2. Определение оптимального диаметра трубопровода

Для определения оптимального диаметра трубопровода задаются рядом значений скорости движение жидкости v (от 0,5 до 4 м/с с шагом 0,5 м/с) и вычисляют расчетные диаметры по формуле:

.

Для каждого расчетного диаметра труб d_p определяются приведенные затраты в расчете на один год:

,

где S_э − эксплуатационные затраты, включающие амортизационные отчисления, стоимость расходуемой на привод насоса электроэнергии, стоимость обслуживания, текущих ремонтов и т.д., грн.;

S_к − капитальные затраты, грн.;

0,2 − нормативный коэффициент.

Стоимость обслуживания и текущих расходов примерно одинакова для труб разного диаметра. Поэтому эксплуатационные затраты принимаем равными сумме амортизационных отчислений и стоимости электроэнергии:

.

Капитальные затраты включают стоимость труб S_тр и стоимость монтажа трубопровода S_м:

.

Цена труб Ц_тр определяется по прайс-листам, информационным или рекламным бюллетеням трубопрокатных и других предприятий. Стоимость труб составляет:

.

где М − масса труб, т.

Масса труб рассчитывается по формуле:

где  = 0,005 м − принятая толщина стенки трубы;

l − суммарная длина всех участков трубопровода, м;

7,8 − плотность материала труб (стали), т / м³.

Стоимость монтажа трубопроводов принимается равной, примерно, 30% стоимости труб:

.

Амортизационные отчисления для каждого значения расчетного диаметра трубопровода вычисляются по формуле:

,

где _с = 10 лет − принятый срок службы труб.

Стоимость электроэнергии определяются по формуле:

,

где Ц_{кВт-час} − стоимость 1 кВт-час электроэнергии (по тарифам, сложившимся на данный момент времени), грн.;

n_с − число часов работы установки в сутки;

n_г − число часов работы установки в течение года;

N_п − мощность потока жидкости, кВт.

Мощность потока жидкости вычисляется по формуле:

,

где H_п − напор, создаваемый насосом, м.

Напор, создаваемый насосом, рассчитывают по формуле:

,

где − геометрический напор (высота), равный разности геометрических напоров в конечном и начальном сечении трубопровода, м;

H_св − напор у потребителя (свободный напор), м;

a − гидравлическое сопротивление трубопровода, с² / м⁵;

Гидравлическое сопротивление трубопровода находим из выражения:

Коэффициенты местных сопротивлений _i определят для каждого типа (задвижка, колено и т.д.) по справочной литературе.

Удельное сопротивление по длине А_дл и удельное местное сопротивление А_м рассчитывают по формулам:

;

.

где  − коэффициент гидравлического трения.

При развитом турбулентном режиме движения жидкости (квадратичный закон сопротивления) коэффициент гидравлического трения не зависит от числа Рейнольдса Re, а определяется только относительной шероховатостью стенок трубопровода и может быть определен по формуле Прандтля − Никурадзе:

где k_экв − эквивалентная шероховатость труб, мм (определяется по справочной литературе).

По вышеприведенной методике выполняют расчеты для других диаметров трубопровода, а результаты сводят в таблицу 2.1.

Таблица 2.1. − Капитальные, эксплуатационные и приведенные затраты для различных диаметров трубопроводов

Скорость движения жидкости v, м/с	Диаметр труб d, м	Затраты, грн.
		Капитальные, Sк	Эксплуатационные, Sэ	Приведенные, Sп

Определение оптимального диаметра трубопровода выполняют графическим способом. По расчетным данным (таблица 2.1) строятся графические зависимости капитальных, эксплуатационных и приведенных затрат от диаметра трубопровода S_к = f₁ (d), S_э = f₂ (d), и S_п = f₃ (d).

Минимальному значению приведенных затрат S_п соответствует оптимальный диаметр труб. К установке принимается стандартный диаметр, наиболее близкий к расчетному.