Как увеличить пропускную способность трубы

Обновлено: 04.07.2024

Пропускная способность трубы

Нормальная работа всех инженерных систем здания прежде всего зависит от точности проектирования. Диаметр трубы влияет на ее пропускную способность – объем, который может пропустить сечение в единицу времени. Эту величину не принято вычислять и указывать в литрах для каждого вида продукции, так как при расчетах необходимо учитывать множество факторов.

Если диаметр трубопровода слишком мал, увеличивается внутреннее давление. Это создает аварийную ситуацию: возможны разрывы, протечки, появление засоров может полностью перекрыть поток.

Выбор труб большого сечения решает все эти проблемы, но напор может оказаться недостаточным. Такая система не в состоянии обеспечивать подачу воды или газа в нормальном объеме.

Методы определения пропускной способности

При расчетах инженеры руководствуются строительными нормами СНиП 2.04.01- и СП 402.1325800.2018. Разработку проектов производят с учетом точек разбора и нормативного потребления ресурсов. Как рассчитать пропускную способность трубы самостоятельно? Используют несколько вариантов, но все они дают приблизительный результат:

С помощью таблиц;
Опираясь на гидравлические формулы;
Через онлайн-калькуляторы;
С помощью программных продуктов.

На пропускную способность участка трубы оказывают влияние следующие факторы:

Условный проход (Ду или DN);
Материал изготовления;
Количество колен, переходников, фитингов;
Число точек разбора.
Длина отрезка;
Мощность насосного оборудования или уклон;
Характеристики транспортируемой среды.

Условный проход – это средний внутренний диаметр. Понятие было введено для удобства подбора при стыковке элементов разных типоразмеров. Стальные изделия к концу эксплуатационного срока могут пропускать меньший объем воды из-за формирования отложений и ржавчины. От гладкости поверхности зависит сопротивление потоку, дополнительно оно создается в местах размещения арматуры. По правилам гидравлики пропускную способность рассчитывают в самом узком месте.

Расчет пропускной способности газовой трубы

Природный газ – особо опасная среда, поэтому проектирование разводок выполняют компании с лицензией, а работоспособность оборудования проверяет инспектор. Свойство газов сжиматься – усложняет вычисления. Кроме этого возможны утечки через микроскопические трещины и зазоры.

Пропускную способность газовой трубы определяют исходя из обеспечения бесперебойных поставок в часы максимального потребления и минимальными потерями напора между участками сети.

Кроме этого, характеристики строения должны соответствовать требованиям пожарной безопасности.

Упрощенная формула для бытовых газопроводов:

Д_у или DN – условный проход;
Р – абсолютное давление газа, равное рабочему +0,10 мПа.

Для определения диаметра магистрального или распределительного газопровода применяют более сложную формулу:

Z – коэффициент сжимаемости;
t o – температура среды.

Например, в летнее время температура воздуха выше. Газ, находящийся в трубопроводе увеличивается в объеме. Если пропускная способность окажется ниже, возможны утечки и даже взрывы.

Таблица расчета газовой трубы

Pраб.(МПа)	Пропускная способность трубопровода (м?/ч), при wгаза=25м/с;z=1;Т=20°С=293°К
Pраб.(МПа)	DN 50	DN 80	DN 100	DN 150	DN 200	DN 300	DN 400	DN 500
0,3	670	1715	2680	6030	10720	24120	42880	67000
0,6	1170	3000	4690	10550	18760	42210	75040	117000
1,2	2175	5570	8710	19595	34840	78390	139360	217500
1,6	2845	7290	11390	25625	45560	102510	182240	284500
2,5	4355	11145	17420	39195	69680	156780	278720	435500
3,5	6030	15435	24120	54270	96480	217080	385920	603000
5,5	9380	24010	37520	84420	150080	337680	600320	938000
7,5	12730	32585	50920	114570	203680	458280	814720	1273000
10,0	16915	43305	67670	152255	270680	609030	108720	1691500

Расчет канализационной трубы

Системы канализации бывают напорные и безнапорные. В безнапорных вещества движутся за счет уклона элементов. В напорных сточные воды перемещаются благодаря действию насосных станций.

Стоки представляют собой разнородную массу. При малых скоростях твердые частицы выпадают на дно и образуют наносы. Для бесперебойной работы необходимо обеспечить скорость самоочищения, она определена для различных Ду.

Для вычисления размера сечения применяют формулу постоянного расхода жидкости:

q=a*v ( q – расход, a – площадь сечения потока, v – скорость)

v=C√R*i (С – коэффициент Шези, R – гидравлический радиус, i – уклон)

R = a/x (a – площадь сечения потока, x – смоченный периметр)

Коэффициент Шези обозначает потери, связанные с трением с учетом длины. Гидравлический радиус тоже введен для вычисления сопротивления, ведь чем шире русло реки, тем большая энергия трения возникает при движении потока. Смоченный периметр – это часть длины окружности, которая соприкасается с жидкостью.

Применение формул чрезвычайно сложно, поэтому для определения Ду внутренних сетей зданий, ливневок, стоков применяют готовые таблицы или программное обеспечение.

Расчет расхода сточных вод

Диаметр, мм	Наполнение	Принимаемый (оптимальный уклон)	Скорость движения сточной воды в трубе, м/с	Расход, л/сек
100	0,6	0,02	0,94	4,6
125	0,6	0,016	0,97	7,5
150	0,6	0,013	1,00	11,1
200	0,6	0,01	1,05	20,7
250	0,6	0,008	1,09	33,6
300	0,7	0,0067	1,18	62,1
350	0,7	0,0057	1,21	86,7
400	0,7	0,0050	1,23	115,9
450	0,7	0,0044	1,26	149,4
500	0,7	0,0040	1,28	187,9
600	0,7	0,0033	1,32	278,6
800	0,7	0,0025	1,38	520,0
1000	0,7	0,0020	1,43	842,0
1200	0,7	0,00176	1,48	1250,0

Расчет водопроводной трубы

Водопроводный сортамент применяют для ХВС, ГВС и отопления. Кроме этого, в каждом строении организуют большое число точек водоразбора, например, в среднестатистической квартире их минимум три.

К системе водоснабжения подключают:

ванные,
душевые кабины,
санузлы,
кухонные мойки и различные приборы (стиральные и посудомоечные машины, автополив в частных домах).

Иногда гидравлическая схема устроена так, что при работающем душе не хватает напора на кухне.

Принято считать, что скорость потока в водопроводе примерно равна 2 м/с, а за минуту из крана вытекает примерно 6 литров. Согласно СНиП 2.0401-85 допустимое давление холодной воды 0,3 – 6 бар, а горячей 0,3- 4,5 бар (под напором 1 бар вода может подняться на высоту 10 метров). Нормативы также обозначены в Постановлении Правительства № 354.

Владельцы частных домов вынуждены рассчитывать показатели индивидуально. Здесь необходимо учитывать заводские рекомендации для реле насосных установок. Величину 4 бар можно считать оптимальной для нужд жильцов и хозяйства, а фитинги — запорная арматура — способны служить достаточное время без срывов. Но такие технические возможности есть не у каждой системы.

Важным параметром является температура среды. Под действием тепла жидкости расширяются, следовательно, возрастает давление и трение. Дополнительное сопротивление создает каждый изгиб, фитинг, внутренняя поверхность по всей длине участка.

Гидравлический расчет включает в себя следующие характеристики:

Условный проход;
Нормативный расход;
Номинальное и допустимое избыточное давление;
Материал – падение напора на каждом участке;
Количество фасонных деталей;
Линейное и тепловое расширение;
Длина.

Для вычисления зависимостей между расходом и давлением потока жидкости применяются уравнения Бернули (динамическое) и сохранения расхода (кинематическое).

Пропускная способность водопроводной трубы по диаметру наиболее точно определяется по таблице Шевелевых. Производители предусматривают расчетное давление для каждого размера Ду, проводят гидравлические испытания на соответствие. Существует таблица расчетов по теплоте и теплоносителю.

Пропускная способность трубы в зависимости от теплоносителя и отдаваемой теплоты

Диаметр трубы, мм	Пропускная способность
	По теплоте		По теплоносителю
	Вода	Пар	Вода	Пар
	Гкал/ч		т/ч
15	0,011	0,005	0,182	0,009
25	0,039	0,018	0,650	0,033
38	0,11	0,05	1,82	0,091
50	0,24	0,11	4,00	0,20
75	0,72	0,33	12,0	0,60
100	1,51	0,69	25,0	1,25
125	2,70	1,24	45,0	2,25
150	4,36	2,00	72,8	3,64
200	9,23	4,24	154	7,70
250	16,6	7,60	276	13,8
300	26,6	12,2	444	22,2
350	40,3	18,5	672	33,6
400	56,5	26,0	940	47,0
450	68,3	36,0	1310	65,5
500	103	47,4	1730	86,5
600	167	76,5	2780	139
700	250	115	4160	208
800	354	162	5900	295
900	633	291	10500	525
1000	1020	470	17100	855

Пропускная способность трубы в зависимости от давления теплоносителя

Практически все водопроводы изготовлены из сталей (за исключением части внутренней разводки МКД). Для трубопроводов общего назначения с высокими механическими или корродирующими нагрузками используется чугун или нелегированные конструкционные стали.

Абсолютную шероховатость поверхностей обозначают знаком ∆ и вычисляют для разных сред после нескольких лет применения (отложения накипи, применение в насосно-компрессорных и системах отопления).

Так как необходим учет большого числа факторов, инженеры выполняют проектирование в специализированных программах. Применение формул требует знаний многих параметров. Это не всегда возможно для специалистов, поэтому в нормативных документах предусматриваются таблицы.

Увеличение пропускной способности нефтепроводов

Пользователи трубопровода обычно желают прокачать как можно больше нефти в единицу времени. С другой стороны, пропускная способность магистрального нефтепровода может меняться независимо от воли пользователей, в частности, от изменения вязкости нефти, что может быть связано как с изменением ее состава, так и вследствие колебания внешних температур. Изменение вязкости, например, в сторону увеличения, приводит к увеличению нагрузки на насосных станциях, так как для перекачки вязкой нефти требуется больший напор. Однако маневр мощностью насосных станций имеет свои ограничения.

Решения

Для решения проблемы увеличения пропускной способности магистральных трубопроводов возможно применение следующих мер:

сооружение так называемых «лупингов», то есть, прокладка параллельных дополнительных трубопроводов, связанных с основной системой;
врезка в трубопровод участка увеличенного диаметра, часто называемого «вставкой»;
увеличение количества насосных станций на трубопроводе;
увеличения производительности насосных станций;
комбинированные методы, например, увеличение числа насосных станций одновременно с сооружением лупингов.

Специалисты отмечают, что само по себе увеличение мощности насосных станций не является решением проблемы, так как будет вести к росту давления в системе. Это, в свою очередь, может стать причиной аварии, приводящей к разрыву трубопровода.

Можно произвести врезку в трубопровод секций большего диаметра, что увеличит пропускную способность, однако, для подобной переделки требуется полная остановка и очистка трубопровода.

Этого недостатка лишена технология прокладки лупингов. Параллельные ветки можно монтировать и во время работы основной ветки, а время соединения плетей сравнительно небольшое. Главное, что использование системы лупингов не ведет к повышению рабочего давления в трубопроводе, при этом удельные затраты на перекачку даже при установке дополнительных перекачивающих станций не увеличатся (или увеличатся незначительно), так как увеличивается объем перекачиваемой нефти.

Существуют и другие способы повышения пропускной способности нефтепровода, не связанные с его перестройкой. В частности, это уменьшение вязкости нефти путем ее подогрева, либо добавлением различных присадок, разжижающих ее. С другой стороны, необходимо бороться с отложениями парафинов на внутренней поверхности трубопровода, как механическим, так и химическим путями.

В любом случае, выбор наиболее эффективного способа повышения пропускной способности трубопровода можно выбрать только на основании изучения состояния нефтепровода, его конструкции, условий эксплуатации, продукта, который по нему перекачивается, возраста и всевозможных конструкционных особенностей. При этом руководствуются не только соображениями эффективности работы нефтепровода после реконструкции, но и безопасности его эксплуатации для человека и окружающей среды.

Расчет пропускной способности трубопровода по диаметру и давлению

Пропускная способность трубы в гидравлике — объем или масса проходящего за единицу времени вещества через ее сечение. Этот показатель является важнейшим при расчете и проектировании трубопроводов, транспортирующих различные жидкости и газы. Правильно подобранные параметры позволяют системе функционировать без перегрузок, а также снизить расходы, связанные с ее устройством или модернизацией.

Содержание

Для чего определяется пропускная способность?

При расчете водопровода стоит задача определить оптимальный диаметр трубы для обеспечения нормативного потребления воды.

Если сечение слишком мало, это приводит к недостаточному напору в трубах даже при большом давлении, в результате:

насосное оборудование быстрее изнашивается,
чаще происходят аварии на линии,
увеличивается расход энергии.

Для ремонта систем требуются дополнительные траты, что повышает стоимость эксплуатации.

В гидравлике пропускная способность всей системы рассчитывается по самому узкому месту. Часто трубопроводы сравнивают с электропроводкой, только по трубам бежит вода, а по проводам — электрический ток.

С чего начать?

Отправная точка для расчета системы — определение нормативного расхода воды в зависимости от количества приборов и одновременно включаемых водоразборных точек. Базовые данные указаны в СНиП 2.04.01-85*, для потребляющего воду оборудования технические характеристики можно узнать из паспорта и суммировать с нормативными.

Зная, сколько потребуется воды на различные нужды, подбираются все элементы системы:

насосы,
коллекторы,
трубы,
клапана и т.д.

Методы определения пропускной способности

Расчеты ведутся различными методами:

По формулам гидравлики. Это достаточно сложный способ, требующий теоретических знаний.
По готовым таблицам. Необходимые параметры уже просчитаны и занесены в удобную для пользователей форму.
С помощью онлайн калькулятора. Доступный и быстрый способ найти нужные характеристики. Достаточно записать свои данные в окнах программы, и результат будет готов почти мгновенно.

В гидравлике пропускная способность всей системы рассчитывается по самому узкому месту.

Закон Торричелли

В формуле итальянского математика и физика Торричелли используется закон сохранения энергии для идеальных жидкостей и газов.

Ученый получил соотношение, связывающее скорость молекулы и высоту столба жидкости (напор):

U=√2gH, где U— скорость движения молекулы вещества, g— ускорение свободного падения, H — напор.

Зная скорость жидкости и нормативный расход, можно определить необходимую площадь S сечения трубы:

S=Q /V, где Q — расход, определенный по СНиП 2.04.01-85*.

Площадь круга связана с диаметром соотношениемS=pD²/4, откуда:

D=2√(S/p)=2√(Q/(Up)), где p — 3,14.

Формула Торричелли справедлива для идеальных жидкостей с нулевой вязкостью или несжимаемых газов. Помимо этого в расчетах не учитываются шероховатость труб, длина коммуникаций и другие параметры, вызывающие гидравлические потери. Полученный результат весьма приблизителен и может использоваться, если принять диаметр больше расчетного на 20-30%.

Таблица пропускной способности труб для жидкостей, газа, водяного пара

Гораздо проще и быстрее использовать таблицы определения пропускной способности трубы в зависимости от диаметра и давления воды, газа, водяного пара. Они содержат уже готовую информацию в очень доступном виде:

Например, нужно определить пропускную способность трубы Æ20 мм при давлении 3 бар (0,3 МПа или 3 атм.). В левом столбце находим 3 бар, на самой верхней строчке указаны диаметры. При пересечении своих данных получаем значение искомого параметра для воды — 9,93 м³/ч.

Если по расчетам нормативного расхода этого достаточно, труба сечением 20 мм полностью удовлетворяет условиям. Если требуется большая проходимость, нужно найти значение для диаметра 32 мм и т.д., пока не будет найден наиболее близкий показатель.

Таблица пропускной способности трубы в зависимости от диаметра (по Шевелеву)

Таблицы Шевелева — советского ученого в области гидравлики — были разработаны для стальных, чугунных (новых и неновых), асбестоцементных, железобетонных, пластиковых и стеклянных труб. В расчетах учитывались шероховатость различных материалов, вязкость жидкости, трение и даже возраст труб, поскольку через несколько лет эксплуатации коммуникаций наблюдается выпадение осадка и уменьшение внутреннего диаметра.

Таблица Шевелева

Гидравлический расчет с помощью этого метода точен, но для неподготовленного пользователя достаточно сложен. Результат можно получить быстрее, если ввести свои данные в специальные программы в интернете, где применяются таблицы Шевелева.

Таблица пропускной способности труб в зависимости от давления теплоносителя

С увеличением давления растет и пропускная способность системы, но по нелинейному закону. По данной таблице можно найти показатели для различных значений напора труб самых востребованных диаметров:

Твблица пропускной способности труб

В левой колонке указано давление, в строках — пропускная способность для разных сечений. Например, при диаметре трубы 20 мм и напоре 120 Па/1,2 бар максимальный расход воды через трубу по таблице составляет 472 кг (литра) в час. При этом скорость жидкости менее 15 м/с.

Таблица пропускной способности труб при разной температуре теплоносителя

При расчете тепловых системпропускная способность определяется в т/час или Гкал/час при различных температурных графиках с учетом удельной потери на трение. Для расчета используются рекомендации СП 60.13330.2012, СНиП 41-01-2003.

Например, труба с условным диаметром 50 мм при потере давления 5 кгс/м² обеспечивает проходимость 2,45 т/ч и 0,06 Гкал при температурах 95-70°С. Для температурных графиков 130-70 и 150-70 эти значения 0,15 Гкал и 0,2 Гкал соответственно.

При неизменном расходе теплоносителя с ростом температуры увеличивается количество выделяемой теплоты.

Таблицы пропускной способности напорных канализационных систем

Напорные сети организуются, если приборы расположены ниже уровня колодцев или коллекторов и требуется перекачка стоков на определенную высоту. Гидравлический расчет проводится по СП 31.13330.2012.

В отличие от безнапорных систем жидкость транспортируется полным сечением. В расчетах используются таблицы Шевелева для напорных трубопроводов и аналогичная методика. Объем стоков берется равным потреблению воды на водоснабжение.

Таблицы пропускной способности безнапорных труб канализации

В самотечных трубопроводах, устроенных с уклоном, стоки движутся благодаря силе тяжести. Сечение полностью не заполняется. При гидравлическом расчете используют таблицы Лукиных для безнапорной канализации.

Диаметр трубы определяется исходя из расчетного объема сточных вод, угла уклона и нормативного наполнения. Учитывается также материал для изготовления элементов.

Пример таблицы для пластиковой трубы сечением 40, 50 и 110 мм:

Таблицы для гидравлического расчета

Для определения необходимого минимального диаметра задается расход стоков q, уклон i, наполнение h/D от 0,3 до 0,8 (в ливневой канализации допускается h/D=1). Например, нормативный расход 1,9 л/с, уклон 0,03, заполнение 0,3. Данным условиям удовлетворяет пластиковая труба Æ110 мм, скорость стекания 0,884 м/с, что соответствует нормативу.

Таблица пропускных способностей газовых труб в зависимости от давления

При выборе нужного оборудования для ГРС руководствуются прежде всего производительностью, зависящей от пропускной способности входных и выходных газовых труб. Нормативы ограничивают скорость потока газа величиной 25м/с.

Для расчета применяется методика, описанная в Справочнике по проектированию магистральных водопроводов (ред. А.К. Дерцакян), а также таблица:

Пропускная способность определяется при заданном давлении (в левой колонке) и диаметре в вертикальных столбцах.

Методы расчета пропускной способности трубопроводов

Гидравлические расчеты проводятся с целью подбора элементов системы с оптимальными характеристиками для обеспечения бесперебойной работы, уменьшения эксплуатационных расходов и снижения износа оборудования.

Гидравлический расчет трубопровода

Расчеты ведутся с помощью таблиц Шевелева по следующему алгоритму:

Задается нужный расход Q и оптимальная скорость среды на каждом участке.
Подбирается диаметр трубы, определяются потери напора по длине.
Процедура повторяется для всех участков.
Находится удельное значение потери давления на 1 пог. м.
Суммируются все остальные потери от всасывания, местного сопротивления и т.д. Полученное значение должно быть меньше или равно мощности насоса.
Исходя из технических характеристик оборудования определяется расход Qнасоса.
Сравниваются Q и Qнасоса. При приблизительном равенстве значений насос подобран правильно. Если нет, нужно задать новые параметры и посчитать заново.

Расчет пропускной способности канализационных труб

Задается диаметр и угол наклона, при котором сточные воды стекают произвольно, а система постоянно самоочищается (от 0,005 до 0,035 в зависимости от сечения):

Степень наполнения трубы по нормативу 0,6-0,8 и также зависит от диаметра:

Зависимость наполнения от диаметра трубы

По таблицам Лукиных уточняется, соответствует ли выбранный диаметр заданным параметрам. Если есть отклонения, сечение нужно изменить в большую/меньшую сторону. Для более точных расчетов используются графики, формулы и поправочные коэффициенты.

Расчет пропускной способности газопроводов

В соответствии с параметрами проектируемой сети задаются диаметры труб на входе и выходе в ГРС. Затем, сравнивая значения по таблицам, находят такое соотношение, при котором условия максимально соблюдены.

Как рассчитать параметры дымохода

Главные характеристики, которые определяются в ходе расчетов, — длина трубы дымохода и ее рабочее сечение. При неправильном подборе параметров токсичные вещества не удаляются из камеры сгорания и проникают в помещение.

При проектировании используются нормативы СП 7.13130.2013 и СНиП III-Г.11-62. Хотя последний регламент считается недействующим, там содержатся рекомендации, касающиеся именно дымоходов.

Сложные промышленные устройства рассчитываются в профессиональных бюро, для домашних печей применяется более простая методика.

Задается скорость движения дыма U=2 м/с.
За час в топке сгорает примерно В=6 кг дров влажностью 20-25%.
Температура разогретого дыма T=140°.

Объем исходящего дыма определяется по формуле:

Vгаз = (В х Vтоплx (1+Т/273))/3600, м3/с , где Vтопл — объем воздуха, требуемый для сжигания 1 кг дров. В данном случае это 10 м³, для бурого угла 12 м³, для каменного 17 м³.

Зная объем исходящего газа и его скорость, можно найти площадь сечения трубы дымохода:

Диаметр определяется по геометрической формуле:

D=2√(S/p)=2√(0,0126/3,14)=0,126 м = 126 мм.

Ближайший диаметр трубы с округлением в большую сторону — 150 мм.

Главные характеристики, которые определяются в ходе расчетов, — длина трубы дымохода и ее рабочее сечение. При неправильном подборе параметров токсичные вещества не удаляются из камеры сгорания и проникают в помещение.

Длина дымохода для обеспечения нормальной тяги подбирается по СП 7.13130.2013, где нормируются высота от оголовка до колосниковой решетки печи, конька крыши, а также расстояние до окружающих крупных объектов.

Онлайн калькуляторы

Программы, помогающие определить параметры трубопровода, — большое подспорье для тех, кто мало знаком с гидравликой. Они созданы на базе действующих нормативов и теоретических формул.

Крупные объекты проектируются специализированными организациями, но для расчетов домашних сетей онлайн-калькуляторы могут применяться вполне уверенно. Если есть какие-либо сомнения, за консультацией лучше обратиться к профессионалам.

Заключение

Пропускная способность трубы — важнейшая характеристика, от которой зависит работа всего трубопровода. Для расчетов применяются различные методики с использованием формул, таблиц или программ. Если нет уверенности в собственных силах, обратитесь к специалистам.

Дополнительная информация по теме:

Технические решения для оптимизации производительности нефтепродуктопроводов

В настоящее время динамично происходят процессы диверсификации грузопотоков и смены стратегических направлений перекачки, что требует оперативного увеличения пропускной способности отдельных трубопроводов. При этом, ключевую роль играет необходимость оптимизации и сокращения капитальных и эксплуатационных затрат при безусловном выполнении задач по обеспечению требуемой производительности трубопроводных систем.

Традиционные методы увеличения пропускной способности (строительство лупингов и вставок большего диаметра, увеличение количества перекачивающих станций) дороги и продолжительны по времени их реализации. В настоящее время в ПАО «Транснефть» задача оперативного увеличения производительности трубопроводов решается применением противотурбулентных присадок (ПТП). Недостатком применения присадок является их высокая стоимость.

В современных нормах технологического проектирования, по аналогии с принципом вариантного проектирования по СНиП 2.05.06-85* «Магистральные трубопроводы», применяемым для новых трубопроводов – проектирование по критериям оптимальности (минимальные затраты при сооружении и эксплуатации трубопровода), задекларирован принцип выбора способа обеспечения заданной пропускной способности с применением технико-экономического расчёта. Вместе с тем, алгоритмы реализации данного принципа на практике в нормативных документах не обозначены.

Настоящая статья содержит основные принципы и предлагает механизм реализации выполнения вариантных (оптимизационных) расчетов, применяемых для целей выбора варианта обеспечения требуемой производительности на эксплуатируемых трубопроводах.

Расчёт вариантов обеспечения заданной пропускной способности является предварительным расчётом, позволяющим до начала проектных работ или технико-экономического проектирования провести предварительный оценочный анализ вариантов по экономическому критерию – минимизации капитальных и эксплуатационных затрат.

Расчёт вариантов позволяет из значительного множества различных способов обеспечения требуемой пропускной способности выбрать несколько (с различными, но близкими по критерию минимальных затрат), для дальнейшего анализа по неэкономическим параметрам (эксплуатационная надёжность, безопасность, ремонтопригодность и т.д.), и/или для формирования обращения в проектную организацию.

Преимуществом выполнения оценочного расчёта на ранней стации реализации варианта является высокий уровень влияния на последующие затраты при низких (фактически, равных нулю) текущих затратах.

Выбор способов обеспечения требуемой пропускной способности определяется оценочным технико-экономическим расчётом. Критерием выбора набора решений является минимизация капитальных и эксплуатационных затрат за рассматриваемый период эксплуатации трубопровода:

где ω₁, ω₂, … , ω_n – суммарные затраты вариантов в пределах, не более чем на 30 % превышающих вариант с минимальными суммарными затратами ω_min;

ω_min – минимальные суммарные затраты варианта по всем рассмотренным вариантам:

где ω_k – суммарные затраты k-го варианта за t-лет эксплуатации.

Затраты k-го варианта за t-лет эксплуатации предлагается определять по формуле:

где T – расчётный период эксплуатации, лет;

R_t – прогнозное значение индекса-дефлятора, соответствующего t-му году эксплуатации;

КЗ_k – капитальные затраты k-го варианта, необходимые для выполнения работ по реконструкции трубопровода;

ЭЗ_k(t) – эксплуатационные затраты k-го варианта за t-ий год эксплуатации.

Капитальные затраты k-го варианта включают замену участков линейной части, ограничивающих требуемое рабочее давление на выходе НПС, строительства лупингов, узлов ввода ПТП, реконструкции ТТ и оборудования (в том числе замена насосов или роторов насосов)

Эксплуатационные затраты k-го варианта за t-ий год включают противотурбулентную присадку и дополнительную электроэнергию для перекачки заданного объема продукта, при повышении давления на выходе НПС по сравнению с электроэнергией для перекачки этого же объема нефти, но без увеличения давления на выходе НПС.

Стоимость единицы электроэнергии, присадки, замены трубы и оборудования принимается в расчётах в качестве исходных данных.

Для построения расчётной гидравлической модели технологического участка магистрального нефтепровода использованы общепринятые в практике гидравлических расчетов трубопроводов математические формулы и методики.

Сравнение технических решений по обеспечению требуемой пропускной способности выполнено на примере условного технологического участка трубопровода условным диаметром 1000 мм и протяженностью 330 км, с 4-мя перекачивающими станциями, на котором необходимо обеспечить пропускную способность 80 млн.т/год.

Для выбора варианта обеспечения требуемой производительности технологического участка рассмотрены следующие технические решения:

увеличение допустимого рабочего давления на выходе НПС за счет замены ограничивающих участков линейной части;

доработка или замена существующих насосных агрегатов с учетом требуемых производительности и расчетных давлений на выходе НПС;

использование противотурбулентной присадки. В данном примере рассмотрена противотурбулентная присадка «FLO MXA» с кривой эффективности, приведенной в статье;

удлинение существующих лупингов DN800 мм;

строительство вставок DN1000 мм или DN1200 мм к существующим лупингам;

комбинирование вышеуказанных вариантов.

Принятый эксплуатационный горизонт для производительности 80 млн./год – 10 лет.

В процессе исследования, выполнена серия расчетов с заданным малым шагом увеличения давления на выходе НПС, протяженности лупингов и концентрации присадки, результаты расчёта для участка от НПС-1 до НПС-2 приведены на графиках (рис.1 и рис.2).

Рис. 1. Результаты расчетов увеличения производительности в зависимости от применяемых технических решений на примере участка от НПС-1 до НПС-2

Рис. 2. Результаты оценочных расчётов стоимости применяемых технических решений на примере участка от НПС-1 до НПС-2

Аналогичные расчёты выполнены для всех участков от НПС до НПС рассматриваемого технологического участка.

Сравнение оценочной стоимости технических решений по обеспечению производительности технологического участка 80 млн.т/год приведено в таблице 1.

Таблица 1. Сравнение оценочной стоимости технических решений

Результат моделирования расчетного режима работы технологического участка с производительностью 80 млн.т/год приведен на рис.3.

Рис. 3. Результат моделирования расчетного режима работы технологического участка с производительностью 80 млн.т/год

Каждый участок эксплуатируемых магистральных трубопроводов между НПС имеет свою уникальную специфику: несущую способность труб, протяженность, профиль трассы, насосное оборудование, сконфигурированное под существующие режимы, схему перекачки. Следовательно, стоимость и достигаемый эффект от различных технических решений могут существенно отличаться: на одних участках целесообразно увеличить рабочее давление, на других – наоборот, нарастить производительность за счёт применения лупингов и противотурбулентной присадки.

С учётом вышеизложенного, целесообразно выполнять сравнительные расчёты для каждого «перегона», с заданным малым шагом изменения протяженности лупингов, концентрации присадки, давления на выходе НПС и т.д.

По результатам исследования предложен унифицированный алгоритм проведения оптимизационных расчётов при выборе технических решений для обеспечения требуемой производительности нефте- или нефтепродуктопровода (см. рис. 4).

В рассмотренном примере, для технологического участка протяженностью 300 км с 4 работающими НПС требуется выполнить порядка 200 расчетов, в связи с чем для решения задач определения оптимальной комбинации технических решений целесообразно создание специализированного программного комплекса.

Рис. 4 Алгоритм проведения оптимизационных расчётов

[1] Оценка затрат на строительство нефтегазовых объектов: зарубежный и российский опыт / Д. Гизбрхт, В. Яценко, Е. Дубовицкая, М. Ткаченко // Нефть и капитал. – 2014. – №5. – С. 2‑3.

[2] Буцаев И.В., Абрамова Н.С., Злобина О.В., Телышев С.В., Тухватуллин Р.М. Выбор оптимальных решений на концептуальной стадии проектирования обустройства месторождений с применением критериальной оценки на примере Куюмбинского месторождения // Нефтяное хозяйство. 2017. № 4. С. – 103-107.

[3] Лисин Ю.В., Сёмин С.Л., Зверев Ф.С. Оценка эффективности противотурбулентных присадок по результатам опытно-промышленных испытаний на магистральных нефтепроводах // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2013. № 3. – С. 6-11.

[4] Настепанин П.Е., Евтух К.А., Чужинов Е.С., Бархатов А.Ф. Особенности применения противотурбулентной присадки на магистральных нефтепроводах, оснащенных САРД на базе МНА с ЧРП // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2013. № 3. – С. 12-17.

Пропускная способность трубопровода.

Такая характеристика как пропускная способность трубопровода зависит от нескольких факторов. Прежде всего, это диаметр трубы, а также тип жидкости, и другие показатели.

Для гидравлического расчета трубопровода вы можете воспользоваться калькулятором гидравлического расчета трубопровода.

При расчете любых систем, основанных на циркуляции жидкости по трубам, возникает необходимость точного определения пропускной способности труб. Это метрическая величина, которая характеризует количество жидкости, протекающее по трубам за определенный промежуток времени. Данный показатель напрямую связан с материалом, из которого изготовлены трубы.

Если взять, к примеру, трубы из пластика, то они отличаются практически одинаковой пропускной способностью на протяжении всего срока эксплуатации. Пластик, в отличие от металла, не склонен к возникновению коррозии, поэтому постепенного нарастания отложений в нем не наблюдается.

Что касается труб из металла, то их пропускная способность уменьшается год за годом. Из-за появления ржавчины происходит отслойка материала внутри труб. Это приводит к шероховатости поверхности и образованию еще большего налета. Особенно быстро этот процесс происходит в трубах с горячей водой.

Далее приведена таблица приближенных значений которая создана для облегчения определения пропускной способности труб внутриквартирной разводки. В данной таблице не учтено уменьшение пропускной способности за счет появления осадочных наростов внутри трубы.

Таблица пропускной способности труб для жидкостей, газа, водяного пара.

Вид жидкости

Скорость (м/сек)

Вода городского водопровода

Вода трубопроводной магистрали

Вода системы центрального отопления

Вода напорной системы в линии трубопровода

Масло линии трубопровода

Масло в напорной системе линии трубопровода

Пар в отопительной системе

Пар системы центрального трубопровода

Пар в отопительной системе с высокой температурой

Воздух и газ в центральной системе трубопровода

Чаще всего, в качестве теплоносителя используется обычная вода. От ее качества зависит скорость уменьшения пропускной способности в трубах. Чем выше качество теплоносителя, тем дольше прослужит трубопровод из любого материала (сталь чугун, медь или пластик).

Расчет пропускной способности труб.

Для точных и профессиональных расчетов необходимо использовать следующие показатели:

Материал, из которого изготовлены трубы и другие элементы системы;
Длина трубопровода
Количество точек водопотребления (для системы подачи воды)

Наиболее популярные способы расчета:

1. Формула. Достаточно сложная формула, которая понятна лишь профессионалам, учитывает сразу несколько значений. Основные параметры, которые принимаются во внимание – материал труб (шероховатость поверхности) и их уклон.

2. Таблица. Это более простой способ, по которому каждый желающий может определить пропускную способность трубопровода. Примером может послужить инженерная таблица Ф. Шевелева, по которой можно узнать пропускную способность, исходя из материала трубы.

3. Компьютерная программа. Одну из таких программ легко можно найти и скачать в сети Интернет. Она разработана специально для того, чтоб определить пропускную способность для труб любого контура. Для того что узнать значение, необходимо ввести в программу исходные данные, такие как материал, длина труб, качество теплоносителя и т.д.

Следует сказать, что последний способ, хоть и является самым точным, не подходит для расчетов простых бытовых систем. Он достаточно сложен, и требует знания значений самых различных показателей. Для расчета простой системы в частном доме лучше воспользоваться таблицами.

Пример расчета пропускной способности трубопровода.

Длина трубопровода – важный показатель при расчете пропускной способности Протяженность магистрали оказывает существенное влияние на показатели пропускной способности. Чем большее расстояние проходит вода, тем меньшее давление она создает в трубах, а значит, скорость потока уменьшается.

Приводим несколько примеров. Опираясь на таблицы, разработанные инженерами для этих целей.

Пропускная способность труб:

0,182 т/ч при диаметре 15 мм
0,65 т/ч с диаметром трубы 25 мм
4 т/ч при диаметре 50 мм

Как можно увидеть из приведенных примеров, больший диаметр увеличивает скорость потока. Если диаметр увеличить в 2 раза, то пропускная способность тоже возрастет. Эту зависимость обязательно учитывают при монтаже любой жидкостной системы, будь то водопровод, водоотведение или теплоснабжение. Особенно это касается отопительных систем, так как в большинстве случаев они являются замкнутыми, и от равномерной циркуляции жидкости зависит теплоснабжение в здании.

Читайте также: