى خلق 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 ووصلات الأنابيب ، لكن الزيادة في السرعة ستؤدي إلى زيادة الخسائر ، مما سيؤدي إلى الحاجة إلى إنفاق طاقة إضافية على ضخ الوسيط. تعتمد حدود السرعة المحددة لتطبيقات مختلفة على ظروف التصميم المثلى. يتم حساب حجم خطوط الأنابيب باستخدام هذه المعايير ، مع مراعاة مجالات التطبيق.

تصميم خطوط الأنابيب

عند تصميم خطوط الأنابيب ، يتم أخذ معلمات التصميم الرئيسية التالية كأساس:

الأداء المطلوب
نقطة الدخول ونقطة الخروج من خط الأنابيب ؛
تكوين متوسط ، بما في ذلك اللزوجة والجاذبية النوعية ؛
الظروف الطبوغرافية لمسار خط الأنابيب ؛
أقصى ضغط عمل مسموح به ؛
حساب هيدروليكي
قطر خط الأنابيب ، سمك الجدار ، قوة الخضوع للشد لمواد الجدار ؛
عدد محطات الضخ والمسافة بينها واستهلاك الطاقة.

موثوقية خطوط الأنابيب

يتم ضمان الموثوقية في تصميم الأنابيب من خلال الالتزام بمعايير التصميم المناسبة. أيضًا ، يعد تدريب الموظفين عاملاً رئيسيًا في ضمان عمر الخدمة الطويل لخط الأنابيب وضيقه وموثوقيته. يمكن إجراء المراقبة المستمرة أو الدورية لتشغيل خطوط الأنابيب من خلال أنظمة المراقبة والمحاسبة والتحكم والتنظيم والأتمتة وأجهزة التحكم الشخصية في الإنتاج وأجهزة السلامة.

طلاء إضافي لخطوط الأنابيب

يتم تطبيق طلاء مقاوم للتآكل على السطح الخارجي لمعظم الأنابيب لمنع الآثار الضارة للتآكل من البيئة الخارجية. في حالة ضخ الوسائط المسببة للتآكل ، يمكن أيضًا وضع طبقة واقية على السطح الداخلي للأنابيب. قبل بدء التشغيل ، يتم اختبار جميع الأنابيب الجديدة المخصصة لنقل السوائل الخطرة بحثًا عن العيوب والتسريبات.

الأحكام الأساسية لحساب التدفق في خط الأنابيب

يمكن أن تختلف طبيعة تدفق الوسيط في خط الأنابيب وعند التدفق حول العوائق اختلافًا كبيرًا من سائل إلى سائل. أحد المؤشرات المهمة هو لزوجة الوسط ، والتي تتميز بمعامل مثل معامل اللزوجة. أجرى المهندس الفيزيائي الأيرلندي أوزبورن رينولدز سلسلة من التجارب في عام 1880 ، وفقًا للنتائج التي تمكن من استخلاص كمية بلا أبعاد تميز طبيعة تدفق سائل لزج ، يُطلق عليها معيار رينولدز ويشار إليها بواسطة Re.

إعادة = (v L ρ) / μ

أين:
ρ هي كثافة السائل ؛
v هو معدل التدفق ؛
L هو الطول المميز لعنصر التدفق ؛
μ - معامل اللزوجة الديناميكي.

أي أن معيار رينولدز يميز نسبة قوى القصور الذاتي إلى قوى الاحتكاك اللزج في تدفق السوائل. يعكس التغيير في قيمة هذا المعيار تغيرًا في نسبة هذه الأنواع من القوى ، والتي بدورها تؤثر على طبيعة تدفق السوائل. في هذا الصدد ، من المعتاد التمييز بين ثلاثة أنظمة تدفق اعتمادًا على قيمة معيار رينولدز. في 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 ، يتم ملاحظة نظام مستقر ، يتميز بتغيير عشوائي في سرعة واتجاه التدفق عند كل نقطة فردية ، مما يعطي في المجموع معادلة لمعدلات التدفق في جميع أنحاء الحجم. مثل هذا النظام يسمى مضطرب. يعتمد رقم رينولدز على الرأس الذي توفره المضخة ، ولزوجة الوسط عند درجة حرارة التشغيل ، وحجم وشكل الأنبوب الذي يمر عبره التدفق.

ملف تعريف السرعة في الدفق
تدفق الصفحي	نظام انتقالي	نظام مضطرب

طبيعة التدفق
تدفق الصفحي	نظام انتقالي	نظام مضطرب

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

حساب خط الأنابيب. حساب قطر خط الأنابيب

إذا لم يكن خط الأنابيب معزولًا حرارياً ، أي أن التبادل الحراري بين المنقول والبيئة ممكن ، فإن طبيعة التدفق فيه يمكن أن تتغير حتى بسرعة ثابتة (معدل التدفق). هذا ممكن إذا كان الوسيط الذي يتم ضخه لديه درجة حرارة عالية بدرجة كافية عند المدخل ويتدفق في نظام مضطرب. على طول الأنبوب ، ستنخفض درجة حرارة الوسيط المنقول بسبب فقد الحرارة في البيئة ، مما قد يؤدي إلى تغيير في نظام التدفق إلى رقائقي أو انتقالي. تسمى درجة الحرارة التي يحدث عندها تغيير الوضع درجة الحرارة الحرجة. تعتمد قيمة لزوجة السائل بشكل مباشر على درجة الحرارة ، لذلك ، في مثل هذه الحالات ، يتم استخدام معلمة مثل اللزوجة الحرجة ، والتي تتوافق مع نقطة التغيير في نظام التدفق عند القيمة الحرجة لمعيار رينولدز:

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

أين:
ν kr - اللزوجة الحرجة الحركية ؛
إعادة cr - القيمة الحرجة لمعيار رينولدز ؛
D - قطر الأنبوب
v هو معدل التدفق ؛
س - المصاريف.

عامل مهم آخر هو الاحتكاك الذي يحدث بين جدران الأنابيب والتيار المتحرك. في هذه الحالة ، يعتمد معامل الاحتكاك بشكل كبير على خشونة جدران الأنابيب. يتم تحديد العلاقة بين معامل الاحتكاك ومعيار رينولدز والخشونة بواسطة مخطط Moody ، والذي يسمح لك بتحديد إحدى المعلمات ، مع معرفة الاثنين الآخرين.

تُستخدم صيغة Colebrook-White أيضًا لحساب معامل الاحتكاك للتدفق المضطرب. بناءً على هذه الصيغة ، يمكن رسم الرسوم البيانية التي يتم من خلالها تحديد معامل الاحتكاك.

(√λ) -1 = -2 تسجيل (2.51 / (Re √λ) + k / (3.71 د))

أين:
ك - معامل خشونة الأنابيب ؛
λ هو معامل الاحتكاك.

هناك أيضًا صيغ أخرى للحساب التقريبي لخسائر الاحتكاك أثناء تدفق ضغط السائل في الأنابيب. واحدة من المعادلات الأكثر استخدامًا في هذه الحالة هي معادلة دارسي-فايسباخ. يعتمد على البيانات التجريبية ويستخدم بشكل أساسي في نمذجة النظام. خسارة الاحتكاك هي دالة لسرعة السائل ومقاومة الأنبوب لحركة السوائل ، معبراً عنها من حيث قيمة خشونة جدار الأنبوب.

∆H = λ L / d v² / (2 جم)

أين:
ΔH - فقدان الرأس.
λ - معامل الاحتكاك.
L هو طول قسم الأنبوب ؛
د - قطر الأنبوب ؛
v هو معدل التدفق ؛
g هي تسارع السقوط الحر.

يتم حساب فقدان الضغط الناتج عن احتكاك الماء باستخدام صيغة هازن-ويليامز.

∆H = 11.23 L 1 / C 1.85 Q 1.85 / D 4.87

أين:
ΔH - فقدان الرأس.
L هو طول قسم الأنبوب ؛
C هو معامل خشونة Haizen-Williams ؛
س - الاستهلاك
د - قطر الأنبوب.

ضغط

ضغط العمل لخط الأنابيب هو أعلى ضغط زائد يوفر طريقة التشغيل المحددة لخط الأنابيب. عادة ما يتم اتخاذ القرار بشأن حجم خط الأنابيب وعدد محطات الضخ بناءً على ضغط العمل للأنابيب وقدرة الضخ والتكاليف. يحدد الضغط الأقصى والأدنى لخط الأنابيب ، وكذلك خصائص وسيط العمل ، المسافة بين محطات الضخ والطاقة المطلوبة.

الضغط الاسمي PN - القيمة الاسمية المقابلة للضغط الأقصى لوسط العمل عند 20 درجة مئوية ، حيث يمكن التشغيل المستمر لخط الأنابيب بأبعاد معينة.

مع زيادة درجة الحرارة ، تقل سعة تحميل الأنبوب ، وكذلك الضغط الزائد المسموح به نتيجة لذلك. تشير قيمة pe، zul إلى أقصى ضغط (g) في نظام الأنابيب مع زيادة درجة حرارة التشغيل.

جدول الضغط الزائد المسموح به:

حساب انخفاض الضغط في خط الأنابيب

يتم حساب انخفاض الضغط في خط الأنابيب وفقًا للصيغة:

∆p = λ L / d ρ / 2 v²

أين:
Δp - انخفاض الضغط في قسم الأنبوب ؛
L هو طول قسم الأنبوب ؛
λ - معامل الاحتكاك.
د - قطر الأنبوب ؛
ρ هي كثافة الوسط الذي يتم ضخه ؛
v هو معدل التدفق.

وسائط قابلة للنقل

في أغلب الأحيان ، تُستخدم الأنابيب لنقل المياه ، ولكن يمكن استخدامها أيضًا لنقل الحمأة ، والطين ، والبخار ، وما إلى ذلك. في صناعة النفط ، تُستخدم خطوط الأنابيب لضخ مجموعة واسعة من الهيدروكربونات ومخاليطها ، والتي تختلف اختلافًا كبيرًا في الخصائص الكيميائية والفيزيائية. يمكن نقل النفط الخام لمسافات أطول من الحقول البرية أو منصات النفط البحرية إلى المحطات ونقاط الطريق والمصافي.

تنقل خطوط الأنابيب أيضًا:

المنتجات البترولية المكررة مثل البنزين ووقود الطائرات والكيروسين ووقود الديزل وزيت الوقود وما إلى ذلك ؛
المواد الخام البتروكيماوية: البنزين ، والستايرين ، والبروبيلين ، وما إلى ذلك ؛
الهيدروكربونات العطرية: زيلين ، تولوين ، كيومين ، إلخ ؛
الوقود البترولي المسال مثل الغاز الطبيعي المسال ، غاز البترول المسال ، البروبان (غازات عند درجة حرارة وضغط قياسيين ولكن يتم تسييلها بالضغط) ؛
ثاني أكسيد الكربون والأمونيا السائلة (المنقولة كسوائل تحت الضغط) ؛
يعتبر البيتومين والوقود اللزج لزجًا للغاية بحيث لا يمكن نقلهما عبر خطوط الأنابيب ، لذلك يتم استخدام أجزاء نواتج التقطير لتخفيف هذه المواد الخام وينتج عن خليط يمكن نقله عبر خط الأنابيب ؛
الهيدروجين (لمسافات قصيرة).

جودة الوسيط المنقول

تحدد الخصائص الفيزيائية والمعلمات للوسائط المنقولة إلى حد كبير معايير التصميم والتشغيل لخط الأنابيب. الجاذبية النوعية ، الانضغاطية ، درجة الحرارة ، اللزوجة ، نقطة الانسكاب وضغط البخار هي معلمات الوسائط الرئيسية التي يجب مراعاتها.

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 ، قد تخضع بعض الغازات للإسالة. لذلك ، تعد درجة ضغط الوسط معلمة مهمة لتصميم خطوط الأنابيب وتحديد سعة الإنتاجية.

درجة الحرارة لها تأثير غير مباشر ومباشر على أداء خط الأنابيب. يتم التعبير عن ذلك في حقيقة أن السائل يزداد في الحجم بعد زيادة درجة الحرارة ، بشرط أن يظل الضغط ثابتًا. يمكن أن يكون لخفض درجة الحرارة أيضًا تأثير على كل من الأداء وكفاءة النظام بشكل عام. عادة ، عندما تنخفض درجة حرارة السائل ، تكون مصحوبة بزيادة في لزوجته ، مما يخلق مقاومة احتكاك إضافية على الجدار الداخلي للأنبوب ، مما يتطلب المزيد من الطاقة لضخ نفس الكمية من السائل. الوسائط شديدة اللزوجة حساسة لتقلبات درجات الحرارة. اللزوجة هي مقاومة الوسيط للتدفق ويتم قياسها في centistokes cSt. لا تحدد اللزوجة اختيار المضخة فحسب ، بل تحدد أيضًا المسافة بين محطات الضخ.

بمجرد انخفاض درجة حرارة الوسط إلى ما دون نقطة الصب ، يصبح تشغيل خط الأنابيب مستحيلًا ، ويتم اتخاذ عدة خيارات لاستئناف تشغيله:

تسخين الوسيط أو الأنابيب العازلة للحفاظ على درجة حرارة التشغيل للوسيط فوق نقطة صبها ؛
تغيير في التركيب الكيميائي للوسيط قبل أن يدخل خط الأنابيب ؛
تخفيف الوسيط المنقول بالماء.

أنواع الأنابيب الرئيسية

الأنابيب الرئيسية مصنوعة ملحومة أو غير ملحومة. تصنع الأنابيب الفولاذية غير الملحومة بدون لحامات طولية بأقسام فولاذية مع معالجة حرارية لتحقيق الحجم والخصائص المرغوبة. يتم تصنيع الأنابيب الملحومة باستخدام العديد من عمليات التصنيع. يختلف هذان 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 قسم من الأنابيب معًا لتشكيل خط أنابيب. أيضًا ، في خطوط الأنابيب الرئيسية ، اعتمادًا على التطبيق ، يتم استخدام الأنابيب المصنوعة من الألياف الزجاجية والمواد البلاستيكية المختلفة والأسمنت الأسبستي وما إلى ذلك.

لتوصيل المقاطع المستقيمة من الأنابيب ، وكذلك للانتقال بين أقسام خطوط الأنابيب بأقطار مختلفة ، يتم استخدام عناصر التوصيل المصنوعة خصيصًا (الأكواع ، والانحناءات ، والبوابات).

90 درجة الكوع	90 درجة الكوع	فرع انتقالي	المتفرعة

الكوع 180 درجة	كوع 30 درجة	مشترك كهربائي	نصيحة

لتركيب الأجزاء الفردية من خطوط الأنابيب والتجهيزات ، يتم استخدام وصلات خاصة.

ملحومة	بشفة	مترابطة	اقتران

التمدد الحراري لخط الأنابيب

عندما يكون خط الأنابيب تحت الضغط ، فإن سطحه الداخلي بأكمله يخضع لحمل موزع بشكل موحد ، مما يتسبب في قوى داخلية طولية في الأنبوب وأحمال إضافية على دعامات النهاية. تؤثر تقلبات درجات الحرارة أيضًا على خط الأنابيب ، مما يتسبب في تغيرات في أبعاد الأنابيب. يمكن للقوى في خط أنابيب ثابت أثناء تقلبات درجات الحرارة أن تتجاوز القيمة المسموح بها وتؤدي إلى إجهاد مفرط ، وهو أمر خطير على قوة خط الأنابيب في كل من مادة الأنابيب والوصلات ذات الحواف. تؤدي التقلبات في درجة حرارة الوسيط الذي يتم ضخه أيضًا إلى إجهاد درجة الحرارة في خط الأنابيب ، والذي يمكن نقله إلى الصمامات ومحطات الضخ وما إلى ذلك. يمكن أن يؤدي ذلك إلى إزالة الضغط من وصلات خطوط الأنابيب أو فشل الصمامات أو العناصر الأخرى.

حساب أبعاد خط الأنابيب مع تغيرات درجات الحرارة

يتم حساب التغيير في الأبعاد الخطية لخط الأنابيب مع تغير درجة الحرارة وفقًا للصيغة:

∆L = ل t

أ - معامل الاستطالة الحرارية مم / (م ° س) (انظر الجدول أدناه) ؛
L - طول خط الأنابيب (المسافة بين الدعامات الثابتة) ، م ؛
Δt - الفرق بين max. ودقيقة. درجة حرارة الوسط الذي يتم ضخه ، درجة مئوية.

جدول التمدد الخطي للأنابيب من مواد مختلفة

الأرقام المعطاة هي متوسطات للمواد المدرجة ولحساب خطوط الأنابيب من مواد أخرى ، لا ينبغي أن تؤخذ البيانات من هذا الجدول كأساس. عند حساب خط الأنابيب ، يوصى باستخدام معامل الاستطالة الخطي المشار إليه من قبل الشركة المصنعة للأنابيب في المواصفات الفنية المصاحبة أو صحيفة البيانات.

يتم التخلص من الاستطالة الحرارية لخطوط الأنابيب باستخدام أقسام التمدد الخاصة لخط الأنابيب ، وباستخدام المعوضات ، والتي قد تتكون من أجزاء مرنة أو متحركة.

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

يحدث التعويض أيضًا بسبب الانحناءات المرنة. يتم تعويض جزء من الاستطالة بمرونة الانحناءات ، ويتم التخلص من الجزء الآخر بسبب الخصائص المرنة لمادة القسم خلف الانحناء. يتم تركيب المعوضات في الأماكن التي يتعذر فيها استخدام الأقسام التعويضية أو عندما يكون التعويض الذاتي لخط الأنابيب غير كافٍ.

وفقًا لتصميم ومبدأ التشغيل ، تتكون المعوضات من أربعة أنواع: على شكل حرف U ، وعدسة ، ومموج ، وصندوق حشو. في الممارسة العملية ، غالبًا ما تستخدم وصلات التمدد المسطحة ذات الشكل L أو Z أو U. في حالة المعوضات المكانية ، تكون عادةً عبارة عن قسمين مسطحين متعامدين بشكل متبادل ولها كتف واحد مشترك. تصنع وصلات التمدد المرنة من أنابيب أو أقراص مرنة أو منفاخ.

تحديد الحجم الأمثل لقطر خط الأنابيب

يمكن العثور على القطر الأمثل لخط الأنابيب على أساس الحسابات الفنية والاقتصادية. تحدد أبعاد خط الأنابيب ، بما في ذلك أبعاد ووظائف المكونات المختلفة ، بالإضافة إلى الظروف التي يجب أن يعمل خط الأنابيب في ظلها ، قدرة النقل للنظام. تعتبر الأنابيب الكبيرة مناسبة لتدفق الكتلة الأعلى ، بشرط أن يتم اختيار المكونات الأخرى في النظام وحجمها بشكل صحيح لهذه الظروف. عادة ، كلما زاد طول الأنبوب الرئيسي بين محطات الضخ ، كلما زاد انخفاض الضغط في خط الأنابيب. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يكون للتغيير في الخصائص الفيزيائية للوسط الذي يتم ضخه (اللزوجة ، إلخ) تأثير كبير على الضغط في الخط.

الحجم الأمثل - أصغر حجم أنبوب مناسب لتطبيق معين يكون فعالاً من حيث التكلفة على مدى عمر النظام.

معادلة حساب أداء الأنابيب:

س = (π د²) / 4 فولت

Q هو معدل تدفق السائل الذي يتم ضخه ؛
د - قطر خط الأنابيب ؛
v هو معدل التدفق.

في الممارسة العملية ، لحساب قطر خط الأنابيب الأمثل ، يتم استخدام قيم السرعات المثلى للوسيط الذي يتم ضخه ، مأخوذة من المواد المرجعية التي تم تجميعها على أساس البيانات التجريبية:

وسط ضخ		نطاق السرعات المثلى في خط الأنابيب ، م / ث
السوائل	حركة الجاذبية:
	السوائل اللزجة	0,1 - 0,5
	سوائل منخفضة اللزوجة	0,5 - 1
	ضخ:
	جانب الشفط	0,8 - 2
	جانب التفريغ	1,5 - 3

غازات	الجر الطبيعي	2 - 4
	ضغط صغير	4 - 15
	ضغط كبير	15 - 25

أزواج	بخار مسخن جدا	30 - 50
	بخار مشبع مضغوط:
	أكثر من 105 باسكال	15 - 25
	(1 - 0.5) 105 باسكال	20 - 40
	(0.5 - 0.2) 105 باسكال	40 - 60
	(0.2 - 0.05) 105 باسكال	60 - 75

من هنا نحصل على صيغة حساب قطر الأنبوب الأمثل:

د س = √ ((4 س) / (π ت س))

س - معدل تدفق السائل الذي يتم ضخه ؛
د - القطر الأمثل لخط الأنابيب ؛
v هو معدل التدفق الأمثل.

في معدلات التدفق المرتفعة ، عادةً ما يتم استخدام الأنابيب ذات القطر الأصغر ، مما يعني انخفاض تكاليف شراء خط الأنابيب ، وأعمال الصيانة والتركيب (المشار إليها بواسطة K 1). مع زيادة السرعة ، هناك زيادة في خسائر الضغط بسبب الاحتكاك والمقاومة المحلية ، مما يؤدي إلى زيادة تكلفة ضخ السائل (نشير إلى K 2).

بالنسبة لخطوط الأنابيب ذات الأقطار الكبيرة ، ستكون تكاليف K 1 أعلى ، وستكون التكاليف أثناء العملية K 2 أقل. إذا أضفنا قيم K 1 و K 2 ، نحصل على الحد الأدنى الإجمالي للتكلفة K والقطر الأمثل لخط الأنابيب. التكاليف K 1 و K 2 في هذه الحالة معطاة في نفس الفترة الزمنية.

حساب (صيغة) تكاليف رأس المال لخط الأنابيب

ك 1 = (م ك م ك م) / ن

م هي كتلة خط الأنابيب ، ر ؛
C M - تكلفة 1 طن ، فرك / طن ؛
K M - المعامل الذي يزيد من تكلفة أعمال التركيب ، على سبيل المثال 1.8 ؛
ن - عمر الخدمة ، سنوات.

تكاليف التشغيل المشار إليها المرتبطة باستهلاك الطاقة:

K 2 \ u003d 24 N n أيام C E فرك / سنة

N - الطاقة ، كيلوواط ؛
n DN - عدد أيام العمل في السنة ؛
C E - التكاليف لكل كيلوواط ساعة من الطاقة ، فرك / كيلو واط * ساعة.

صيغ تحديد حجم خط الأنابيب

مثال على الصيغ العامة لتحديد حجم الأنابيب دون مراعاة العوامل الإضافية المحتملة مثل التآكل والمواد الصلبة العالقة وما إلى ذلك:

اسم	المعادلة	قيود محتملة
تدفق السائل والغاز تحت الضغط
فقدان رأس الاحتكاك دارسي فايسباخ	د = 12 [(0.0311 ف L Q 2) / (ح و)] 0.2	س - حجم التدفق ، جالون / دقيقة ؛ د هو القطر الداخلي للأنبوب ؛ hf - فقدان رأس الاحتكاك ؛ L طول خط الأنابيب ، قدم ؛ f هو معامل الاحتكاك. V هو معدل التدفق.
معادلة التدفق الكلي للسوائل	د = 0.64 √ (Q / V)	س - حجم التدفق ، gpm
حجم خط الشفط للحد من فقدان الرأس الاحتكاكية	د = √ (0.0744 س)	س - حجم التدفق ، gpm
معادلة إجمالي تدفق الغاز	د = 0.29 √ ((Q T) / (P V))	Q - حجم التدفق ، قدم / دقيقة T - درجة الحرارة ، ك P - ضغط psi (abs) ؛ الخامس - السرعة
تدفق الجاذبية
معادلة Manning لحساب قطر الأنبوب لأقصى تدفق	د = 0.375	س - حجم التدفق ن - معامل الخشونة ؛ S - التحيز.
رقم Froude هو نسبة قوة القصور الذاتي وقوة الجاذبية	الأب = V / √ [(د / 12) ز]	ز - تسارع السقوط الحر ؛ v - سرعة التدفق ؛ L - طول الأنبوب أو قطره.
البخار والتبخر
معادلة قطر أنبوب البخار	د = 1.75 √ [(W v_g x) / V]	W - التدفق الشامل Vg - حجم محدد من البخار المشبع ؛ x - جودة البخار ؛ الخامس - السرعة.

معدل التدفق الأمثل لأنظمة الأنابيب المختلفة

يتم تحديد حجم الأنبوب الأمثل من شرط الحد الأدنى من التكاليف لضخ الوسيط عبر خط الأنابيب وتكلفة الأنابيب. ومع ذلك ، يجب أيضًا مراعاة حدود السرعة. في بعض الأحيان ، يجب أن يلبي حجم خط الأنابيب متطلبات العملية. كما هو الحال في كثير من الأحيان ، يرتبط حجم خط الأنابيب بانخفاض الضغط. في حسابات التصميم الأولية ، حيث لا يتم أخذ خسائر الضغط في الاعتبار ، يتم تحديد حجم خط أنابيب العملية بالسرعة المسموح بها.

إذا كانت هناك تغييرات في اتجاه التدفق في خط الأنابيب ، فإن هذا يؤدي إلى زيادة كبيرة في الضغوط المحلية على السطح المتعامد مع اتجاه التدفق. هذا النوع من الزيادة هو دالة لسرعة السائل ، وكثافته ، وضغطه الأولي. نظرًا لأن السرعة تتناسب عكسًا مع القطر ، تتطلب السوائل عالية السرعة اهتمامًا خاصًا عند تغيير حجم خطوط الأنابيب وتكوينها. حجم الأنبوب الأمثل ، على سبيل المثال لحمض الكبريتيك ، يحد من سرعة الوسيط إلى قيمة تمنع تآكل الجدار في ثنيات الأنابيب ، وبالتالي يمنع تلف هيكل الأنبوب.

تدفق السوائل بالجاذبية

إن حساب حجم خط الأنابيب في حالة تدفق الجاذبية أمر معقد للغاية. يمكن أن تكون طبيعة الحركة بهذا الشكل من التدفق في الأنبوب أحادية الطور (أنبوب كامل) ومرحلتين (تعبئة جزئية). يتكون التدفق ثنائي الطور عند وجود كل من السائل والغاز في الأنبوب.

اعتمادًا على نسبة السائل والغاز ، بالإضافة إلى سرعاتهما ، يمكن أن يختلف نظام التدفق ثنائي الطور من فقاعي إلى مشتت.

تدفق الفقاعات (أفقي)	التدفق المقذوف (أفقي)	تدفق الموجة	تدفق مشتت

يتم توفير القوة الدافعة للسائل عند التحرك عن طريق الجاذبية من خلال الاختلاف في ارتفاعات نقطتي البداية والنهاية ، والشرط الأساسي هو موقع نقطة البداية فوق نقطة النهاية. بمعنى آخر ، يحدد فرق الارتفاع الفرق في الطاقة الكامنة للسائل في هذه المواضع. تؤخذ هذه المعلمة أيضًا في الاعتبار عند اختيار خط أنابيب. بالإضافة إلى ذلك ، يتأثر حجم القوة الدافعة بالضغوط في نقاط البداية والنهاية. تستلزم الزيادة في انخفاض الضغط زيادة في معدل تدفق السوائل ، مما يسمح بدوره باختيار خط أنابيب بقطر أصغر ، والعكس صحيح.

في حالة توصيل نقطة النهاية بنظام مضغوط ، مثل عمود التقطير ، يجب طرح الضغط المكافئ من فرق الارتفاع الحالي لتقدير الضغط التفاضلي الفعال الفعلي المتولد. أيضًا ، إذا كانت نقطة البداية لخط الأنابيب ستكون تحت التفريغ ، فيجب أيضًا مراعاة تأثيرها على الضغط التفاضلي الكلي عند اختيار خط الأنابيب. يتم الاختيار النهائي للأنابيب باستخدام الضغط التفاضلي ، مع مراعاة جميع العوامل المذكورة أعلاه ، ولا يعتمد فقط على اختلاف ارتفاعات نقطتي البداية والنهاية.

تدفق السائل الساخن

في مصانع المعالجة ، عادة ما يتم مواجهة مشاكل مختلفة عند العمل مع الوسائط الساخنة أو الغليان. السبب الرئيسي هو تبخر جزء من تدفق السائل الساخن ، أي تحول السائل إلى بخار داخل خط الأنابيب أو المعدات. مثال نموذجي هو ظاهرة التجويف لمضخة طرد مركزي ، مصحوبة بنقطة غليان سائل ، متبوعًا بتكوين فقاعات بخار (تجويف بخاري) أو إطلاق غازات مذابة في فقاعات (تجويف غازي).

يُفضل استخدام الأنابيب الأكبر حجمًا نظرًا لانخفاض معدل التدفق مقارنة بالأنابيب ذات القطر الأصغر عند التدفق الثابت ، مما يؤدي إلى ارتفاع NPSH عند خط شفط المضخة. يمكن أن تتسبب نقاط التغيير المفاجئ في اتجاه التدفق أو تقليل حجم خط الأنابيب أيضًا في حدوث تجويف بسبب فقدان الضغط. يخلق خليط الغاز والبخار الناتج عقبة أمام مرور 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 تخلق انخفاضًا كبيرًا في الضغط ، أي المبادلات الحرارية ، وصمامات التحكم ، وما إلى ذلك ، مجهزة بخطوط أنابيب جانبية (لتتمكن من عدم مقاطعة العملية حتى أثناء أعمال الصيانة). عادةً ما تحتوي خطوط الأنابيب هذه على صمامي إغلاق مثبتين بالتوازي مع التركيب وصمام التحكم في التدفق بالتوازي مع هذا التثبيت.

أثناء التشغيل العادي ، يتعرض تدفق السوائل الذي يمر عبر المكونات الرئيسية للجهاز إلى انخفاض إضافي في الضغط. وفقًا لهذا ، يتم حساب ضغط التفريغ الناتج عن المعدات المتصلة ، مثل مضخة الطرد المركزي. يتم اختيار المضخة بناءً على انخفاض الضغط الكلي عبر التركيب. أثناء الحركة عبر خط الأنابيب الالتفافي ، يكون هذا الانخفاض الإضافي في الضغط غائبًا ، بينما تضخ مضخة التشغيل التدفق بنفس القوة ، وفقًا لخصائص التشغيل الخاصة بها. لتجنب الاختلافات في خصائص التدفق بين الماكينة والممر الجانبي ، يوصى باستخدام ممر جانبي أصغر مع صمام تحكم لإنشاء ضغط مكافئ للتركيب الرئيسي.

خط أخذ العينات

عادة ما يتم أخذ عينات من كمية صغيرة من السائل لتحليلها لتحديد تركيبها. يمكن إجراء أخذ العينات في أي مرحلة من مراحل العملية لتحديد تكوين مادة خام ، أو منتج وسيط ، أو منتج نهائي ، أو ببساطة مادة منقولة مثل مياه الصرف ، أو سائل نقل الحرارة ، إلخ. عادة ما يعتمد حجم مقطع خط الأنابيب الذي يتم أخذ العينات عليه على نوع السائل الذي يتم تحليله وموقع نقطة أخذ العينات.

على سبيل المثال ، بالنسبة للغازات تحت ضغط مرتفع ، تكون الأنابيب الصغيرة ذات الصمامات كافية لأخذ 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 أكثر صعوبة. في الوقت نفسه ، لا يكون خط أخذ العينات الصغير مناسبًا تمامًا لتحليل المعلقات المختلفة التي يمكن أن تسد فيها الجسيمات الصلبة مسار التدفق. وبالتالي ، فإن حجم خط أخذ العينات لتحليل المعلقات يعتمد بشكل كبير على حجم الجسيمات الصلبة وخصائص الوسيط. تنطبق استنتاجات مماثلة على السوائل اللزجة.

يعتبر تحجيم خط أخذ العينات عادةً:

خصائص السائل المخصص للاختيار ؛
فقدان بيئة العمل أثناء الاختيار ؛
متطلبات السلامة أثناء الاختيار ؛
سهولة التشغيل؛
موقع نقطة الاختيار.

تداول المبرد

بالنسبة لخطوط الأنابيب ذات المبرد المتداول ، يفضل استخدام السرعات العالية. ويرجع ذلك أساسًا إلى حقيقة أن سائل التبريد في برج التبريد يتعرض لأشعة الشمس ، مما يخلق ظروفًا لتكوين طبقة تحتوي على الطحالب. يدخل جزء من هذا الحجم الذي يحتوي على الطحالب إلى المبرد المتداول. عند معدلات التدفق المنخفضة ، تبدأ الطحالب في النمو في خط الأنابيب وبعد فترة تخلق صعوبات في تداول المبرد أو مروره إلى المبادل الحراري. في هذه الحالة ، يوصى بمعدل دوران مرتفع لتجنب تكون انسداد الطحالب في خط الأنابيب. عادةً ما يتم استخدام المبرد عالي الدوران في الصناعة الكيميائية ، والتي تتطلب خطوط أنابيب كبيرة وأطوالًا لتوفير الطاقة لمبادلات حرارية مختلفة.

تجاوز الخزان

تم تجهيز الخزانات بأنابيب الفائض للأسباب التالية:

تجنب فقد السوائل (يدخل السائل الزائد إلى خزان آخر ، بدلاً من التدفق من الخزان الأصلي) ؛
منع تسرب السوائل غير المرغوب فيها خارج الخزان ؛
الحفاظ على مستوى السائل في الخزانات.

في جميع الحالات المذكورة أعلاه ، تم تصميم أنابيب الفائض للحصول على أقصى تدفق مسموح به للسائل الداخل إلى الخزان ، بغض النظر عن معدل تدفق السائل الخارج. تشبه مبادئ الأنابيب الأخرى أنابيب الجاذبية ، أي وفقًا للارتفاع الرأسي المتاح بين نقطتي البداية والنهاية لأنابيب الفائض.

أعلى نقطة لأنبوب الفائض ، والتي هي أيضًا نقطة البداية ، هي عند التوصيل بالخزان (أنبوب فائض الخزان) بالقرب من القمة ، ويمكن أن تكون أدنى نقطة نهاية بالقرب من مجرى الصرف بالقرب من الأرض. ومع ذلك ، يمكن أن ينتهي خط الفائض أيضًا عند ارتفاع أعلى. في هذه الحالة ، سيكون رأس التفاضل المتاح أقل.

تدفق الحمأة

في حالة التعدين ، عادة ما يتم استخراج الخام في مناطق يصعب الوصول إليها. في مثل هذه الأماكن ، كقاعدة عامة ، لا يوجد خط سكة حديد أو خط طرق. في مثل هذه الحالات ، يعتبر النقل الهيدروليكي للوسائط التي تحتوي على جزيئات صلبة هو الأنسب ، بما في ذلك في حالة موقع مصانع التعدين على مسافة كافية. تستخدم خطوط أنابيب الطين في مختلف المجالات الصناعية لنقل المواد الصلبة المكسرة مع السوائل. 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 معلقات ومخاليط المواد الصلبة العالقة في السوائل في حالة خلط دوري للحفاظ على التوحيد. خلاف ذلك ، تحدث عملية فصل ، حيث تطفو الجسيمات المعلقة ، اعتمادًا على خصائصها الفيزيائية ، على سطح السائل أو تستقر في القاع. يتم توفير الإثارة من خلال معدات مثل الخزان المقلوب ، بينما في خطوط الأنابيب ، يتم تحقيق ذلك من خلال الحفاظ على ظروف التدفق المضطربة.

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

من ناحية أخرى ، غالبًا ما يؤدي الانخفاض المفرط في حجم خط الأنابيب أيضًا إلى الانسداد. لذلك ، يعد اختيار حجم خط الأنابيب خطوة مهمة ومسؤولة تتطلب تحليلًا وحسابات أولية. يجب النظر إلى كل حالة على حدة لأن الملاط المختلفة تتصرف بشكل مختلف عند سرعات مائع مختلفة.

إصلاح خطوط الأنابيب

أثناء تشغيل خط الأنابيب ، قد تحدث أنواع مختلفة من التسربات ، مما يتطلب التخلص الفوري من أجل الحفاظ على أداء النظام. يمكن إصلاح خط الأنابيب الرئيسي بعدة طرق. يمكن أن يكون هذا بقدر استبدال جزء أنبوب كامل أو جزء صغير به تسرب ، أو تصحيح أنبوب موجود. ولكن قبل اختيار أي طريقة إصلاح ، من الضروري إجراء دراسة شاملة لسبب التسرب. في بعض الحالات ، قد يكون من الضروري ليس فقط الإصلاح ، ولكن تغيير مسار الأنبوب لمنع إعادة تلفه.

تتمثل المرحلة الأولى من أعمال الإصلاح في تحديد موقع قسم الأنابيب الذي يتطلب التدخل. علاوة على ذلك ، اعتمادًا على نوع خط الأنابيب ، يتم تحديد قائمة بالمعدات والتدابير اللازمة لإزالة التسرب ، ويتم جمع المستندات والتصاريح اللازمة إذا كان قسم الأنابيب المراد إصلاحه يقع في أراضي مالك آخر. نظرًا لأن معظم الأنابيب تقع تحت الأرض ، فقد يكون من الضروري استخراج جزء من الأنبوب. بعد ذلك ، يتم فحص طلاء خط الأنابيب للحالة العامة ، وبعد ذلك يتم إزالة جزء من الطلاء لأعمال الإصلاح مباشرة مع الأنبوب. بعد الإصلاح ، يمكن إجراء العديد من أنشطة التحقق: الاختبار بالموجات فوق الصوتية ، واكتشاف عيوب اللون ، واكتشاف عيوب الجسيمات المغناطيسية ، إلخ.

بينما تتطلب بعض الإصلاحات إغلاق خط الأنابيب تمامًا ، غالبًا ما يكون الإغلاق المؤقت فقط كافيًا لعزل المنطقة التي تم إصلاحها أو تحضير ممر جانبي. ومع ذلك ، في معظم الحالات ، يتم تنفيذ أعمال الإصلاح مع الإغلاق الكامل لخط الأنابيب. يمكن إجراء عزل جزء من خط الأنابيب باستخدام المقابس أو صمامات الإغلاق. بعد ذلك ، قم بتثبيت المعدات اللازمة وإجراء إصلاحات مباشرة. تتم أعمال الإصلاح في المنطقة المتضررة ، محررة من الوسط وبدون ضغط. في نهاية الإصلاح ، يتم فتح المقابس واستعادة سلامة خط الأنابيب.

مواسير تربط الاجهزة المختلفة للمصانع الكيماوية. بمساعدتهم ، يتم نقل المواد بين الأجهزة الفردية. كقاعدة عامة ، تنشئ عدة أنابيب منفصلة بمساعدة الوصلات نظام أنابيب واحد.

خط الأنابيب هو نظام من الأنابيب المتصلة ببعضها البعض عن طريق تركيبات تستخدم لنقل المواد الكيميائية والمواد الأخرى. في التركيبات الكيميائية ، عادة ما تستخدم خطوط الأنابيب المغلقة لنقل المواد. إذا كنا نتحدث عن أجزاء مغلقة ومعزولة من التثبيت ، فإنها تنطبق أيضًا على نظام أو شبكة خطوط الأنابيب.

قد يشمل تكوين نظام خطوط الأنابيب المغلقة ما يلي:

أنابيب.
تجهيزات الأنابيب.
الأختام التي تربط بين قسمين قابلين للفصل من خط الأنابيب.

يتم تصنيع جميع العناصر المذكورة أعلاه بشكل منفصل ، وبعد ذلك يتم توصيلها بنظام خط أنابيب واحد. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تجهيز خطوط الأنابيب بالتدفئة والعزل اللازم من مواد مختلفة.

يتم اختيار حجم الأنبوب والمواد اللازمة للتصنيع على أساس المتطلبات التكنولوجية والتصميمية في كل حالة على حدة. ولكن من أجل توحيد أبعاد الأنابيب ، تم تصنيفها وتوحيدها. كان المعيار الرئيسي هو الضغط المسموح به الذي يمكن تشغيل الأنبوب عنده.

القطر الاسمي DN

الممر الاسمي DN (القطر الاسمي) هو معلمة تُستخدم في أنظمة الأنابيب كميزة مميزة ، بمساعدة تركيب أجزاء خطوط الأنابيب ، مثل الأنابيب والتجهيزات والتجهيزات وغيرها.

القطر الاسمي هو قيمة بلا أبعاد ، ولكنه يساوي عدديًا تقريبًا القطر الداخلي للأنبوب. مثال على تعيين التجويف الشرطي: DN 125.

أيضًا ، لا يتم تحديد التجويف الاسمي في الرسومات ولا يحل محل الأقطار الفعلية للأنابيب. يتوافق تقريبًا مع القطر الواضح لأجزاء معينة من خط الأنابيب (الشكل 1.1). إذا تحدثنا عن القيم العددية للانتقالات الشرطية ، يتم اختيارها بطريقة تزيد من إنتاجية خط الأنابيب في النطاق من 60 إلى 100٪ عند الانتقال من ممر شرطي إلى آخر.

الأقطار الاسمية الشائعة:

3, 4, 5, 6, 8, 10, 15, 20, 25, 32, 40, 50, 65, 80, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2200, 2600, 2800, 3000, 3200, 3400, 3600, 3800, 4000.

يتم تعيين أبعاد هذه المقاطع الشرطية مع توقع عدم وجود مشاكل في تركيب الأجزاء مع بعضها البعض. تحديد القطر الاسمي بناءً على قيمة القطر الداخلي لخط الأنابيب ، يتم تحديد قيمة الممر الشرطي ، وهو الأقرب إلى قطر الأنبوب في الصافي.

الضغط الاسمي PN

الضغط الاسمي PN - القيمة المقابلة للحد الأقصى لضغط الوسيط الذي يتم ضخه عند 20 درجة مئوية ، حيث يمكن تشغيل خط أنابيب بحجم معين على المدى الطويل.

الضغط الاسمي هو كمية بلا أبعاد.

بالإضافة إلى القطر الاسمي ، تم تخرج الضغط الاسمي بناءً على ممارسة تشغيل الخبرة المتراكمة (الجدول 1.1).

يتم تحديد الضغط الاسمي لخط أنابيب معين بناءً على الضغط المتولد فيه بالفعل ، عن طريق اختيار أقرب قيمة أعلى. في الوقت نفسه ، يجب أن تتوافق التركيبات والتجهيزات في خط الأنابيب هذا أيضًا مع نفس مستوى الضغط. يتم حساب سماكة جدار الأنبوب بناءً على الضغط الاسمي ويجب أن يضمن أداء الأنبوب عند قيمة ضغط تساوي القيمة الاسمية (الجدول 1.1).

الضغط الزائد المسموح به p e، zul

يتم استخدام الضغط الاسمي فقط لدرجة حرارة تشغيل تبلغ 20 درجة مئوية. مع ارتفاع درجة الحرارة ، تقل سعة تحميل الأنبوب. في نفس الوقت ، يتم تقليل الضغط الزائد المسموح به. تُظهر قيمة p e ، zul أقصى ضغط زائد يمكن أن يكون في نظام خطوط الأنابيب مع زيادة درجة حرارة التشغيل (الشكل 1.2).

مواد لخطوط الأنابيب

عند اختيار المواد التي سيتم استخدامها لتصنيع خطوط الأنابيب ، تؤخذ في الاعتبار مؤشرات مثل خصائص الوسيط الذي سيتم نقله عبر خط الأنابيب وضغط التشغيل المتوقع في هذا النظام. من الضروري أيضًا مراعاة إمكانية حدوث تأثير تآكل من جانب وسيط الضخ على مادة جدران الأنابيب.

تقريبا جميع أنظمة الأنابيب والمصانع الكيماوية مصنوعة من الفولاذ. للتطبيقات العامة في حالة عدم وجود أحمال ميكانيكية عالية وعمل تآكل ، يتم استخدام الحديد الزهر الرمادي أو الفولاذ الهيكلي غير الشوائب لتصنيع خطوط الأنابيب.

بالنسبة لضغوط التشغيل المرتفعة وعدم وجود أحمال أكالة ، يتم استخدام أنابيب من الصلب المقسى أو الصلب المصبوب.

إذا كان تأثير التآكل للوسط مرتفعًا أو تم وضع متطلبات عالية على نقاء المنتج ، فإن خط الأنابيب مصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ.

إذا كان يجب أن يكون خط الأنابيب مقاومًا لمياه البحر ، فسيتم استخدام سبائك النحاس والنيكل لتصنيعه. يمكن أيضًا استخدام سبائك الألومنيوم والمعادن مثل التنتالوم أو الزركونيوم.

أصبحت الأنواع المختلفة من البلاستيك أكثر شيوعًا كمواد لخطوط الأنابيب ، نظرًا لمقاومتها العالية للتآكل وانخفاض الوزن وسهولة المعالجة. هذه المادة مناسبة لأنابيب الصرف الصحي.

تجهيزات خط الأنابيب

يتم تجميع خطوط الأنابيب المصنوعة من مواد بلاستيكية مناسبة للحام في موقع التركيب. تشتمل هذه المواد على الفولاذ والألمنيوم واللدائن الحرارية والنحاس ، إلخ. لتوصيل أقسام مستقيمة من الأنابيب ، يتم استخدام تركيبات مصنوعة خصيصًا ، على سبيل المثال ، الأكواع والانحناءات والبوابات وتخفيضات القطر (الشكل 1.3). يمكن أن تكون هذه التركيبات جزءًا من أي خط أنابيب.

وصلات الأنابيب

تستخدم الوصلات الخاصة لتركيب الأجزاء الفردية من خط الأنابيب والتجهيزات. كما أنها تستخدم لتوصيل التركيبات والأجهزة اللازمة بخط الأنابيب.

يتم تحديد التوصيلات (الشكل 1.4) بناءً على:

المواد المستخدمة في صناعة الأنابيب والتجهيزات. معيار الاختيار الرئيسي هو إمكانية اللحام.
ظروف العمل: ضغط منخفض أو مرتفع ، وكذلك درجة حرارة منخفضة أو عالية.
متطلبات الإنتاج التي تنطبق على نظام خطوط الأنابيب.
وجود توصيلات قابلة للفصل أو دائمة في نظام خطوط الأنابيب.

أرز. 1.4 أنواع وصلات الأنابيب

التمدد الخطي للأنابيب ومعداتها

يمكن تغيير الشكل الهندسي للأشياء عن طريق القوة المؤثرة عليها وبتغيير درجة حرارتها. تؤدي هذه الظواهر الفيزيائية إلى حقيقة أن خط الأنابيب ، الذي يتم تركيبه في حالة تفريغ وبدون تأثيرات حرارية ، يخضع لبعض التوسعات أو الانقباضات الخطية أثناء التشغيل تحت ضغط أو درجات حرارة ، مما يؤثر سلبًا على أدائه.

في حالة عدم إمكانية التعويض عن التمدد ، يحدث تشوه في نظام خطوط الأنابيب. في هذه الحالة ، قد يحدث تلف في أختام الفلنجات والأماكن التي تتصل فيها الأنابيب ببعضها البعض.

التمدد الخطي الحراري

عند ترتيب خطوط الأنابيب ، من المهم مراعاة التغير المحتمل في الطول بسبب زيادة درجة الحرارة أو ما يسمى بالتمدد الخطي الحراري ، والمشار إليه بـ ΔL. تعتمد هذه القيمة على طول الأنبوب ، والذي يُشار إليه بواسطة L o وفرق درجة الحرارة Δϑ \ u003d ϑ2-ϑ1 (الشكل 1.5).

في الصيغة أعلاه ، أ هو معامل التمدد الخطي الحراري لمادة معينة. هذا المؤشر يساوي التمدد الخطي لأنبوب طوله 1 متر مع زيادة درجة الحرارة بمقدار 1 درجة مئوية.

عناصر تعويض تمدد الأنابيب

الانحناءات الأنابيب

بفضل الانحناءات الخاصة الملحومة في خط الأنابيب ، من الممكن تعويض التمدد الخطي الطبيعي للأنابيب. لهذا الغرض ، يتم استخدام تعويض الانحناءات على شكل حرف U و Z والزاوية ، وكذلك معوضات القيثارة (الشكل 1.6).

أرز. 1.6 تعويض انحناءات الأنابيب

إنهم يرون التمدد الخطي للأنابيب بسبب تشوهها. ومع ذلك ، فإن هذه الطريقة ممكنة فقط مع بعض القيود. في خطوط الأنابيب عالية الضغط ، يتم استخدام الأكواع بزوايا مختلفة لتعويض التمدد. بسبب الضغط الذي يعمل في مثل هذه الانحناءات ، من الممكن زيادة التآكل.

وصلات تمديد الأنابيب المتموجة

يتكون هذا الجهاز من أنبوب مموج معدني رقيق الجدران يسمى منفاخ ويمتد في اتجاه خط الأنابيب (الشكل 1.7).

يتم تثبيت هذه الأجهزة في خط الأنابيب. يتم استخدام التحميل المسبق كمفصل تمدد خاص.

إذا تحدثنا عن وصلات التمدد المحورية ، فإنها تكون قادرة على التعويض فقط عن تلك التمددات الخطية التي تحدث على طول محور الأنبوب. يتم استخدام حلقة توجيه داخلية لتجنب الحركة الجانبية والتلوث الداخلي. من أجل حماية خط الأنابيب من التلف الخارجي ، كقاعدة عامة ، يتم استخدام بطانة خاصة. تمتص وصلات التمدد التي لا تحتوي على حلقة توجيه داخلية الحركة الجانبية وكذلك الاهتزازات التي يمكن أن تأتي من المضخات.

عزل الأنابيب

إذا تحرك وسيط بدرجة حرارة عالية عبر خط الأنابيب ، فيجب عزله لمنع فقدان الحرارة. في حالة وجود وسيط منخفض الحرارة يتحرك عبر خط أنابيب ، يتم استخدام العزل لمنع تسخينه بواسطة البيئة الخارجية. يتم العزل في مثل هذه الحالات باستخدام مواد عازلة خاصة موضوعة حول الأنابيب.

مثل هذه المواد ، كقاعدة عامة ، تستخدم:

عند درجات حرارة منخفضة تصل إلى 100 درجة مئوية ، يتم استخدام رغوة صلبة مثل البوليسترين أو البولي يوريثين.
في درجات حرارة متوسطة حوالي 600 درجة مئوية ، يتم استخدام أغلفة مشكلة أو ألياف معدنية مثل الصوف الحجري أو اللباد الزجاجي.
عند درجات حرارة عالية في حدود 1200 درجة مئوية - ألياف السيراميك ، على سبيل المثال ، الألومينا.

الأنابيب التي يبلغ قطرها الاسمي أقل من DN 80 وسماكة طبقة عازلة أقل من 50 مم عادة ما تكون معزولة بتركيبات عازلة. للقيام بذلك ، يتم وضع قوقعتين حول الأنبوب وتثبيتهما بشريط معدني ، ثم يتم إغلاقهما بغلاف من الصفيح (الشكل 1.8).

يجب تزويد خطوط الأنابيب التي يزيد قطرها الاسمي عن DN 80 بعزل حراري بإطار سفلي (الشكل 1.9). يتكون هذا الإطار من حلقات تثبيت وفواصل وكسوة معدنية مصنوعة من الفولاذ الطري المجلفن أو صفائح الفولاذ المقاوم للصدأ. بين خط الأنابيب والغلاف المعدني ، يتم ملء الفراغ بمواد عازلة.

تُحسب سماكة العازل عن طريق تحديد تكاليف تصنيعه ، وكذلك الخسائر التي تنشأ بسبب فقد الحرارة ، وتتراوح من 50 إلى 250 مم.

يجب تطبيق العزل الحراري على طول نظام الأنابيب بالكامل ، بما في ذلك مناطق الانحناءات والانحناءات. من المهم جدًا التأكد من عدم وجود أماكن غير محمية يمكن أن تسبب فقدان الحرارة. يجب أن تكون وصلات الفلنجات والتجهيزات مجهزة بعناصر عازلة مشكلة (الشكل 1.10). يوفر هذا الوصول دون عوائق إلى نقطة التوصيل دون الحاجة إلى إزالة مادة العزل من نظام الأنابيب بأكمله في حالة حدوث تسرب.

في حالة اختيار عزل نظام خطوط الأنابيب بشكل صحيح ، يتم حل العديد من المشكلات ، مثل:

تجنب حدوث انخفاض شديد في درجة الحرارة في الوسط المتدفق ، ونتيجة لذلك ، توفير الطاقة.
منع انخفاض درجات الحرارة في أنظمة خطوط أنابيب الغاز تحت نقطة الندى. وبالتالي ، من الممكن استبعاد تكوين المكثفات ، والتي يمكن أن تؤدي إلى أضرار تآكل كبيرة.
تجنب إطلاق المكثفات في أنابيب البخار.

تستخدم خطوط الأنابيب لنقل مختلف المنتجات السائلة والغازية والصلبة ومخاليطها على نطاق واسع في مختلف قطاعات الاقتصاد الوطني. في الآونة الأخيرة نسبيًا ، تم استخدام خطوط الأنابيب بشكل أساسي لنقل المياه والنفط والمنتجات النفطية. اليوم ، توسع نطاق خطوط الأنابيب بشكل كبير: إنه الصرف (أنابيب الصرف) والري (آلات الري) ، والأدوية (الأوعية الدموية الاصطناعية) ، وهندسة الطاقة الحرارية ، وصناعات تجهيز الأغذية ، وما إلى ذلك ، يعتبر نقل السوائل عبر خطوط الأنابيب اقتصاديًا للغاية و قابلة للتكيف الكمي والنوعي بسهولة.

إلى جانب خطوط الأنابيب ذات الأبعاد الأصغر (الشعيرات الدموية) المستخدمة في المعدات والأجهزة المخبرية ، يتم استخدام خطوط الأنابيب التي يبلغ قطرها عدة أمتار (قنوات المياه لمحطات الطاقة الكهرومائية) وطول آلاف الكيلومترات (أنابيب المياه والنفط الرئيسية).

تنقسم جميع خطوط الأنابيب إلى فئتين: بسيطة ومعقدة. أنابيب بسيطة ليس له فروع على مسار حركة السوائل من نقطة المدخول إلى نقطة الاستهلاك (الشكل 1 ، أ).كقاعدة عامة ، تصنع خطوط الأنابيب هذه من أنابيب من نفس القطر ، ولكن يمكن أن تكون عبارة عن سلسلة متصلة من الأنابيب بأقطار مختلفة مع المنعطفات في أي زاوية وفي أي مستوى.

أرز. 1. خط الأنابيب: أ -بسيط؛ 6- صعب

خط أنابيب معقدله فرع أو تقاطع واحد على الأقل من الأنابيب (الشكل 1 ، ب).كقاعدة عامة ، يتكون خط الأنابيب المعقد من أنبوب رئيسي (رئيسي) وعدد من الفروع (الأقسام) الممتدة منه. يمكن دمج أقسام منفصلة من الأنابيب لتوزيع السوائل بشكل عقلاني على المستهلكين في شبكات.

اعتمادًا على حجم فقدان الضغط ، يتم تمييز خطوط الأنابيب القصيرة هيدروليكيًا والطويلة هيدروليكيًا ، ويختلف تصميمها وحسابها بشكل كبير.

تعتبر خطوط الأنابيب ذات الطول الصغير قصيرة ، وكقاعدة عامة ، لديها عدد كبير من المقاومة المحلية ، حيث تكون الخسائر المحلية حوالي 5 ... 10٪ من فقدان الضغط بسبب الاحتكاك بطول الطول (الشكل 2).

أرز. 2. خط أنابيب قصير

في خطوط الأنابيب الطويلة ، على العكس من ذلك ، تكون خسائر الضغط الناتجة عن المقاومة المحلية صغيرة جدًا مقارنة بالخسائر على طول الطول بحيث لا يتم أخذها في الاعتبار أو أخذها بنفس الطول.

مع هيدروليكي حساب خطوط الأنابيب البسيطةاستخدم التبعيات المحسوبة الرئيسية التالية: معادلة برنولي ، معادلة معدل التدفق الثابت ، معادلة دارسي-فايسباخ ، والتي يمكن تحويلها إلى أحد التعابير التالية:

أين مع -معامل شيزي ، اعتمادًا على الخشونة ونصف القطر الهيدروليكي لخط الأنابيب ؛

معادلة تدفق السوائل:

أين ل-الخصائص الاستهلاكية لخط الأنابيب.

يتم تلخيص قيم خصائص الاستهلاك المحسوبة بالصيغة أعلاه لجميع أنواع الأنابيب التي تصنعها الصناعة في جداول خاصة تسمى جداول Shevelev.

من خلال تقديم مفهوم الضغط المتاح والجمع بين جميع الخسائر ، نحصل على شكل آخر من معادلة تصميم برنولي:

أين - الضغط المتاح لخط الأنابيب ، Ʃ حث - فقدان الضغط الكلي في خط الأنابيب.

إذا كانت مساحات المقطع العرضي للمغذي والمستقبل لخط الأنابيب كبيرة بدرجة كافية مقارنة بالمقطع العرضي لخط الأنابيب (على سبيل المثال ، عندما يتم توفير المياه من خزان إلى خزان) ، فإن الضغوط الديناميكية في هذه الأقسام تكون مهملة ، ثم يتم تبسيط المعادلة السابقة:

ح = Ʃ حث

ويترتب على هذه المعادلة أن كل الضغط المتاح يتم إنفاقه للتغلب على المقاومة الهيدروليكية. هذه المعادلة قابلة للتطبيق بغض النظر عن حجم وحدة التغذية والمستقبل ، إذا كان خط الأنابيب طويلًا ، وكان ضغط السرعة عند المدخل والمخرج ضئيلًا مقارنة بفقد رأس الاحتكاك على طول طوله.

أرز. 3. تدفق السوائل: أ -حر؛ ب -غمرت المياه

في هذه الحالة ، يمكن أن تحدث حالتان: تدفق السائل تحت المستوى وفي الغلاف الجوي (الشكل 3).

عند التدفق أسفل المستوى ، يتم تقليل معادلة برنولي إلى النموذج:

وعند الهروب إلى الغلاف الجوي -

بمقارنة المعادلتين السابقتين ، يمكن ملاحظة أنهما متطابقتان. ومع ذلك ، يجب أن نتذكر أنه عند التدفق تحت المستوى ، فإن الوحدة الموجودة بين قوسين تمثل معامل الخسائر المحلية عند مخرج التدفق أسفل المستوى ، وفي حالة التدفق إلى الغلاف الجوي ، فإنها تأخذ في الاعتبار الطاقة الحركية المتبقية في التدفق عند مغادرة خط الأنابيب.

وهكذا ، لخط أنابيب بسيط بطول لوبقطر ثابت دفي نظام مضطرب ، تأخذ معادلة برنولي الشكل:

معاملات مقاومة الاحتكاك λ والمقاومات المحلية ξ يتم اختيارها بناءً على التبعيات التي تمت مناقشتها أعلاه. في هذه الحالة ، يمكن استخدام قيم المعاملات التي تم الحصول عليها بالطرق التحليلية أو الرسومية أو على أساس البيانات المجدولة.

استبدال قيم الثوابت بالصيغة السابقة وحساب العامل العددي ، نحصل على شكل جديد من معادلة الحساب:

عادةً ما ينخفض الحساب الهيدروليكي لخطوط الأنابيب البسيطة إلى تحديد إحدى القيم الثلاث مع القيم الأخرى المعطاة:

ضغط حبتكلفة معروفة الخامسسائل ، قطر دوطول خط الأنابيب ل;
مصروف الخامسالسوائل ذات القطر المعروف د, طول لخط الأنابيب والضغط ح ؛
قطر الدائرة دخط أنابيب بمعدل تدفق معين الخامسالسائل والضغط ح.

عند حساب خطوط الأنابيب ، يتم استخدام طريقتين:

1) كاملة ، مع مراعاة جميع مقاومات خطوط الأنابيب ؛

2) منخفض ، باستخدام خصائص التدفق وعوامل التصحيح للمقاومة المحلية.

يسمى خط الأنابيب البسيط إذا لم يكن له فروع. ترتبط خطوط الأنابيب البسيطة بخطوط متسلسلة أو متوازية أو متفرعة. تحتوي خطوط الأنابيب المعقدة على وصلات أو فروع متسلسلة ومتوازية.

يتحرك السائل عبر خط أنابيب إذا كانت طاقته في بداية خط الأنابيب أكبر مما كانت عليه في النهاية. يمكن إنشاء هذا الاختلاف في مستويات الطاقة إما عن طريق تشغيل المضخة ، أو عن طريق الاختلاف في مستويات السائل في القسمين الأولي والأخير من خط الأنابيب ، أو عن طريق ضغط الغاز (في الأنظمة الهوائية).

يُفهم الحساب الهيدروليكي على أنه تحديد معلمات حركة السوائل لمخطط خط أنابيب معين مع عناصر هيكلية معروفة ، أو تحديد أبعاد خط الأنابيب التي توفر معلمات حركة السوائل الضرورية.

خط أنابيب بسيط للمقطع العرضي الثابت:

ضع في اعتبارك خط أنابيب بسيط بطول ل، قطر ثابت دالتي تحتوي على عدد من المقاومات المحلية. سرعة التدفق في القسمين الابتدائي والنهائي هي نفسها.

تحتوي معادلة برنولي للقسمين 1 و 2 على الشكل:

تقديم الترميز:

× - الضغط المطلوب (المتاح) ؛

× - الضغط الساكن؛

× - فقدان الرأس ،

, (1.52)

أن الرأس المطلوب هو مجموع الرأس الثابت (الارتفاع الهندسي الذي يرتفع إليه السائل في عملية الحركة والارتفاع البيزومتري في نهاية خط الأنابيب) ومجموع كل خسائر الضغط في خط الأنابيب.

يتم تعريف خسارة الرأس على أنها مجموع كل الخسائر في المقاومة المحلية والخسائر المرتبطة بالاحتكاك أثناء حركة السوائل

, (1.53)

أين هو متوسط سرعة الوسيط عبر خط الأنابيب ؛ س- معدل التدفق الحجمي للسائل ؛ س- مساحة المقطع العرضي لخط الأنابيب.

عند تحليل الأنظمة ، يتم استخدام الرسوم البيانية لاعتماد الضغط المطلوب على معدل التدفق [ حتستهلك = و(س)] ، والتي يتم استدعاؤها منحنيات ضغط الرأس، أو الرسوم البيانية لاعتماد إجمالي خسارة الرأس على معدل التدفق [ ش = و(س)] ، والتي يتم استدعاؤها خصائص خطوط الأنابيب. إن خاصية خط الأنابيب هي منحنى الضغط المطلوب ، المنقولة إلى الأصل.

خط أنابيب سيفون:

خط أنابيب السيفون (السيفون) عبارة عن خط أنابيب قصير تحدث فيه الحركة عن طريق الجاذبية بطولها بالكامل ، بما في ذلك المقاطع الموجودة فوق مستوى السائل لخزان الإمداد.

تحدث حركة السائل في السيفون تحت تأثير الضغط الجوي في وجود فراغ عند أعلى نقطة في خط الأنابيب. لذلك ، من أجل رفع السائل إلى ارتفاع معين أو سكبه في خزان استقبال ، من الضروري إنشاء فراغ (فراغ) في السيفون. لهذا الغرض ، يتم تعبئة السيفون مسبقًا بسائل منقول أو يتم ضخ الهواء منه باستخدام مضخات تفريغ.

يتكون الحساب الهيدروليكي للسيفونات من تحديد معدل تدفق السائل والقيمة القصوى لارتفاع خط الأنابيب فوق مستوى السائل في خزان الإمداد ، حيث يتم توفير معدل التدفق هذا.

معدل تدفق السائل الذي يسكبه السيفون يساوي:

أين س- مساحة المقطع العرضي لخط الأنابيب ؛ ح- الاختلاف في مستويات السائل في الخزانات ؛ ل- معامل فقدان الاحتكاك ؛ لو د- طول وقطر خط أنابيب السيفون ، على التوالي.

يتم تحديد الارتفاع المسموح به لأعلى نقطة للسيفون من معادلة برنولي ، والتي تتم كتابتها للنقاط الموجودة على السطح الحر لخزان الإمداد وفي أعلى قسم بعيد من السيفون

عندما تكون سرعة حركة السطح الحر للسائل في خزان الإمداد قريبة من الصفر ومعامل الطاقة الحركية يساوي واحدًا ، نحصل على

وصلات الأنابيب البسيطة

اتصال تسلسليعدة خطوط أنابيب بسيطة بأقطار مختلفة تعطي خط أنابيب بسيطًا من المقطع العرضي المتغير.

أرز. 1.5 التوصيل التسلسلي لخطوط الأنابيب

أ - مخطط خط الأنابيب ؛ ب - خصائص خط الأنابيب

عندما يتم توفير السوائل من خلال خط الأنابيب هذا ، فإن معدل التدفق في جميع الأنابيب المتصلة في سلسلة هو نفسه. إجمالي خسارة الضغط بين القسمين الأولي والنهائي يساوي مجموع خسائر الضغط في جميع الأنابيب المتصلة في سلسلة. لخط الأنابيب الموضح في الشكل. 1.5 ، نحصل على المعادلات التالية:

تحدد هذه المعادلات قاعدة بناء خصائص سلسلة توصيل الأنابيب. مع الخصائص المعروفة لخطوط الأنابيب 1 و 2 و 3 ، من أجل الحصول على خصائص توصيلها التسلسلي (المقطع بين الأقسام حو ل) يجب أن يضيف فقد الرأس بنفس معدلات التدفق ، أي أضف إحداثيات المنحنيات الثلاثة بنفس القيم المحددة على المحور x.

في الأقسام الأولية والنهائية من خط الأنابيب قيد الدراسة ، تختلف معدلات تدفق السوائل. لذلك ، يجب أن يحتوي التعبير عن الضغط المطلوب لخط الأنابيب بأكمله على الاختلاف في ضغوط السرعة في الأقسام القصوى.

اتصال موازيةيظهر عدة خطوط أنابيب بسيطة في الشكل. 1.6

أرز. 1.6 اتصال مواز لخطوط الأنابيب

أ - مخطط خط الأنابيب ؛ ب- خصائص خطوط الأنابيب

دعونا نشير إلى مجموع الرؤوس في النقاط حو لعلى التوالي من خلال حيُسلِّم ح K ، التدفق في الخط الرئيسي (قبل التفرع وبعد التقاء) - س، وفي خطوط الأنابيب الموازية من خلال س 1 , س 2 و س 3 ؛ فقدان الضغط الكلي في هذه الأنابيب عبر S. ح 1 ، S. ح 2 و S. ح 3 .

يرتبط التدفق في الخط الرئيسي بالتدفق في خطوط الأنابيب المتوازية بالمعادلة الواضحة التالية

فقدان الضغط في كل من خطوط الأنابيب هو الفرق في الضغط عند النقاط حو ل

ويترتب على ذلك أن خسائر الضغط في خطوط الأنابيب المتوازية متساوية مع بعضها البعض

باستخدام المعادلة التي تتعلق بمعدلات التدفق في خطوط الأنابيب الرئيسية والمتوازية ، والمساواة في خسائر الضغط فيها ، وكذلك النسب لحساب خطوط الأنابيب البسيطة ، نحصل على عدد من المعادلات الكافية لتحديد مقاومات الخطوط المتوازية ومعدلات التدفق فيهم.

مما سبق ، فإن قاعدة إنشاء خاصية الاتصال المتوازي لعدة خطوط أنابيب كما يلي: س أنا ) بنفس الإحداثيات (S. ح).

العلاقات المذكورة أعلاه لخطوط الأنابيب المتوازية صالحة أيضًا في الحالة التي لا تتقارب فيها خطوط الأنابيب عند نقطة واحدة ، ولكنها تزود السائل إلى أماكن مختلفة ، ولكن بنفس الضغوط ومستويات متساوية. إذا لم يتم استيفاء الشرط الأخير ، فلا يمكن قراءة خطوط الأنابيب المعنية على أنها متوازية ، ولكن يجب تصنيفها على أنها متفرعة.

اتصال متفرع- هذه مجموعة من عدة خطوط أنابيب بسيطة لها قسم مشترك واحد - مكان تفرع (أو إغلاق) الأنابيب. ضع في اعتبارك خط الأنابيب الرئيسي ، والذي ينقسم عند النقطة M إلى عدة خطوط أنابيب بأحجام مختلفة ومقاومات محلية ومستويات وضغوط عند نقاط النهاية. لنجد العلاقة بين الضغط عند النقطة مومعدلات التدفق في الفروع ، على افتراض أن اتجاهات التدفق فيها معطاة.

أرز. 1.7 خط أنابيب متفرع

أ - مخطط خط الأنابيب ؛ ب- منحنيات الضغط المطلوبة

دعونا نكتب ، مع إهمال الضغوط الديناميكية ، معادلات برنولي لكل فرع بدءًا من النقطة م

مثل خطوط الأنابيب المتوازية ،

وهكذا نحصل على نظام من أربع معادلات كافية لتحديد الكميات المجهولة: س 1 ,س 2 ,س 3 و حم.

يتم تنفيذ منحنى الضغط المطلوب لخط الأنابيب المتفرّع عن طريق إضافة منحنيات الضغوط المطلوبة للفروع وفقًا لقاعدة إضافة خصائص خطوط الأنابيب المتوازية - إضافة الأحشاء ( س) لنفس الاحداثيات ( حم). من الرسم البياني (الشكل 1.7 ، ب) يمكن ملاحظة أن شرط إمداد السوائل لجميع الفروع هو الضغط الزائد عند نقطة الفرع فوق أقصى ضغط ثابت في الفروع.

خط أنابيب معقديتكون من خطوط أنابيب بسيطة مع اتصالها التسلسلي والمتوازي أو المتفرعة.

عند حساب خطوط الأنابيب المعقدة ، يتم تقسيمها إلى أقسام بسيطة ، وأقسام ذات فروع وخطوط أنابيب متوازية ، والانتقال من نقاط نهاية خط الأنابيب المعقد إلى نقطة البداية ، أي مقابل التيار ، قم بإجراء العمليات الحسابية بالتتابع وفقًا للمعادلات أعلاه.

بالنسبة لخطوط الأنابيب الحلقية المعقدة (أنظمة الدوائر المغلقة المجاورة مع سحب السوائل عند النقاط العقدية أو توزيعها المستمر في أقسام منفصلة) ، يتم استخدام شرطين أساسيين:

ميزان المصروفات ، أي المساواة في تدفق السوائل إلى الداخل والخارج لكل نقطة عقدية ؛

توازن الرأس ، أي يساوي صفر من المجموع الجبري لخسائر الضغط لكل دائرة عند العد في اتجاه عقارب الساعة. يعتبر فقدان الرأس موجبًا إذا تزامن اتجاه العد مع اتجاه حركة السوائل ، وسلبيًا إذا كان اتجاه العد عكس اتجاه حركة السوائل.

خطوط الأنابيب مع ضخ السائل السائل

في الهندسة الميكانيكية ، الطريقة الرئيسية هي الإمداد القسري للسائل بواسطة مضخة. ضع في اعتبارك التشغيل المشترك للمضخة مع خط الأنابيب ومبدأ حساب هذه الأنظمة.

أرز. 1.8 خط أنابيب بالضخ

يمكن أن يكون خط الأنابيب الذي يتم ضخه مفتوحًا ، عند ضخ السائل من حاوية إلى أخرى ، أو مغلقًا ، حيث يتم تدوير نفس كمية السائل.

على التين. 1.8 أيظهر خط أنابيب مفتوح ، يتم من خلاله ضخ السائل من خزان ضغط منخفض ص 0 إلى خزان ضغط آخر ص 3. ارتفاع محور المضخة بالنسبة إلى المستوى الأدنى ض 1 يسمى رأس الشفط الهندسي ، ويطلق على خط الأنابيب الذي يدخل السائل من خلاله إلى المضخة خط أنابيب الشفط (خط الشفط). ارتفاع مستوى السائل العلوي ض 2 يسمى ارتفاع التفريغ الهندسي ، ويسمى خط الأنابيب الذي يتحرك من خلاله السائل من المضخة بالضغط (خط التفريغ).

دعونا نؤلف معادلة برنولي لتدفق السائل في خط أنابيب الشفط ، أي للأقسام 0 و 1

هذه المعادلة هي المعادلة الرئيسية لحساب أنابيب الامتصاص. يظهر أن عملية الشفط ، أي ارتفاع السائل ض 1 ، رسالة لها من الطاقة الحركية والتغلب على كل المقاومة الهيدروليكية تحدث بسبب استخدام (بمساعدة مضخة) للضغط ص 0. نظرًا لأن هذا الضغط عادة ما يكون محدودًا جدًا ، يجب إنفاقه بطريقة تظل فيها احتياطي ضغط معينًا قبل دخول المضخة. ص 1 مطلوب لتشغيله العادي الخالي من التجويف.

معادلة برنولي لحركة السوائل عبر خط أنابيب الضغط ، أي للقسمين 2 و 3

الجانب الأيسر من المعادلة هو طاقة السائل عند مخرج المضخة لكل وحدة وزن.

يمكن حساب طاقة التدفق قبل دخول المضخة من معادلة أنبوب الشفط

تسمى الزيادة في الطاقة لكل وحدة من وزن السائل في المضخة بالرأس الذي تولده المضخة. حنحن. إنه متساوٍ

أين هو الفرق بين مستويات السائل في خزانات الإمداد والاستقبال.

تسمح لنا مقارنة الصيغة التي تم الحصول عليها بالاعتماد على تحديد الضغط المطلوب بصياغة القاعدة: مع التدفق المستمر للسائل في خط الأنابيب ، تطور المضخة رأسًا مساويًا للرأس المطلوب

هذه القاعدة هي أساس طريقة حساب خطوط الأنابيب التي تغذيها المضخة ، والتي تتمثل في تحديد نقطة تقاطع خصائص المضخة ومنحنى الضغط المطلوب لخط الأنابيب. هذه النقطة تسمى نقطة التشغيل.

لخط أنابيب مغلق (الشكل 1.8 ، ب) الارتفاع الهندسي لارتفاع السائل يساوي صفرًا ( دز = 0) ، لذلك ، إذا كانت السرعات عند مدخل ومخرج المضخة متساوية ( الخامس 1 = V. 2)

أولئك. بين الضغط المطلوب والضغط الناتج عن المضخة ، نفس المساواة صحيحة.

يجب أن يحتوي خط الأنابيب المغلق بالضرورة على خزان تمدد أو تمدد متصل بأحد أقسام خط الأنابيب ، غالبًا من جانب الشفط للمضخة ، حيث يكون الضغط ضئيلًا. يعمل على تعويض التسربات ومنع تقلبات الضغط في النظام المرتبطة بتغيرات درجة الحرارة.

إذا كان هناك خزان تمدد متصل وفقًا للشكل. 1.8 ب، يتم تحديد الضغط عند مدخل المضخة من التعبير: