3. Определение оптимального диаметра трубопровода

Для определения оптимального диаметра трубопровода задаются рядом значений скорости движение жидкости v (от 0,5 до 3,5 м/с с шагом 0,5 м/с) и вычисляют расчетные диаметры по формуле:

.

Результаты расчета для всех принятых значений скорости приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1. − Диаметры труб для различных значений скорости движении жидкости

Скорость движения жидкости, v, м/с	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5
Диаметр труб, dp, м	0,297	0,210	0,172	0,149	0,133	0,121	0,112

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).

Ниже приведен расчет численных показателей приведенных затрат для трубопровода d_p, = 0,297 м (при скорости движения v = 0,5 м / с).

Определение массы труб в тоннах:

т.

Определение стоимости труб:

грн.

Определение стоимости монтажа трубопровода:

грн.

Определение капитальных затрат:

грн.

Определение амортизационных отчислений:

грн.

Определение коэффициента гидравлического трения по формуле Прандтля − Никурадзе:

,

где − эквивалентная шероховатость труб (принимаем 0,4 мм).

Определение удельного сопротивления по длине:

.

Определение удельного местного сопротивления:

.

Определение сопротивления трубопровода:

.

Определение максимального напора, создаваемого насосом:

м.

Определение мощности потока:

кВт.

Определение стоимости электроэнергии:

грн.

Определение эксплуатационных затрат:

грн.

Определение приведенных затрат в расчете на год:

грн.

По вышеприведенной методике выполняют расчеты для других диаметров трубопровода, а результаты сводят в таблицу 3.2.

Таблица 3.2. − 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
0,5	0,297	353677	51386	122121
1,0	0,210	251800	46195	96555
1,5	0,172	206667	52896	94230
2,0	0,149	179763	69433	105386
2,5	0,133	161402	96425	128706
3,0	0,121	147849	134948	164518
3,5	0,112	137315	186173	213636

Определение оптимального диаметра трубопровода выполняют графическим способом. По расчетным данным (таблица 3.2) 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.

Для стальных бесшовных горячедеформированных труб (ГОСТ 8732-78) ближайший диаметр трубы (внутренний) м, м, толщина стенки м, , .

Рис. 1