Гидравлический расчет технологических трубопроводов с учетом местных сопротивлений

5.6.1 Гидравлическими расчетами определяются суммарные потери напора в трубопроводах, в том числе: потери напора на трение, потери напора на местные сопротивления, потери скоростного напора и потери преодоления разности геодезических отметок конца и начала трубопровода или его участка.

5.6.2 Гидравлические расчеты производятся исходя из объемного расхода, диаметра и длины расчетного участка трубопровода, физических характеристик перекачиваемой нефти или нефтепродукта, разности геодезических отметок начала и конца расчетного участка и наличия местных сопротивлений на участке.

5.6.3 Суммарные потери напора на расчетном участке измеряются в метрах и определяются по формуле:

, (5.34)

где: h_тр – потери напора на трение, м;

h_мс – потери напора на преодоление местных сопротивлений, м;

Dz=z₂-z₁ – алгебраическая разность геодезических отметок конца z₂ и начала z₁ расчетного участка, м;

h_ск – потери скоростного напора на расчетном участке (см. формулу (5.48)), м.

5.6.4 Потери напора на трение.

Потери напора на трение определяются по формуле:

, (5.35)

где: i – гидравлический уклон, м/км;

L – длина расчетного участка, км.

5.6.4.1 Гидравлический уклон определяется по уравнению гидравлики:

, (5.36)

где: λ – коэффициент гидравлического сопротивления;

d – внутренний диаметр трубопровода, м;

W – скорость движения жидкости в трубопроводе, м/с;

g – ускорение силы тяжести, м/с².

В практике проектирования принято измерение гидравлического уклона в м/км для магистральных трубопроводов и в м/м для технологических трубопроводов. Соответственно длина трубопровода также подставляется в формулы в километрах либо метрах.

5.6.4.2 Коэффициент гидравлического сопротивления зависит от режима движения жидкости по трубопроводу, который определяется в зависимости от значения параметра Рейнольдса:

, (5.37)

где: n – кинематическая вязкость жидкости, м²/с.

5.6.4.3 При значениях Re до 2300 режим движения жидкости является ламинарным (струйным) и коэффициент гидравлического сопротивления определяется по формуле:

(5.38)

5.6.4.4 При значениях Re от 2300 до 2800, характеризующих переходный режим от ламинарного к турбулентному, коэффициент гидравлического сопротивления определяется по формуле:

(5.39)

5.6.4.5 При значениях Re более 2800 режим движения жидкости является турбулентным. Формулы для определения коэффициента гидравлического сопротивления при этом режиме для разных чисел Рейнольдса и предельные максимальные значения Re, ограничивающие область применения этих формул для труб различных диаметров, приводятся в таблицах 5.16 и 5.17.

Таблица 5.16 - Формулы определения коэффициентов гидравлического сопротивления для цельнотянутых труб

 

Условный диаметр, мм	По формуле при Re до:	При значения Re от и до:	По формулам:	При значениях Re выше:	По формулам:
		3500-12000
		4200-14000
		5000-15000
		6000-16000
		7500-17000

Окончание таблицы 5.16

		10000-20000
		13000-21000
		16000-22000
		-	-
		-	-
		-	-
Примечание - Средний коэффициент эквивалентной шероховатости для цельнотянутых труб принят равным 0,125 мм.

Таблица 5.17 - Формулы определения коэффициентов гидравлического сопротивления для сварных труб

Условный диаметр, мм	По формуле при значениях Re до:	При значениях Re выше:	По формулам:
Примечание - Средний коэффициент эквивалентной шероховатости для сварных труб принят равным 0,100 мм.

5.6.5 Потери напора на преодоление местных сопротивлений

5.6.5.1 Потери напора на преодоление местных сопротивлений определяются исходя из значения коэффициентов местных сопротивлений и расчетной скорости движения жидкости:

, (5.40)

где: ξ – коэффициент местного сопротивления, определяемый по таблице 5.18.

Таблица 5.18 - Значения коэффициентов местных сопротивлений технологических трубопроводов

 

Вид местного сопротивления	Пояснительная схема	Значение ξ для турбулентного режима	Значение ξ для ламинарного режима
Вход в резервуар		1,00
Выход из резервуара		0,50
Выход из резервуара через хлопушку		0,85
Отвод штампосварной или бесшовный 90^0 при r/d=1÷1,5		0,50
Отвод штампосварной или бесшовный 60^0 при r/d=1÷1,5		0,40
Отвод штампосварной или бесшовный 45^0 при r/d=1÷1,5		0,30
Отвод штампосварной или бесшовный 30^0 при r/d=1÷1,5		0,20
Отвод сварной секционный 90^0 при r/d=1÷1,5		1,00
Отвод сварной секционный 60^0 при r/d=1÷1,5		0,60
Отвод сварной секционный 45^0 при r/d=1÷1,5		0,50
Отвод сварной секционный 30^0 при r/d=1÷1,5		1,00
Диффузор		0,30
Конфузор		0,10
Тройник вытяжной (боковое ответвление)		Диаграмма 1
Тройник вытяжной (проход)		Диаграмма 2

Окончание таблицы 5.18

Тройник приточный (боковое ответвление)		Диаграмма 3
Тройник приточный (проход)		Диаграмма 4
Тройник приточный (слияние потоков)		Диаграмма 5
Тройник вытяжной (разделение потока)		Диаграмма 6
Задвижка открытая		0,15
Задвижка прикрытая		Диаграмма 7
Вентиль		3,50
Кран		0,10
Обратный клапан		Диаграмма 8
Компенсатор сальниковый		0,2
Компенсатор линзовый волнистый		0,3
Фильтр односетчатый для светлых нефтепродуктов		1,50
Фильтр односетчатый для нефтей		2,00
Фильтр односетчатый для темных нефтепродуктов		3,00

 

5.6.5.2 Величины коэффициентов местных сопротивлений, приведенные в таблице, получены на основе систематизации, анализа и обработки данных по ним в технической литературе.

5.6.5.3 При определении потерь напора в местных сопротивлениях расчетная величина скорости W должна приниматься равной скорости в трубе за местным сопротивлением.

5.6.5.4 Общие потери напора на преодоление местных сопротивлений технологического трубопровода определяются суммой потерь по всем n местным сопротивлениям:

(5.41)

5.6.5.5 В зависимости от того, какие виды сопротивлений линейные или местные преобладают в конкретной трубопроводной системе, для проведения приближенных оценочных расчетов может применяться обобщение путем приведения потерь имеющих меньший вклад к эквивалентным потерям доминирующего вида, что упрощает расчеты.

5.6.5.6 Так возможно представление совокупных потерь на преодоление местных сопротивлений, выражаемых формулой (5.40) через линейные потери, выражаемые формулой (5.36) и соответствующую длину трубопровода, эквивалентную местным сопротивлениям:

(5.42)

5.6.5.7 Формула (5.42) может быть выражена также и через величину гидравлического уклона:

(5.43)

5.6.5.8 С помощью эквивалентной длины расчет потерь на трение в трубопроводе с местными сопротивлениями может быть сведен к расчету потерь на трение в прямой трубе, приведенная длина которой:

, (5.44)

где: L_Г – геометрическая длина трубопровода, м.

5.6.5.9 Аналогично возможно представление совокупных линейных потерь в виде эквивалентного по величине местного сопротивления:

(5.45)

5.6.5.10 Формула 5.45 может быть выражена также и через величину гидравлического уклона:

(5.46)

5.6.5.11 С помощью эквивалентного местного сопротивления в расчете потерь на трение в трубопроводе возможно не учитывать в явном виде протяженные участки и оперировать только с приведенной суммой местных сопротивлений:

, (5.47)

где: – сумма местных сопротивлений трубопровода.

5.6.5.12 При использовании формул (5.42), (5.45) следует учитывать что поскольку коэффициент λ зависит от расхода Q в трубопроводе, удовлетворительные результаты данный метод оценки имеет только в турбулентном режиме течения жидкости.

5.6.6 Потери скоростного напора.

5.6.6.1 Потери скоростного напора на расчетном участке трубопровода определяются по формуле:

, (5.48)

где: W₂ – скорость в конце расчетного участка, м/с;

W₁ – скорость в начале расчетного участка, м/с.

 

Диаграмма 1