Calcul indépendant du diamètre du tuyau en fonction du débit d'eau. Calcul hydraulique indépendant du pipeline

Les entreprises et les immeubles résidentiels consomment grand nombre eau. Ces indicateurs numériques ne deviennent pas seulement la preuve d'une valeur spécifique indiquant la consommation.

De plus, ils aident à déterminer le diamètre de l'assortiment de tuyaux. De nombreuses personnes pensent qu'il est impossible de calculer le débit d'eau en fonction du diamètre et de la pression des tuyaux, car ces concepts n'ont aucun rapport.

Mais la pratique a montré que ce n’est pas le cas. Les capacités de débit du réseau d'approvisionnement en eau dépendent de nombreux indicateurs, et le premier de cette liste sera le diamètre de l'assortiment de tuyaux et la pression dans le réseau principal.

Il est recommandé d'effectuer tous les calculs dès la phase de conception de la construction du pipeline, car les données obtenues déterminent les paramètres clés non seulement des pipelines domestiques, mais également industriels. Tout cela sera discuté plus loin.

Calculatrice pour calculer l'eau en ligne

ATTENTION! 1 kgf/cm2 = 1 atmosphère ; 10 m de colonne d'eau = 1 kgf/cm2 = 1 atm ; 5 m de colonne d'eau = 0,5 kgf/cm2 et = 0,5 atm, etc. Les nombres fractionnaires sont saisis par un point (Par exemple : 3,5 et non 3,5)

Entrez les paramètres de calcul :

Diamètre intérieur du tuyau Dy, mm

Longueur du pipeline L, m

Température de l'eau t, degrés

Pression (pression) N, kgf/cm2 à la sortie

Type de plomberie

Matériau et état des tuyaux

1. Pompier 2. Production de feu 3. Production. ou les pompiers

4. Ménage ou exploitations agricoles. boire

INSTRUCTIONS

Quels facteurs influencent la perméabilité du liquide à travers un pipeline ?

1. Les critères qui influencent l'indicateur décrit constituent une longue liste. En voici quelques-uns.
2. Le diamètre intérieur du pipeline.
3. La vitesse d'écoulement, qui dépend de la pression dans la conduite.

La détermination du débit d'eau à la sortie de la conduite principale est effectuée par le diamètre du tuyau, car cette caractéristique, avec d'autres, affecte le débit du système. De plus, lors du calcul de la quantité de fluide consommée, on ne peut pas négliger l'épaisseur de la paroi, qui est déterminée en fonction de la pression interne attendue.

On pourrait même affirmer que la définition de la « géométrie des canalisations » n’est pas affectée par la seule longueur du réseau. Et la section transversale, la pression et d'autres facteurs jouent un rôle très important.

De plus, certains paramètres du système ont un effet indirect plutôt que direct sur le débit. Cela inclut la viscosité et la température du fluide pompé.

En résumé, on peut dire que la définition bande passante vous permet d'installer avec précision type optimal matériel pour la construction du système et faire le choix de la technologie utilisée pour son assemblage. Sinon, le réseau ne fonctionnera pas efficacement et nécessitera de fréquentes réparations d'urgence.

Calcul de la consommation d'eau par diamètre tuyau rond, ça dépend taille. Par conséquent, sur une section plus grande, un mouvement sera effectué dans un certain laps de temps plus liquides. Mais lors des calculs et en tenant compte du diamètre, on ne peut pas négliger la pression.

Si l'on considère ce calcul pour exemple spécifique, il s'avère que moins de liquide passera à travers un produit tubulaire d'un mètre de long à travers un trou de 1 cm pendant une certaine période de temps que à travers un pipeline atteignant une hauteur de quelques dizaines de mètres. C'est naturel, car la plupart haut niveau la consommation d'eau sur le site atteindra performances maximales au tout même hypertension artérielle dans le réseau et aux niveaux les plus élevés de son volume.

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Calculs de sections selon SNIP 2.04.01-85

Tout d’abord, vous devez comprendre que le calcul du diamètre d’un ponceau est un processus d’ingénierie complexe. Cela nécessitera des connaissances particulières. Mais lors de la construction quotidienne d'un ponceau, les calculs hydrauliques de la section transversale sont souvent effectués indépendamment.

Ce type de calcul de conception de la vitesse d'écoulement d'un ponceau peut être effectué de deux manières. La première concerne les données tabulaires. Mais en se tournant vers les tableaux, vous devez connaître non seulement le nombre exact de robinets, mais également les récipients pour collecter l'eau (baignoires, éviers) et autres.

Ce n'est que si vous disposez de ces informations sur le système de ponceaux que vous pouvez utiliser les tableaux fournis par SNIP 2.04.01-85. Ils sont utilisés pour déterminer le volume d’eau en fonction de la circonférence du tuyau. Voici un de ces tableaux :

Volume externe de l'assortiment de tuyaux (mm)

Quantité approximative d'eau obtenue en litres par minute

Quantité approximative d'eau, calculée en m3 par heure

Si vous vous concentrez sur les normes SNIP, vous pouvez y voir ce qui suit : le volume quotidien d'eau consommé par une personne ne dépasse pas 60 litres. Ceci à condition que la maison ne soit pas équipée d'eau courante, et dans une situation de logement confortable, ce volume passe à 200 litres.

Bien entendu, ces données de volume indiquant la consommation sont intéressantes en tant qu'informations, mais un spécialiste des pipelines devra déterminer des données complètement différentes : il s'agit du volume (en mm) et de la pression interne dans la conduite. Cela ne peut pas toujours être trouvé dans le tableau. Et les formules vous aident à trouver ces informations avec plus de précision.

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Il est déjà clair que les dimensions transversales du système affectent le calcul hydraulique de la consommation. Pour les calculs domestiques, une formule de débit d'eau est utilisée, ce qui permet d'obtenir le résultat en tenant compte de la pression et du diamètre du tuyau. Voici la formule :

Formule de calcul : q = π×d²/4 ×V

Dans la formule : q indique la consommation d'eau. Il est calculé en litres. d est la taille de la section du tuyau, elle est indiquée en centimètres. Et V dans la formule est une désignation de la vitesse de déplacement du flux, elle est indiquée en mètres par seconde.

Si le réseau d'adduction d'eau est alimenté par château d'eau, sans l'influence supplémentaire de la pompe d'injection, la vitesse d'écoulement est alors d'environ 0,7 à 1,9 m/s. Si vous connectez un dispositif de pompage, le passeport correspondant contient des informations sur le coefficient créé une pression et la vitesse de déplacement du débit d'eau.

Cette formule n'est pas la seule. Il y en a bien d’autres. On les trouve facilement sur Internet.

En plus de la formule présentée, il convient de noter que grande importance avoir un impact sur la fonctionnalité du système murs intérieurs produits tubulaires. Ainsi, par exemple, produits en plastique différer surface lisse que leurs homologues en acier.

Pour ces raisons, le coefficient de résistance du plastique est nettement inférieur. De plus, ces matériaux ne sont pas affectés par les formations corrosives, qui ont également un influence positive sur la capacité du réseau d’approvisionnement en eau.

Détermination de la perte de charge

Le calcul du passage de l'eau se fait non seulement par le diamètre du tuyau, il est calculé par chute de pression. Les pertes peuvent être calculées à l'aide de formules spéciales. Quelles formules utiliser, chacun décidera pour lui-même. Pour calculer les valeurs requises, vous pouvez utiliser diverses options. Le seul solution universelle cette question n'existe pas.

Mais tout d'abord, il faut se rappeler que le jeu interne du passage d'une structure en plastique et métal-plastique ne changera pas après vingt ans de service. Et la lumière interne du passage structure métallique deviendra moindre avec le temps.

Et cela entraînera la perte de certains paramètres. En conséquence, la vitesse de l'eau dans la canalisation dans de telles structures sera différente, car dans certaines situations, le diamètre du nouveau et de l'ancien réseau sera sensiblement différent. La valeur de résistance dans la ligne sera également différente.

De plus, avant de calculer les paramètres nécessaires au passage du liquide, il faut tenir compte du fait que la perte de débit d'alimentation en eau est associée au nombre de tours, de raccords, de transitions de volume et à la présence vannes d'arrêt et la force de frottement. De plus, tout cela lors du calcul du débit doit être effectué après préparation minutieuse et mesures.

Calcul de la consommation d'eau méthodes simples pas facile à réaliser. Mais si vous rencontrez la moindre difficulté, vous pouvez toujours vous tourner vers des spécialistes pour obtenir de l'aide. Vous pouvez alors compter sur le fait que le réseau d'approvisionnement en eau ou de chauffage installé fonctionnera avec une efficacité maximale.

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Messages

Calcul des pertes de charge d'eau dans une canalisation C'est très simple à réaliser, nous examinerons ensuite les options de calcul en détail.

Pour les calculs de canalisations hydrauliques, vous pouvez utiliser le calculateur de calcul de canalisations hydrauliques.

Avez-vous la chance d'avoir un puits foré juste à côté de chez vous ? Incroyable! Vous pouvez maintenant subvenir à vos besoins et à ceux de votre maison ou chalet eau propre, qui ne dépendra pas de l’approvisionnement central en eau. Et cela signifie pas de coupures d’eau saisonnières et pas de déplacements avec des seaux et des bassins. Il ne vous reste plus qu'à installer la pompe et le tour est joué ! Dans cet article, nous allons vous aider calculer la perte de pression de l'eau dans la canalisation, et avec ces données, vous pouvez acheter une pompe en toute sécurité et enfin profiter de l'eau de votre puits.

Les cours de physique à l'école montrent clairement que l'eau qui coule dans les tuyaux rencontre dans tous les cas une résistance. L'ampleur de cette résistance dépend de la vitesse d'écoulement, du diamètre du tuyau et de la douceur de sa surface intérieure. Plus la vitesse d'écoulement est faible et plus le diamètre et la douceur du tuyau sont grands, plus la résistance est faible. Douceur du tuyau dépend du matériau à partir duquel il est fabriqué. Les tuyaux en polymères sont plus lisses que les tuyaux en acier, ne rouillent pas et, surtout, sont moins chers que les autres matériaux, sans compromettre la qualité. L'eau connaîtra une résistance lorsqu'elle se déplacera, même complètement tuyau horizontal. Cependant, plus le tuyau lui-même est long, moins la perte de pression sera importante. Eh bien, commençons à calculer.

Perte de pression sur les sections droites de canalisation.

Pour calculer les pertes de charge d'eau sur des sections droites de tuyaux, utilisez un tableau prêt à l'emploi présenté ci-dessous. Les valeurs de ce tableau concernent les tuyaux en polypropylène, polyéthylène et autres mots commençant par « poly » (polymères). Si vous comptez installer tuyaux en acier, vous devez alors multiplier les valeurs indiquées dans le tableau par un facteur de 1,5.

Les données sont données pour 100 mètres de canalisation, les pertes sont indiquées en mètres de colonne d'eau.

Consommation			Diamètre interne du tuyau, mm

Comment utiliser le tableau: Par exemple, dans une alimentation en eau horizontale avec un diamètre de tuyau de 50 mm et un débit de 7 m 3 / h, les pertes seront de 2,1 mètres de colonne d'eau pour un tuyau en polymère et de 3,15 (2,1 * 1,5) pour un acier tuyau. Comme vous pouvez le constater, tout est assez simple et clair.

Pertes de pression dues aux résistances locales.

Malheureusement, les tuyaux ne sont absolument droits que dans les contes de fées. Dans la vraie vie, il existe toujours divers coudes, registres et vannes qui ne peuvent être ignorés lors du calcul des pertes de charge de l'eau dans une canalisation. Le tableau présente les valeurs de perte de charge dans les résistances locales les plus courantes : un coude à 90 degrés, un coude arrondi et une vanne.

Les pertes sont indiquées en centimètres d'eau par unité de résistance locale.

Vitesse d'écoulement, m/s	coude à 90 degrés	Genou arrondi	Soupape

Pour déterminer v - débit il est nécessaire de diviser Q - débit d'eau (en m 3 / s) par S - section transversale (en m 2).

Ceux. avec un diamètre de tuyau de 50 mm (π * R 2 = 3,14 * (50/2) 2 = 1962,5 mm 2 ; S = 1962,5/1 000 000 = 0,0019625 m 2) et un débit d'eau de 7 m 3 /h (Q=7 /3600=0,00194 m 3 /s) débit
v = Q/S = 0,00194/0,0019625 = 0,989 m/s

Comme le montrent les données ci-dessus, perte de pression aux résistances locales assez insignifiant. Les principales pertes se produisent toujours sur les sections horizontales des canalisations. Pour les réduire, vous devez donc soigneusement réfléchir au choix du matériau des canalisations et à leur diamètre. Rappelons que afin de minimiser les pertes, vous devez choisir des tuyaux en polymères avec un diamètre et une douceur maximum de la surface intérieure du tuyau lui-même.

Dans certains cas, vous devez faire face à la nécessité de calculer le débit d'eau dans un tuyau. Cet indicateur vous indique la quantité d'eau que le tuyau peut laisser passer, mesurée en m³/s.

• Pour les organismes qui n’ont pas installé de compteur d’eau, les tarifs sont calculés en fonction de la praticabilité des canalisations. Il est important de savoir avec quelle précision ces données sont calculées, pour quoi et à quel taux vous devez payer. Particuliers cela ne s'applique pas, pour eux, en l'absence de compteur, le nombre de personnes inscrites est multiplié par la consommation d'eau de 1 personne selon normes sanitaires. Il s'agit d'un volume assez important et, avec les tarifs modernes, il est beaucoup plus rentable d'installer un compteur. De même, à notre époque, il est souvent plus rentable de chauffer l'eau soi-même avec un chauffe-eau que de payer services publics pour leur eau chaude.
• Le calcul de la perméabilité des tuyaux joue un rôle énorme lors de la conception d'une maison, lors de la connexion des communications à la maison .

Il est important de s’assurer que chaque branche d’approvisionnement en eau puisse recevoir sa part du tuyau principal, même pendant les heures de pointe de débit d’eau. Le système d’approvisionnement en eau a été créé pour le confort, la commodité et pour faciliter le travail des personnes.

Si tous les soirs aux résidents étages supérieurs l'eau n'atteindra pratiquement pas, de quel genre de confort peut-on parler ? Comment boire du thé, faire la vaisselle, se baigner ? Et tout le monde boit du thé et nage, donc le volume d'eau que le tuyau était capable de fournir était réparti sur les étages inférieurs. Ce problème peut jouer un très mauvais rôle dans la lutte contre les incendies. Si les pompiers se connectent au tuyau central, mais qu'il n'y a aucune pression à l'intérieur.

Parfois, calculer le débit d'eau à travers un tuyau peut être utile si, après avoir réparé le système d'alimentation en eau par de malheureux artisans, remplacé une partie des tuyaux, la pression a considérablement baissé.

Les calculs hydrodynamiques ne sont pas une tâche facile, ils sont généralement effectués ; spécialistes qualifiés. Mais disons que vous êtes engagé dans une construction privée et que vous concevez votre propre maison confortable et spacieuse.

Comment calculer soi-même le débit d’eau dans un tuyau ?

Il semblerait qu'il suffise de connaître le diamètre du trou du tuyau pour obtenir des chiffres, peut-être arrondis, mais généralement justes. Hélas, c'est très peu. D'autres facteurs peuvent modifier considérablement le résultat des calculs. Qu’est-ce qui affecte le débit maximum d’eau dans un tuyau ?

1. Section de tuyau. Un facteur évident. Point de départ des calculs de dynamique des fluides.
2. Pression du tuyau. À mesure que la pression augmente, davantage d’eau s’écoule dans un tuyau de même section.
3. Courbes, virages, changements de diamètre, branches ralentir le mouvement de l'eau dans le tuyau. Diverses optionsà des degrés divers.
4. Longueur du tuyau. Des tuyaux plus longs transporteront moins d'eau par unité de temps que dans les unités courtes. Tout le secret réside dans la force de friction. Tout comme elle retarde le mouvement des objets qui nous sont familiers (voitures, vélos, traîneaux, etc.), la force de frottement gêne l'écoulement de l'eau.
5. Un tuyau de plus petit diamètre s'avère avoir plus de superficie contact de l'eau avec la surface du tuyau en fonction du volume d'eau débité. Et à chaque point de contact apparaît une force de friction. Comme dans plus longs tuyaux, dans les tuyaux plus étroits, la vitesse de déplacement de l'eau devient plus lente.
6. Matériau du tuyau. Évidemment, le degré de rugosité du matériau affecte l’ampleur de la force de frottement. Moderne matières plastiques(polypropylène, PVC, métal, etc.) s'avèrent très glissants par rapport à l'acier traditionnel et permettent à l'eau de s'écouler plus rapidement.
7. Durée de vie des tuyaux. Les dépôts de calcaire et de rouille nuisent considérablement au débit du système d'approvisionnement en eau. C'est le facteur le plus délicat, car le degré de colmatage du tuyau, son nouveau relief interne et le coefficient de frottement sont très difficiles à calculer avec une précision mathématique. Heureusement, les calculs de débit d’eau sont le plus souvent requis pour les nouvelles constructions et pour les matériaux frais et inutilisés auparavant. D'autre part, ce système se connectera aux communications existantes qui existent depuis de nombreuses années. Et comment se comportera-t-elle dans 10, 20, 50 ans ? Dernières technologies ont considérablement amélioré cette situation. Tuyaux en plastique ne rouillent pas, leur surface ne se détériore pratiquement pas avec le temps.

Calcul du débit d'eau à travers un robinet

Le volume de fluide s'écoulant est obtenu en multipliant la section transversale de l'ouverture du tuyau S par le débit V. La section transversale est l'aire d'une certaine partie de la figure volumétrique, en dans ce cas, aire d'un cercle. Trouvé par la formule S = πR2. R sera le rayon de l'ouverture du tuyau, à ne pas confondre avec le rayon du tuyau. π est une constante, le rapport de la circonférence d'un cercle à son diamètre, approximativement égal à 3,14.

Le débit est déterminé à l'aide de la formule de Torricelli : . Où g est l’accélération de la gravité sur la planète Terre égale à environ 9,8 m/s. h est la hauteur de la colonne d’eau qui se trouve au-dessus du trou.

Exemple

Calculons le débit d'eau à travers un robinet avec un trou d'un diamètre de 0,01 m et une hauteur de colonne de 10 m.

Section du trou = πR2 = 3,14 x 0,012 = 3,14 x 0,0001 = 0,000314 m².

Vitesse de sortie = √2gh = √2 x 9,8 x 10 = √196 = 14 m/s.

Débit d'eau = SV = 0,000314 x 14 = 0,004396 m³/s.

Converti en litres, il s'avère que 4,396 litres par seconde peuvent s'écouler d'un tuyau donné.

Pipelines pour le transport divers liquides font partie intégrante des unités et des installations dans lesquelles sont effectués des processus de travail liés à divers domaines d'application. Lors de la sélection des tuyaux et de la configuration des tuyaux grande valeur a le coût à la fois des tuyaux eux-mêmes et raccords de canalisation. Le coût final du pompage d'un fluide à travers un pipeline est largement déterminé par les dimensions des tuyaux (diamètre et longueur). Le calcul de ces grandeurs est effectué à l'aide de formules spécialement développées et spécifiques à certains types opération.

Un tuyau est un cylindre creux en métal, en bois ou en tout autre matériau utilisé pour transporter des fluides liquides, gazeux et granulaires. Le milieu transporté peut être de l'eau, gaz naturel, vapeur, produits pétroliers, etc. Les tuyaux sont utilisés partout, à partir de diverses industries l'industrie à un usage domestique.

Pour la fabrication de tuyaux le plus différents matériaux, tels que l'acier, la fonte, le cuivre, le ciment, les plastiques tels que le plastique ABS, le PVC, le chlorure de polyvinyle chloré, le polybutène, le polyéthylène, etc.

Les principaux indicateurs dimensionnels d'un tuyau sont son diamètre (externe, interne, etc.) et l'épaisseur de paroi, qui sont mesurées en millimètres ou en pouces. Une valeur telle que le diamètre nominal ou l'alésage nominal est également utilisée - la valeur nominale du diamètre interne du tuyau, également mesurée en millimètres (notée DN) ou en pouces (notée DN). Les valeurs des diamètres nominaux sont normalisées et constituent le critère principal lors du choix des tuyaux et des raccords de raccordement.

Correspondance entre les valeurs du diamètre nominal en mm et en pouces :

Un tuyau à section circulaire est préféré aux autres sections géométriques pour plusieurs raisons :

• Un cercle a un rapport minimum entre le périmètre et la surface, et lorsqu'il est appliqué à un tuyau, cela signifie qu'à débit égal, la consommation de matière des tuyaux est forme ronde sera minime par rapport aux tuyaux d'autres formes. Cela implique également des coûts minimaux possibles pour l'isolation et revêtement protecteur;
• Rond coupe transversale le plus avantageux pour déplacer un milieu liquide ou gazeux d'un point de vue hydrodynamique. De plus, en raison de la surface interne minimale possible du tuyau par unité de longueur, le frottement entre le fluide en mouvement et le tuyau est minimisé.
• La forme ronde est la plus résistante aux pressions internes et externes ;
• Le processus de fabrication de tuyaux ronds est assez simple et facile à mettre en œuvre.

Les tuyaux peuvent varier considérablement en diamètre et en configuration en fonction de leur objectif et de leur application. Ainsi, les canalisations principales pour le déplacement d'eau ou de produits pétroliers peuvent atteindre près d'un demi-mètre de diamètre avec une configuration assez simple, et les serpentins de chauffage, qui sont également des canalisations, ont un petit diamètre. forme complexe avec de nombreux tours.

Il est impossible d’imaginer une industrie sans réseau de pipelines. Le calcul d'un tel réseau comprend la sélection du matériau des canalisations, l'élaboration d'un cahier des charges répertoriant les données sur l'épaisseur, la taille des canalisations, le tracé, etc. Les matières premières, les produits intermédiaires et/ou les produits finis passent par les étapes de production, se déplaçant entre divers appareils et installations reliés par des canalisations et des raccords. Un calcul, une sélection et une installation corrects du système de canalisations sont nécessaires pour la mise en œuvre fiable de l'ensemble du processus, garantissant un pompage sûr des fluides, ainsi que pour sceller le système et empêcher les fuites de la substance pompée dans l'atmosphère.

Il n’existe pas de formule ou de règles uniques pouvant être utilisées pour sélectionner un pipeline pour un application possible Et environnement de travail. Dans chaque application individuelle de pipelines, un certain nombre de facteurs doivent être pris en compte et peuvent avoir un impact significatif sur les exigences du pipeline. Ainsi, par exemple, lorsque l'on travaille avec des boues, le pipeline grande taille cela augmentera non seulement le coût d'installation, mais créera également des difficultés opérationnelles.

En règle générale, les tuyaux sont sélectionnés après avoir optimisé les coûts de matériaux et d'exploitation. Plus le diamètre du pipeline est grand, c'est-à-dire plus l'investissement initial est élevé, plus la perte de charge est faible et, par conséquent, plus les coûts d'exploitation sont faibles. À l'inverse, la petite taille du pipeline réduira les coûts primaires des tuyaux eux-mêmes et des raccords de tuyauterie, mais une augmentation de la vitesse entraînera une augmentation des pertes, ce qui entraînera la nécessité de dépenser de l'énergie supplémentaire pour pomper le fluide. Des limitations de vitesse fixées pour divers domaines les applications sont basées sur des conditions de conception optimales. La taille des canalisations est calculée à l'aide de ces normes en tenant compte des domaines d'application.

Conception de pipelines

Lors de la conception de pipelines, les paramètres de conception de base suivants sont pris comme base :

• performances requises ;
• points d'entrée et de sortie du pipeline ;
• composition du milieu, y compris la viscosité et densité spécifique;
• conditions topographiques du tracé du pipeline ;
• maximum autorisé pression de travail;
• calcul hydraulique;
• diamètre du pipeline, épaisseur de paroi, limite d'élasticité à la traction du matériau du mur ;
• quantité stations de pompage, la distance qui les sépare et la consommation électrique.

Fiabilité des pipelines

La fiabilité de la conception des pipelines est assurée par le respect des normes de conception appropriées. La formation du personnel est également facteur clé disposition à long terme service de pipeline, son étanchéité et sa fiabilité. Une surveillance continue ou périodique du fonctionnement du pipeline peut être effectuée par des systèmes de surveillance, de comptabilité, de contrôle, de régulation et d'automatisation, des dispositifs personnels de surveillance de la production et des dispositifs de sécurité.

Revêtement supplémentaire des canalisations

Un revêtement résistant à la corrosion est appliqué à l'extérieur de la plupart des tuyaux pour empêcher les effets néfastes de la corrosion. environnement externe. Dans le cas du pompage de fluides corrosifs, un revêtement protecteur peut également être appliqué sur surface intérieure tuyaux Avant la mise en service, toutes les canalisations neuves destinées au transport liquides dangereux, sont vérifiés pour détecter les défauts et les fuites.

Principes de base du calcul du débit dans un pipeline

La nature de l'écoulement du fluide dans la canalisation et lors de son écoulement autour d'obstacles peut varier considérablement d'un liquide à l'autre. L'un des indicateurs importants est la viscosité du milieu, caractérisée par un paramètre tel que le coefficient de viscosité. L'ingénieur-physicien irlandais Osborne Reynolds a mené une série d'expériences en 1880, à partir des résultats desquelles il a pu dériver une grandeur sans dimension caractérisant la nature de l'écoulement d'un fluide visqueux, appelée critère de Reynolds et notée Re.

Re = (v·L·ρ)/μ

Où:
ρ - densité du liquide ;
v-vitesse d'écoulement ;
L est la longueur caractéristique de l'élément d'écoulement ;
μ - coefficient de viscosité dynamique.

Autrement dit, le critère de Reynolds caractérise le rapport entre les forces d'inertie et les forces de frottement visqueux dans un écoulement de fluide. Une modification de la valeur de ce critère reflète une modification du rapport de ces types de forces, qui, à son tour, affecte la nature de l'écoulement du fluide. A cet égard, il est d'usage de distinguer trois régimes d'écoulement en fonction de la valeur du critère de Reynolds. Chez Ré<2300 наблюдается так называемый ламинарный поток, при котором жидкость движется тонкими слоями, почти не смешивающимися друг с другом, при этом наблюдается постепенное увеличение скорости потока по направлению от стенок трубы к ее центру. Дальнейшее увеличение числа Рейнольдса приводит к дестабилизации такой структуры потока, и значениям 23004000, un régime stable est déjà observé, caractérisé par un changement aléatoire de la vitesse et de la direction de l'écoulement en chaque point individuel, qui égalise au total les débits dans tout le volume. Ce régime est dit turbulent. Le nombre de Reynolds dépend de la pression réglée par la pompe, de la viscosité du fluide à la température de fonctionnement, ainsi que de la taille et de la forme de la section transversale du tuyau traversé par le flux.

Profil de vitesse d'écoulement
mode laminaire	régime transitoire	régime turbulent
Caractère du courant
mode laminaire	régime transitoire	régime turbulent

Le critère de Reynolds est un critère de similarité pour l'écoulement d'un fluide visqueux. Autrement dit, avec son aide, il est possible de simuler un processus réel dans une taille réduite, pratique pour l'étude. Ceci est extrêmement important, car il est souvent extrêmement difficile, voire parfois impossible, d'étudier la nature des écoulements de fluides dans des dispositifs réels en raison de leur grande taille.

Calcul du pipeline. Calcul du diamètre du pipeline

Si le pipeline n'est pas isolé thermiquement, c'est-à-dire qu'un échange de chaleur est possible entre le fluide déplacé et l'environnement, la nature du flux qu'il contient peut changer même à vitesse (débit) constante. Ceci est possible si le fluide pompé à l'entrée a une température suffisamment élevée et s'écoule en mode turbulent. Le long du tuyau, la température du fluide transporté baissera en raison des pertes de chaleur dans l'environnement, ce qui peut entraîner un changement du régime d'écoulement vers un régime laminaire ou transitoire. La température à laquelle se produit un changement de régime est appelée température critique. La valeur de la viscosité du liquide dépend directement de la température, c'est pourquoi, pour de tels cas, un paramètre tel que la viscosité critique est utilisé, correspondant au point de changement de régime d'écoulement à la valeur critique du critère de Reynolds :

v cr = (v D)/Re cr = (4 Q)/(π D Re cr)

Où:
ν cr - viscosité cinématique critique ;
Rec cr - valeur critique du critère de Reynolds ;
D - diamètre du tuyau ;
v - vitesse d'écoulement ;
Q - consommation.

Un autre facteur important est le frottement qui se produit entre les parois des tuyaux et le flux en mouvement. Dans ce cas, le coefficient de frottement dépend en grande partie de la rugosité des parois des canalisations. La relation entre le coefficient de frottement, le critère de Reynolds et la rugosité est établie par le diagramme de Moody, qui permet de déterminer l'un des paramètres connaissant les deux autres.

La formule de Colebrook-White est également utilisée pour calculer le coefficient de frottement d'un écoulement turbulent. Sur la base de cette formule, il est possible de construire des graphiques à partir desquels le coefficient de frottement est déterminé.

(√λ ) -1 = -2 log(2,51/(Re √λ ) + k/(3,71 d))

Où:
k - coefficient de rugosité du tuyau ;
λ - coefficient de frottement.

Il existe également d'autres formules pour le calcul approximatif des pertes par frottement lors de l'écoulement sous pression du liquide dans les tuyaux. L'une des équations les plus couramment utilisées dans ce cas est l'équation de Darcy-Weisbach. Il est basé sur des données empiriques et est principalement utilisé dans la modélisation de systèmes. Les pertes par friction sont fonction de la vitesse du fluide et de la résistance du tuyau au mouvement du fluide, exprimées par la valeur de la rugosité de la paroi du pipeline.

∆H = λ L/d v²/(2 g)

Où:
ΔH - perte de pression ;
λ - coefficient de frottement ;
L est la longueur de la section de tuyau ;
d - diamètre du tuyau ;
v - vitesse d'écoulement ;
g est l'accélération de la chute libre.

La perte de pression due au frottement de l'eau est calculée à l'aide de la formule de Hazen-Williams.

∆H = 11,23 L1/C 1,85 Q 1,85 /D 4,87

Où:
ΔH - perte de pression ;
L est la longueur de la section de tuyau ;
C est le coefficient de rugosité Heisen-Williams ;
Q - débit ;
D - diamètre du tuyau.

Pression

La pression de fonctionnement d'un pipeline est la surpression la plus élevée qui garantit le mode de fonctionnement spécifié du pipeline. La décision concernant la taille du pipeline et le nombre de stations de pompage est généralement prise en fonction de la pression de fonctionnement du pipeline, de la capacité de la pompe et des coûts. La pression maximale et minimale du pipeline, ainsi que les propriétés du fluide de travail, déterminent la distance entre les stations de pompage et la puissance requise.

La pression nominale PN est une valeur nominale correspondant à la pression maximale du fluide de travail à 20 °C, à laquelle l'exploitation à long terme d'une canalisation aux dimensions données est possible.

À mesure que la température augmente, la capacité de charge du tuyau diminue, tout comme la surpression admissible. La valeur pe,zul indique la pression maximale (gp) dans le système de tuyauterie à mesure que la température de fonctionnement augmente.

Tableau des surpressions admissibles :

Calcul de la chute de pression dans une canalisation

La chute de pression dans la canalisation est calculée à l'aide de la formule :

∆p = λ L/d ρ/2 v²

Où:
Δp - chute de pression à travers la section de tuyau ;
L est la longueur de la section de tuyau ;
λ - coefficient de frottement ;
d - diamètre du tuyau ;
ρ - densité du fluide pompé ;
v - vitesse d'écoulement.

Supports de travail transportés

Le plus souvent, les canalisations sont utilisées pour transporter de l’eau, mais elles peuvent également être utilisées pour déplacer des boues, des suspensions, de la vapeur, etc. Dans l'industrie pétrolière, les pipelines sont utilisés pour transporter une large gamme d'hydrocarbures et leurs mélanges, qui diffèrent considérablement par leurs propriétés chimiques et physiques. Le pétrole brut peut être transporté sur de plus grandes distances depuis les champs terrestres ou les plates-formes pétrolières offshore jusqu'aux terminaux, points intermédiaires et raffineries.

Les pipelines transmettent également :

• les produits pétroliers tels que l'essence, le carburéacteur, le kérosène, le carburant diesel, le fioul, etc. ;
• matières premières pétrochimiques : benzène, styrène, propylène, etc. ;
• les hydrocarbures aromatiques : xylène, toluène, cumène, etc. ;
• les carburants pétroliers liquéfiés tels que le gaz naturel liquéfié, le gaz de pétrole liquéfié, le propane (gaz à température et pression standard mais liquéfiés sous pression) ;
• dioxyde de carbone, ammoniac liquide (transporté sous forme liquide sous pression) ;
• le bitume et les carburants visqueux sont trop visqueux pour être transportés par pipeline, c'est pourquoi des fractions distillées de pétrole sont utilisées pour diluer ces matières premières et obtenir un mélange pouvant être transporté par pipeline ;
• hydrogène (courtes distances).

Qualité du milieu transporté

Les propriétés physiques et les paramètres des fluides transportés déterminent en grande partie les paramètres de conception et d’exploitation du pipeline. La densité, la compressibilité, la température, la viscosité, le point d'écoulement et la pression de vapeur sont les principaux paramètres de l'environnement de travail qui doivent être pris en compte.

La densité d'un liquide est son poids par unité de volume. De nombreux gaz sont transportés dans des gazoducs sous une pression accrue et, lorsqu'une certaine pression est atteinte, certains gaz peuvent même être liquéfiés. Par conséquent, le degré de compression du fluide est un paramètre critique pour la conception des pipelines et la détermination du débit.

La température a un effet indirect et direct sur les performances du pipeline. Cela se traduit par le fait que le liquide augmente de volume après une augmentation de la température, à condition que la pression reste constante. Des températures plus basses peuvent également avoir un impact sur les performances et l’efficacité globale du système. Typiquement, lorsque la température d'un fluide diminue, cela s'accompagne d'une augmentation de sa viscosité, ce qui crée une résistance de frottement supplémentaire sur la paroi interne du tuyau, nécessitant plus d'énergie pour pomper la même quantité de fluide. Les fluides très visqueux sont sensibles aux changements de températures de fonctionnement. La viscosité est la résistance d'un fluide à l'écoulement et se mesure en centistokes cSt. La viscosité détermine non seulement le choix de la pompe, mais aussi la distance entre les stations de pompage.

Dès que la température du fluide descend en dessous du point d'écoulement, le fonctionnement de la canalisation devient impossible et plusieurs options sont envisagées pour rétablir son fonctionnement :

• chauffer le fluide ou isoler les tuyaux pour maintenir la température de fonctionnement du fluide au-dessus de son point de fluidité ;
• modification de la composition chimique du milieu avant d'entrer dans le pipeline ;
• dilution du milieu transporté avec de l'eau.

Types de tuyaux principaux

Les tuyaux principaux sont soudés ou sans soudure. Les tubes en acier sans soudure sont produits sans soudures longitudinales dans des sections en acier qui sont traitées thermiquement pour obtenir la taille et les propriétés souhaitées. Les tuyaux soudés sont produits à l’aide de plusieurs procédés de fabrication. Les deux types diffèrent par le nombre de joints longitudinaux dans le tuyau et le type d'équipement de soudage utilisé. Les tuyaux en acier soudés sont le type le plus couramment utilisé dans les applications pétrochimiques.

Chaque longueur de tuyau est soudée ensemble pour former un pipeline. Également dans les canalisations principales, selon l'application, on utilise des tuyaux en fibre de verre, en divers plastiques, en amiante-ciment, etc.

Pour connecter des sections de tuyaux droites, ainsi que pour effectuer la transition entre des sections de pipeline de différents diamètres, des éléments de connexion spécialement fabriqués (coudes, coudes, vannes) sont utilisés.

coude 90°	Coude à 90°	branche de transition	ramification
coude 180°	plier à 30°	raccord adaptateur	conseil

Des connexions spéciales sont utilisées pour installer des parties individuelles de canalisations et de raccords.

soudé	à bride	fileté	couplage

Expansion de la température du pipeline

Lorsqu'un pipeline est sous pression, toute sa surface interne est exposée à une charge uniformément répartie, ce qui provoque des forces internes longitudinales dans le tuyau et des charges supplémentaires sur les supports d'extrémité. Les fluctuations de température affectent également le pipeline, entraînant des changements dans ses dimensions. Les forces dans une canalisation fixe lors des fluctuations de température peuvent dépasser la valeur admissible et entraîner des contraintes excessives, ce qui est dangereux pour la résistance de la canalisation tant au niveau du matériau du tuyau que des raccords à bride. Les fluctuations de température du fluide pompé créent également des contraintes thermiques dans la canalisation, qui peuvent être transmises aux raccords, à une station de pompage, etc. Cela peut entraîner une dépressurisation des joints de la canalisation, une défaillance des raccords ou d'autres éléments.

Calcul des dimensions du pipeline avec les changements de température

Le calcul des modifications des dimensions linéaires du pipeline avec les changements de température est effectué à l'aide de la formule :

∆L = a·L·∆t

a - coefficient de dilatation thermique, mm/(m°C) (voir tableau ci-dessous) ;
L - longueur du pipeline (distance entre les supports fixes), m ;
Δt - différence entre max. et min. température du fluide pompé, °C.

Tableau d'expansion linéaire des tuyaux en divers matériaux

Les chiffres donnés représentent des valeurs moyennes pour les matériaux répertoriés et pour calculer un pipeline constitué d'autres matériaux, les données de ce tableau ne doivent pas être prises comme base. Lors du calcul du pipeline, il est recommandé d'utiliser le coefficient d'allongement linéaire indiqué par le fabricant du tuyau dans la spécification technique ou la fiche technique ci-jointe.

L'allongement thermique des pipelines est éliminé à la fois grâce à l'utilisation de sections de compensation spéciales du pipeline et à l'aide de compensateurs, qui peuvent être constitués de pièces élastiques ou mobiles.

Les sections de compensation sont constituées de parties droites élastiques du pipeline, situées perpendiculairement les unes aux autres et fixées par des coudes. Lors de l'allongement thermique, l'augmentation d'une partie est compensée par la déformation en flexion de l'autre partie dans le plan ou par la déformation en flexion et torsion dans l'espace. Si le pipeline lui-même compense la dilatation thermique, on parle alors d'auto-compensation.

La compensation se produit également grâce aux courbures élastiques. Une partie de l'allongement est compensée par l'élasticité des coudes, l'autre partie est éliminée du fait des propriétés élastiques du matériau de la zone située derrière le coude. Les compensateurs sont installés là où il n'est pas possible d'utiliser des sections de compensation ou lorsque l'auto-compensation de la canalisation est insuffisante.

Selon leur conception et leur principe de fonctionnement, les compensateurs sont de quatre types : en U, à lentille, ondulés, à presse-étoupe. Dans la pratique, on utilise souvent des joints de dilatation plats en forme de L, de Z ou de U. Dans le cas des compensateurs spatiaux, ils représentent généralement 2 sections plates perpendiculaires entre elles et ont un épaulement commun. Les compensateurs élastiques sont constitués de tuyaux ou de disques élastiques, ou de soufflets.

Détermination de la taille optimale du diamètre du pipeline

Le diamètre optimal du pipeline peut être trouvé sur la base de calculs techniques et économiques. Les dimensions du pipeline, y compris la taille et la fonctionnalité des différents composants, ainsi que les conditions dans lesquelles le pipeline doit être exploité, déterminent la capacité de transport du système. Des tuyaux de plus grande taille conviennent aux débits massiques plus élevés, à condition que les autres composants du système soient correctement sélectionnés et dimensionnés pour ces conditions. Généralement, plus la section de canalisation principale entre les stations de pompage est longue, plus la chute de pression dans la canalisation est importante. De plus, les modifications des caractéristiques physiques du fluide pompé (viscosité, etc.) peuvent également avoir un impact important sur la pression dans la conduite.

La taille optimale est la plus petite taille de tuyau adaptée à une application particulière et rentable sur toute la durée de vie du système.

Formule de calcul des performances des tuyaux :

Q = (π d²)/4v

Q est le débit du liquide pompé ;
d - diamètre du pipeline ;
v - vitesse d'écoulement.

En pratique, pour calculer le diamètre optimal de la canalisation, on utilise les valeurs des vitesses optimales du fluide pompé, tirées de matériaux de référence compilés sur la base de données expérimentales :

Fluide pompé		Plage de vitesses optimales dans le pipeline, m/s
Liquides	Mouvement gravitationnel :
	Liquides visqueux	0,1 - 0,5
	Liquides à faible viscosité	0,5 - 1
	Pompage:
	Côté aspiration	0,8 - 2
	Côté décharge	1,5 - 3
Gaz	Envie naturelle	2 - 4
	Basse pression	4 - 15
	Grande pression	15 - 25
Couples	Vapeur surchauffée	30 - 50
	Vapeur saturée sous pression :
	Plus de 105 Pa	15 - 25
	(1 - 0,5) 105 Pa	20 - 40
	(0,5 - 0,2) 105 Pa	40 - 60
	(0,2 - 0,05) 105 Pa	60 - 75

De là, nous obtenons la formule pour calculer le diamètre optimal du tuyau :

ré o = √((4 Q) / (π v o ))

Q est le débit spécifié du liquide pompé ;
d - diamètre optimal du pipeline ;
v est le débit optimal.

À des débits élevés, des tuyaux de plus petit diamètre sont généralement utilisés, ce qui signifie une réduction des coûts d'achat du pipeline, de ses travaux d'entretien et d'installation (notés K 1). À mesure que la vitesse augmente, la perte de pression due au frottement et à la résistance locale augmente, ce qui entraîne une augmentation du coût de pompage du liquide (noté K 2).

Pour les canalisations de grand diamètre, les coûts K 1 seront plus élevés et les coûts d'exploitation K 2 seront inférieurs. Si l'on additionne les valeurs de K 1 et K 2, nous obtenons le coût minimum total K et le diamètre optimal du pipeline. Les coûts K 1 et K 2 dans ce cas sont indiqués dans la même période.

Calcul (formule) des coûts d'investissement pour un pipeline

K 1 = (m·C M ·K M)/n

m est la masse du pipeline, t ;
C M - coût de 1 t, frotter/t ;
K M - coefficient qui augmente le coût des travaux d'installation, par exemple 1,8 ;
n - durée de vie, années.

Les coûts d'exploitation indiqués associés à la consommation d'énergie sont :

K 2 = 24 N n jour C E frotter/an

N - puissance, kW ;
n DN - nombre de jours ouvrables par an ;
S E - coûts par kWh d'énergie, frotter/kW * h.

Formules pour déterminer les dimensions du pipeline

Un exemple de formules générales pour déterminer la taille des canalisations sans prendre en compte d'éventuels facteurs d'impact supplémentaires tels que l'érosion, les matières en suspension, etc. :

Nom	Équation	Restrictions possibles
Flux de liquide et de gaz sous pression
Perte de tête due au frottement Darcy Weisbach	d = 12 [(0,0311 f L Q 2)/(h f)] 0,2	Q - débit volumétrique, gal/min ; d - diamètre interne du tuyau ; hf - perte de pression due au frottement ; L - longueur du pipeline, pieds ; f - coefficient de frottement ; V - vitesse d'écoulement.
Équation du débit total de fluide	d = 0,64 √(Q/V)	Q - débit volumique, gpm
Taille de la conduite d'aspiration de la pompe pour limiter la perte de charge par frottement	d = √(0,0744·Q)	Q - débit volumique, gpm
Équation du débit total de gaz	d = 0,29 √((Q T)/(P V))	Q - débit volumique, pi³/min T - température, K P - pression lb/in² (abs) ; V - vitesse
Flux gravitationnel
L'équation de Manning pour calculer le diamètre du tuyau pour un débit maximum	d = 0,375	Q - débit volumétrique ; n - coefficient de rugosité ; S - pente.
Le nombre de Froude est la relation entre la force d'inertie et la force de gravité	Fr = V / √[(d/12)g]	g - accélération de chute libre ; v - vitesse d'écoulement ; L - longueur ou diamètre du tuyau.
Vapeur et évaporation
Équation pour déterminer le diamètre du tuyau de vapeur	d = 1,75 √[(W v_g x) / V]	W - débit massique ; Vg - volume spécifique de vapeur saturée ; x - qualité de la vapeur ; V - vitesse.

Débits optimaux pour divers systèmes de tuyauterie

La taille optimale des tuyaux est sélectionnée en fonction du coût minimum de pompage du fluide à travers le pipeline et du coût des tuyaux. Cependant, les limitations de vitesse doivent également être prises en compte. Parfois, la taille du pipeline doit correspondre aux exigences du processus. De plus, la taille du pipeline est souvent liée à la chute de pression. Dans les calculs de conception préliminaires, où les pertes de charge ne sont pas prises en compte, la taille de la canalisation de traitement est déterminée par la vitesse autorisée.

Si le sens d'écoulement change dans le pipeline, cela entraîne une augmentation significative des pressions locales à la surface perpendiculaire au sens d'écoulement. Ce type d'augmentation est fonction de la vitesse, de la densité et de la pression initiale du fluide. La vitesse étant inversement proportionnelle au diamètre, les fluides à haute vitesse nécessitent une attention particulière lors de la sélection de la taille et de la configuration des canalisations. La taille optimale des tuyaux, par exemple pour l'acide sulfurique, limite la vitesse du fluide à une valeur à laquelle l'érosion des parois des coudes des tuyaux n'est pas autorisée, évitant ainsi des dommages à la structure du tuyau.

Flux de fluide gravitationnel

Calculer la taille d’un pipeline dans le cas d’un écoulement gravitaire est assez compliqué. La nature du mouvement avec cette forme d'écoulement dans la conduite peut être monophasée (conduite pleine) et biphasée (remplissage partiel). Un écoulement diphasique se forme lorsque du liquide et du gaz sont simultanément présents dans le tuyau.

En fonction du rapport liquide/gaz, ainsi que de leurs vitesses, le régime d'écoulement diphasique peut varier de bouillonnant à dispersé.

flux de bulles (horizontal)	flux de projectile (horizontal)	flux de vagues	flux dispersé

La force motrice d'un liquide lorsqu'il se déplace par gravité est fournie par la différence de hauteur des points de départ et d'arrivée, et une condition préalable est que le point de départ soit situé au-dessus du point d'arrivée. En d’autres termes, la différence de hauteur détermine la différence d’énergie potentielle du liquide dans ces positions. Ce paramètre est également pris en compte lors de la sélection d'un pipeline. De plus, l'ampleur de la force motrice est influencée par les valeurs de pression aux points de départ et d'arrivée. Une augmentation de la chute de pression entraîne une augmentation du débit de fluide, ce qui, à son tour, vous permet de sélectionner un pipeline d'un diamètre plus petit, et vice versa.

Si le point final est connecté à un système sous pression, tel qu'une colonne de distillation, il est nécessaire de soustraire la pression équivalente de la différence de hauteur existante pour estimer la pression différentielle effective réelle générée. De plus, si le point de départ du pipeline est sous vide, son effet sur la pression différentielle globale doit également être pris en compte lors du choix du pipeline. La sélection finale des canalisations s'effectue par pression différentielle, en tenant compte de tous les facteurs ci-dessus, et ne repose pas uniquement sur la différence de hauteur entre les points de départ et d'arrivée.

Flux de liquide chaud

Les usines de transformation sont généralement confrontées à divers défis lors de la manipulation de fluides chauds ou bouillants. La raison principale est l’évaporation d’une partie du flux de liquide chaud, c’est-à-dire la transformation de phase du liquide en vapeur à l’intérieur du pipeline ou de l’équipement. Un exemple typique est le phénomène de cavitation d'une pompe centrifuge, accompagné d'une ébullition ponctuelle d'un liquide avec formation ultérieure de bulles de vapeur (cavitation de vapeur) ou libération de gaz dissous dans des bulles (cavitation de gaz).

Une tuyauterie plus grande est préférable en raison du débit réduit par rapport à une tuyauterie plus petite à débit constant, ce qui entraîne un NPSH plus élevé au niveau de la conduite d'aspiration de la pompe. En outre, la cause de la cavitation due à la perte de pression peut être des points de changement soudain de direction d'écoulement ou une réduction de la taille du pipeline. Le mélange vapeur-gaz résultant crée un obstacle à l'écoulement et peut endommager le pipeline, ce qui rend le phénomène de cavitation extrêmement indésirable pendant l'exploitation du pipeline.

Pipeline de dérivation pour équipements/instruments

Les équipements et dispositifs, notamment ceux qui peuvent créer des pertes de charge importantes, c'est-à-dire les échangeurs de chaleur, les vannes de régulation, etc., sont équipés de canalisations de dérivation (pour permettre au processus de ne pas être interrompu même lors de travaux de maintenance technique). De telles canalisations disposent généralement de 2 vannes d'arrêt installées dans la conduite d'installation et d'une vanne de régulation de débit parallèle à cette installation.

En fonctionnement normal, le flux de fluide, traversant les principaux composants de l'appareil, subit une chute de pression supplémentaire. En conséquence, la pression de refoulement créée par l'équipement connecté, tel qu'une pompe centrifuge, est calculée. La pompe est sélectionnée en fonction de la perte de charge totale dans l'installation. Lors du déplacement le long de la canalisation de dérivation, cette chute de pression supplémentaire est absente, tandis que la pompe en fonctionnement délivre le débit de la même force, selon ses caractéristiques de fonctionnement. Pour éviter les différences de caractéristiques de débit entre l'appareil et la conduite de dérivation, il est recommandé d'utiliser une conduite de dérivation plus petite avec une vanne de régulation pour créer une pression équivalente à celle de l'installation principale.

Ligne d'échantillonnage

En règle générale, une petite quantité de liquide est échantillonnée pour analyse afin de déterminer sa composition. L'échantillonnage peut être effectué à n'importe quelle étape du processus pour déterminer la composition de la matière première, du produit intermédiaire, du produit fini ou simplement de la substance transportée, telle que les eaux usées, le liquide de refroidissement, etc. La taille de la section de tuyauterie à partir de laquelle l'échantillonnage est effectué dépend généralement du type de fluide analysé et de l'emplacement du point d'échantillonnage.

Par exemple, pour les gaz soumis à haute pression, de petits pipelines équipés de vannes suffisent pour collecter le nombre d’échantillons requis. L'augmentation du diamètre de la ligne d'échantillonnage réduira la proportion de milieux échantillonnés pour analyse, mais un tel échantillonnage devient plus difficile à contrôler. Cependant, une petite ligne d’échantillonnage n’est pas bien adaptée à l’analyse de diverses suspensions dans lesquelles des particules solides peuvent obstruer le chemin d’écoulement. Ainsi, la taille de la ligne d'échantillonnage pour l'analyse des suspensions dépend largement de la taille des particules solides et des caractéristiques du milieu. Des conclusions similaires s’appliquent aux liquides visqueux.

Lors de la sélection de la taille du pipeline d'échantillonnage, les éléments suivants sont généralement pris en compte :

• caractéristiques du liquide destiné au prélèvement ;
• perte de l'environnement de travail lors de la sélection;
• exigences de sécurité lors de la sélection ;
• facilité d'utilisation;
• emplacement du point de prélèvement.

Circulation du liquide de refroidissement

Les vitesses élevées sont préférées pour les conduites de liquide de refroidissement en circulation. Cela est principalement dû au fait que le liquide de refroidissement dans la tour de refroidissement est exposé au soleil, ce qui crée les conditions nécessaires à la formation d'une couche contenant des algues. Une partie de ce volume contenant des algues pénètre dans le liquide de refroidissement en circulation. À faible débit, les algues commencent à se développer dans la tuyauterie et, au bout d'un certain temps, rendent difficile la circulation du liquide de refroidissement ou son passage dans l'échangeur thermique. Dans ce cas, un débit de circulation élevé est recommandé pour éviter la formation de blocages d’algues dans la canalisation. En règle générale, l'industrie chimique utilise un liquide de refroidissement à forte circulation, ce qui nécessite des canalisations de grande taille et de grande longueur pour alimenter divers échangeurs de chaleur.

Débordement du réservoir

Les réservoirs sont équipés de tuyaux de trop-plein pour les raisons suivantes :

• éviter la perte de liquide (l'excès de liquide va dans un autre réservoir plutôt que de s'écouler hors du réservoir d'origine) ;
• empêcher les liquides indésirables de s'échapper à l'extérieur du réservoir ;
• maintenir les niveaux de liquide dans les réservoirs.

Dans tous les cas ci-dessus, les tuyaux de trop-plein sont conçus pour accueillir le débit de fluide maximum autorisé entrant dans le réservoir, quel que soit le débit de sortie de fluide. D'autres principes de sélection des canalisations sont similaires à la sélection des canalisations pour liquides par gravité, c'est-à-dire en fonction de la disponibilité de la hauteur verticale disponible entre les points de départ et d'arrivée de la canalisation de trop-plein.

Le point le plus haut du tuyau de trop-plein, qui est également son point de départ, est situé au point de raccordement au réservoir (tuyau de trop-plein du réservoir) généralement presque tout en haut, et le point final le plus bas peut être près de la gouttière de drainage presque à le sol. Toutefois, la ligne de débordement peut se terminer à une altitude plus élevée. Dans ce cas, la pression différentielle disponible sera plus faible.

Flux de boues

Dans le cas de l’exploitation minière, le minerai est généralement extrait de zones inaccessibles. Dans de tels endroits, en règle générale, il n'y a pas de liaisons ferroviaires ou routières. Pour de telles situations, le transport hydraulique de fluides contenant des particules solides est considéré comme le plus approprié, y compris dans le cas d'usines de traitement minier situées à une distance suffisante. Les pipelines à lisier sont utilisés dans diverses applications industrielles pour transporter des solides sous forme broyée avec des liquides. De tels pipelines se sont révélés les plus rentables par rapport à d’autres méthodes de transport de fluides solides en gros volumes. De plus, leurs avantages incluent une sécurité suffisante en raison de l'absence de plusieurs types de transport et du respect de l'environnement.

Les suspensions et les mélanges de matières en suspension dans les liquides sont stockés dans un état d'agitation périodique pour maintenir l'homogénéité. Sinon, un processus de séparation se produit dans lequel les particules en suspension, en fonction de leurs propriétés physiques, flottent à la surface du liquide ou se déposent au fond. Le mélange est réalisé grâce à des équipements tels qu'un réservoir avec un agitateur, tandis que dans les pipelines, cela est réalisé en maintenant des conditions d'écoulement turbulentes.

Réduire le débit lors du transport de particules en suspension dans un liquide n'est pas souhaitable, car le processus de séparation de phases peut commencer dans le flux. Cela peut entraîner un colmatage du pipeline et des modifications de la concentration des solides transportés dans le flux. Un mélange intensif dans le volume d'écoulement est facilité par le régime d'écoulement turbulent.

D’un autre côté, une réduction excessive de la taille du pipeline conduit souvent à un blocage. Par conséquent, le choix de la taille du pipeline est une étape importante et responsable qui nécessite une analyse et des calculs préliminaires. Chaque cas doit être considéré individuellement car différentes boues se comportent différemment à différentes vitesses de fluide.

Réparation de pipelines

Pendant l'exploitation du pipeline, divers types de fuites peuvent s'y produire, nécessitant une élimination immédiate pour maintenir le fonctionnement du système. La réparation du pipeline principal peut être effectuée de plusieurs manières. Cela peut aller du remplacement d'un segment entier de tuyau ou d'une petite section qui fuit, ou à l'application d'un patch sur un tuyau existant. Mais avant de choisir une méthode de réparation, il est nécessaire de mener une étude approfondie de la cause de la fuite. Dans certains cas, il peut être nécessaire non seulement de réparer, mais aussi de modifier le tracé du tuyau pour éviter des dommages répétés.

La première étape des travaux de réparation consiste à déterminer l'emplacement de la section de canalisation nécessitant une intervention. Ensuite, en fonction du type de canalisation, une liste des équipements et mesures nécessaires pour éliminer la fuite est déterminée, et les documents et permis nécessaires sont également collectés si la section de canalisation à réparer est située sur le territoire d'un autre propriétaire. . Étant donné que la plupart des tuyaux sont situés sous terre, il peut être nécessaire de retirer une partie du tuyau. Ensuite, l'état général du revêtement du pipeline est vérifié, après quoi une partie du revêtement est retirée pour effectuer des travaux de réparation directement sur le tuyau. Après réparation, diverses mesures de contrôle peuvent être réalisées : contrôle par ultrasons, détection de défauts de couleur, détection de défauts par magnétoscopie, etc.

Bien que certaines réparations nécessitent un arrêt complet du pipeline, seule une interruption temporaire des travaux suffit souvent pour isoler la zone à réparer ou préparer un tracé de contournement. Cependant, dans la plupart des cas, les travaux de réparation sont effectués lorsque le pipeline est complètement déconnecté. L'isolation d'une section de pipeline peut être effectuée à l'aide de bouchons ou de vannes d'arrêt. Ensuite, le matériel nécessaire est installé et les réparations sont effectuées directement. Les travaux de réparation sont effectués sur la zone endommagée, libérée de l'environnement et sans pression. Une fois la réparation terminée, les bouchons sont ouverts et l'intégrité du pipeline est restaurée.

Mouvement du fluide dans les tuyaux.
Dépendance de la pression du fluide sur son débit

Écoulement de fluide stationnaire. Équation de continuité

Considérons le cas où un fluide non visqueux s'écoule dans un tuyau cylindrique horizontal de section variable.

L'écoulement du fluide s'appelle stationnaire, si en chaque point de l'espace occupé par le liquide, sa vitesse ne change pas dans le temps. Dans un flux constant, des volumes égaux de liquide sont transférés à travers n’importe quelle section transversale d’un tuyau sur des périodes de temps égales.

Les liquides sont pratiquement incompressible, c'est-à-dire qu'on peut supposer qu'une masse de liquide donnée a toujours un volume constant. Par conséquent, les mêmes volumes de liquide traversant différentes sections du tuyau signifient que la vitesse d'écoulement du fluide dépend de la section transversale du tuyau.

Supposons que les vitesses d'écoulement du fluide stationnaire à travers les sections de tuyaux S1 et S2 soient respectivement égales à v1 et v2. Le volume de liquide s'écoulant pendant une période de temps t à travers la section S1 est égal à V1 = S1v1t, et le volume de liquide s'écoulant à travers la section S2 pendant le même temps est égal à V2 = S2v2t. De l’égalité V1=V2 il résulte que

La relation (1) est appelée équation de continuité. Il en résulte que

Ainsi, dans un écoulement de fluide stationnaire, la vitesse de déplacement de ses particules à travers différentes sections transversales du tuyau est inversement proportionnelle aux surfaces de ces sections.

Pression dans un fluide en mouvement. La loi de Bernoulli

Une augmentation de la vitesse d'écoulement du fluide lors du passage d'une section de tuyau avec une section transversale plus grande à une section de tuyau avec une section transversale plus petite signifie que le liquide se déplace avec une accélération.

Selon la deuxième loi de Newton, l’accélération est provoquée par la force. Cette force est dans ce cas la différence des forces de pression agissant sur le liquide qui s'écoule dans les parties larges et étroites du tuyau. Par conséquent, dans la partie large du tuyau, la pression du fluide doit être plus élevée que dans la partie étroite. Cela peut être directement observé par l’expérience. Sur la fig. Il est montré que dans des sections de sections transversales différentes S1 et S2, des tubes manométriques sont insérés dans le tuyau à travers lequel s'écoule le liquide.

Comme le montrent les observations, le niveau de liquide dans le tube de force au niveau de la section S1 du tuyau est plus élevé qu'à la section S2. Par conséquent, la pression dans un fluide circulant à travers une section de plus grande surface S1 est supérieure à la pression dans un fluide circulant à travers une section de plus petite surface S2. Ainsi, lors d'un écoulement de fluide stationnaire, aux endroits où la vitesse d'écoulement est plus faible, la pression dans le liquide est plus élevée et, à l'inverse, là où la vitesse d'écoulement est plus élevée, la pression dans le liquide est plus faible. Bernoulli fut le premier à arriver à cette conclusion, c'est pourquoi cette loi est appelée La loi de Bernoulli.

Répartition de la résolution de problèmes :

TÂCHE 1. L'eau s'écoule dans un tuyau horizontal de section variable. La vitesse d'écoulement dans la partie large du tuyau est de 20 cm/s. Déterminez la vitesse d'écoulement de l'eau dans la partie étroite du tuyau, dont le diamètre est 1,5 fois inférieur au diamètre de la partie large.

TÂCHE 2. Un liquide s'écoule dans un tuyau horizontal d'une section de 20 cm2. À un endroit, le tuyau présente un rétrécissement d'une section de 12 cm2. La différence de niveaux de liquide dans les tubes manométriques installés dans les parties larges et étroites du tuyau est de 8 cm. Déterminez le débit volumétrique de liquide en 1 s.

TÂCHE 3. Une force de 15 N est appliquée sur le piston de la seringue, situé horizontalement. Déterminez la vitesse d'écoulement de l'eau depuis l'embout de la seringue si la surface du piston est de 12 cm2.