Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Расчет и проектирование трубопроводов при реконструкции. Учебно-методическое пособие
.pdf
21
Таблица 25
Расчетные данные по материалу и диаметру труб
Трубы
Диаметр, м
Расчетная формула
Чугунные
0,05
С = 76,873R
0,1666
0,1
С = 76,885R
0,1666
0,15
С = 77,442R
0,1685
Керамические
0,2
С = 74,519R
0,1667
0,25
С = 74,507R
0,1667
0,3
С = 74,496R
0,1666
Железобетонные
0,4
С = 74,433R
0,1664
0,5
С = 73,509R
0,1601
0,6
С = 74,481R
0,1665
0,4
С = 72,437R
0,1664
0,5
С = 72,447R
0,1664
0,6
С = 72,522R
0,1669
0,8
С = 72,526R
0,1669
1,0
С = 72,51R
0,1668
1,2
С = 72,477R
0,1666
1,4
С = 72,658R
0,1683
1,6
С = 72,484R
0,1667
2,0
С = 72,48R
0,1666
2,4
С = 72,476R
0,1665
Асбестоцементные
0,1
С = 72,456R
0,1665
0,15
С = 72,507R
0,1667
0,2
С = 72,517R
0,1667
0,3
С = 72,489R
0,1667
0,4
С = 72,456R
0,1665
Кирпичные
1,2
С = 69,414R
0,1666
1,4
С = 69,393R
0,1663
1,6
С = 69,426R
0,1665
Для ремонтных материалов (труб) используются следующие расчетные гидравлические зависимости по определению коэффициента Шези C
в зависимости от гидравлического радиуса R, м и диаметра d, м:
для полимерного покрытия (4):
С = 17,043lnR – 17,038ln(1000d) + 208,2; (4)
для полиэтиленовой трубы (5):
С = 14,245lnR – 14,239ln(1000d) + 179,29; (5)
22
для цементно-песчаного покрытия (6):
С = 20,713lnR – 19,898ln(1000d) + 233,84. (6)
Скорость V (и при необходимости расход Q) на участках из соот-
ветствующего материала труб рассчитывается по формулам (7, 8):
V = С (Ri)
1/2
; (7)
Q = .V. (8)
Расчетное значение гидравлического радиуса R, м, принимается в
зависимости от наполнения h/d, живого сечения ω и диаметра d трубопровода, согласно данным табл. 26.
Таблица 26
Сведения о наполнении, гидравлическом радиусе
и живом сечении трубопровода
Наполнение
h/d
Гидравлический
радиус R, м
Живое сечение ω,
м
2
0,1
0,063d
0,041d2
0,15
0,093d
0,074d2
0,2
0,121d
0,112d2
0,25
0,147d
0,153d2
0,3
0,171d
0,198d2
0,35
0,193d
0,245d2
0,4
0,214d
0,293d2
0,45
0,233d
0,343d2
0,5
0,25d
0,393d2
0,55
0,268d
0,443d2
0,6
0,278d
0,492d2
0,65
0,288d
0,54d2
0,7
0,296d
0,587d2
0,75
0,302d
0,631d2
0,8
0,304d
0,674d2
При других (промежуточных) значениях наполнений для определения гидравлического радиуса R и живого сечения ω должны использоваться формулы (9, 10):
23
R = d{0,1277ln(h/d) + 0,3362}; (9)
ω = d2{0,9339(h/d) – 0,0723}. (10)
1.5. ТИПОВОЙ ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТА
А. Реновация стальных трубопроводов
Результаты решения задачи 1: расчет остаточного ресурса участка
ветхого стального трубопровода по толщине стенки и скорости коррозии.
Результаты счета, т. е. распечатки (по решению данной задачи и последующих), могут быть получены пользователем путем подстановки
представленных выше исходных данных в соответствующую компьютерную программу.
Результат работы автоматизированной программы по решению рас-
сматриваемого примера показывает, что минимальный остаточный ресурс ремонтного участка стального трубопровода составляет 0 лет, т. е.
его несущая способность исчерпана.
Результаты решения задачи 2: определение толщины и модуля
упругости защитного покрытия (внутреннего полимерного рукава),
обеспечивающего несущую способность участка новой трубной конструкции «сталь + полимерный рукав (ПР)».
Результаты счета (распечатки) по результатам работы автоматизированной программы «сталь + ПР» показывают, что при заданной остаточной толщине стенки на ремонтном участке трубопровода базовая
толщина защитного покрытия должна составлять 28 мм (0,028 м), а с
учетом повышающих коэффициентов 35,7 мм (0,0357 м) при исходном
модуле упругости 250 000 т/м2, что обеспечивает несущую способность
ремонтного участка новой трубной конструкции «сталь + ПР».
Внутренний диаметр ремонтного участка после нанесения ПР составит 1,4 – 0,0357 × 2 = 1,3286 м.
Результаты решения задачи 3: определение параметров санации
ветхого участка трубопровода путем нанесения цементно-песчаного покрытия (ЦПП) и протаскивания полиэтиленовой трубы (ПЭ):
а) для ремонтного участка стального трубопровода диаметром 1,4 м
при величине остаточного ресурса 0 лет не представляется возможным
произвести санацию ЦПП*;
*
Примечание: проведение санации с помощью ЦПП возможно, если
минимальный остаточный ресурс составляет 3 и более лет; например, в
данной ситуации при значительном ресурсе толщина слоя ЦПП должна
24
составить 12 мм (0,012 м); в результате внутренний диаметр трубы
уменьшился бы на 24 мм (0,024) и составил 1,4 – 0,012 × 2 =1,376 м;
б) в случае использования для ремонта участка протаскиваемой полиэтиленовой трубы наружным диаметром 1,2 м с толщиной стенки
0,0462 м внутренний диаметр трубопровода на ремонтном участке составит 1,2 – 0,0462 × 2 = 1,1076 м.
Результаты решения задачи 4: Проведение гидравлического расчета новых трубных конструкций «сталь + ПР», «сталь + ЦПП» и «сталь +
ПЭ» с построением пьезометрического профиля для оценки гидравлической совместимости нового (восстановленного) участка с ветхим трубопроводом:
1. «Сталь + ПР».
Используя исходные данные, рассчитываются коэффициент удельного сопротивления стального трубопровода АСТ, коэффициент удельного сопротивления полимерного рукава АПР, потери напора Δh на всем
стальном трубопроводе диаметром 1,4 м, длиной L = 2 000 м, начальном
давлении 60 м, при расходе q = 2,8 м3/с и на ремонтном участке соответствующей длины 0,25L = 500 м с учетом его расположения Н (т. е. начало
трубопровода) по формулам (11-13):
А
СТ
= 0,0017d
–5,1716
= 0,0017 × 1,4
–5,1716
= 0,000298355; (11);
А
ПР
= 0,0007d
–5,2791
= 0,0007 × 1,3286
–5,2791
= 0,000156202; (12);
Δh = АСТLq
2
= 0,000298355 × 2 000 × 2,82 = 4,678 м (13)
(т. е. давление в конце трубопровода снизится до 60 – 4,678 = 55,322 м).
Расчету подлежат также потери напора на ремонтном участке до
проведения санации по формулам (14-16):
Δh
ст
= А
СТ
0,25Lq
2
= 0,000298355 × 500 × 2,82 = 1,151 м (14)
и после проведения санации полимерным рукавом:
Δh
пр
= А
ПР
0,25Lq
2
= 0,000156202 × 500 × 2,82 = 0,612 м. (15)
Таким образом, разница в потерях напора составит:
Δh
ст
– Δh
пр
= 1,151 – 0,612 = 0,539 м. (16)
25
Выводы: гидравлический дисбаланс положительный, т.е. давление
в конечной точке трубопровода после ремонта начального участка полимерным рукавом возрастает на 0,539 м вод. ст. и становится равным
55,322 + 0,539 = 55,861 м.
С учетом начальных и полученных в результате расчета величин
давления на одном поле строятся два пьезометрических профиля для
всего трубопровода до ремонта и после ремонта на отдельном участке
(рис. 1).
Рис. 1. Пьезометрический профиль для конструкции «сталь + ПР»
2. «Сталь + ЦПП» (выполняется, если ресурс ненулевой).
В данном случае расчеты по определению параметров санации ЦПП
не производятся, так как ресурс ремонтного участка нулевой (в противном случае выполнение операций производится аналогично рекомендациям пункта «а», где удельное сопротивление на ремонтном участке будет определяться по формуле (17):
А
ЦПП
= 0,0009d
–
5,2279
. (17)
3. «Сталь + ПЭ».
Выполняются аналогичные операции (см. п. 1) с расчетом коэффициента удельного сопротивления полиэтиленовой трубы по формулам
(18, 19):
А
ПЭ
= 0,001d
–5,316
= 0,001 × 1,1076
–5,316
= 0,000580845; (18)
Δh
пэ
= АПЭ0,25Lq
2
= 0,000580845 × 500 × 2,82 = 2,279 м. (19)
26
Таким образом, разница в потерях напора определится по формуле (20):
Δh
ст
– Δh
пэ
= 1,151 – 2,279 = –1,128 м. (20)
Выводы: гидравлический дисбаланс отрицательный, т. е. давление в
конечной точке трубопровода после ремонта начального участка полимерным рукавом снизится на 1,128 м вод. столба и становится равным
55,322 – 1,128 = 54,194 м.
Таким образом, процент снижения давления от расчетного до ремонта составит: (55,322 – 54,194)100 / 55,322 = 2,03 %.
С учетом начального давления на одном поле строятся два пьезометрических профиля для всего трубопровода до ремонта и после ремонта на отдельном участке (рис. 2.).
Рис. 2. Пьезометрический профиль для конструкции «сталь + ПЭ»
Б. Реновация асбестоцементных, чугунных
и железобетонных трубопроводов
Результаты решения задачи 1: определение толщины и модуля
упругости защитного покрытия (внутреннего полимерного рукава),
обеспечивающего несущую способность восстановленного участка новой трубной конструкции «материал трубопровода + полимерный рукав» для двух альтернативных случаев: ненарушения и нарушения несущей способности ветхого трубопровода:
1. Асбестоцементный трубопровод.
Результаты счета (распечатки) по результатам работы автоматизированной программы показывают, что для случая ненарушения несущей
способности асбестоцементного трубопровода толщина слоя полимерного
27
рукава составляет 21 мм (0,021 м), а при нарушении 39 мм (0,039 м). Модули упругости полимерного рукава для двух случаев остаются неизменными — 400 000 т/м2.
Таким образом, внутренний диаметр ремонтного участка асбестоцементного трубопровода при ненарушении его несущей способности после нанесения ПР составит: 0,4 – 0,021 × 2 = 0,358 м, а при нарушении —
0,4 – 0,039 × 2 = 0,322 м.
2. Железобетонный трубопровод.
Результаты счета (распечатки) по результатам работы автоматизированной программы показывают, что для случая ненарушения несущей
способности железобетонного трубопровода толщина слоя полимерного
рукава составляет 12 мм (0,012 м), а при нарушении 29 мм (0,029 м). При
этом модули упругости полимерного рукава различны: при ненарушении несущей способности — 100 000 т/м2, а при нарушении в 5 раз
больше — 500 000 т/м2.
Таким образом, внутренний диаметр ремонтного участка железобетонного трубопровода при ненарушении его несущей способности
после нанесения ПР составит 0,6 – 0,012 × 2 = 0,576 м, а при нарушении —
0,6 – 0,029 × 2 = 0,542 м.
3. Чугунный трубопровод.
Результаты счета (распечатки) по результатам работы автоматизированной программы «Полимерный рукав (напорный режим эксплуатации)» показывают, что для случая ненарушения несущей способности
чугунного трубопровода толщина слоя полимерного рукава может составлять минимальную величину — 1 мм (0,001 м) при минимальном
модуле упругости 100 000 т/м2, а при нарушении — 42 мм (0,042 м), но
при максимальном модуле упругости 500 000 т/м2, т. е. в 5 раз больше.
Таким образом, внутренний диаметр ремонтного участка чугунного
трубопровода при ненарушении его несущей способности после нанесения
ПР составит 0,6 – 0,001 × 2 = 0,598 м, а при нарушении — 0,6 – 0,042 × 2 =
0,516 м.
Результаты решения задачи 2: определение параметров санации
ветхого участка трубопровода путем нанесения цементно-песчаного покрытия (ЦПП) и протаскивания полиэтиленовой трубы (ПЭ):
а) нанесение ЦПП может производиться лишь на чугунный трубопровод в случае ненарушения несущей способности ремонтного участка.
Для диаметра трубопровода 0,6 м толщина слоя ЦПП должна составить
0,007 м (см. табл. 4).
28
Таким образом, внутренний диаметр ремонтного участка чугунного
трубопровода при ненарушении несущей способности чугунного трубопровода после нанесения ЦПП составит 0,6 – 0,007 × 2 = 0,586 м;
б) протаскивание полиэтиленовой трубы на ремонтном участке всех
типов трубопроводов приведет к следующим изменениям внутреннего
диаметра:
для асбестоцементного трубопровода диаметром 0,4 м при исполь-
зовании полиэтиленовой трубы диаметром 0,355 м: 0,355 – 0,0137 × 2 =
0,3276 м;
для железобетонного трубопровода диаметром 0,6 м при исполь-
зовании полиэтиленовой трубы диаметром 0,56 м: 0,56 – 0,0216 × 2 =
0,5168 м;
для чугунного трубопровода диаметром 0,6 м при использовании
полиэтиленовой трубы диаметром 0,56 м: 0,56 – 0,0216 × 2 = 0,5168 м.
Результаты решения задачи 3: проведение гидравлического рас-
чета новых трубных конструкций «материал трубопровода + ПР», «материал трубопровода + ЦПП» и «материал трубопровода + ПЭ» с построением пьезометрического профиля для оценки гидравлической совместимости нового (восстановленного) участка с действующим трубопроводом по величинам потерь напора:
1. Асбестоцементный трубопровод.
Конструкция «асбестоцемент + ПР»
Используя исходные данные, рассчитываются коэффициент удельного сопротивления асбестоцементного трубопровода ААЦ, коэффициент
удельного сопротивления полимерного рукава АПР, потери напора Δh на
всем асбестоцементном трубопроводе диаметром 0,4 м, длиной L = 500 м,
начальном давлении 30 м, при расходе q = 0,15 м3/с и на ремонтном
участке соответствующей длины 0,5L = 250 м:
А
АЦ
= 0,0024d
–4,9384
= 0,0024 × 0,4
–4,9384
= 0,22151247;
А
ПР
= 0,0007d
–
5,2791
= 0,0007 × 0,358
–5,2791
= 0,158560189
(при ненарушении несущей способности);
А
ПР
= 0,0007d
–
5,2791
= 0,0007 × 0,322
–5,2791
= 0,277444492
(при нарушении несущей способности);
29
Δh = ААЦLq
2
= 0,22151247 × 500 × 0,152 = 2,492 м
(т. е. давление в конце трубопровода снизится до 30 – 2,492 = 27,508 м).
Расчету подлежат также потери напора на ремонтном участке до
проведения санации:
Δh
ац
= А
АЦ
0,5Lq2 = 0,22151247 ×250 × 0,152 = 1,246 м
и после проведения санации полимерным рукавом:
Δh
пр
= А
ПР
0,5Lq2 = 0,158560189 × 250 × 0,152 = 1,24 м
(при ненарушении несущей способности);
Δh
пр
= А
ПР
0,5Lq2 = 0,277444492 × 250 × 0,152 = 1,56 м
(при нарушении несущей способности).
Таким образом, разница в потерях напора составит:
Δh
ац
– Δh
пр
= 1,246 – 1,24 = 0,006 м
(при ненарушении несущей способности);
Δh
ац
– Δh
пр
= 1,246 – 1,56 = –0,314 м
(при нарушении несущей способности).
Выводы:
при ненарушении несущей способности гидравлический дисба-
ланс положительный (практически не существует); давление в конечной
точке трубопровода после ремонта начального участка полимерным рукавом возрастает на 0,006 м вод. столба и станет равным 27,508 + 0,006 =
27,514 м, т. е. практически не изменится;
при нарушении несущей способности гидравлический дисбаланс
отрицательный; давление в конечной точке трубопровода после ремонта
начального участка полимерным рукавом снизится на 0,314 м вод.
столба и станет равным 27,508 – 0,314 = 27,194 м, т. е. также практически
не изменится;
учитывая незначительные расхождения в полученных результа-
тах принимается решение проводить санацию полимерным рукавом для
30
наиболее сложного режима работы, т. е. при нарушении несущей способности трубопровода: толщина слоя полимерного рукава 39 мм (0,039 м), а
модуль упругости — 400 000 т/м2.
Таким образом, процент снижения давления от расчетного до ремонта составит: (27,508 – 27,194)100 / 27,508 = 1,14 %.
С учетом начальных и полученных в результате расчета величин
давления на одном поле строятся два пьезометрических профиля для
всего трубопровода до ремонта и после ремонта на отдельном участке
(аналогично рис. 1 и 2).
Конструкция «асбестоцемент + ПЭ»
Используя исходные данные, рассчитываются коэффициент удельного сопротивления асбестоцементного трубопровода ААЦ, коэффициент
удельного сопротивления полиэтиленового трубопровода АПЭ, потери
напора Δh на всем асбестоцементном трубопроводе диаметром 0,4 м,
длиной L = 500 м, начальном давлении 30 м, при расходе q = 0,15 м3/с и
на ремонтном участке соответствующей длины 0,5L = 250 м:
А
АЦ
= 0,0024d
–4,9384
= 0,0024 × 0,4
–4,9384
= 0,22151247;
А
ПЭ
= 0,001d
–5,316
= 0,001 × 0,3276
–5,316
= 0,377078581;
Δh = ААЦLq
2
= 0,22151247 × 500 × 0,152 = 2,492 м
(т. е. давление в конце трубопровода снизится до 30 – 2,492 = 27,508 м).
Расчету подлежат также потери напора на ремонтном участке до
проведения санации:
Δh
ац
= А
АЦ
0,5Lq
2
= 0,22151247 × 250 × 0,152 = 1,246 м
и после проведения санации полиэтиленовой трубой:
Δh
пэ
= А
ПЭ
0,5Lq
2
= 0,377078581 × 250 × 0,152 = 1,414 м.
Таким образом, разница в потерях напора составит:
Δh
ац
– Δh
пэ
= 1,246 – 1,414 = –0,168 м.
Вывод: гидравлический дисбаланс отрицательный, т. е. давление в
конечной точке трубопровода после ремонта начального участка полиэтиленовой трубой снизится на 0,168 м вод. столба и станет равным
27,508 – 0,168 = 27,34 м.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]