Расчет трубопровода по ПАХТ

Введение

 

Технологические трубопроводы - трубопроводы, предназначенные  для транспортирования в пределах промышленного предприятия или  группы этих предприятий различных  веществ (сырья, полуфабрикатов, реагентов, а также промежуточных и конечных продуктов, полученных или используемых в технологическом процессе и  др.), необходимых для ведения  технологического процесса или эксплуатации оборудования.

Стоимость трубопровода составляет значительную часть общей стоимости оборудования химических предприятий. Кроме того, эксплуатация трубопроводов сопряжена  с затратой значительных средств. Поэтому  правильный выбор диаметра трубопровода, скорости движущейся в нем жидкости, требуемого напора и т.д. имеет большое технико-экономическое значение [1].

По  конструкции различают несколько  видов трубопроводов: простые, сложные, короткие и длинные (длина трубопровода существенно влияет на потери напора в местных сопротивлениях и на линейных участках). По виду движения по ним жидкостей трубопроводы можно разделить на две категории: напорные трубопроводы и безнапорные (самотечные).

По виду сечения: на трубопроводы круглого и не круглого сечения (прямоугольные, квадратные и другого профиля). По материалу, из которого они изготовлены: стальные, бетонные, пластиковые и др. Большинство химических предприятий чаще всего используют технологические установки с простыми трубопроводами.

Для известной конструкции трубопровода необходимо определить требуемый напор  в начальном сечении, а также  способ перемещения жидкости по трубопроводу. Данные характеристики существенно влияют на расход транспортируемой жидкости.

Главной задачей гидравлического расчета  может заключаться и в обратном, а именно: определить расход жидкости с заданными свойствами по имеющемуся трубопроводу, когда значения статического напора уже известны.

Целью расчета может оказаться и  подбор диаметра трубопровода, от которого зависит скорость и расход движущейся в нем жидкости. К тому же, при  оптимальном диаметре обеспечиваются минимальные затраты на эксплуатацию [1].

При выполнении расчетов используют зависимости  для определения потерь напора на линейных участках, в местных сопротивлениях и технологических аппаратах  и две фундаментальные зависимости: уравнение неразрывности потока и уравнение Бернулли.

Цель  данной курсовой работы:

Знакомство  с устройством технологического трубопровода химических предприятий. Выполнение индивидуального задания  по построению кривой требуемого напора для трубопровода простой конструкции. Определение способа перемещения жидкости, в нашем случае метилового спирта 90 %. Правильный выбор насоса. А также приобретение навыков анализа работы трубопровода на основании его гидравлических характеристик.

 

 

 

Задание:

 

  Перекачиваемая жидкость – азотная кислота(100%), температура 35˚ C

Таблица 1 –  Давление пара на поверхность жидкости

Pa, кгс/см2	Pв, кгс/см2
0,2 вак	0,7 изб

 

Согласно  вариантам из таблицы 2.

Таблица 2 – Характеристики участков трубопровода

1 участок					2 участок				Раз- ность уровня жид- кости ∆ z, м
L1, м	d1, мм	Вид местного сопротив-ления	Вид и состоя- ние тру- бы	Внезап- ное изме- нение диамет- ра	L2, м	d2, мм	Вид местного сопроти-вления	Вид и cостоя- ние тру- бы
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
35	133 4	Задвижной	Стальная с бол. отложениями		40	159 4	Отвод 130°	стальн с незна-чит корроз	0

Рисунок 1 - Схема технологического трубопровода

 

 

1 Расчет постоянных величин

 

Используя данные значения плотности  [1, с. 512] воды, рассчитаем плотность воды при 35 °С методом интерполяции: 

t, °С	ρ, кг/
20	935
40	924

 

ρ = = 988 кг/

Найдем  динамический коэффициент вязкости воды при 35 °С [2]:

µ=0,7191 ·

Рассчитаем  внутренний минимальный диаметр  трубы на 1 и 2 участках

 133-(4·2)=125 мм =0,125 м ,

159-(4·2)=151 мм =0,151 м ,

Найдем абсолютное давление на 1-м  участке по формуле  (1):

                                                                                                  (1)

 на входе:

33-0,2=0,833· кг·с/ .

Найдем  абсолютное давление на 2-м участке по формуле (2):

                                            

на выходе:

= 0,7+1,033=1,733· .

 

 

 

 

2 Гидравлический расчет трубопровода

 

Объемный расход жидкости определим по формуле  (3):

q_v = w = w,                                                       (2)

где    d – внутренний диаметр трубопровода, м;(1,5 интервал)

         w – скорость потока жидкости, м/с;

          – площадь живого сечения, .

Определения площади живого сечения на 1 участке  трубопровода

,

=0,0122 .

Рассчитаем  объемный расход жидкости на первом участке трубопровода. Т.к. перекачиваемая жидкость является маловязкой (µ=0,7191·Па·с), то ее скорость движения находится в интервале 0,5–2,5 м/с.

/с ,

/с ,

/с ,

/с ,

/с .

Расчетные данные сводим в таблицу 3.

Таблица 3- Объемный расход жидкости и скорости ее течения на 1 участке

V, м/с	0	0,5	1	1,5	2	2,5
,	0	0,0061	0,0122	0,0183	0,0244	0,0366

 

 

Рассчитаем  скорости течения жидкости на 2 участке из уравнения неразрывности  (4):

                                     

                                          (4)

где F₁ – площадь поперечного сечения первого участка трубопровод ;

                    F₂ – площадь поперечного сечения второго участка трубопровод м²;

                  w₁ – скорость потока на первом участке трубопровода, м/с;

                  w₂ – скорость потока на втором участке трубопровода, м/с.

Из  уравнения неразрывности потока (4) получим формулу (5) для расчета скорости течения жидкости на втором участке трубопровода.

,                                                          (5)

,

,

,

,

.

 

 

 

 

 

 

 

В таблицу 4 сведем результаты расчета скорости течения жидкости на втором участке трубопровода.

Таблица 4 – Результаты расчета скорости течения жидкости на втором участке трубопровода

	0	0,5	1	1,5	2	2,5
	0	0,3426	0,6852	1,0278	1,3704	1,71

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3  Определение величины требуемого напора

 

3.1 Определение статической составляющей требуемого напора

 

Статическую составляющую требуемого напора рассчитаем по формуле (6): где ΔZ – геометрическая высота, м;

;

;

        = величина, определяющая требуемый напор, необходимый для преодоления противодавления, создаваемого истечению жидкости давлением столба жидкости, когда она вытекает в заполняемую емкость в виде затопленной струи и при этом

.

 

3.2 Определение общих потерь напора на участках трубопровода

 

Определим значения критерия Рейнольдса для первого и второго участков трубопровода.

Значения  критерия  Рейнольдса рассчитаем по формуле (7):

                                                       (7)

где

      кг/м³.

 

 

 

На первом участке:

 

 

 

 

В таблицу 5 сведем результаты расчета значений критерия  Рейнольдса для первого участка трубопровода.

Таблица 5 – Результаты расчета значений критериев Рейнольдса для первого участка трубопровода

	0	0,5	1	1,5	2	2,5
	0	0,8	1,61	2,42	3,22	4,03

         

На  втором участке:

 

 

 

 

                                       

В таблицу 6 сведем результаты расчета значений критерия Рейнольдса для второго участка трубопровода.

Таблица 6 – Результаты расчета значений критерия Рейнольдса для второго участка трубопровода

	0	0,3426	0,6852	1,0278	1,3704	1,71
	0	0,23	1,33	2,00	2,67	3,33

 

На  основании полученных значений Re (Re >10000) можно сделать вывод, что режим течения жидкости на обоих участках трубопровода является турбулентным.

Исходя  из полученного режима течения, вычислим коэффициент трения λ аналитическим путем для обоих участков шероховатых труб по формуле (8):

                                                                            (8)                            

Найдем  средние значения шероховатости  стенок труб [1, с.519]:

- на первом  участке стальная с большими отложениями Δ=0,67 мм;

- на втором  участке стальная с незначительной коррозией Δ=0,2 мм.

Относительную шероховатость стенки участка трубопровода рассчитаем по формуле (9):

 ,                                           (9)

где  - абсолютная шероховатость, мм.

Для первого участка:

                                    ,

Для второго участка:

. 

На первом участке:

,      ,

,  

, 

, 

,

В таблицу 7 сведём результаты расчёта коэффициентов трения трубопровода на первом участке.

Таблица 7 - Результаты расчёта коэффициентов трения трубопровода на первом участке

Re1	0,8	1,61	2,42	3,22	4,03
1	0,0323	0,0317	0,0315	0,0314	0,0313