Адрес: 105678, г. Москва, Шоссе Энтузиастов, д. 55 (Карта проезда)
Время работы: ПН-ПТ: с 9.00 до 18.00, СБ: с 9.00 до 14.00

Гидравлический расчет газопровода низкого давления онлайн: Гидравлический расчет газопроводов(методика СП 42-101-2003)

Содержание

★ Гидравлический расчет газопровода среднего давления пример |

Пользователи также искали:

гидравлический расчет газопровода среднего давления excel, расчет кольцевых газовых сетей низкого давления, низкого, внутридомового, онлайн, кольцевых газовых сетей низкого, excel, сечения, программа гидравлического расчета газовых сетей, скорость газа в газопроводе низкого, гидравлический расчет газопровода низкого давления excel, гидравлический расчет внутридомового газопровода, гидравлический расчет газопровода онлайн, расчет кольцевых газовых сетей низкого давления, гидравлический расчет газопровода среднего давления excel, расчет сечения газопровода онлайн, скорость газа в газопроводе низкого давления, гидравлический расчет, газопроводов, гидравлический расчет газопровода, гидравлический расчёт газопровода среднего давления, гидравлический расчет газопроводов среднего давления, примеры, расчётов, расчет, газопровода, давления, гидравлический расчет газопроводов, расчет газопровода, пример, расчет газопроводов, пример расчета,

Группа компаний ИНФРА-М

Введение.

С каждым годом потребление всех видов топлива растет, в том числе и природного газа. Это требует разработки и строительства необходимых транспортных линий – систем газопроводов. Для проектирования газопроводов, особенно в условиях большой протяженности и разветвленности производится гидравлический расчет, с помощью которого производится подбор и уточнение необходимых диаметров для экономически выгодного транспортирования газа [1–3]. Разработка большого проекта требует значительного количества времени, трудовых и материальных ресурсов. В последнее время для проектирования инженерных систем широко используются системы автоматизированного проектирования, которые позволяет оптимизировать затраты на строительство систем любого назначения, в том числе и систем газоснабжения [3–5].

Применение САПР позволяет решить ряд важных задач, основные из которых: повышение эффективности труда инженеров; сокращения сроков, трудоёмкости проектирования и планирования; сокращения себестоимости проектирования и изготовления системы; повышение качества и технико-экономического уровня результатов проектирования.

В практике эксплуатационных организаций конфигурация сети, длины участков распределительных трубопроводов, их диаметры, нагрузки потребителей и давления источников, а также технологические ограничения (допустимые давления потребителей), в общем случае, известны. Наибольший интерес вызывает расчет технологических параметров системы газоснабжения, в первую очередь, давлений и перепадов, при изменяющихся расходах потребителей, различных давлениях источников и изменениях геометрических параметров системы газоснабжения.

Методика. Приописании движения газа по трубопроводам низкого давления используются законы и уравнения газовой динамики. Газодинамический расчет газовых сетей проводился на специализированных программных продуктах «Hydraulic Calculator» и «Расчёт диаметра газопровода согласно СП 42-101-2003».

Основная часть. При выполнении гидравлического расчета любого газопровода следует учитывать плотность газа, зависящую от давления, которое снижается по ходу движения газа по газопроводам.

Это условие справедливо для любой линии транспортирования газа, однако для сетей низкого давления принимается допущение неизменности плотности, что упрощает учет давления и позволяет рассчитывать диаметры на постоянный расход газа. В системах автоматизированного проектирования эти нюансы также учитываются, их закладывают уже в процессе разработки программных средств.

Гидравлические расчеты распределительных газовых сетей выполняются на основании общих уравнений газовой динамики, устанавливающих связь между диаметром трубопровода, потоком газа и перепадом давления для участка трубопровода известной длины и конструкции, и математических методов, обеспечивающих решение задачи гидравлического расчета с заданной точностью [6–8].

Для определения потерь давления по длине dx на преодоление гидравлических сопротивлений газопровода используется уравнение Дарси, представленное в дифференциальной форме:

             где λ – коэффициент трения; d – внутренний диаметр газопровода

 

В уравнении (1) плотность ρ является переменной величиной, поэтому скорость движения газа при постоянном диаметре трубы будет также переменна.

Уравнение, учитывающее изменение плотности, которая находится в зависимости от давления, записывается:

                            Для замыкания системы примем уравнение неразрывности потока:

 

где M – массовый расход, a Q0 – объемный расход, приведенный к нормальным условиям

 

Преобразовывая уравнение, получаем:

 

Используя уравнение состояния, получим выражение, в котором учитывается равенство отношений плотностей и давлений:

      Используя уравнения (1-6) получим выражение движения газа по газопроводу:

Проинтегрировав уравнение (7), и учитывая, что параметры λ и T являются постоянными в пределах от pн до pк и от x1 = 0 до x2 = l (l – длина газопровода) получим зависимость:

Уравнение (8) является основным для проведения гидравлических расчетов газопроводов низкого и высокого давлений, при условии, что течение газа – изотермическое.

Если рассматривать городские сети, в которых при нормальных режимах работы температура транспортируемого газа равна примерно 0 °C, поэтому решено принять отношение T/T0 = 1. Учитывая это условие, формула (8) принимает вид:

Для проведения автоматизированных расчетов газовых сетей низкого давления использовались программные продукты для гидравлического расчета: «Hydraulic Calculator» и «Расчёт диаметра газопровода согласно СП 42-101-2003».

Рассмотрим сеть низкого давления (рис. 1), рассчитанную вручную с помощью номограмм и таблиц, и произведем поверочный расчет данной сети газоснабжения на базе программного комплекса «Hydraulic Calculator».

Программа гидравлического расчета «Hydraulic Calculator» предназначена для расчета распределительных систем газоснабжения высокого, среднего или низкого давлений (фрагментов схем, врезок, газопроводов отводов и пр.) любой геометрической сложности и предназначена для инженерно-технического персонала проектных организаций и специалистов газовых хозяйств [5].

«Hydraulic Calculator» отличается расширенными сервисными возможностями для проведения многовариантных гидравлических расчетов и возможностью выполнения оптимизационных расчетов для подбора диаметров существующих (реконструируемых) и проектируемых газопроводов.

Ввод расчетных схем систем распределительных трубопровод состоит из ввода графической части расчетной схемы – участков трубопроводов, узлов сочленений, потребителей и источников системы газоснабжения и описательной – значений технологических параметров конструктивных элементов системы.

Программа позволяет реализовать как совмещенную, так и раздельную технологию ввода графической и описательной компонент данных.

Для создания расчетной схемы был создан файл данных и, определив режим гидравлического расчета, была выбрана ступень давления рассчитываемой схемы – «низкое давление», материал трубопроводов – сталь (рис. 2). Далее были построены схемы сетей газоснабжения, введены необходимые расчетные данные: диаметры труб, расходы газа и длины участков.

 

Далее перенесем эту схему в программу, без учета ее геометрических неровностей с указанием расчетных расходов газа по участкам сети (рис. 3).

Поверочный расчет, проведенный в «Hydraulic Calculator», показал, что точка встречи газовых потоков была выбрана правильно, в чем можно убедиться на рисунке 3 (точка 12). При этом полученные значения расходов газа по участкам сети близки со значениями, рассчитанными с помощью номограмм и таблиц, что также указывает на правильность проведенных вычислений. Необходимо отметить, что в расчетах сети низкого давления не имеют «точечных» потребителей, а рассматриваются только путевые расходы газа.

Еще одним программным продуктом, используемым при проектировании систем газоснабжения, является программа «Расчёт диаметра газопровода согласно СП 42-101-2003» (рис. 4). Она достаточно проста, но в то же время информативна и наглядно представляет результаты расчета.

Программа основывается на своде правил СП 42-101-2003 и производит расчет гидравлических потерь на участке трубопровода сети [9, 10].

Следует учесть, что гидравлический расчет для выбора диаметра проектируемого газопровода производится предварительный, поэтому остальные обязательные шаги расчета необходимо провести разработчику проекта.

За основу была принята сеть низкого давления, представленная на рисунке 1, при этом основным материалом для трубопроводов был принят полиэтилен. Запроектированная схема сети низкого давления представлена на рисунке 5.

В результате расчета были определены диаметры участков газопроводов с учетом допустимых потерь давления и скоростей газа. При этом в данном программном комплексе одним из входных параметров является плотность газа, что позволяет производить расчеты трубопроводов для транспортировки горючих газов различного состава.

Заключение. Применение систем автоматизированного проектирования позволяет достичь необходимого качества и скорости подготовки проектных решений. Кроме того программные решения позволяют сэкономить трудозатраты специалистов без ущерба качеству работы.

 

Выводы. Рассмотрены теоретические аспекты газодинамического расчета газовых сетей низкого давления. Разработана и рассчитана кольцевая сеть газопроводов низкого давления с общим расходом газа 683,6 м3/ч. Произведен поверочный расчет в программном комплексе «Hydraulic Calculator», в результате которого были определены гидравлические режимы работы сети. Также произведен газодинамический расчет сети низкого давления в программе «Расчёт диаметра газопровода согласно СП 41-101-2003», в результате которого подобраны диаметры полиэтиленовых трубопроводов.

Расчет диаметра газопровода онлайн | Новости

09:42, 5 июня 2013 г.

При проектировании трубопроводов выбор размеров труб осуществляется на основании гидравлического расчета, определяющего внутренний диаметр труб для пропуска необходимого количества газа при допустимых потерях давления или, наоборот, потери давления при транспорте необходимого количества газа по срубам заданного диаметра.

Сопротивление движению газа в трубопроводах слагается из линейных сопротивлений трения и местных сопротивлений: сопротивления трения «работают» на всей протяженности трубопроводов, а местные создаются только в пунктах изменения скоростей и направления движения газа (углы, тройники и т.д.). Подробный гидравлический онлайн расчет газопроводов осуществляется по формулам, приведенным в СП 42-101–2003, в которых учтены как режим движения газа, так и коэффициенты гидравлического сопротивления газопроводов. Здесь приводится сокращенный вариант.

Внутренний диаметр газопровода принимается из стандартного ряда внутренних диаметров трубопроводов: ближайший больший — для стальных газопроводов и ближайший меньший — для полиэтиленовых.

Расчетные суммарные потери давления газа в газопроводах низкого давления (от источника газоснабжения до наиболее удаленного прибора) принимаются не более 1,80 кПа (в том числе в распределительных газопроводах — 1,20 кПа), в газопроводах-вводах и внутренних газопроводах — 0,60 кПа. Для расчета падения давления необходимо определить такие параметры, как число Рейнольдса, зависящее от характера движения газа, и коэффициент гидравлического трения λ. Число Рейнольдса — безразмерное соотношение, отражающее, в каком режиме движется жидкость или газ: ламинарном или турбулентном. 

Переход от ламинарного к турбулентному режиму происходит по достижении так называемого критического числа Рейнольдса Reкp. При Re < Reкp течение происходит в ламинарном режиме, при Re > Reкp — возможно возникновение турбулентности. Критическое значение числа Рейнольдса зависит от конкретного вида течения.  Программы расчета расхода газа сужающими устройствами(диафрагмами). Расчет выполняется на основе данных полученных с традиционных измерительных комплексов (сужающее устройство оборудованное самопишущими приборами по перепаду давления, давлению и температуре или счетчик газа оборудованный самопишущими приборами по давлению и температуре).

Белгородский государственный технологический университет им.

В.Г. Шухова

Введение. В настоящее время приоритетной задачей компании «Газпром», озвученной президентом Российской Федерации В.В. Путиным, является повышение уровня газификации регионов страны. На 1 января 2019 года средний показатель газификации РФ составляет 68,6 %, в том числе 71,3 % – в городе и 59,4 % – в сельской местности [1]. Системы газоснабжения и газораспределения включают наружные газопроводы высокого, среднего и низкого давлений, обеспечивающие подачу газа от газораспределительных станций до пунктов редуцирования газа и газопроводов-вводов потребителей [2, 3]. Основными направлениями развития системы газоснабжения России является модернизация существующих систем газораспределения и использование альтернативных источников энергии (сжиженного природного газа, компримированного природного газа и сжиженного углеводородного газа) [4…6]. Одним из перспективных направлений развития систем газоснабжения, получившим широкое применение в странах Европейского Союза, является получение и распределение биогаза [7…10].

Основной задачей при проектировании сетей газораспределения является определение диаметра трубопроводов, при этом необходимо провести большой перечень расчетов. Для проектирования и строительства сложных сетей газораспределения применяют системы автоматизированного проектирования (САПР) [11, 12]. Автоматизация проектирования позволяет добиться повышения производительности труда инженерно-технических работников, связанных с разработкой и проектированием сетей и оборудования систем газоснабжения. Существующие программно-расчетные комплексы предназначены для проектирования и расчета сетей трубопроводов для распределения и подачи природного газа, имеющего постоянный состав согласно ГОСТ 5542-2014 [13…16]. Однако имеются работы, в которых рассматривается автоматизация проектирования систем газоснабжения с использованием сжиженного углеводородного газа [17].

При использовании в системах газоснабжения биогаза, имеющего переменный состав и состоящего на 40-70% из метана, появляется необходимость в разработке программного продукта для расчета трубопроводов газообразного топлива различного состава.

Методология. Для разработки и написания программного комплекса расчета будем использовать язык программирования Java, который отличается высокой скоростью работы, уровнем надежности и защиты.

Для расчета диаметра газопровода будем использовать уравнения гидродинамики: уравнение Дарси, уравнения состояния среды и неразрывности потока газа.

Основная часть. Расчет трубопроводов сетей газораспределения основан на определении параметров потока газа: давлении P, плотности ρ и скорости w.

Для описания движения потока газа используется уравнение Дарси-Вейсбаха, которое определяет потери давления на преодоление гидравлических сопротивлений на участке газопровода длиной dx [18]:

 

dP=-λdxdρw22, (1)

где λ – коэффициент трения, зависит от режима движения газа;

d – внутренний диаметр, м;

wскорость движения газа, м/с;

ρ – плотность газа, кг/м3.

Для определения плотности газа, при изменении давления используют уравнение состояния:

ρ=PRT,(2)

где R – газовая постоянная;

T – абсолютная температура, К.

Расход газа определяется уравнением неразрывности:

M=ρwF=ρ0Q0,(3)

где М – массовый расход, кг/с;

F – площадь сечения газопровода, м2;

Q0 – объемный расход, приведенный к нормальным условиям, м3/с.

Потери давления газа в газопроводах высокого и среднего давления определяются с учетом сжимаемости газа:

Pн2-Pк2=P081π2λQ02d5ρ0l=1,2687 10-4λQ02d5ρ0l. (4)

Для газопроводов низкого давления потери давления определяются как для несжимаемой жидкости:

Pн-Pк=106162π2λQ02d5ρ0l=626,1λQ02d5ρ0l. (5)

Коэффициент гидравлического трения λ определяется в зависимости от режима движения газа:

– для ламинарного режима Re ≤ 2000

λ=64Re; (6)

– для критического режима 2000 < Re ≤ 4000

λ=0,0025Re0,333; (7)

– для турбулентного режима Re > 4000

λ=nd+68Re0,25, (8)

где n – абсолютная шероховатость внутренней поверхности стенки трубы, м.

Эквивалентная абсолютная шероховатость внутренней поверхности стенки трубы зависит от материала трубопроводов: для стальных труб – 0,01; для полиэтиленовых труб – 0,002. Потери давления в местных сопротивлениях (отводы, тройники, запорная арматура) учитываются путем увеличения расчетной длины газопроводов на 5…10 %.

При расчете надземных и внутренних газопроводов необходимо учитывать степень шума, создаваемого движением газа. Поэтому скорости движения газа должны быть не более: 7 м/с для газопроводов низкого давления; 15 м/с для газопроводов среднего давления; 25 м/с для газопроводов высокого давления.

Предварительный диаметр газопровода dp можно определить по формуле в соответствии с СП.42-101-2003:

dp=m1ABρ0Q0mPуд,(9)

где A, B, m, m1 – коэффициенты, зависящие от категории давления сети и материала трубопровода; Q0 – расход газа на расчетном участке сети при нормальных условиях, м3/ч; Pуд – удельные потери давления (Па/м – для газопроводов низкого давления; МПа/м – для газопроводов среднего и высокого давлений).

На основе уравнений 1-9 разработан программный комплекс расчета диаметра газопровода для подачи газа различного состава. Алгоритм программы представлен на рис. 1.

Рис. 1. Блок-схема алгоритма работы программы TGV-GAS

Так как режим движения газа по трубопроводу зависит от физико-химических свойств газа, то начальным этапом расчета в разработанной программе является определение параметров газа (рис. 2). Исходными данными расчета является выбор типа газового топлива и его компонентный состав (% по объему). Определяемыми параметрами являются: динамическая вязкость, плотность при стандартных условиях, низшая теплота сгорания, высшая теплота сгорания, число Воббе.

 

 

Рис. 2. Пример работы программы TGV-GAS: расчет параметров газа

Вторым этапом расчета газопровода сети является гидравлический расчет. Порядок гидравлического расчета следующий (рис. 3).

Во вкладке «Гидравлический расчет» на подменю «Категория сети» необходимо выбрать категорию давления сети, а в подменю «Материал газопровода» – материал участка рассчитываемого газопровода. Затем в поле «Допустимые потери давления в сети» необходимо указать соответствующее значение или оставить по умолчанию рекомендуемое значение. В поле «Расход газа при нормальных условиях» необходимо указать расход газа на рассчитываемом участке при температуре 0 °С и атмосферном давлении 760 мм.рт. ст., а в поле «Длина газопровода» – длина рассчитываемого участка. Для выполнения гидравлического расчета необходимо нажать кнопку «Рассчитать».

 

Рис. 3. Пример работы программы TGV-GAS: гидравлический расчет

Результатом гидравлического расчета является расчетное значение внутреннего диаметра трубопровода. Стандартный диаметр газопровода определяется из стандартного ряда трубопроводов: ближайший больший для стальных газопроводов и ближайший меньший для полиэтиленовых.

В нижней половине окна также будут выведены расчетные значения скорости газа, число Рейнольдса, удельные потери давления и действительное падение давления на участке газопровода. Следует учитывать, что полученные значения учитывают 10% удлинение газопровода как запас на местные сопротивления.

Третьим этапом расчета газопровода является уточнение диаметра с учетом скорости газа. Для изменения автоматически подобранного диаметра необходимо перейти на вкладку программы «Расчет скорости газа» и вручную ввести требуемый диаметр. После нажатия кнопки «Расчет» произойдет перерасчет скорости газа и потерь давления. Если скорость газа окажется выше допустимой скорости в соответствии с СП 42-101-2003, то полученное значение выделится красным цветом. Тогда необходимо увеличить диаметр и произвести перерасчет.

На разработанной программе был произведен расчет участка газовой сети длиной 500 м с расходом газа 550 м3/ч для двух видов газа: природного и биогаза (рис. 3). В результате расчета был определен стандартный диаметр трубопровода. Для полиэтиленового газопровода, транспортирующего природный газ, стандартный диаметр составил 140 мм, для газопровода, транспортирующего биогаз – 160 мм. Это объясняется составом газа и соответственно разной плотностью, что влияет на режим движения потока и потери давления.

а

б

 Рис. 3. Расчет в программе TGV-GAS:

а – расчет трубопровода природного газа; б – расчет трубопровода биогаза

Выводы. Разработана программа TGV-GAS, позволяющая на основании известных исходных данных произвести гидравлический расчет и определить необходимый диаметр трубопровода для двух материалов: стали и полиэтилена. Меню программы содержит 3 подменю: параметры газа, гидравлический расчет и расчет скорости газа. Программа учитывает химический состав транспортируемого по трубопроводу газа и может применяться для проектирования сетей газораспределения природного газа, биогаза и других альтернативных газов.

 

 

 

 

Системы газораспределения и газопотребления

Программа профессиональной переподготовки разработана на основании установленных квалификационных требований ОКВЭД 2014 – Общероссийский классификатор экономических видов деятельности и требований ФГОС ВО по направлению подготовки 08. 03.01 СТРОИТЕЛЬСТВО (уровень бакалавриата).

Планируемые результаты сформулированы в соответствии: с профессиональным стандартом Специалист по эксплуатации наружных газопроводов низкого давления, утвержденный  Приказом Минтруда России от 11.04.2014г. № 224 н.

Целевая аудитория: лица с высшим образованием и студенты старших курсов по следующим направлениям подготовки: строительство; техника и технологии строительства.

Виды  профессиональной  деятельности  слушателя,  прошедшего  обучение  по дополнительной профессиональной программе профессиональной переподготовки «Системы газораспределения и газопотребления», включают:

  • изыскательскую и проектно-конструкторскую деятельность;
  • производственно-технологическую и производственно-управленческую деятельность;
  • монтажно-наладочную и сервисно-эксплуатационную деятельность.

Объектами профессиональной деятельности являются:

  • процессы проектирования систем газораспределения и газопотребления;
  • ремонт и эксплуатация газораспределительного и газопотребляющего оборудования;
  • устройство и производство оборудования систем газораспределения и газопотребления.

Слушатель, успешно завершивший обучение по данной программе, должен решать следующие профессиональные  задачи  в  соответствии  с  видами  профессиональной  деятельно­сти:

  • производить гидравлические  расчеты  сети  низкого,  среднего  и  высокого  давления  системы газораспределения, а также систем внутридомового газопотребления;
  • вести расчет установочной тепловой мощности систем  отопления и вентиляции и  горячего водоснабжения зданий различного назначения;
  • вести поверочный расчет тепловой мощности систем газоснабжения зданий различного назначения;
  • осуществлять расчеты по подбору газогорелочных устройств и оборудований систем газораспределения и газопотребления;
  • обосновывать технико-экономическую целесообразность применяемых технических решений по совершенствованию систем газоснабжения в процессе капитального ремонта и реконструкции;
  • формулировать, решать задачи и  осуществлять подбор метрологического  оборудования по организации экспериментального исследования процессов в области ТГВ;
  • знать и уметь пользоваться нормативной документацией, обоснованно выбирать параметры и характеристики метрологических средств теплотехнических измерений, методы обобщения экспериментального исследования в области ТГВ.

Целью  реализации программы профессиональной переподготовки является формирование  у  слушателей  профессиональных  компетенций,  необходимых  для профессиональной деятельности, связанной с эксплуатацией опасных производственных объектов, на которых используются сети газораспределения и газопотребления, в области промышленной безопасности, приобретение и углубление теоретических знаний, необходимых для исполнения должностных обязанностей руководителей или специалистов, ответственных за безопасную эксплуатацию сетей газораспределения и газопотребления.

Программа включает следующие дисциплины:

Общепрофессиональные дициплины

  • Основы обеспечения микроклимата зданий (включая теплофизику зданий)
  • Основы теплотехники
  • Метрология
  • Компьютерное проектирование  систем газоснабжения
  • Использование вторичных энергоресурсов и возобновляемых источников энергии. Энергоаудит
  • Специальные дисциплины
  • Транспортировка газа: системы газораспределения и газопотребления
  • Проектирование газораспределительных систем
  • Генераторы тепла и автономное теплоснабжение зданий на газообразном топливе 
  • Экономические аспекты энергосбережения
  • Безопасная эксплуатация систем газораспределения и газопотребления
  • Промышленная и экологическая безопасность объектов газораспределения и газопотребления
  • Экономика систем газоснабжения и газопотребления
  • Основы менеджмента на предприятии
  • Стажировка
  • Итоговый междисциплинарный экзамен

Форма обучения: очно-заочная

Дата начала занятий: по мере комплектования группы.

Срок обучения: 10 месяцев.

Трудоемкость программы: 1008 часов.

Выдаваемый документ: диплом о профессиональной переподготовке с присвоением квалификации «Специалист по системам газораспределения и газопотребления».

Программы практик профессиональной переподготовки

Расчёт фреоновых трубопроводов VRF-систем кондиционирования | Архив С.О.К. | 2019

Проектирование фреонопроводов для VRF-систем кондиционирования — одна из важнейших задач, от правильности решения которой зависит эффективное функционирование многозональной системы кондиционирования. Конструктивно VRF-системы являются системами центрального кондиционирования, поэтому методики расчёта фреоновых магистралей в чём-то подобны методикам расчёта систем водяного отопления и холодоснабжения. Однако существуют серьёзные отличия.

Во-первых, VRF-системы в качестве холодоносителя используют хладагент — следовательно, при расчёте мы имеем дело уже с двухфазным энергоносителем («фреон–жидкость», «фреон–газ или масло»). Во-вторых, особенностью функционирования VRF-систем является их многозональность, поэтому выбор расчётной (пиковой) нагрузки на участок трубопровода должен учитывать режим функционирования всей системы в целом.

Исходя из этих условий, расчёт мультизональных систем обязан быть значительно сложнее, чем расчёт обычной системы отопления, однако на практике это не так. Для упрощения подбора VRF-системы японские производители разработали укрупнённую методику, соблюдая которую (по замыслу разработчиков) любой инженер может достаточно быстро подобрать диаметры и конфигурацию трубопроводов. Рассмотрим её подробнее.

 

Укрупнённая методика расчёта трубопроводов VRF-систем

А) Конфигурация системы

Для начала необходимо определить конфигурацию системы, то есть расположение внутренних блоков, трубопроводов, тройников и наружных блоков относительно друг друга (рис. 1).

На конфигурацию VRF-системы накладываются достаточно серьёзные ограничения:

1. Фактическая длина жидкостных трубопроводов от наружного блока до самого удалённого внутреннего — максимум 150 м.

2. Суммарная длина всех жидкостных трубопроводов в системе — максимум 1000 м.

3. Длина трубопроводов от первого тройника до дальнего внутреннего блока — максимум 60 м.

4. Перепад высот от наружного блока до самого удалённого (по вертикали) внутреннего — максимум 50 м.

5. Перепад высот между самыми удалёнными (по вертикали) внутренними блоками — максимум 15 м.

Конкретные величины предельных длин трубопроводов и перепадов высот зависят от производителя VRF-систем, но в целом очень похожи.

Б) Определение диаметров медных трубопроводов

Во-первых, необходимо отметить требования производителей к качеству медной трубы, применяемой для систем VRF. Исторически мультизональные системы работали на фреоне R22, однако сегодня произошёл практически полный переход на озонобезопасный фреон R410A. Так как максимальное (расчётное) давление в трубопроводах на R22 составляет 2,8 МПа, а для фреона R410A уже в полтора раза больше — 4,2 МПа, нагрузка на фреонопроводы в новых VRF-системах значительно выше. Соответственно, выше требования к качеству медной трубы (табл. 1). Чем больше диаметр медного трубопровода, тем больше возникает усилие на разрыв при одинаковом давлении, тем больше должна быть толщина стенки.

В целом считается, что до диаметра 15,88 мм (5/8??) медные трубопроводы для фреонов R22 и R410A одинаковы, а вот б?льшие диаметры должны иметь б?льшую толщину стенок.

Определение диаметров трубопроводов производят по расчётным участкам. Расчётный участок трубопровода — это трубопровод с неизменным расходом фреона по всей длине. Как правило, он ограничен с обеих сторон тройниками или блоками VRF-системы. Выбор диаметров трубопроводов зависит от расхода хладагента на расчётном участке и фазового состояния фреона. Расход хладагента в свою очередь зависит от типоразмера обслуживаемых внутренних блоков, температуры внутреннего воздуха, величины открытия регулирующего клапана, коэффициента неодновременности теплоизбытков и многих других параметров.

Однако для простоты расчёта диаметры жидкостного и газового трубопроводов выбираются только исходя из суммарного количества индексов обслуживаемых внутренних блоков по специальным таблицам (табл. 2).

Индекс внутреннего блока — это условный эквивалент его производительности (в киловаттах или тысячах британских термических единиц [BTU], либо других единицах), присутствует у всех производителей VRF-систем в названии внутреннего блока.

Нюансы при выборе диаметра фреонопровода для систем VRF:

1. Диаметры трубопроводов, которые подходят непосредственно к внутренним или наружным блокам, задаются диаметром присоединительных вальцовок или труб для пайки.

2. Диаметры трубопроводов коллекторных участков задаются индексами наружных, а не внутренних блоков.

3. Диаметр трубопроводов между тройниками не может быть больше диаметра трубопровода коллекторного участка.

Поэтому если диаметр получается больше — принимаем его равным коллекторному трубопроводу.

 

Перспективные решения при проектировании фреоновых трубопроводов

Как было уже отмечено выше, классическая методика подбора трубопроводов по индексам является укрупнённой и несколько ограниченной, так как не учитывает множество важных факторов. С другой стороны, реальные объекты кондиционирования зачастую требуют технических решений, не вписывающихся в существующие ограничения на проектирование VRF-систем. И тогда возникает закономерный вопрос: «А что будет, если превысить длину трубопроводов, перепад высот, расстояние между тройниками и так далее?!»

Сразу необходимо отметить: чем меньше длина трубопроводов, меньше перепад высот — тем лучше. В целом — чем ближе с точки зрения фреонового контура находятся наружные блоки к внутренним, тем лучше. Однако попробуем всё-таки ответить на эти вполне актуальные вопросы и рассмотреть физический смысл накладываемых ограничений.

1. Фактическая длина трубопроводов (длина жидкостных трубопроводов от наружного блока до самого удалённого внутреннего) — 150 м

При работе VRF-системы возникают гидравлические потери давления в циркуляционных трубопроводах по длине и на местных сопротивлениях (тройники, повороты). Если обратить внимание на стандартную длину жидкостных трубопроводов, для которой приводятся характеристики наружных блоков в каталогах производителей, то она достаточно мала — 7,5 м. Фактическая длина главного трубопровода (то есть трубопровода от наружного блока до самого удалённого внутреннего) зачастую значительно больше — до 150 м. Следовательно, фактические потери давления в системе должны быть значительно больше. Однако особенностью систем автоматического регулирования VRF-кондиционеров является поддержание определённого давления на выходе и входе наружного блока.

Потери давления в системе зависят не только от длины трубопроводов, а также от расхода фреона и гидравлической характеристики сети:

p1p2 = kгидрG2нар. (1)

Таким образом, при увеличении длины магистралей выше номинала 7,5 м происходит увеличение гидравлической характеристики сети и, соответственно, уменьшение расхода фреона в системе. Наружный блок уменьшает общий расход фреона, сохраняя перепад давления в системе.

Пропорционально уменьшению расхода фреона происходит уменьшение производительности наружного блока (рис. 2). Величина потерь по длине зависит от конкретного производителя и является показателем эффективности работы фреонового контура системы.

Поэтому основная проблема VRF-систем с длинным главным трубопроводом — уменьшение фактической мощности наружного блока (у разных производителей от 15 до 35 %). Следовательно, при увеличении главного трубопровода свыше 160 м возникнут потери мощности в системе больше указанных на графиках производительности. Как этого избежать?

Потери давления в сети фреонопроводов в значительной степени зависят от скорости движения хладагента. Поэтому самый простой и правильный путь снижения потерь давления, а, соответственно, и потерь мощности наружного блока, — увеличение диаметра жидкостного и газового трубопроводов. Потери давления на участке трубопровода при турбулентном движении фреона пропорциональны квадрату скорости потока. Увеличение диаметра коллекторного фреонопровода на один типоразмер приводит фактически к снижению потерь мощности в два раза. Именно поэтому многие компания рекомендуют на длинных трубопроводах использовать увеличенные диаметры газового трубопровода с целью уменьшить потери мощности наружного блока. 

Характерно, что подобный метод не всегда применим в сплит-системах. Дело в том, что снижая скорость движения фреона в газовом трубопроводе, мы не только уменьшаем потери давления, но также ухудшаем процесс возврата фреонового масла в наружный блок. Для большинства систем VRF возврат масла в наружный блок менее актуален, так как в их конструкции присутствует система маслоотделения, которая фактически оставляет масло в единственно нужном месте — в компрессорах.

Итого вывод: увеличение длин трубопроводов в системе VRF выше предельных значений допустимо, но его необходимо компенсировать, увеличивая диаметры коллекторных (жидкостных и газовых) трубопроводов.

2. Общая длина трубопроводов (суммарная длина всех жидкостных трубопроводов в системе) — 1000 м

Эта величина не зависит от параметров работы компрессорного узла, так как на величину потерь давления в системе влияет только главное циркуляционное кольцо. Потери давления в более коротких ответвлениях будут всегда меньше. Физический смысл данного ограничения сводится к объёму ресивера наружного блока (рис. 3).

Дело в том, что при максимальной загрузке всех внутренних блоков все жидкостные трубопроводы системы и часть испарителя внутренних блоков заполнены жидким фреоном. Однако, когда система работает с неполной нагрузкой, часть трубопроводов и неработающие внутренние блоки содержат только газообразный хладагент. Следовательно, невостребованный системой жидкий хладагент должен находиться в ресивере наружного блока. Следует отметить, что данная величина на реальных объектах оказывается не критичной, и общей длины трубопроводов 1000 м практически всегда хватает.

3. Длина трубопроводов от первого тройника до последнего внутреннего блока — 40 (90) м

Физический смысл данного ограничения сводится к выравниванию потерь давления в ответвлениях системы. Если выбор диаметра трубопроводов производится без учёта их длины, тогда длина ответвлений должна быть примерно одинакова — с целью обеспечения равных потерь давления на всех ответвлениях. Иногда в реальных системах требуется сделать ответвление достаточно близко к наружному блоку и расстояние от первого тройника до последнего блока может быть больше номинальных величин. Следовательно, для нормальной циркуляции фреона мы должны увеличить удельные потери давления на первом (ближайшем к наружному блоку) ответвлении. Делается это (как один из вариантов) с помощью уменьшения на типоразмер диаметра жидкостного трубопровода между внутренним блоком и тройником.

4. Перепад высот между внутренними и наружным блоками 50 (110) м

Очень часто при кондиционировании высотных зданий требуется установка наружных блоков вверху — на крыше здания или внизу — на уровне земли. При этом возникает большой перепад по высоте между внутренними и наружным блоками. Давайте рассмотрим, какие проблемы возникают при установке наружных блоков значительно выше или ниже внутренних.

Вариант 1 — наружный блок устанавливается ниже внутренних. В этом случае в режиме охлаждения наружный блок подаёт жидкий хладагент вверх, а газообразный — возвращается вниз к наружному блоку. Следовательно, компрессору приходится преодолевать гидростатическое давление жидкого хладагента, плотность которого значительно выше, чем газообразного, в результате чего производительность наружного блока снижается. Как правило, максимальный перепад высоты в данном случае составляет 40 м. Что произойдёт с системой, если увеличить этот перепад, например до 100 м? Давайте найдём ответ на этот вопрос.

Произойдёт увеличение потерь давления в системе и, соответственно, снижение максимальной производительности наружного блока. Если обратить внимание на график изменения мощности наружного блока в зависимости от высоты и длины трубопроводов, то можно определить коэффициент коррекции мощности по высоте. Потери производительности носят линейный характер и составляют около 1 % на каждые 10 м перепада высоты. Соответственно, на 100 м перепада высоты наружный блок снизит свою производительность примерно на 10 % дополнительно к потерям мощности по длине.

Теперь определим потери давления. Плотность жидкого фреона R410A при температуре +5 °C составляет приблизительно 1151 кг/м?. При перепаде высоты между внутренним и наружным блоками 100 м гидростатический напор составит 1129 кПа или около 11 атм:

?p = ?g?H = 1151?9,81?100 = 1129 кПа. (2)

Сравнивая эту величину с разницей между давлением конденсации в наружном блоке и давлением испарения во внутренних блоках (около 19 атм), видно, что даже при перепаде высот 100 м дополнительно необходимо дросселировать 8 атм. Соответственно, перепад высот 100 м (наружный блок ниже) не критичен для работы VRF-системы. Когда наружный блок выше, теоретической перепад высот может быть значительно больше 100 м (если «забыть» про проблему возврата масла).

Ещё одна проблема при большом перепаде высоты между элементами холодильного контура — возврат масла в компрессор наружного блока. Отделение масла от фреона происходит только в газовом трубопроводе. Но в рассматриваемом случае поток масла будет самотёком спускаться вниз вместе с газообразным хладагентом — к наружному блоку, так что проблем с возвратом масла в компрессор также нет.

При переключении наружного блока в режим обогрева движение хладагента происходит в обратном направлении. С точки зрения производительности это хорошо — вверх поднимается газ, вниз поступает жидкость, гидростатическое давление «помогает» движению фреона.

Производительность наружного блока не падает. Однако с точки зрения возврата масла в компрессор это не очень хорошо. На вертикальном подъёме может возникнуть ситуация, когда масло не сможет подняться по фреоновому трубопроводу и будет накапливаться в нём. Для возврата масла в компрессор VRF-система использует две технологии.

Первая технология — в конструкции наружного блока предусмотрен сепаратор масла. Он стоит на выходе из компрессора и отделяет масло из потока фреона. После чего масло вновь подаётся на всасывание компрессора. Эффективность этого устройства высока, но всё равно небольшая часть масла уходит в систему. Для его возврата предусмотрен другой метод — включается режим возврата масла.

Вторая технология возврата масла реализуется следующим образом. Каждые 12 часов работы система включается в режиме максимального холода, все клапаны на внутренних блоках открываются, но вентиляторы не включаются. В результате жидкий фреон проходит через внутренний блок, не испаряясь, и жидким поступает в газовый трубопровод, вымывая масло из внутренних блоков и части газовых трубопроводов обратно в наружный блок.

Вариант 2 — наружный блок устанавливается выше внутренних на 100 м. Происходят обратные процессы: в режиме холода давление компрессора совпадает с направлением гидростатического напора в системе, поэтому производительность наружного блока по холоду даже увеличивается. Однако проблема возврата масла в наружный блок требует внимательного отношения к диаметрам газового трубопровода (они не должны быть завышены), через каждые 30 м перепада на газовом трубопроводе рекомендуется ставить маслоподъёмные петли.

В режиме тепла происходят дополнительные потери производительности наружного блока в пределах 10 % от номинальных значений.

5. Перепад высот между внутренними блоками 15 м

Сравнивая конфигурацию систем VRF с более простыми и понятными системами водяного отопления, нужно отметить разный подход к обвязке трубопроводами внутренних блоков (рис. 4).

Для систем VRF характерна горизонтальная обвязка внутренних блоков, а для систем водяного отопления — преимущественно вертикальные коллекторные трубопроводы. Эта разница объясняется разным фазовым составом энергоносителя. Вода в системах отопления — это всегда жидкость с примерно одинаковой плотностью. А фреон на входе во внутренний блок — это жидкость (а на больших длинах трубопроводов — смесь жидкости и газа), на выходе из внутреннего блока — газ. Поэтому для систем VRF критично равномерное поступление потоков во внутренние блоки. Например, даже установка тройников только горизонтальна — чтобы разделение потоков происходило равномерно.

В случае большой разницы по высоте между внутренними блоками возникает неравномерное поступление хладагента к ним, и может провоцироваться ситуация, когда нижние внутренние блоки будут работать значительно лучше на холод, чем верхние. Особенно это критично в случае наружных блоков меньшего типоразмера, чем необходимо. Принципиально делать большой перепад (более 15 м) между внутренними блоками возможно, но тогда принимать производительность наружного блока нужно равной производительности внутренних.

 

Установка фреоновых фильтров

Ещё один нюанс, на который нужно обратить внимание, — это установка фильтров механической очистки на газовом трубопроводе перед наружным блоком. Дело в том, что если строго выполнять все рекомендации при пайке трубопроводов, то фильтры не нужны. Но мы живём в России, поэтому часто бывает, к сожалению, что либо пайка под азотом не выполнялась, либо трубы были перекалены, но в системе после пайки остаётся много окалины (рис. 5).

Эта окалина в процессе работы системы благополучно собирается фреоном и возвращается в наружный блок по газовой трубе. В наружном блоке есть фильтр для улавливания механических примесей, но он небольшой и забивается очень быстро. Поэтому через неделю-две работы система останавливается либо по низкому давлению, либо по перегреву компрессоров из-за недостаточной циркуляции фреона. Для исключения этой ситуации устанавливают дополнительный фильтр на газовую трубу (рис. 6).

В процессе пусконаладки и тестирования системы наружный блок запускается в режиме охлаждения. По жидкостному трубопроводу фреон проходит через все трубопроводы, «собирает» с паяных соединений окалину. Запорный вентиль на основной трубе закрыт, а байпасный — открыт, поэтому газообразный фреон проходит через фильтр и затем уходит в наружный блок. Фильтр собирает окалину из системы. Примерно через три дня работы рекомендуется байпасный вентиль закрыть, а основной открыть, чтобы система перешла в нормальный режим работы. В фильтре всё-таки будут идти дополнительные потери давления. Важно не забывать ещё и о том, что при переключении системы «на тепло» направление движения фреона меняется. Если мы не перекроем перед этим фильтр, то вся бережно собранная грязь из фильтра снова пойдёт обратно в систему. Поэтому режим эксплуатации нашей системы через фильтр — режим охлаждения.

 

Вывод

Проектирование фреонопроводов для VRF-систем кондиционирования по методикам производителей является достаточно тривиальной задачей и, как правило, не требует сложных инженерных расчётов. В случае нестандартной конфигурации трубопроводов VRF-систем инженер-проектировщик должен понимать физический смысл вводимых ограничений, очень осторожно принимать значения вне рекомендуемых производителем величин, а также компенсировать изменяемые гидравлические характеристики более точным расчётом систем.

ZuluHydro

ZuluHydro
гидравлические расчеты водопроводных сетей

Пакет ZuluGIS + ZuluHydro позволяют создать расчетную математическую модель сети, выполнить паспортизацию сети, и на основе созданной модели решать информационные задачи, задачи топологического анализа, и выполнять различные гидравлические расчеты.

Расчету подлежат тупиковые и кольцевые сети водоснабжения, в том числе с повысительными насосными станциями и дросселирующими устройствами, работающие от одного или нескольких источников.

Расчеты ZuluHydro могут работать как в тесной интеграции с геоинформационной системой (в виде модуля расширения ГИС), так и в виде отдельной библиотеки компонентов, которые позволяют выполнять расчеты из приложений пользователей.

В настоящий момент продукт существует в следующих вариантах:

  • ZuluHydro - расчеты систем водоснабжения для ГИС Zulu
  • ZuluNetTools - ActiveX-компоненты для расчетов инженерных сетей

Совместно с геоинформационной системой ZuluGIS возможна разработка электронной модели системы водоснабжения, которая позволяет решать весь набор задач, указанных в пункте 12 постановления Правительства РФ от 5 сентября 2013 г. N 782 «О схемах водоснабжения и водоотведения» подробнее. ..

Состав задач


Построение расчетной модели водопроводной сети

При работе в геоинформационной стистеме сеть достаточно просто и быстро заносится с помощью мышки или по координатам. При этом сразу формируется расчетная модель. Остается лишь задать расчетные параметры объектов и нажать кнопку выполнения расчета.

Подробнее о том как моделируется водопроводная сеть в ГИС читайте здесь...


Поверочный расчет водопроводной сети

Целью поверочного расчета является определение потокораспределения в водопроводной сети, подачи и напора источников при известных диаметрах труб и отборах воды в узловых точках.

При поверочном расчете известными величинами являются:

  • Диаметры и длины всех участков сети и, следовательно, их гидравлических сопротивлений
  • Фиксированные узловые отборы воды
  • Напорно-расходные характеристики всех источников
  • Геодезические отметки всех узловых точек

В результате поверочного расчета определяются:

  • Расходы и потери напора во всех участках сети
  • Подачи источников
  • Пьезометрические напоры во всех узлах системы

К поверочным расчетам следует отнести расчет системы на случай тушения пожара в час наибольшего водопотребления и расчеты сети и водопроводов при допустимом снижении подачи воды в связи с авариями на отдельных участках. Эти расчеты необходимы для оценки работоспособности системы в условиях, отличных от нормальных, для выявления возможности использования в этих случаях запроектированного насосного оборудования, а также для разработки мероприятий, исключающих падение свободных напоров и снижение подачи ниже предельных значений.


Конструкторский расчет водопроводной сети

Целью конструкторского расчета тупиковой и кольцевой водопроводной сети является определение диаметров трубопроводов, обеспечивающих пропуск расчетных расходов воды с заданным напором.

Под расчетным режимом работы сети понимают такие возможные сочетания отбора воды и подачи ее насосными станциями, при которых имеют место наибольшие нагрузки для отдельных сооружений системы, в частности водопроводной сети. К нагрузкам относят расходы воды и напоры (давления).

Водопроводную сеть, как и другие инженерные коммуникации, необходимо рассчитывать во взаимосвязи всех сооружений системы подачи и распределения воды.

Расчет водопроводной сети производится с любым набором объектов, характеризующих систему водоснабжения, в том числе и с несколькими источниками.


«Гидроудар»

Расчет нестационарных процессов в сложных трубопроводных гидросистемах. Цель расчета – выявления участков и узлов сети, подвергающихся за время переходного процесса воздействию недопустимо высокого или низкого давления. В качестве событий, порождающих переходные процессы, предполагается включение или выключение насосов, либо открытие или закрытие задвижек, а также разрыв трубы. (Подробнее...)


Коммутационные задачи

Анализ отключений, переключений, поиск ближайшей запорной арматуры, отключающей участок от источников, или полностью изолирующей участок и т.д. Подробно с описанием задач можно ознакомиться здесь...


Пьезометрический график

Целью построения пьезометрического графика является наглядная иллюстрация результатов гидравлического расчета (поверочного, конструкторского).

При этом на экран выводятся:

  • линия давления в трубопроводе
  • линия поверхности земли
  • высота здания.

Цвет и стиль линий задается пользователем.

В таблице под графиком выводятся для каждого узла сети наименование, геодезическая отметка, высота потребителя, напоры в трубопроводах, потери напора по участкам сети, скорости движения воды на участках водопроводной сети и т.д. Количество выводимой под графиком информации настраивается пользователем.

онлайн-курсов PDH. PDH для профессиональных инженеров. ПДХ Инжиниринг.

«Мне нравится широта ваших курсов по HVAC; не только экологичность или экономия энергии

курс.

Russell Bailey, P.E.

Нью-Йорк

"Это укрепило мои текущие знания и научило меня еще нескольким новым вещам.

, чтобы познакомить меня с новыми источниками

информации. "

Стивен Дедак, P.E.

Нью-Джерси

«Материал был очень информативным и организованным. Я многому научился, и они были

.

очень быстро отвечает на вопросы.

Это было на высшем уровне. Будет использовать

снова . Спасибо. "

Blair Hayward, P.E.

Альберта, Канада

"Простой в использовании сайт.Хорошо организовано. Я действительно буду снова пользоваться вашими услугами.

проеду по твоей роте

имя другим на работе. "

Roy Pfleiderer, P.E.

Нью-Йорк

"Справочные материалы были превосходными, и курс был очень информативным, особенно потому, что я думал, что я уже знаком

с подробной информацией о Канзасе

Городская авария Хаятт."

Майкл Морган, P. E.

Техас

«Мне очень нравится ваша бизнес-модель. Мне нравится просматривать текст перед покупкой. Я нашел класс

.

информативно и полезно

на моей работе »

Вильям Сенкевич, П.Е.

Флорида

«У вас большой выбор курсов, а статьи очень информативны.Вы

- лучшее, что я нашел ».

Russell Smith, P.E.

Пенсильвания

"Я считаю, что такой подход позволяет работающему инженеру легко зарабатывать PDH, давая время на просмотр

материал ".

Jesus Sierra, P.E.

Калифорния

"Спасибо, что разрешили мне просмотреть неправильные ответы.На самом деле

человек узнает больше

от отказов »

John Scondras, P. E.

Пенсильвания

«Курс составлен хорошо, и использование тематических исследований является эффективным.

способ обучения »

Джек Лундберг, P.E.

Висконсин

«Я очень впечатлен тем, как вы представляете курсы; i.е., позволяя

студент, оставивший отзыв на курсе

материалов до оплаты и

получает викторину "

Арвин Свангер, П.Е.

Вирджиния

"Спасибо за то, что вы предложили все эти замечательные курсы. Я определенно выучил и

получил много удовольствия ".

Мехди Рахими, П.Е.

Нью-Йорк

«Я очень доволен предлагаемыми курсами, качеством материалов и простотой поиска.

в режиме онлайн

курса. "

Уильям Валериоти, P.E.

Техас

"Этот материал в значительной степени оправдал мои ожидания. По курсу было легко следовать. Фотографии в основном обеспечивали хорошее наглядное представление о

.

обсуждаемых тем ».

Майкл Райан, P.E.

Пенсильвания

«Именно то, что я искал. Потребовался 1 балл по этике, и я нашел его здесь."

Джеральд Нотт, П.Е.

Нью-Джерси

"Это был мой первый онлайн-опыт получения необходимых мне кредитов PDH. Это было

информативно, выгодно и экономично.

Я очень рекомендую

всем инженерам »

Джеймс Шурелл, П.Е.

Огайо

«Я понимаю, что вопросы относятся к« реальному миру »и имеют отношение к моей практике, и

не на основании каких-то неясных раздел

законов, которые не применяются

- «нормальная» практика. "

Марк Каноник, П.Е.

Нью-Йорк

«Отличный опыт! Я многому научился, чтобы перенести его на свой медицинский прибор

.

организация.

Иван Харлан, П.Е.

Теннесси

«Материалы курса имели хорошее содержание, не слишком математическое, с хорошим акцентом на практическое применение технологий».

Юджин Бойл, П.E.

Калифорния

"Это был очень приятный опыт. Тема была интересной и хорошо изложенной,

и онлайн-формат был очень

доступный и простой

использовать. Большое спасибо ».

Патрисия Адамс, P.E.

Канзас

"Отличный способ добиться соответствия требованиям PE Continuing Education в рамках ограничений по времени лицензиата."

Joseph Frissora, P. E.

Нью-Джерси

«Должен признаться, я действительно многому научился. Помогает иметь распечатанный тест во время

.

обзор текстового материала. Я

также понравился просмотр

фактических случаев предоставлено.

Жаклин Брукс, П.Е.

Флорида

"Документ" Общие ошибки ADA при проектировании объектов "очень полезен.

испытание потребовало исследований в

документ но ответы были

в наличии. "

Гарольд Катлер, П.Е.

Массачусетс

"Я эффективно использовал свое время. Спасибо за широкий выбор вариантов.

в транспортной инженерии, что мне нужно

для выполнения требований

Сертификат ВОМ."

Джозеф Гилрой, P. E.

Иллинойс

«Очень удобный и доступный способ заработать CEU для моих требований PG в Делавэре».

Ричард Роудс, P.E.

Мэриленд

«Я многому научился с защитным заземлением. Пока все курсы, которые я прошел, были отличными.

Надеюсь увидеть больше 40%

курса со скидкой."

Кристина Николас, П.Е.

Нью-Йорк

"Только что сдал экзамен по радиологическим стандартам и с нетерпением жду возможности сдать еще

курса. Процесс прост, и

намного эффективнее, чем

приходится путешествовать "

Деннис Мейер, P.E.

Айдахо

«Услуги, предоставляемые CEDengineering, очень полезны для профессионалов

.

Инженеры получат блоки PDH

в любое время. Очень удобно ».

Пол Абелла, P.E.

Аризона

«Пока все отлично! Поскольку я постоянно работаю матерью двоих детей, у меня мало

время исследовать где на

получить мои кредиты от.

Кристен Фаррелл, P.E.

Висконсин

«Это было очень познавательно и познавательно.Легко для понимания с иллюстрациями

и графики; определенно делает это

проще поглотить все

теории.

Виктор Окампо, P.Eng.

Альберта, Канада

"Хороший обзор принципов работы с полупроводниками. Мне понравилось пройти курс по

.

мой собственный темп во время моего утро

метро

на работу."

Клиффорд Гринблатт, П. Е.

Мэриленд

"Просто найти интересные курсы, скачать документы и взять

викторина. Я бы очень рекомендовал

вам на любой PE, требующий

CE единиц. "

Марк Хардкасл, П.Е.

Миссури

«Очень хороший выбор тем из многих областей техники."

Randall Dreiling, P.E.

Миссури

«Я заново узнал то, что забыл. Я также рад оказать финансовую помощь

по ваш промо-адрес электронной почты который

пониженная цена

на 40% "

Конрадо Казем, П.E.

Теннесси

«Отличный курс по разумной цене. Воспользуюсь вашими услугами в будущем».

Charles Fleischer, P. E.

Нью-Йорк

"Это был хороший тест и фактически подтвердил, что я прочитал профессиональную этику

кодов и Нью-Мексико

правил. "

Брун Гильберт, П.E.

Калифорния

«Мне очень понравились занятия. Они стоили потраченного времени и усилий».

Дэвид Рейнольдс, P.E.

Канзас

"Очень доволен качеством тестовых документов. Буду использовать CEDengineerng

.

при необходимости дополнительных

сертификация. "

Томас Каппеллин, П.E.

Иллинойс

"У меня истек срок действия курса, но вы все же выполнили свое обязательство и дали

мне то, за что я заплатил - много

оценено! "

Джефф Ханслик, P. E.

Оклахома

"CEDengineering предоставляет удобные, экономичные и актуальные курсы.

для инженера »

Майк Зайдл, П.E.

Небраска

"Курс был по разумной цене, а материалы были краткими, а

хорошо организовано.

Glen Schwartz, P.E.

Нью-Джерси

«Вопросы подходили для уроков, а материал урока -

.

хороший справочный материал

для деревянного дизайна.

Брайан Адамс, П.E.

Миннесота

"Отлично, я смог получить полезные рекомендации по простому телефонному звонку."

Роберт Велнер, P.E.

Нью-Йорк

«У меня был большой опыт работы в прибрежном строительстве - проектирование

Building курс и

очень рекомендую . "

Денис Солано, P.E.

Флорида

"Очень понятный, хорошо организованный веб-сайт. Материалы курса этики Нью-Джерси были очень хорошими

хорошо подготовлены. "

Юджин Брэкбилл, P.E.

Коннектикут

«Очень хороший опыт. Мне нравится возможность загружать учебные материалы на

.

обзор где угодно и

всякий раз, когда."

Тим Чиддикс, P.E.

Колорадо

«Отлично! Сохраняю широкий выбор тем на выбор».

Уильям Бараттино, P.E.

Вирджиния

«Процесс прямой, без всякой ерунды. Хороший опыт».

Тайрон Бааш, П.E.

Иллинойс

"Вопросы на экзамене были зондирующими и продемонстрировали понимание

материала. Тщательно

и комплексное.

Майкл Тобин, P.E.

Аризона

"Это мой второй курс, и мне понравилось то, что мне предложили курс

поможет по моей линии

работ."

Рики Хефлин, P.E.

Оклахома

«Очень быстро и легко ориентироваться. Я обязательно воспользуюсь этим сайтом снова».

Анджела Уотсон, P.E.

Монтана

«Легко выполнить. Нет путаницы при подходе к сдаче теста или записи сертификата».

Кеннет Пейдж, П.E.

Мэриленд

"Это был отличный источник информации о солнечном нагреве воды. Информативный

и отличное освежение ».

Luan Mane, P. E.

Conneticut

"Мне нравится подход к регистрации и возможность читать материалы в автономном режиме, а затем

Вернись, чтобы пройти викторину.

Алекс Млсна, П.E.

Индиана

«Я оценил объем информации, предоставленной для класса. Я знаю

это вся информация, которую я могу

использование в реальных жизненных ситуациях .

Натали Дерингер, P.E.

Южная Дакота

"Обзорные материалы и образец теста были достаточно подробными, чтобы я мог сделать

успешно завершено

курс."

Ира Бродская, П.Е.

Нью-Джерси

"Веб-сайт прост в использовании, вы можете скачать материалы для изучения, а затем вернуться

и пройдите викторину. Очень

удобно а на моем

собственный график "

Майкл Глэдд, P.E.

Грузия

«Спасибо за хорошие курсы на протяжении многих лет."

Деннис Фундзак, П.Е.

Огайо

"Очень легко зарегистрироваться, получить доступ к курсу, пройти тест и распечатать PDH

Сертификат . Спасибо за создание

процесс простой ».

Фред Шейбе, P.E.

Висконсин

«Опыт положительный.Быстро нашел курс, который соответствовал моим потребностям, и закончил

один час PDH в

один час. "

Стив Торкильдсон, P.E.

Южная Каролина

"Мне понравилась возможность скачать документы для проверки содержания

и пригодность, до

имея платить за

материал . "

Ричард Вимеленберг, P.E.

Мэриленд

«Это хорошее напоминание об ЭЭ для инженеров, не занимающихся электричеством».

Дуглас Стаффорд, П.Е.

Техас

«Всегда есть возможности для улучшения, но я ничего не могу придумать в вашем

.

процесс, которому требуется

улучшение."

Thomas Stalcup, P.E.

Арканзас

"Мне очень нравится удобство участия в викторине онлайн и получение сразу

сертификат. "

Марлен Делани, П.Е.

Иллинойс

"Учебные модули CEDengineering - это очень удобный способ доступа к информации по

.

много разные технические зоны за пределами

по своей специализации без

приходится путешествовать. "

Гектор Герреро, П.Е.

Грузия

Формула, теория и уравнения для расчета падения давления в трубе

Когда жидкость течет по трубе, возникает падение давления в результате сопротивления потоку. Также может наблюдаться прирост / потеря давления из-за изменения высоты между началом и концом трубы. Этот общий перепад давления в трубе зависит от ряда факторов:
  • Трение между жидкостью и стенкой трубы
  • Трение между соседними слоями самой жидкости
  • Потери на трение при прохождении жидкости через фитинги, изгибы, клапаны или компоненты
  • Потеря давления из-за изменения высоты жидкости (если труба не горизонтальна)
  • Прирост давления из-за любого напора жидкости, добавляемого насосом


Расчет падения давления в трубе

Чтобы рассчитать потерю давления в трубе, необходимо вычислить падение давления, обычно в напоре жидкости, для каждого из элементов, вызывающих изменение давления. Однако, чтобы рассчитать, например, потери на трение в трубе, необходимо вычислить коэффициент трения, который будет использоваться в уравнении Дарси-Вайсбаха, которое определяет общие потери на трение.

Сам коэффициент трения зависит от внутреннего диаметра трубы, внутренней шероховатости трубы и числа Рейнольдса, которое, в свою очередь, рассчитывается на основе вязкости жидкости, плотности жидкости, скорости жидкости и внутреннего диаметра трубы.

Таким образом, для расчета общих потерь на трение необходимо выполнить ряд дополнительных расчетов.Работая в обратном направлении, мы должны знать плотность и вязкость жидкости, диаметр трубы и свойства шероховатости, вычислить число Рейнольдса, использовать его для расчета коэффициента трения с использованием уравнения Колебрука-Уайта и, наконец, ввести коэффициент трения в коэффициент Дарси. Уравнение Вайсбаха для расчета потерь на трение в трубе.

После расчета потерь на трение в трубе нам необходимо учесть возможные потери в фитингах, изменение высоты и любой добавленный напор насоса. Суммирование этих потерь / прибылей даст нам общее падение давления в трубе. В следующих разделах каждый расчет рассматривается по очереди.

Расчет потерь на трение труб

Теперь нам нужно рассчитать каждый из элементов, необходимых для определения потерь на трение в трубе. Ссылки в следующем списке предоставляют более подробную информацию о каждом конкретном расчете:

Наше программное обеспечение Pipe Flow автоматически рассчитывает потери на трение в трубах с использованием уравнения Дарси-Вайсбаха, поскольку это наиболее точный метод расчета для несжимаемых жидкостей, и он также признан в отрасли точным для сжимаемого потока при соблюдении определенных условий.

Расчет потерь в трубной арматуре

Потери энергии из-за клапанов, фитингов и изгибов вызваны некоторым локальным нарушением потока. Рассеяние потерянной энергии происходит на конечном, но не обязательно коротком участке трубопровода, однако для гидравлических расчетов принято учитывать всю сумму этих потерь в месте нахождения устройства.

Для трубопроводных систем с относительно длинными трубами часто бывает так, что потери в фитингах будут незначительными по сравнению с общей потерей давления в трубе.Однако некоторые местные потери, например, вызванные частично открытым клапаном, часто бывают очень значительными и никогда не могут быть названы незначительными потерями, и их всегда следует учитывать.

Потери, создаваемые конкретным трубопроводным фитингом, измеряются с использованием реальных экспериментальных данных, а затем анализируются для определения K-фактора (местного коэффициента потерь), который можно использовать для расчета потерь фитинга, поскольку он изменяется в зависимости от скорости проходящей жидкости. через это.

Наши программы для измерения расхода в трубах позволяют легко автоматически включать потери в фитингах и другие локальные потери в расчет падения давления, поскольку они поставляются с предварительно загруженной базой данных фитингов, которая содержит множество отраслевых стандартных коэффициентов K для различных клапанов и фитингов различных размеров. .

Все, что нужно сделать пользователю, - это выбрать соответствующий фитинг или клапан, а затем выбрать «Сохранить», чтобы добавить его в трубу и включить в расчет потери давления в трубе.

По этой ссылке можно получить дополнительную информацию о коэффициентах K фитинга и уравнении потерь в фитингах.

Расчет потерь компонентов труб

Часто существует множество различных типов компонентов, которые необходимо смоделировать в системе трубопроводов, таких как теплообменник или охладитель.Некоторые компоненты могут вызывать известную фиксированную потерю давления, однако более вероятно, что падение давления будет изменяться в зависимости от скорости потока, проходящего через компонент.

Большинство производителей предоставляют кривую производительности компонентов, которая описывает характеристики потока по сравнению с потерями напора их продукта. Эти данные затем используются для расчета потери давления, вызванной компонентом для заданного расхода, но сама скорость потока также будет зависеть от потери давления на выходе из компонента, поэтому очень сложно смоделировать характеристики потери напора компонента без учета использование соответствующего программного обеспечения, такого как Pipe Flow Expert.

Потеря давления из-за изменения высоты

Поток в восходящей трубе

Если начальная отметка трубы ниже конечной отметки, то помимо трения и других потерь будет дополнительная потеря давления, вызванная повышением отметки, которая, измеренная в напоре жидкости, просто эквивалентна повышению отметки.

то есть на более высоком уровне жидкости добавляется меньшее давление из-за уменьшения глубины и веса жидкости выше этой точки.

Поток в падающей трубе

Если начальная отметка трубы выше конечной отметки, то, помимо трения и других потерь, будет дополнительный прирост давления, вызванный понижением отметки, которое, измеренное в напоре жидкости, просто эквивалентно понижению отметки.

то есть при более низкой отметке жидкости добавляется большее давление из-за увеличения глубины и веса жидкости выше этой точки.

Энергетические и гидравлические марки

Высота жидкости в трубе вместе с давлением в трубе в определенной точке и скоростным напором жидкости может быть суммирована для расчета так называемой линии оценки энергии.

График гидравлического уклона может быть рассчитан путем вычитания скоростного напора жидкости из EGL (линия энергетического уклона) или просто путем суммирования только подъема жидкости и давления в трубе в этой точке.

Расчет напора насоса

Внутри трубопроводной системы часто находится насос, который создает дополнительное давление (известное как «напор насоса») для преодоления потерь на трение и других сопротивлений. Производительность насоса обычно предоставляется производителем в виде кривой производительности насоса, которая представляет собой график зависимости расхода от напора, создаваемого насосом для диапазона значений расхода.

Поскольку напор, создаваемый насосом, зависит от расхода, определение рабочей точки на кривой производительности насоса не всегда является легкой задачей. Если вы угадываете расход, а затем рассчитываете добавленный напор насоса, это, в свою очередь, повлияет на перепад давления в трубе, что само по себе фактически влияет на скорость потока, которая могла бы возникнуть.

Конечно, если вы используете наше программное обеспечение Pipe Flow Expert, оно найдет для вас точную рабочую точку на кривой насоса, гарантируя, что потоки и давления сбалансированы по всей вашей системе, чтобы дать точное решение для вашей конструкции трубопровода.

Как бы вы ни рассчитали напор насоса, добавленный в трубу, этот дополнительный напор жидкости необходимо добавить обратно к любому перепаду давления, который произошел в трубе.

Расчет общего падения давления в трубе

Следовательно, давление на конце рассматриваемой трубы определяется следующим уравнением (где все значения указаны в м напора жидкости):

P [конец] = P [начало] - Потери на трение - Потери в фитингах - Потери в компонентах + Высота [начало-конец] + Напор насоса

где


P [end] = Давление на конце трубы
P [начало] = Давление в начале трубы
Высота [начало-конец] = (Высота в начале трубы) - (Высота в конце трубы)
Напор насоса = 0, если насос отсутствует

Таким образом, перепад давления или, скорее, перепад давления dP (это может быть прирост) между началом и концом трубы определяется следующим уравнением:

dP = Потери на трение + Потери в фитингах + Потери в компонентах - Высота [начало-конец] - Напор насоса

где


P [end] = Давление на конце трубы
P [начало] = Давление в начале трубы
Высота [начало-конец] = (Высота в начале трубы) - (Высота в конце трубы)
Напор = 0, если насос отсутствует

Примечание. DP обычно указывается как положительное значение, относящееся к падению давления .Отрицательное значение указывает на усиление давления.

Расчет размеров трубопроводов природного газа - промышленные специалисты

1. Следующие примечания взяты из «Справочника по транспортировке и переработке природного газа», составленного С. Мохатабом, В. А. По, Дж. Г. Спейт, страницы 418 - 421, раздел 11.6 - Проектирование трубопроводов товарного газа, подраздел 11.6.1 - Критерии выбора размера труб Elsevier, 2006.
α. Наиболее рентабельные газопроводы должны иметь перепад давления от 3,50 до 5,83 фунтов на квадратный дюйм / милю.Однако для тех трубопроводов (коротких), в которых падение давления имеет второстепенное значение, размер трубы может быть рассчитан только по скорости жидкости.
β. В системах с CO2 всего 1-2% скорость должна быть ограничена до 50 футов / с или ниже, так как трудно предотвратить коррозию CO2 при более высоких скоростях.
γ. В большинстве газопроводов рекомендованная скорость газа составляет 40-50% от скорости эрозии .
Как правило, эрозия трубы начинается, когда скорость превышает значение C / SQRT (ρ) в фут / с, где ρ = плотность газа (в фунтах / фут3) и C = эмпирическая константа (в фунтах / с / фут2). ) (начальная скорость эрозии).
δ. C = 100 в большинстве случаев. API RP 14E (1984) предложил C = 100 для непрерывной работы и 125 для непостоянной работы. Кроме того, C = от 150 до 200 может использоваться для непрерывных, некоррозионных или контролируемых коррозии услуг без присутствия твердых частиц.
2. Прикрепленный "NGvel.xls" оценивает начальные скорости эрозии в зависимости от рабочего давления либо для природного газа, описанного cnu879, либо для чистого метана при 15 ° C. Низкая скорость эрозии соответствует C = 100, высокая - C = 200 по API 14E.Рекомендуемые скорости газа считаются равными 50% соответствующих скоростей эрозии, низкие значения представлены оранжевой линией диаграммы, высокие - красной линией. Рекомендуемые максимально допустимые скорости по норме Norsok Standard P-001 также представлены для сравнения (зеленая линия на диаграмме).
α. Согласно вышеизложенному, допустимая максимальная скорость газа в условиях, указанных в cnu879, будет составлять 7,4–14,7 м / с по сравнению с 28,4 м / с, указанными в стандарте Norsok. Действительно, рекомендуемые скорости для трубопроводов высокого давления довольно низкие.
β. Если бы рабочее давление газа составляло 0,2 бар изб. (Что могло более или менее происходить в городской распределительной сети без полиэтиленовых труб), допустимая максимальная скорость газа была бы 64–127 м / с, по сравнению с 60 м / с по стандарту Norsok.
γ. Чем ниже давление, тем выше максимально допустимая скорость. Разумно, поскольку плотность уменьшается с давлением (однако плотность * оценка максимально допустимой скорости уменьшается с давлением).
Рекомендуемые скорости газа должны указывать соответствующее рабочее давление.
δ. Norsok Standard дает гораздо более высокие скорости для давлений выше примерно 15 бар изб. (Приближаются к начальным скоростям эрозии для C = 200). Для более низких давлений это дает плоское значение 60 м / с.
3. Вопросы, способствующие прояснению вопроса.
«Справочник по транспортировке и переработке природного газа» дает метод определения максимально допустимой скорости газа в зависимости от условий.
3.1 Что считается начальной скоростью эрозии в обычных трубопроводах природного газа согласно API 14E? Должны ли мы использовать в формуле C = 100 или C = 200 (в фунтах / с / фут2)?
C = 100 когда может быть конденсат или коррозия? Как получилось, что газ содержит твердые частицы?
3.2 Плоская допустимая максимальная скорость при низких рабочих давлениях (60 м / с по стандарту Norsok) кажется разумной для применения в случае трубопровода природного газа. Можете ли вы подтвердить применимость и порекомендовать фиксированную стоимость? В «Справочнике по природному газу» ничего подобного, похоже, не упоминается.
3.3 Есть еще какие-либо комментарии к вышеизложенному или к "NGvel.xls"?

4. Примечание. Для получения дополнительной информации, которая может быть полезна, перейдите по ссылкам ниже.
http: //www.eng-tips.....cfm? Qid = 147153
http: //www.flowcontr...s-pipe-velocity


Расчет потерь давления

Расчет потерь давления

Открыть тему с навигацией

Подтемы:

Фон

Однофазный поток

Многофазный поток

Фон

Для обеспечения потока в системе трубопроводов необходим перепад давления, когда жидкости текут из точки с высоким давлением в точку с низким давлением.Один можно выделить три компонента, которые определяют этот перепад давления:

  • Потеря гидростатического давления
  • Потери давления на трение
  • Кинетическая потеря давления

Для большинства приложений кинетические потери минимальны, и ими можно пренебречь. Таким образом, уравнение, описывающее общие потери давления, может быть выражено как сумма двух слагаемых:

ΔPT = ΔPHH + ΔPf

Примечание: фразы "потеря давления", "падение давления" и "давление" разница "могут использоваться как синонимы.

При восходящем (или «восходящем» в контексте трубопроводов) потоке жидкости должны преодолеть противодавление, оказываемое эффективным столбом жидкости, действующей против направления потока. Они также должны преодолевать потери на трение. из-за взаимодействия жидкости со стенкой трубы.

Нисходящий (или «нисходящий» в контексте трубопроводов) поток, трение эффекты действуют против направления потока, но в этом случае эффективный гидростатический столб помогает жидкости преодолеть такие потери на трение.

Потери гидростатического давления зависят от плотности жидкости. в трубе. Потери на трение зависят от свойств жидкости и текучести. условия внутри трубы.

Существует ряд методов расчета, используемых для учета гидростатических и потери жидкости на трение при различных условиях потока. Корреляции которые включены в F.A.S.T. Harmony ™ следующие:

Однофазный поток (используется внутри, когда обнаруживается однофазный поток):

  • Вентиляторный газ
  • Жидкость для вентилятора

Многофазный поток:

  • Beggs & Brill
  • серый
  • Хагедорн и Браун
  • Петалас и Азиз

Однофазный Поток

Плотность (однофазный)

Плотность (ρ) используется в гидростатическом расчеты перепада давления. Метод расчета ρ зависит от от того, является ли поток сжимаемым или несжимаемым (многофазным или однофазным). Отсюда следует, что:

  • Для однофазной жидкости расчет плотность - это просто, а ρ - это просто плотность жидкости.
  • Для однофазного газа ρ изменяется в зависимости от давления. (поскольку газ сжимаемый), и расчет нужно производить последовательно, небольшими шагами, чтобы плотность изменялась в зависимости от давления.

Однофазный элемент трения

При движении по трубе трение возникает из-за сопротивления жидкости движение. Трение можно представить как «потерянную» или «рассеянную» энергию. (превращается в бесполезную тепловую энергию) в системе. В однофазном В сценариях потока фрикционная составляющая может быть найдена с помощью общей формулы Фаннинга. уравнение:

Это соотношение может использоваться как для однофазного газа, так и для однофазного газа. жидкостная труба течет.

Осборн Рейнольдс (1842–1912) экспериментально исследовал взаимосвязь между падением давления и расходом в трубе. Он обнаружил, что на низком уровне скорости, падение давления было прямо пропорционально скорости потока. Он также заметил, что, когда он увеличивал скорость потока, измеренные данные начинались вести себя беспорядочно. Только когда он использовал очень высокие ставки, он смог снова воспроизвести свои экспериментальные данные.

После введения красителя в поток Рейнольдс заметил, что при низкой скорости потока краситель описывал плавный путь потока (линейный) вдоль трубка.После увеличения расхода краситель проявлял возмущения, и если скорость была увеличена еще больше, краситель беспорядочно колебался по всей трубе. Он назвал плавное (устойчивое) течение ламинарным потоком. режим »и возмущенный (неустойчивый) режим течения« турбулентный режим течения ». Рейнольдс предложено использовать безразмерное отношение инерционной к вязкой силы (теперь названные в его честь) как указание на переход от потока режимов:

В полевых модулях число Рейнольдса можно переписать как:

Учитывая взаимодействие жидкости со стенкой трубы, трение коэффициент, полученный в результате анализа (потока импульса) напряжения сдвига стенки и кинетическая энергия на единицу объема за счет движения жидкости внутри трубы:

Другими словами, коэффициент трения зависит от свойств жидкости. и текущие условия в системе.

Блазиус первым представил корреляцию между Рейнольдсами. количество и коэффициент трения для очень ограниченного диапазона приложений.

Никурадзе экспериментально установил связь между потоками режимов (с использованием числа Рейнольдса), шероховатости трубы и трения. Никурадсе обнаружил, что потери давления были выше для более грубых труб, чем для труб. для гладких за счет эффектов трения. Он также заметил, что для небольших Числа Рейнольдса (в режиме ламинарного течения) коэффициент трения составлял то же самое для грубых и гладких труб.Несколько авторов с тех пор пытались связать число Рейнольдса и абсолютную шероховатость трубы с оценить коэффициент трения.

В F.A.S.T. ГармонияTM, коэффициент трения Фаннинга для чисел Рейнольдса в ламинарном режиме течения (Re≤2000) находится по:

В турбулентном режиме обтекания (Re≥4000) коэффициент трения получается из уравнения Чена (1979).

Коэффициент трения при переходе от ламинарного к турбулентному течению (2000

Однофазный гидростатический компонент

Этот компонент важен только тогда, когда есть перепады высот. от впускного конца до выпускного конца отрезка трубы.(По горизонтали в трубах этот компонент равен нулю.) Может применяться перепад гидростатического давления (ΔPHH). ко всем корреляциям, просто добавив его к компоненту трения. В падение гидростатического давления (ΔPHH) определяется для вертикальной трубы следующим образом:

Обобщенная форма учета наклона трубы (с использованием угла относительно горизонтали) можно записать как:

Примечание: Кому используйте угол по отношению к вертикали (например, при отклонении скважины обзоры) замените тригонометрическую функцию на косинус.

Для жидкостей плотность (ρ) постоянна, и приведенное выше уравнение имеет вид легко оценивается.

Для газов плотность зависит от давления. Поэтому для оценки потеря / увеличение гидростатического давления, труба (или ствол скважины) подразделяется на достаточное количество сегментов, такое, чтобы плотность в каждом сегменте можно считать постоянным. Обратите внимание, что это эквивалентно многоступенчатому Расчет Каллендера и Смита.

Корреляция однофазного потока

Существует множество однофазных корреляций, выведенных для разных условий эксплуатации или из лабораторных экспериментов.Вообще говоря, они учитывают только компонент трения, т.е. они применимы к горизонтальному потоку. Типичные примеры:

  • Fanning gas (также известный как Multi-Step Cullender и Смита применительно к стволам скважин)
  • Жидкость для вентилятора

В F. A.S.T. Harmony ™ для случаев, которые включают одну фазу, серый цвет, Методы Хагедорна и Брауна, Беггса и Брилла, Петаласа и Азиза возвращаются однофазным корреляциям Фаннинга.Например, если корреляция Грея был выбран, но в системе был только газ, соотношение газов Фаннинга используется.

Примечание: Однофазный корреляции могут использоваться для вертикального или наклонного потока при условии, что гидростатический перепад давления учитывается в дополнение к трению компонент. Несмотря на то, что определенная корреляция могла быть установлена для потока в горизонтальной трубе с учетом гидростатического давления drop позволяет использовать эту корреляцию для потока в вертикальной трубе.Этот адаптация строгая и была реализована во всех корреляциях используется в F.A.S.T. Гармония ™. Тем не менее, в целях идентификации, название корреляции оставлено без изменений.

Многофазный поток

Расчет потери многофазного давления параллельно однофазное давление расчет потерь. По сути, каждая многофазная корреляция делает свое собственные модификации разницы гидростатического давления и расчеты потерь давления на трение, чтобы сделать их применимыми к многофазным ситуациям.

Наличие нескольких фаз значительно усложняет расчет падения давления. Это связано с тем, что свойства каждой присутствующей жидкости должны принимать во внимание. Кроме того, взаимодействие между каждой фазой должно считать. Необходимо использовать свойства смеси, поэтому газ и необходимо определить объемные доли жидкости на месте по всей трубе. В общем, многофазные корреляции по существу двухфазные, а не трехфазный.Соответственно, масляная и водная фазы объединяются и обрабатываются. как псевдожидкостная фаза, а газ считается отдельной фазой.

Расчет разницы гидростатического давления изменен путем определения плотность смеси. Это определяется расчетом жидкости на месте. задержка (количество жидкости в секции трубы). Некоторые корреляции определяют задержка, основанная на определенных схемах потока.

Потеря давления на трение изменяется несколькими способами, регулируя коэффициент трения (f), плотность (ρ) и скорость (v) для учета свойства многофазной смеси.

Корреляции многофазных потерь давления в F.A.S.T. HarmonyTM основана на трении Фаннинга. Уравнение потери давления. Их можно сгруппировать следующим образом:

Без учета схем потока:

  • Серый - Разработано с использованием данных из газовые и конденсатные скважины.
  • Хагедорн и Браун - производные используя испытательную скважину, работающую на разных маслах и воздухе

Рассмотрим схемы потока:

  • Попрошайки и Брилл - корреляция получено из экспериментальных данных для вертикального, горизонтального, наклонного подъём и спуск газо-водяной смеси
  • Petalas и Азиз - Механистик модель в сочетании с эмпирическими корреляциями. Этот многоцелевой корреляция применима для труб любой геометрии и наклона и свойства жидкости.

Эти модели могут использоваться для газожидкостных многофазных потоков, однофазных газ или однофазная жидкость, потому что в однофазном режиме они возвращаются вернуться к уравнению Фаннинга, которое в равной степени применимо к любому газу или жидкость.

Примечание: Корреляции Грея и Хагедорна и Брауна были получены для вертикальных скважин. и не может применяться к горизонтальным трубам.

Свойства многофазной текучей среды

Поверхностные скорости

Приведенная скорость каждой фазы определяется как объемная расход фазы, деленный на площадь поперечного сечения трубы (как если бы только эта фаза текла по трубе). Следовательно:

Так как жидкая фаза включает нефть и воду:

QL = QOBO + (QW– QWCQG) BW

, а газовая фаза учитывает входящий и выходящий растворенный газ. масло как функция давления:

QG = QG - QORS

приведенные скорости можно переписать как:

Коэффициенты объема пласта нефти, воды и газа (BO, BW и Bg) используются для преобразовать скорость потока из стандартных (или в резервуар) условий в преобладающий давление и температурный режим в трубе.

Поскольку фактическая площадь поперечного сечения, занимаемая каждой фазой, меньше чем площадь поперечного сечения всей трубы, приведенная скорость всегда меньше истинной скорости каждой фазы на месте.

Скорость смеси

Скорость смеси - еще один параметр, часто используемый в многофазном потоке. корреляции. Скорость смеси определяется как:

вм = vsL + vsG

Эффект проскальзывания и задерживания жидкости

Когда в трубе присутствуют две или более фаз, они имеют тенденцию течь на различные скорости на месте. Эти скорости на месте зависят от плотности и вязкость каждой фазы. Обычно менее плотная фаза течет быстрее, чем другие. Это вызывает эффект "скольжения" между фазы. Как следствие, объемные доли каждой фазы на месте (ниже условий потока) будет отличаться от входных объемных долей трубка.

Если условие проскальзывания опущено, объемная доля каждого фаза равна входной объемной доле.

Объемная фракция на месте (задержка жидкости с шликером)

Объемная доля в пласте, EL (или HL), является часто значение, которое оценивается с помощью многофазных корреляций. Потому что проскальзывания между фазами, задержка жидкости (EL) может существенно отличаться от входящей жидкой фракции (КЖ). Другими словами, задержка проскальзывания жидкости (EL) - доля трубы, заполненной жидкостью, когда фазы текут с разной скоростью.Его можно определить так:

Доля входящего объема (задержка без проскальзывания)

Доли входящего объема определяются как:

Мы также можем записать их в зависимости от приведенных скоростей как:

Примечание: QL - жидкость скорость при преобладающем давлении и температуре. Аналогично QGBg - расход газа при преобладающих давлении и температуре.

Ввод объемных долей, кл и EL, являются известные величины и часто используются в качестве коррелирующих переменных в эмпирических многофазные корреляции. Если пренебречь эффектами скольжения (газ и жидкость движутся с одинаковой скоростью), жидкая фракция на месте равна входной жидкой фракции (EL = CL).

Фактические скорости

После определения удержания жидкости фактические скорости каждую фазу можно определить следующим образом:

Плотность

Плотность (ρ) используется в гидростатическом расчеты перепада давления.Метод расчета ρ зависит от от того, является ли поток сжимаемым или несжимаемым (многофазным или однофазным). Отсюда следует, что для многофазного течения расчеты становятся еще более сложными. сложнее, чем для однофазного потока, поскольку ρ рассчитывается из плотность смеси на месте, которая, в свою очередь, рассчитывается из «жидкой задержка ». Задержка жидкости или объемная доля жидкости на месте получается из одной из корреляций многофазного потока, и зависит от несколько параметров, включая расход газа и жидкости, а также диаметр трубы.Обратите внимание, что это отличается от способа расчета плотности для трения. потеря давления.

Плотность смеси

Плотность смеси - это мера плотности смеси на месте. и определяется следующим образом:

мкм = ρLEL + ρGEG = ρLEL + ρG (1 - EL)

Примечание: Смесь плотность определяется в терминах объемных долей на месте (EL), в то время как плотность при отсутствии проскальзывания определяется в единицах входных объемных долей (CL).

Плотность противоскольжения

«Плотность без проскальзывания» - это плотность, которая рассчитывается с помощью предположение, что обе фазы движутся с одинаковой скоростью в пласте. Без скольжения поэтому плотность определяется следующим образом:

ρNS = ρLCL + ρGCG = ρLCL + ρG (1 - CL)

Примечание: Нескользящий плотность определяется в терминах входных объемных долей (CL), тогда как плотность смеси определяется в единицах объемных долей на месте (EL).

Вязкость смеси

Вязкость смеси - это мера вязкости смеси на месте. и может быть определен несколькими способами. В общем, если не указано иное указан, определяется следующим образом:

мкм = мкНПЭ + мкГс EG = мкл EL + мкГ (1 - EL)

Примечание: Смесь вязкость определяется в единицах объемных долей на месте (EL), тогда как вязкость без проскальзывания определяется в единицах входных объемных долей (CL).

Вязкость без скольжения

Вязкость без проскальзывания - это вязкость, рассчитанная с использованием предположение, что обе фазы движутся с одинаковой скоростью на месте. Существует несколько определений вязкости без проскальзывания. В целом, если не указано иное, мкНС определяется следующим образом:

мкНС = мкл Кл + мкГл КГ = мкл CL + мкГ (1 - CL)

Поверхностное натяжение

Поверхностное натяжение (межфазное натяжение) между газом и жидкостью. фазы имеет очень небольшое влияние на расчеты двухфазного падения давления.Однако значение требуется для использования при вычислении некоторых безразмерных числа, используемые в некоторых корреляциях падения давления. Эмпирические отношения для оценки межфазного натяжения газ / нефть и межфазного натяжения газ / вода Напряжение было представлено Бейкером и Свердловым, Хафом и Беггсом.

Межфазное натяжение газа / нефти

Межфазное натяжение мертвого масла при температурах 68 ° F и 100 ° F составляет выдает:

σ68 = 39 - 0.2571 (API)

σ100 = 37,5 - 0,2571 (API)

Если температура выше 100 ° F, используется значение при 100 ° F. Если температура ниже 68 ° F, используется значение 68 ° F. Для среднего температуры, используется линейная интерполяция.

По мере увеличения давления и перехода газа в раствор межфазная граница раздела газ / нефть напряжение снижено. Межфазное натяжение мертвого масла исправлено на это умножением на поправочный коэффициент:

С = 1. 0 - 0,024P0,45

Межфазное натяжение становится равным нулю при давлении смешиваемости, а для в большинстве систем это давление превышает примерно 5000 фунтов на квадратный дюйм. Один раз поправочный коэффициент становится равным нулю (около 3977 фунтов на квадратный дюйм), 1 дин / см составляет используется для расчетов.

Межфазное натяжение газ / вода

Межфазное натяжение газ / вода при температурах 74 ° F и 280 ° F. выдает:

σW (74) = 75 - 1.108P0.349

σW (280) = 53 - 0,1048P0,637

Если температура выше 280 ° F, используется значение 280 ° F. Если температура ниже 74 ° F, используется значение 74 ° F. Для среднего температуры, используется линейная интерполяция.

Многофазный гидростатический компонент

Разница гидростатического давления является составляющей потери давления (или усиление) приписывается гравитационному эффекту Земли. Это важно только когда есть перепады высот от впускного конца до выходной конец отрезка трубы. Этот перепад давления может быть положительным. или отрицательный в зависимости от контрольной точки (вход выше по вертикали чем выход, или выход выше входа). Под ВСЕ обстоятельства, независимо от того, какое соглашение о знаках используется, вклад расчета гидростатического давления должен быть таким что он имеет тенденцию повышать давление на нижнем по вертикали конце чем на верхнем конце.

Перепад гидростатического давления рассчитывается следующим образом:

В приведенном выше уравнении проблема заключается в поиске подходящего значения для плотности, как описано ниже:

  • Для однофазной жидкости плотность смесь равна плотности жидкости.
  • Для однофазного газа плотность меняется в зависимости от давление, а расчет нужно производить последовательно небольшими шагами чтобы плотность изменялась в зависимости от давления.
  • Для многофазного потока рассчитывается плотность от плотности смеси на месте, которая, в свою очередь, рассчитывается из задержка жидкости. Задержка жидкости достигается за счет многофазного потока. корреляции, такие как Беггса и Брилла, и зависит от газа и расход жидкости, диаметр трубы и т. д.
  • Для горизонтального участка трубы θ = 0,0 и НЕТ потери гидростатического давления.

Деталь многофазного трения

Потеря давления на трение является составляющей общего давления в трубопроводе. потери, вызванные эффектами вязкого сдвига.Потеря давления на трение всегда действует против направления потока. Сочетается с гидростатическим перепад давления (который может быть положительным или отрицательным, в зависимости от того, поток идет вверх (также известный как восходящий) или нисходящий (нисходящий)), чтобы дать полная потеря давления.

Потери давления на трение рассчитываются по коэффициенту трения Фаннинга. уравнение следующим образом:

В приведенном выше уравнении переменные f, ρ и v трактуются по-разному. по каждому соотношению.

Каждая корреляция многофазного потока определяет коэффициент трения по-разному. Этот расчет частично зависит от расхода газа и жидкости, но также на стандартной диаграмме коэффициента трения Фаннинга (однофазный). Когда оценивая коэффициент трения Фаннинга, есть много способов вычисления число Рейнольдса в зависимости от того, как плотность, вязкость и скорость двухфазной смеси. Например, Беггс и Брилл при расчете числа Рейнольдса используются свойства смеси, которые рассчитываются путем пропорционального распределения свойств каждой отдельной фазы в соотношении объемная доля на входе (а не объемной доли in-situ).

Корреляции многофазных потоков

Многие из опубликованных корреляций многофазных потоков применимы для только вертикальный поток, тогда как другие применяются только для горизонтального потока. Другой чем корреляция Бегга и Брилла и механизм Петаласа и Азиза. модели, существует не так много корреляций, разработанных для всего спектр ситуаций потока, которые могут возникнуть при нефтегазовых операциях, а именно: восходящий, нисходящий, горизонтальный, наклонный и вертикальный поток.Однако мы адаптировали все корреляции (при необходимости), чтобы они применялись ко всем ситуациям потока. Следующий это список доступных корреляций многофазного потока:

  • Попрошайки и Брилл - одна из немногих опубликованных корреляций, способных обработки всех направлений потока. Он был разработан с использованием разделов трубопровода, который можно наклонять под любым углом.
  • Серый - проявленный для вертикального течения в скважинах влажного газа.Мы изменили его так, чтобы он применяется к потоку во всех направлениях путем расчета гидростатического давления разница с использованием только вертикальной отметки участка трубопровода и потери давления на трение в зависимости от общей длины трубопровода.
  • Хагедорн и Браун - разработан для вертикального течения в нефтяных скважинах. Мы изменили его так, чтобы он применялся к потоку во всех направлениях путем вычисления перепад гидростатического давления с использованием только вертикальной отметки отрезка трубы и потери давления на трение на основе общей длина трубопровода.
  • Petalas и Азиз - разработаны для преодоления наложенных ограничений используя предыдущие корреляции. Применяется ко всем геометриям труб, свойства жидкости и течь во всех направлениях. Механистический подход сочетается с эмпирическими отношениями замыкания для создания модели это более надежно, чем другие модели, и может использоваться для прогнозирования давления падение и задержка в трубах в более широком диапазоне условий.

Каждая из этих корреляций была разработана для собственного уникального набора экспериментальных условий или спроектированы с использованием подхода механистического моделирования, и, соответственно, результаты варьируются между ними.

Для многофазного потока в практически вертикальных скважинах имеющиеся корреляции это Беггс и Брилл, Петалас и Азиз, Грей и Хагедорн и Браун. Если используемые для однофазного потока, эти четыре корреляции переходят к модели Фаннинга. корреляция газа или жидкости Фэннинга по мере необходимости.

При создании нового ствола скважины Harmony устанавливает многофазную корреляцию по умолчанию. в зависимости от типа колодца, существующего в Entity Viewer. Этот корреляция по умолчанию основана на наших ожидаемых вариантах использования и, следовательно, может не применимы к каждому стволу скважины.Конечно, корреляция для конфигурации ствола скважины можно изменить в любой момент.

Примечание: Корреляции Грея и Хагедорна и Брауна были получены для вертикальных скважин. и не может применяться к горизонтальным трубам. В F.A.S.T. Harmony ™, серый, Хагедорн и Браун, Бегги и Брилл, Петалас и Азиз модели возвращаются к соответствующей однофазной корреляции Фаннинга (Fanning жидкий или вентиляторный газ).

попрошайки и корреляция Брилла

Корреляция Беггса и Брилла (1973) - одна из немногих опубликованных корреляций. способен обрабатывать все эти направления потока.Был разработан измерительный поток воды и воздуха через секции 1 "и 1-1 / 2" акриловая труба, которую можно наклонять под разными углами от горизонтали.

Многофазная корреляция Бегга и Брилла учитывает оба трения. потеря давления и перепад гидростатического давления. Во-первых, соответствующие схема потока для конкретной комбинации расхода газа и жидкости (раздельно, прерывистый, или распределенный). Задержка жидкости и, следовательно, плотность газожидкостной смеси на месте, затем рассчитывается в соответствии с к идентифицированной схеме потока для получения разницы гидростатического давления.Коэффициент двухфазного трения рассчитывается на основе входного газожидкостного коэффициент и коэффициент трения Фаннинга. Отсюда потеря давления на трение рассчитывается с использованием свойств входящей газожидкостной смеси.

В нашей реализации всякий раз, когда однофазный поток встречается во время При расчете потерь давления корреляция Бегга и Брилла переходит в корреляция газа Фаннинга или жидкости Фаннинга.

Схема потока

В отличие от корреляций Грея или Хагедорна и Брауна, Беггс и Брилл корреляция необходима для определения структуры потока в данных условиях потока чтобы рассчитать задержку жидкости и трение.Для этого корреляция Бегга и Брилла использует горизонтальную картину течения. карта построена на основе числа Фруда смеси (Frm) и содержания жидкости на входе ( задержка жидкости, CL).

Для построения карты потоков наблюдаемые схемы потоков были сгруппированы как: сегрегированный (послойный, волнообразный и кольцевой поток), прерывистый (пробка и снарядный поток), распределенный (поток пузырьков и тумана) и переходный (поток шаблон включен после модификации исходной публикации, которая рассматривает область между сегрегированными и прерывистыми сгруппированными образцами).

Границы между этими группами схем течения отображаются в виде кривых. в сюжете журнала в оригинальной публикации Беггса и Брилла. Этот позже был изменен, чтобы вместо него можно было использовать прямые линии. Мы используем эта модифицированная карта схемы потока в наших расчетах. Исправленные строки которые определяют границы, определяются следующим образом (где * означает преобразование исходной кривой в прямую линию в журнале регистрации участок):

Идентифицированный образец потока - это тот, который существовал бы, если бы труба были горизонтальными.Если труба фактически не находится в горизонтальном положении, корреляция Бегга и Брилла не может распознать реальный поток узор в данных условиях. Поэтому для расчета жидкости задержка, мы сначала определяем задержку жидкости для горизонтального потока, и это значение затем корректируется с учетом интересующего угла.

Число Фруда - это безразмерное число, которое связывает инерцию относительно гравитационных сил.Для смеси можно получить по:

После ввода жидкого содержимого (CL) и число Фруда смеси (Frm) определены, соответствующая картина течения идентифицируется, когда выполняются следующие неравенства.

Отдельно

, если

или

Прерывистый

, если

или

Распределенный

, если

или

Переход

, если

Разница гидростатического давления

После определения характера потока задержка жидкости определяется рассчитано.Беггс и Брилл разделили расчет удержания жидкости на две части. Сначала определяется задержка жидкости для горизонтального потока EL (0). Впоследствии это горизонтальная задержка скорректирована для наклонного потока, чтобы получить фактическую задержка, EL (θ). Горизонтальная задержка должна быть EL (0) ≥ CL. Следовательно, в случае, если EL (0)

Отдельно

Прерывистый

Распределенный

Переход

где:

В = 1 - A

После определения горизонтальной объемной доли жидкости на месте фактическая объемная доля жидкости рассчитывается путем корректировки EL (0) на коэффициент наклона B (θ):

где:

β является функцией структуры потока и также зависит от направления наклона трубы (восходящий или нисходящий поток).

Для восходящего потока

  1. Отдельно

  1. Прерывистый

Распределенный

β = 0

Для скоростного спуска поток

  1. ВСЕ группы схем потока

где Frm - число Фруда смеси, а NLv это число скорости жидкости, определяемое по формуле:

Примечание: β всегда должно быть ≥ 0.Следовательно, если для β рассчитывается отрицательное значение, β = 0,

После фактического удержания жидкости EL (θ) рассчитывается плотность смеси ρm получается. Плотность смеси, в свою очередь, используется для расчета давления. изменение из-за гидростатического напора вертикальной составляющей трубы или хорошо:

Beggs and Brill - потеря давления на трение

Для расчета потерь на трение используется нормализующий коэффициент трения. (fNS) используется.Чтобы определить fNS, мы используем коэффициент трения Фаннинга, рассчитанный по уравнению Чена. Для этого используется противоскользящее число Рейнольдса:

.

На основе экспериментальных данных Беггс и Брилл представили корреляцию для отношения коэффициента двухфазного трения (ftp) и нормализующий коэффициент трения (без проскальзывания), приводящий к следующему экспоненциальное уравнение:

Значение S зависит от противоскольжения и фактического удержания жидкости:

Серьезные нестабильности наблюдались при использовании уравнения для S. как опубликовано.Для их решения используются следующие соображения:

  • Если y = 0, то S = 0 (чтобы выражение сводится к однофазной жидкости)
  • Если 1

После того, как было найдено допустимое значение для S, можно решить для двух- коэффициент фазового трения:

футов = fNSes

И, наконец, выражение для потери давления из-за трения:

Корреляция серого

Корреляция Грея была разработана Х.Э. Грей (1978), в частности для скважин мокрого газа. Хотя эта корреляция была разработана для вертикальных поток, который мы реализовали, он используется как в вертикальной, так и в наклонной трубе расчет падения давления. Чтобы исправить падение давления в ситуациях с горизонтальный компонент, гидростатический напор применялся только для вертикальный компонент трубы, в то время как трение применяется ко всему длина трубы.

Сначала рассчитывается объемная доля жидкости на месте.На месте Затем объемная доля жидкости используется для расчета плотности смеси, которая в свою очередь используется для расчета разницы гидростатического давления. В свойства входящей газожидкостной смеси используются для расчета эффективного шероховатость трубы. Затем эта эффективная шероховатость используется вместе с постоянным числом Рейнольдса 107 для расчета трения Фаннинга фактор. Перепад давления из-за трения рассчитывается с использованием Уравнение потери давления на трение Фаннинга.

Серый - перепад гидростатического давления

Корреляция Грея использует три безразмерных числа в комбинации, для прогнозирования объемной доли жидкости в пласте. Эти три безразмерных номера:

где:

Затем безразмерные числа складываются следующим образом:

где:

Однажды задержка жидкости (EL) рассчитывается, используется для получения плотности смеси (ρm). Плотность смеси, в свою очередь, используется для расчета изменения давления из-за гидростатического напора вертикального компонент трубы.

Серый - потеря давления на трение

Корреляция серого предполагает, что эффективная (также известная как кажущаяся) шероховатость трубы (ке) зависит от стоимости Rv. Условия следующие:

Если Rv ≥ 0,007, то:

кэ = к °

, если Rv <0.007, затем:

где:

, а k - абсолютная шероховатость трубы (однофазный поток сухого газа). Результирующая эффективная шероховатость (ke) должен быть больше или равен 2,77 × 10-5.

Затем рассчитывается относительная шероховатость трубы путем деления эффективная шероховатость по диаметру трубы.Трение Фаннинга коэффициент получается с использованием уравнения Чена и в предположении числа Рейнольдса of 107. Наконец, выражение для потери давления на трение:

Примечание: исходная публикация содержит опечатку в расчете ke: константа должно быть 0,007 вместо 0,0007. Мы учитываем эту поправку в наших расчетах. Кроме того, объем конденсированной воды оценивается с помощью прибора Букачека. корреляция (включая поправки МакКетты и Вехе) и учтена в расчетах падения давления.

Хагедорн и Коричневый

Экспериментальные данные, полученные с инструментальной вертикали глубиной 1500 футов. Тестовая скважина использовалась при разработке корреляции Хагедорна и Брауна. Давления были измерены для потока в трубах размером 1 дюйм, 1 ¼ ”и 1 ½ "OD. Широкий диапазон расхода жидкости и соотношения газ / жидкость был использовал. Как и в случае корреляции Грея, наше программное обеспечение рассчитывает перепады давления. для горизонтального и наклонного течения с использованием корреляции Хагедорна и Брауна, хотя корреляция разрабатывалась строго для вертикальных скважин. В программное обеспечение использует только вертикальную глубину для расчета потери давления из-за гидростатический напор и по всей длине трубы для расчета трения.

Метод Хагедорна и Брауна был модифицирован для пузырькового течения. режим (Economides et al, 1994). Если существует пузырьковое течение, корреляция Гриффитса используется для расчета объемной доли на месте. В таких случаях Гриффит корреляция также используется для расчета падения давления из-за трения.Если пузырькового потока не существует, то исходная корреляция Хагедорна и Брауна используется для расчета объемной доли жидкости на месте. Как только на месте определяется объемная доля, сравнивается с объемной долей на входе. Если объемная доля на месте меньше, чем объемная доля на входе, фракция на месте устанавливается равной входной фракции (EL = CL). Затем плотность смеси рассчитывается с использованием объемной доли in-situ и используется для расчета разницы гидростатического давления. Давление разница из-за трения рассчитывается с использованием комбинации на месте и свойства входящей газожидкостной смеси.

Хагедорн и Браун - Разница гидростатического давления

Корреляция Хагедорна и Брауна использует четыре безразмерных параметра. (на основе работы Дунса и Росса), чтобы сопоставить задержку жидкости. Эти четыре параметра:

Метод расчета основан на использовании нескольких графиков, где различные комбинации этих параметров рассчитываются и наносятся на график относительно некоторые коррелированные термины для определения задержки жидкости.Для программирования Для этого эти кривые были преобразованы в уравнения.

Первая кривая дает значение безразмерного параметра, называемого НЖК, который соотносится с безразмерным числом NLL. Следовательно, однажды NL рассчитывается, можно получить НЖК со следующего участка:

Стоимость NLC затем используется для вычисления безразмерного числа:

Следующий график содержит кривую корреляции между задержкой жидкости, разделенной на поправочный коэффициент (EL / Ψ) против безразмерной группы,. После является рассчитывается, затем можно найти значение EL / Ψ используя следующий участок:

Наконец, третья кривая коррелирует поправочный коэффициент Ψ с безразмерный номер,:

Типичная дискретизированная кривая для поиска Ψ может быть следующей:

После определения Ψ можно рассчитать объемную долю жидкости на месте (EL), взяв ранее найдено EL / Ψ:

Мы внесли поправку, чтобы заменить значение задержки жидкости. с «прилипающей» (входной) объемной долей жидкости, если расчетная задержка жидкости меньше объемной доли жидкости прилипания:

если EL

Найдя EL, гидростатический напор рассчитывается по стандартному уравнению:

где:

мкм = ρL EL + ρG (1 - EL)

Хагедорн и Браун - потеря давления на трение

Коэффициент трения рассчитывается с использованием уравнения Чена с использованием метода Рейнольдса. число равно:

Примечание: дюйм корреляция Хагедорна и Брауна, вязкость смеси определяется по формуле:

Тогда потеря давления из-за трения определяется по формуле:

где:

Модификация корреляции Хагедорна и Брауна: корреляция Гриффита для Bubble Flow

Корреляция Хагедорна и Брауна использует корреляцию Гриффитса. (1961) для режима пузырькового течения.Пузырьковый поток существует, если CG

В случае, если рассчитанное значение LB меньше 0,13, то LB установлено на 0,13. Если режим течения оказывается пузырьковым, то Применяется корреляция Гриффитса. В противном случае исходный Хагедорн и Используется корреляция Брауна.

В корреляции Гриффита задержка жидкости определяется по формуле:

Гриффит предложил постоянное значение vs = 0. 8 футов / с как хорошее среднее значение, которое рассматривается в нашем расчеты.

Истинная скорость жидкости на месте определяется по формуле:

Затем стандартным способом рассчитывается гидростатический напор.

На падение давления из-за трения также влияет использование Корреляция Гриффитса, поскольку EL входит в расчет числа Рейнольдса через жидкость на месте скорость.Число Рейнольдса рассчитывается в следующем формате:

.

Плотность однофазной жидкости, скорость жидкости в пласте и жидкость вязкость используются для расчета числа Рейнольдса. Это не похоже на большинство многофазных корреляций, которые обычно определяют число с точки зрения свойств смеси, а не однофазной жидкости характеристики. Число Рейнольдса используется для расчета коэффициента трения. используя уравнение Чена.Плотность жидкости и скорость жидкости в пласте затем используются для расчета падения давления из-за трения:

Petalas и Aziz Mechanistic Model

Механистическая модель Петаласа и Азиза (2000) не была построена для конкретной набор данных или свойств жидкости. Вместо этого авторы применили первые принципы к возможным схемам течения, которые можно наблюдать под разными углами наклона.По этой причине он применим к трубам с любым углом наклона и свойствам жидкости. Модель является усовершенствованием предыдущего исследования авторов (1996), в котором подмножества базы данных, содержащей более 20000 лабораторных измерений и данных из примерно 1800 скважин.

Метод можно резюмировать следующим образом:

  • Предположим существование потока узор
  • Оцените, является ли эта схема потока стабильно:
  • Если проверка не удалась, вернитесь и выберите другая схема потока
  • Если стабильные условия соблюдены, продолжайте с расчетом удержания жидкости и коэффициента трения
  • Рассчитайте потери давления с помощью найденные значения коэффициента трения и удержания жидкости

Непрерывная оценка стабильности режимов потока позволяет один, чтобы создать соответствующую карту схемы потока для данного потока условия. Ниже представлена ​​типичная карта схемы потока для вертикального восходящего потока. расход газойля:

Схема потока
Дисперсный пузырьковый поток

Считается, что для получения диспергированного пузырькового течения необходимо два требования: должно быть выполнено.

Первый критерий основан на переходе Барни от рассредоточенного к пробковый поток при использовании расчета задерживания пробковой жидкости на основе Грегори и др .:

где:

вм = vsG + vsL

Кроме того, чтобы поддерживать поток диспергированных пузырьков, соотношение приведенная скорость газа по отношению к скорости смеси должна быть:

Стратифицированный поток

Здесь сделано соображение, что возможно расслоение потока. только при нисходящем (нисходящем) или горизонтальном потоке. Баланс импульса получено на основе предложенного Тайтелем и Дуклером. Первый шаг состоит в вычислении (безразмерная высота жидкости) путем решения:

где:

и

фГ получается стандартными методами где:

где гидравлический диаметр газовой фазы, ДГ, получает:

fL от:

где fsL коэффициент трения, основанный на приведенной скорости, которая рассчитывается из стандартных методов с использованием шероховатости трубы и числа Рейнольдса:

fi из:

с использованием жидкого числа Фруда, определенного как:

использовать параметры Локхарта-Мартинелли:

X2 F2 - F1 - 4Y = 0

где:

где:

с геометрическими переменными:

Решить для hL / D итеративно. После этого мы проверяем, что стратифицированный поток существует, если:

, а если:

Примечание: Когда cosθ ≤ 0,02, тогда cosθ = 0,02.

Чтобы различать режимы стратифицированного гладкого и стратифицированного волнистого течения:

слоистый плавный поток существует, если:

, где s = 0.06, а если:

Кольцевой поток тумана

Рассчитать безразмерную толщину пленки жидкости (), баланс количества движения на жидкой пленке и газовом ядре с жидкостью капель:

Кольцевой поток тумана существует, если:

где находится определяется из следующих уравнений:

Итеративное решение для.

Пузырьковый поток

Пузырьковый поток существует, если:

, а если:

где:

C1 = 0,8

γ = 1,3

дБ = 7 мм

с:

Также переход к пузырьковому потоку из прерывистого потока происходит, когда:

EL > 0.25

где:

Прерывистый поток

Примечание: Модель прерывистого потока, используемая здесь, включает снарядный и удлиненный пузырьковый поток. режимы.

Прерывистый поток существует, если:

EL ≤ 0,24

где:

Если EL> 1, то EL = CL.

, а если:

где:

вм = vsL + vsG

  • Если ELL > 0,24 и ELs <0,9, то пробковый поток
  • Если EL > 0,24 и ELs> 0,9, то вытянутый пузырьковый поток
Пенный поток

Если ни один из критериев перехода для прерывистого потока не выполняется, структура потока тогда обозначается как пена. Пенный поток подразумевает переходный состояние между другими режимами потока.

Авторские права © 2012 Fekete Associates Inc.

Основы узлов учета газопроводов

Саид Мохатаб, Tehran Raymand Consulting Engineers, Иран, и Грег Ламберсон International Construction Consulting, LLC, США, Талса, OK

В этой статье рассматривается конструкция станции учета природного газа в трубопроводе, но не рассматриваются уравнения и эмпирические данные, используемые для расчета расходов и объемов газа для коммерческого учета.

Он также не охватывает различные стандарты конкретных расходомеров, таких как AGA-3 для измерения перепада давления; АГА-7 для турбинных и вихревых счетчиков; и AGA-8, который предоставляет уравнения для вычисления компенсационных коэффициентов для измеренных показателей. Узлы учета трубопроводного газа предназначены для одновременного непрерывного анализа качества и количества природного газа, передаваемого по трубопроводу, а именно:

  • Верхняя теплотворная способность, которая представляет собой скрытое содержание энергии газа, выделяющегося при сгорании. Это основная переменная при определении цены.
  • Концентрация соединений серы. Сероводород и меркаптаны частично присутствуют в виде природных соединений и иногда смешиваются с газом вместе с другими соединениями серы в качестве одорантов.
  • Точка росы по углеводородам - ​​это температура, при которой конденсируются высшие углеводороды. Жидкая фаза образуется в газопроводе, если температура продукта опускается ниже точки росы по углеводородам. Скопление жидкости в трубопроводах может привести к возникновению пробкового потока и разрушению компрессоров в насосной станции
  • .
  • Точка росы по воде - это температура, при которой вода конденсируется.Вода вместе с углеводородами способствует образованию твердых частиц, в частности, во время декомпрессии газа из трубопроводов высокого давления. Твердые частицы блокируют газовую арматуру, а вода вызывает коррозию.
  • Финансовые последствия измерения и расчетов объема и массового расхода природного газа.

Система состоит из многолучевого ультразвукового расходомера, хроматографа технологического газа и компьютерной рабочей станции, установленных, предварительно смонтированных и подключенных к трубопроводам, в специальном укрытии с кондиционированием воздуха со всем вспомогательным оборудованием и коммуникациями.

Каждая станция учета газа ответвляется от трубопровода и используется для снижения давления и измерения газа для различных пользователей. Основное оборудование станций понижения и измерения давления включает фильтры, нагреватели, редукторы и регуляторы давления, а также узлы измерения расхода. Кроме того, каждая станция обычно оборудована стоками для сбора и утилизации, системой приборного газа и резервуарами для хранения.

Фильтры-сепараторы

Фильтры природного газа устанавливаются на каждой станции для удаления любых захваченных жидкостей и твердых частиц из газового потока.Фильтры могут содержать циклонные элементы для центрифугирования частиц и жидкостей по бокам закрывающей емкости высокого давления. Затем эти частицы и жидкости будут падать и собираться в отстойник, который можно периодически сливать.

Перед счетчиком должен быть установлен фильтр-сепаратор на входе станции. Фильтр-сепаратор обычно представляет собой горизонтальный блок с полноразмерной, быстро открывающейся крышкой и платформой для доступа для замены элемента. Емкость должна быть оборудована датчиками уровня, реле высокого уровня жидкости и датчиком перепада давления на фильтрующих элементах.Приямки фильтра-сепаратора должны иметь автоматические сливные клапаны.

Емкость для конденсата устанавливается для атмосферного хранения любых жидкостей, удаляемых фильтром-сепаратором. Большинство устанавливаемых для этого резервуаров имеют двустенные стенки и устанавливаются на бетонную площадку. В баке должен быть датчик уровня и реле высокого уровня жидкости.

Управление потоком

Регулирующий клапан должен быть установлен после участка расходомера для управления как потоком через расходомер, так и давлением подачи.Этот клапан будет в первую очередь работать для ограничения пропускной способности станции, чтобы предотвратить превышение входящего объема газа пропускной способностью счетчика или номинальным объемом, но он также будет оснащен блокировкой давления.

Регулирующий клапан обычно управляется компьютером расхода газа (GFC) на основе заданных значений, предоставляемых центром управления газом. Регулирующий клапан обычно работает в полностью открытом положении, чтобы минимизировать потери давления через станцию, и должен иметь позиционер, индикатор положения и датчик положения.

GFC будет также контролировать и контролировать объекты, а также выполнять измерения качества коммерческого учета. GFC передает все данные на центральную консоль управления через систему SCADA.

При коммерческом учете обычно используется газовый хроматограф для определения состава газа с целью расчета общей теплотворной способности газа. Эти данные предоставляются GFC для использования при расчете общей теплотворной способности измеряемого газа. Проба газа отбирается из точки непрерывного потока на блоке счетчика и регулятора.Проба газа удерживается при низком давлении для минимизации времени задержки с помощью саморегулирующегося пробоотборного зонда и направляется в газовый хроматограф и анализатор влажности. Анализатор влажности предназначен для измерения содержания воды в газе. В зависимости от содержания серы в газе может потребоваться анализатор серы.

Трубопровод салазок счетчика

Конфигурация трубопроводов на блоке счетчика должна обеспечивать двунаправленный поток газа через станцию ​​через соответствующий трубопровод и клапанный коллектор.Однако поток газа через счетчик и регулятор должен быть только в одном направлении.

Регулирующий клапан устанавливается между стопорными шаровыми кранами для проведения технического обслуживания. Разумно установить ручной перепускной клапан, чтобы обеспечить непрерывную работу во время работ по техническому обслуживанию регулирующего клапана.


Клапан автоматического отключения

Автоматический запорный клапан обычно устанавливается на трубопроводе. Этот клапан должен управляться дистанционно от основной операционной системы и оснащен местным пневматическим управлением, гидравлическим ручным дублером и концевыми выключателями открытия / закрытия.

Продувка трубопровода измерительной станции осуществляется с помощью вентиляционной трубы, расположенной на впускном трубопроводе станции, и вентиляционных отверстий на измерительной платформе, расположенной после счетчика и после клапана регулирования потока. Вентиляционные трубы могут включать или не включать глушители, в зависимости от уровней шума в ближайшей чувствительной к шуму зоне (NSA).

Нагреватели

Нагреватели природного газа устанавливаются для предотвращения образования гидратов, жидких углеводородов и воды в результате снижения давления.Газонагреватель предназначен для повышения температуры газа таким образом, чтобы после снижения давления температура газа была выше температуры точки росы при рабочих условиях и максимальном расходе. Нагреватель представляет собой водонагреватель с естественной циркуляцией, поддерживаемый при температуре 158-176 градусов по Фаренгейту. Если стоимость газа высока, альтернативой является использование высокоэффективных или конденсационных печей для предварительного нагрева газа, а не нагревателя с водяной баней. .

Снижение давления и регулирование

Система понижения давления регулирует давление подачи к потребителям газа на заданном уровне. Каждая система состоит как минимум из двух цепей понижения давления - одной рабочей, а другой резервной. Каждая линия обычно состоит из двух последовательно соединенных регулирующих клапанов.

Регулирующие клапаны

должны быть рассчитаны на максимальный ожидаемый объем при минимальном ожидаемом давлении на входе в периоды максимального объема. Для станций, обслуживающих нескольких бытовых потребителей или других бесперебойных услуг, должна быть обеспечена достаточная мощность регулятора, чтобы отказ одного клапана регулятора не уменьшил мощность объекта ниже требуемого уровня.Регулирующие клапаны на станциях коммерческого учета обычно выходят из строя в открытом положении.

Звуковое давление

Следует учитывать уровни звукового давления при всех условиях эксплуатации. Высокие уровни шума (обычно превышающие 110 дБА) могут привести к повреждению регуляторов, регулирующих клапанов, принадлежностей регулирующих клапанов, контрольно-измерительных приборов и трубопроводов ниже по потоку. Ниже приведены стандартные меры, которые можно предпринять для снижения уровня звукового давления или уменьшения воздействия на тракте:

  • Установить на регулятор шумопоглощающую накладку или диффузоры,
  • Установить толстостенную трубу,
  • Установить изоляцию,
  • Установить глушители,
  • Закопайте регуляторы.

Защита от избыточного давления

Для станций

не требуется устройство сброса избыточного давления, если контрольный регулятор устанавливается последовательно на каждом участке регулятора или если контрольный регулятор устанавливается последовательно со всеми участками регулятора и является общим для всех его участков.

Пропускная способность предохранительного устройства станции должна быть наибольшей требуемой пропускной способностью, определяемой по следующим критериям с использованием расхода и давления:

  • Отказ одиночной или максимальной производственной мощности, не включающей контролирующий регулятор, или
  • Отказ всех прогонов, в которых регуляторы не смогли бы открыться из-за отказа одного общего инструмента или линии инструментов.

Минимальная пропускная способность предохранительного устройства для вышедшего из строя регулятора (ов) должна быть максимальным общим расходом при перепаде давления между входом и выходом регулятора (ов), в случае, когда входное давление соответствует входному давлению MAOP или максимальному давлению источника , в зависимости от того, что меньше, а выходное давление равно MAOP на выходе плюс допустимое избыточное давление.

Система дозирования

Расход газа необходимо измерять в нескольких местах с целью мониторинга работы трубопроводной системы и, в частности, в местах, где осуществляется коммерческая передача.В зависимости от цели измерения, будь то мониторинг производительности или продажа, используемые методы измерения могут варьироваться в зависимости от требуемой точности.

При выборе метровой длины салазок следует учитывать возможность расширения в будущем.

Обычно измерительная станция для коммерческого учета состоит из одного или двух участков трубопровода с калиброванным измерительным отверстием на каждом участке. Если требуется ультразвуковой измеритель, он должен быть спроектирован таким образом, чтобы соответствовать или превосходить требования, установленные для ультразвуковых измерителей в AGA-9.Как правило, ультразвуковой измеритель представляет собой многолучевой измеритель, а измерительные трубки снабжены стабилизатором потока. Перед использованием полностью собранные измерительные трубки следует откалибровать при давлении в линии и в условиях полного потока. Как правило, ультразвуковые измерительные трубки проектируются на длину не менее 10D на входе от кондиционера потока до измерительного прибора и на длину 5D после измерительного прибора. Далее следует заточить измерительную трубку.

Пульсация

Устранение пульсации с помощью устройств контроля пульсации является важным шагом.Пульсация имеет тенденцию вносить погрешности в счетчике. Компьютерные аналоги используются при проектировании аппаратуры контроля пульсаций. Существует несколько методов определения того, вызывают ли уровни пульсации ошибки измерителя, но оценка ошибки квадратного корня остается лучшим практическим правилом при определении того, требуется ли оборудование для контроля пульсации для повышения абсолютной точности.

Ошибка извлечения квадратного корня очень предсказуема и всегда положительна. Эта ошибка всегда будет указывать на поток, превышающий фактический.Ошибки нестабильности (представляющие собой пульсации, изменяющие коэффициент диафрагмы) могут различаться по величине, а также могут быть как положительными, так и отрицательными. Системе с сильной пульсацией требуется лишь небольшое изменение частоты (всего несколько Гц), чтобы получить ошибку в несколько процентов.

Катодная защита

Типично разделение систем катодной защиты трубопровода и узла учета. Обычно это делается путем установки комплектов изоляции на фланцевые соединения на платформе счетчика.Подземные трубопроводы внутри измерительной станции, либо до, либо после измерительной установки, должны быть катодно защищены от системы катодной защиты связанного трубопровода.

Здания

Когда условия или правила требуют использования здания, обычно используется предварительно спроектированное здание, спроектированное в соответствии с Международным строительным кодексом, и устанавливается на салазке счетчика, чтобы ограничить только зону ультразвукового счетчика и регулирующего клапана. Обычно здание не отапливается и не утепляется. Строения имеют размер, позволяющий использовать инструмент для снятия измерительного датчика.

Здания EFM и GC обычно представляют собой два отдельных здания, установленных на общей раме. В отличие от здания счетчика, здание EFM должно иметь климат-контроль (отапливаться и кондиционироваться) и иметь размеры для оборудования регулирования расхода и связанного с ним источника бесперебойного питания (ИБП). В здании ГХ не требуется климат-контроль, но в нем должен быть детектор опасных газов с предупреждающим стробоскопом.

Авторы

Саид Мохатаб из Tehran Raymand Consulting Engineers в Иране специализируется на проектировании и эксплуатации трубопроводов для транспортировки природного газа. Он участвовал в качестве старшего консультанта в различных международных проектах трубопроводов / компрессорных станций и опубликовал несколько научных и отраслевых статей и книг. Он часто пишет статьи в журнале Pipeline & Gas Journal.

Грег Ламберсон - главный консультант International Construction Consulting, LLC, США, Талса, Оклахома.Он имеет более чем 25-летний опыт работы на всех этапах бизнеса, управления проектами, проектированием и строительством для наземных и морских нефтегазовых и энергетических объектов и трубопроводов в Северной, Центральной и Южной Америке, Карибском бассейне и на Ближнем Востоке. , Центральная Азия, Китай, Россия, Дальний Восток и Африка.

Гидравлические расчеты трубопроводов. Расчет диаметра трубопровода.Подбор трубопроводов

Пример № 1

Каковы потери напора на местные сопротивления в горизонтальном трубопроводе диаметром 20 х 4 мм, по которому вода перекачивается из открытого резервуара в реактор с давлением 1,8 бар? Расстояние между резервуаром и реактором 30 м. Расход воды 90 м3 / час. Общий напор 25 м. Коэффициент трения принят равным 0,028.

Решение:

Скорость потока воды в трубопроводе равна:

w = (4 · Q) / (π · d 2 ) = ((4 · 90) / (3,14 · [0,012] 2 )) · (1/3600) = 1,6 м / с

Находим потери на трение напора в трубопроводе:

H Т = (λ · l) / (d э · [w 2 / (2 · g)]) = (0,028 · 30) / (0,012 · [1,6] 2 ) / ((2 · 9,81)) = 9,13 м

Всего потерь:

h п = H - [(p 2 -p 1 ) / (ρ · г)] - H г = 25 - [(1,8-1) · 10 5 ) / (1000 · 9,81)] - 0 = 16,85 м

Убытки на локальном сопротивлении находятся в пределах:

16,85-9,13 = 7,72 м

Пример №2

Вода перекачивается центробежным насосом по горизонтальному трубопроводу со скоростью 1,5 м / с. Суммарный создаваемый напор равен 7 м. Какова максимальная длина трубопровода, если вода берется из открытого резервуара, перекачивается по горизонтальному трубопроводу с одной задвижкой и двумя коленами на 90 ° и вытекает из трубы в другой резервуар? Диаметр трубопровода 100 мм. Относительная шероховатость принята равной 4 · 10 -5 .

Решение:

Для трубы диаметром 100 мм коэффициенты местных сопротивлений будут равны:

Для колена 90 ° - 1.1; задвижка - 4,1; выход трубы - 1.

Затем определяем значение скоростного напора:

w 2 / (2 · g) = 1,5 2 / (2 · 9,81) = 0,125 м

Потери напора на местные сопротивления будут равны:

∑ζ МС · [w 2 / (2 · g)] = (2 · 1,1 + 4,1 + 1) · 0,125 = 0,9125 м

Суммарные потери напора на сопротивление трению и местные сопротивления находим по формуле полного напора насоса (геометрический напор в этих условиях равен 0):

h п = H - (p 2 -p 1 ) / (ρ · г) - H г = 7 - ((1-1) · 10 5 ) / (1000 · 9 , 81) - 0 = 7 м

Тогда потери напора на трение составят:

7-0,9125 = 6,0875 м

Рассчитаем значение числа Рейнольдса для потока в трубопроводе (динамическая вязкость воды принята равной 1 · 10 -3 Па · с, а плотность - 1000 кг / м 3 ):

Re = (w · d Э · ρ) / μ = (1,5 · 0,1 · 1000) / (1 · 10 -3 ) = 150000

В соответствии с этим числом с помощью таблицы рассчитываем коэффициент трения (арифметическая формула выбрана из того принципа, что значение Re попадает в диапазон 2,320

λ = 0,316 / Re 0,25 = 0,316 / 150000 0,25 = 0,016

Выразим и найдем максимальную длину трубопровода по формуле потерь на трение напора:

l = (H об · d э ) / (λ · [w 2 / (2g)]) = (6,0875 · 0,1) / (0,016 · 0,125) = 304,375 м

Пример №3

Дан трубопровод с внутренним диаметром 42 мм. Подключается к водяному насосу с расходом 10 м 3 / ч и создающим напором 12 м. Температура перекачиваемой среды 20 ° С. Конфигурация трубопровода представлена ​​на рисунке ниже. Необходимо рассчитать потери напора и проверить, способен ли этот насос перекачивать воду при заданных параметрах трубопровода. Абсолютная шероховатость труб принята равной 0,15 мм.

Решение:

Рассчитываем скорость потока жидкости в трубопроводе:

w = (4 · Q) / (π · d 2 ) = (4 · 10) / (3,14 · 0,042 2 ) · 1/3600 = 2 м / с

Напор, соответствующий найденной скорости, будет равен:

w 2 / (2 · g) = 2 2 / (2 · 9,81) = 0,204 м

Коэффициент трения должен быть найден до расчета c потерь на трение в трубах.В первую очередь определяем относительную шероховатость трубы:

e = Δ / d Э = 0,15 / 42 = 3,57 · 10 -3 мм

Критерий Рейнольдса для потока воды в трубопроводе (динамическая вязкость воды при 20 ° C составляет 1 · 10 -3 Па · с, а плотность - 998 кг / м 3 ):

Re = (w · d Э · ρ) / μ = (2 · 0,042 · 998) / (1 · 10 -3 ) = 83832

Узнаем режим протока воды:

10 / е = 10 / 0,00357 = 2667

560 / е = 560 / 0,00357 = 156863

Найденное значение критерия Рейнольдса находится в диапазоне 2667 <83832 <156,863 (10 / e

λ = 0,11 · (e + 68 / Re) 0,25 = 0,11 · (0,00375 + 68/83832) 0,25 = 0,0283

Потери на трение напора в трубопроводе будут равны:

H Т = (λ · l) / d э · [w 2 / (2 · g)] = (0,0283 · (15 + 6 + 2 + 1 + 6 + 5)) / 0,042 · 0,204 = 4,8 м

Затем необходимо рассчитать потери напора на местные сопротивления. Из схемы трубопровода следует, что местные сопротивления представлены двумя задвижками, четырьмя прямоугольными коленами и одним выходом из трубы.

Таблицы не содержат значений коэффициента местных сопротивлений для нормальных задвижек и прямоугольных колен с диаметром трубы 42 мм, поэтому воспользуемся одним из способов приблизительного расчета интересующих нас значений.

Возьмем табличные значения коэффициентов местных сопротивлений нормальной задвижки для диаметров 40 и 80 мм.Мы предполагаем, что график значений коэффициентов представляет собой прямую линию в этом диапазоне. Составим и решим систему уравнений, чтобы найти график зависимости коэффициента местного сопротивления от диаметра трубы:

{

4,9 = a · 40 + b
4 = a · 80 + b

=

{

а = -0,0225
б = 5,8

Уравнение искомого имеет вид:

ζ = -0,0225 · d + 5,8

При диаметре 42 мм коэффициент местного сопротивления будет равен:

ζ = -0,0225 · 42 + 5,8 = 4,855

Аналогично находим значение коэффициента местного сопротивления для прямоугольного колена. Мы берем табличные значения для диаметров 37 и 50 мм и решаем систему уравнений, делая аналогичные предположения о характере графика на этом участке:

{

1,6 = a · 37 + b
1,1 = a · 50 + b

=

{

а = -0,039
б = 3,03

Уравнение искомого имеет вид:

ζ = -0,039 · d + 3,03

При диаметре 42 мм коэффициент местного сопротивления будет равен:

ζ = -0,039 · 42 + 3,03 = 1,392

Для выхода трубы коэффициент местного сопротивления принимается равным единице.

Потери напора на местные сопротивления будут равны:

∑ζ МС · [w 2 / (2g)] = (2 · 4,855 + 4 · 1,394 + 1) · 0,204 = 3,3 м

Суммарные потери напора в системе будут равны:

4,8 + 3,3 = 8,1 м

На основании полученных данных можно сделать вывод, что данный насос подходит для перекачивания воды по этому трубопроводу, так как создаваемый им напор больше, чем общие потери напора в системе, а скорость потока жидкости остается в пределах оптимального запаса.

Пример № 4

Отрезок прямого горизонтального трубопровода внутренним диаметром 300 мм подвергся ремонту путем замены участка трубопровода длиной 10 м на внутренний диаметр 215 мм. Общая протяженность ремонтируемого участка трубопровода - 50 м. Заменяемый участок находится на расстоянии 18 м от начала. Вода течет по трубопроводу при температуре 20 ° C со скоростью 1,5 м / с. Необходимо выяснить, как изменится гидравлическое сопротивление ремонтируемого участка трубопровода. Коэффициенты трения для труб диаметром 300 и 215 мм принимаются равными 0.01 и 0,012 соответственно.

Решение:

Первоначальный трубопровод создавал потери напора только из-за трения жидкости о стенки во время перекачки. Замена участка трубы привела к появлению двух локальных сопротивлений (резкое сжатие и резкое расширение проходного канала) и участка с измененным диаметром трубы, где потери на трение будут другими. Оставшийся участок трубопровода не изменился и, следовательно, не может рассматриваться как часть данной проблемы.

Рассчитываем расход воды в трубопроводе:

Q = (π · d²) / 4 · w = (3,14 · 0,3²) / 4 · 1,5 = 0,106 м³ / с

Поскольку расход не меняется по длине трубопровода, можно определить скорость потока на участке трубы, подлежащем ремонту:

w = (4 · Q) / (π · d²) = (4 · 0,106) / (3,14 · 0,215²) = 2,92 м / с

Полученное значение скорости потока в заменяемом участке трубы находится в оптимальном диапазоне.

Для определения коэффициента местного сопротивления сначала рассчитывается критерий Рейнольдса для различных диаметров труб и соотношения площадей поперечного сечения этих труб.Критерий Рейнольдса для трубы диаметром 300 мм (динамическая вязкость воды при 20 ° C составляет 1 · 10 -3 Па · с, а плотность - 998 кг / м 3 ):

e = (w · d Э · ρ) / μ = (1,5 · 0,3 · 1000) / (1 · 10 -3 ) = 450000

Критерий Рейнольдса для трубы диаметром 215 мм (динамическая вязкость воды при 20 ° C составляет 1 · 10 -3 Па · с, а плотность - 998 кг / м 3 ):

Re = (w · d Э · ρ) / μ = (1,5 · 0,215 · 1000) / (1 · 10 -3 ) = 322500

Соотношение площадей поперечного сечения трубы равно:

((π · d 1 ²) / 4) / ((π · d 2 ²) / 4) = 0,215² / 0,3² = 5,1

По таблицам найдем значения коэффициентов местных сопротивлений, округленные до отношения площадей до 5. Для внезапного расширения он будет равен 0,25, а для внезапного сжатия также будет равен 0,25.

Потери напора на местные сопротивления будут равны:

∑ζ МС · [w² / (2g)] = 0,25 · [1,5² / (2 · 9,81)] + 0,25 · [2,92² / (2 · 9,81)] = 0,137 м

Теперь рассчитаем потери на трение в заменяемом участке трубопровода для начального и нового участков трубопровода. Для трубы диаметром 300 мм они будут равны:

H Т = (λ · l) / d э · [w² / (2g)] = (0,01 · 10) / 0,3 · [1,5² / (2 · 9,81)] = 0,038 м

Для трубы диаметром 215 мм:

H Т = (λ · l) / d э · [w² / (2g)] = (0,012 · 10) / 0,215 · 2,92² / (2 · 9,81) = 0,243 м

Отсюда делаем вывод, что потери на трение в трубопроводе увеличатся на:

0,243-0,038 = 0,205 м

Суммарный прирост потерь на трение в трубопроводе составит:

0,205 + 0,137 = 0,342 м

Инженеры

всегда готовы оказать консультационные услуги или предоставить дополнительную техническую информацию по предлагаемому нами насосному оборудованию и трубопроводной арматуре.

Запросы на трубопроводы просим направлять в технический отдел нашей компании на e-mail: [email protected], телефон +7 (495) 225 57 86

Центральный офис ENCE GmbH
Наша сервисная компания Intekh GmbH

Головные представительства в странах СНГ:

Россия
Казахстан
Украина
Туркменистан
Узбекистан
Латвия
Литва

Как работает система доставки природного газа?

Как работает система доставки природного газа?

Как работает система доставки природного газа?

Перетекание газа от более высокого давления к более низкому - фундаментальный принцип системы доставки природного газа.Величина давления в трубопроводе измеряется в фунтах на квадратный дюйм.

Из скважины природный газ поступает в «сборные» линии, которые похожи на ветки на дереве, увеличиваясь по мере приближения к центральной точке сбора.

Системы сбора

Системе сбора может потребоваться один или несколько полевых компрессоров для перемещения газа в трубопровод или на перерабатывающую установку. Компрессор - это машина, приводимая в действие двигателем внутреннего сгорания или турбиной, которая создает давление, чтобы «протолкнуть» газ по трубопроводам.Большинство компрессоров в системе подачи природного газа используют небольшое количество природного газа из собственных трубопроводов в качестве топлива.

Некоторые системы сбора природного газа включают установку для обработки, которая выполняет такие функции, как удаление примесей, таких как вода, диоксид углерода или сера, которые могут вызвать коррозию трубопровода, или инертных газов, таких как гелий, которые могут снизить энергетическую ценность газа. Перерабатывающие предприятия также могут удалять небольшие количества пропана и бутана. Эти газы используются в качестве химического сырья и в других целях.

Система трансмиссии

Из системы сбора природный газ поступает в систему передачи, которая обычно состоит из трубопровода из высокопрочной стали, протяженностью около 272 000 миль.

Эти большие линии передачи природного газа можно сравнить с национальной системой автомагистралей между штатами. Они перемещают большие объемы природного газа за тысячи миль от регионов добычи в местные распределительные компании (НРС). Давление газа в каждой секции трубопровода обычно составляет от 200 до 1500 фунтов на квадратный дюйм, в зависимости от типа области, в которой работает трубопровод.В качестве меры безопасности трубопроводы спроектированы и построены так, чтобы выдерживать гораздо большее давление, чем когда-либо фактически достигается в системе. Например, трубопроводы в густонаселенных районах работают при давлении менее половины от расчетного.

Многие крупные межгосударственные трубопроводы являются «кольцевыми» - есть две или более линий, идущих параллельно друг другу на одной полосе отчуждения. Это обеспечивает максимальную производительность в периоды пиковой нагрузки.

Компрессорные станции

Компрессорные станции расположены примерно через каждые 50-60 миль вдоль каждого трубопровода, чтобы повысить давление, которое теряется из-за трения природного газа, движущегося по стальной трубе. Многие компрессорные станции полностью автоматизированы, поэтому оборудование можно запускать или останавливать из центральной диспетчерской трубопровода. В диспетчерской также можно дистанционно управлять запорными клапанами в системе передачи. Операторы системы хранят подробные рабочие данные по каждой компрессорной станции и постоянно корректируют набор работающих двигателей, чтобы обеспечить максимальную эффективность и безопасность.

Природный газ движется по транспортной системе со скоростью до 30 миль в час, поэтому для доставки газа из Техаса в пункт приема коммунальных услуг на северо-востоке требуется несколько дней.Попутно существует множество взаимосвязей с другими трубопроводами и другими инженерными системами, что дает системным операторам большую гибкость при транспортировке газа.

Линейный пакет

50-мильный участок 42-дюймовой линии электропередачи, работающий при давлении около 1000 фунтов, содержит около 200 миллионов кубических футов газа - этого достаточно для питания кухонной плиты более 2000 лет. Количество газа в трубе называется «линейным пакетом».

Повышая и понижая давление на любой сегмент трубопровода, трубопроводная компания может использовать этот сегмент для хранения газа в периоды, когда спрос на конце трубопровода меньше.Использование Linepack таким образом позволяет операторам трубопроводов очень эффективно справляться с почасовыми колебаниями спроса.

Трубопроводы природного газа и коммунальные службы используют очень сложные компьютерные модели потребительского спроса на природный газ, которые связывают суточные и почасовые тенденции потребления с сезонными и экологическими факторами. Вот почему клиенты могут положиться на надежность природного газа - когда он нужен, он есть.

Выходные станции

Когда природный газ по магистральному трубопроводу достигает местного газового предприятия, он обычно проходит через "затворную станцию".«Коммунальные предприятия часто имеют шлюзовые станции, принимающие газ из разных мест и из нескольких разных трубопроводов. Затворные станции служат трем целям. Во-первых, они снижают давление в линии с уровней передачи (200–1 500 фунтов) до уровней распределения, которые варьируются от ¼ фунта до 200 фунтов. Затем добавляется одорант, характерный кислый запах, связанный с природным газом, чтобы потребители могли почувствовать запах даже небольшого количества газа. Наконец, шлюзовая станция измеряет расход газа, чтобы определить полученное количество утилитой.

Система распределения

От шлюзовой станции природный газ поступает в распределительные трубопроводы или «магистрали» диаметром от 2 дюймов до более 24 дюймов. Внутри каждой распределительной системы есть секции, которые работают при разном давлении, с регуляторами, контролирующими давление. Некоторые регуляторы дистанционно управляются коммунальным предприятием для изменения давления в частях системы для оптимизации эффективности. Вообще говоря, чем ближе природный газ к потребителю, тем меньше диаметр трубы и ниже давление.

Как правило, центральный центр управления газовой компанией непрерывно контролирует расход и давление в различных точках своей системы. Операторы должны гарантировать, что газ достигнет каждого потребителя с достаточным расходом и давлением для заправки оборудования и приборов. Они также гарантируют, что давление остается ниже максимального давления для контролируемых секций внутри системы. Линии распределения обычно работают при давлении менее одной пятой от расчетного.

По мере прохождения газа через систему регуляторы регулируют поток от более высокого до более низкого давления.Если регулятор обнаруживает, что давление упало ниже заданного значения, он соответственно откроется, чтобы пропустить больше газа. И наоборот, когда давление поднимается выше заданного значения, регулятор закрывается для регулировки. В качестве дополнительной меры безопасности на трубопроводах устанавливаются предохранительные клапаны для выпуска газа в атмосферу, где это необходимо.

Сложные компьютерные программы используются для оценки пропускной способности сети и обеспечения того, чтобы все потребители получали достаточные запасы газа при минимальном уровне давления или выше, требуемом для их газовых приборов.

Распределительные сети соединены между собой в несколько схем сети со стратегически расположенными запорными клапанами. Эти клапаны сводят к минимуму необходимость прерывания обслуживания заказчиком во время технического обслуживания и в аварийных ситуациях.

Подача природного газа в дом

Природный газ проходит из магистрали в дом или офис по так называемой линии обслуживания. Как правило, коммунальное предприятие, занимающееся природным газом, отвечает за техническое обслуживание и эксплуатацию газопровода и объектов, вплоть до счетчика газа в жилых домах.Ответственность за все оборудование и линии газоснабжения после бытового счетчика лежит на заказчике.

Когда газ достигает счетчика потребителя, он проходит через другой регулятор давления, чтобы при необходимости снизить его давление до менее ¼ фунта. По некоторым коммуникационным линиям идет газ, который уже находится под очень низким давлением. Это нормальное давление природного газа в бытовой трубопроводной системе, которое меньше давления, создаваемого ребенком, выдувавшим пузыри через соломинку в стакане с молоком.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *