Graphique du débit en fonction de la pression. Caractéristiques de la pompe - débit, pression et point de fonctionnement

Pourquoi de tels calculs sont-ils nécessaires ?

Lors de l'élaboration d'un plan de construction d'un grand chalet avec plusieurs salles de bains, d'un hôtel privé, d'une organisation système d'incendie, il est très important de disposer d'informations plus ou moins précises sur les capacités de transport de la canalisation existante, en tenant compte de son diamètre et de sa pression dans le système. Il s'agit de fluctuations de pression lors des pointes de consommation d'eau : de tels phénomènes affectent assez sérieusement la qualité des services fournis.

De plus, si l'approvisionnement en eau n'est pas équipé de compteurs d'eau, alors lors du paiement des services utilitaires le soi-disant "perméabilité des tuyaux". Dans ce cas, la question des tarifs appliqués dans ce cas se pose assez logiquement.

Il est important de comprendre que la deuxième option ne s'applique pas aux locaux privés (appartements et chalets), où, en l'absence de compteurs, ils sont pris en compte lors du calcul du paiement normes sanitaires: généralement jusqu'à 360 l/jour par personne.

Qu'est-ce qui détermine la perméabilité d'un tuyau ?

Qu'est-ce qui détermine le débit d'eau dans une canalisation ? section ronde? On a l'impression que trouver la réponse ne devrait pas être difficile : plus la section du tuyau est grande, plus le volume d'eau qu'il peut laisser passer est important. certaine heure. Dans le même temps, la pression est également mémorisée, car plus la colonne d'eau est élevée, plus l'eau sera forcée rapidement à l'intérieur de la communication. Cependant, la pratique montre que ce ne sont pas tous ces facteurs qui influencent la consommation d'eau.

En plus de ceux-ci, les points suivants doivent également être pris en compte :

1. Longueur du tuyau. Au fur et à mesure que sa longueur augmente, l'eau frotte plus fortement contre ses parois, ce qui entraîne un ralentissement du débit. En effet, au tout début du système, l'eau est affectée uniquement par la pression, mais il est également important de savoir à quelle vitesse les portions suivantes auront la possibilité d'entrer dans la communication. Le freinage à l'intérieur du tuyau atteint souvent des valeurs élevées.
2. La consommation d'eau dépend du diamètre dans une mesure beaucoup plus complexe qu’il n’y paraît à première vue. Lorsque le diamètre du tuyau est petit, les parois résistent à l'écoulement de l'eau d'un ordre de grandeur supérieur à celle des systèmes plus épais. En conséquence, à mesure que le diamètre du tuyau diminue, son avantage en termes de rapport entre la vitesse d'écoulement de l'eau et la surface interne sur une section d'une longueur fixe diminue. Pour faire simple, un pipeline épais transporte l’eau beaucoup plus rapidement qu’un pipeline mince.
3. Matériau de fabrication. Un autre point important, ce qui affecte directement la vitesse de déplacement de l'eau dans le tuyau. Par exemple, le propylène lisse favorise beaucoup plus le glissement de l’eau que les murs en acier brut.
4. Durée du service. Au fil du temps, les conduites d’eau en acier développent de la rouille. De plus, il est courant que l'acier, comme la fonte, accumule progressivement des dépôts de calcaire. La résistance à l'écoulement de l'eau d'une canalisation présentant des dépôts est bien supérieure à celle des produits sidérurgiques neufs : cette différence atteint parfois jusqu'à 200 fois. De plus, la prolifération du tuyau entraîne une diminution de son diamètre : même si l'on ne prend pas en compte l'augmentation du frottement, sa perméabilité diminue nettement. Il est également important de noter que les produits en plastique et métal-plastique ne présentent pas de tels problèmes : même après des décennies d'utilisation intensive, leur niveau de résistance l'eau coule reste au niveau initial.
5. Disponibilité de tours, raccords, adaptateurs, vannes contribue à une inhibition supplémentaire des débits d’eau.

Tous les facteurs ci-dessus doivent être pris en compte, car nous ne parlons pas de quelques petites erreurs, mais d'une différence sérieuse de plusieurs fois. En conclusion, nous pouvons dire qu'une simple détermination du diamètre du tuyau en fonction du débit d'eau est difficilement possible.

Nouvelle possibilité de calculer la consommation d'eau

Si l'eau est utilisée via un robinet, cela simplifie grandement la tâche. L'essentiel dans ce cas est que la taille du trou d'évacuation de l'eau est bien inférieure au diamètre de la conduite d'eau. Dans ce cas, la formule de calcul de l'eau sur la section transversale d'un tuyau Torricelli v^2=2gh est applicable, où v est la vitesse d'écoulement à travers un petit trou, g est l'accélération de la chute libre et h est la hauteur de la colonne d'eau au-dessus du robinet (un trou ayant une section transversale s, par unité de temps laisse passer le volume d'eau s*v). Il est important de rappeler que le terme « section » est utilisé pour désigner non pas le diamètre, mais son aire. Pour le calculer, utilisez la formule pi*r^2.

Si la colonne d'eau a une hauteur de 10 mètres et le trou a un diamètre de 0,01 m, le débit d'eau à travers le tuyau à une pression d'une atmosphère est calculé comme suit : v^2=2*9,78*10=195,6. Après extraction racine carrée sort v = 13,98570698963767. Après avoir arrondi pour obtenir un chiffre de vitesse plus simple, le résultat est de 14 m/s. La section transversale d'un trou d'un diamètre de 0,01 m est calculée comme suit : 3,14159265*0,01^2=0,000314159265 m2. En conséquence, il s’avère que le débit d’eau maximum à travers le tuyau correspond à 0,000314159265*14 = 0,00439822971 m3/s (un peu moins de 4,5 litres d’eau/seconde). Comme on peut le constater, dans dans ce cas Le calcul de l’eau sur une section de tuyau est assez simple. Il existe également des tableaux spéciaux disponibles gratuitement indiquant la consommation d'eau pour les eaux les plus populaires. produits sanitaires, avec une valeur minimale du diamètre de la conduite d'eau.

Comme vous pouvez déjà le comprendre, l'universel manière simple il n'existe aucun moyen de calculer le diamètre du pipeline en fonction du débit d'eau. Cependant, vous pouvez toujours en déduire vous-même certains indicateurs. Cela est particulièrement vrai si le système est en plastique ou tuyaux métal-plastique, et la consommation d'eau s'effectue par des robinets à petite section de sortie. Dans certains cas, cette méthode de calcul est applicable aux systèmes en acier, mais nous parlons principalement de nouvelles conduites d'eau qui ne sont pas encore recouvertes de dépôts internes sur les murs.

Afin d'installer correctement la structure d'approvisionnement en eau, lorsque vous commencez à développer et à planifier le système, il est nécessaire de calculer le débit d'eau à travers le tuyau.

Les paramètres de base du système d'approvisionnement en eau domestique dépendent des données obtenues.

Dans cet article, les lecteurs pourront se familiariser avec les techniques de base qui les aideront à calculer de manière indépendante leur système de plomberie.

Le but du calcul du diamètre d'une canalisation par débit : Détermination du diamètre et de la section transversale de la canalisation sur la base des données sur le débit et la vitesse de mouvement longitudinal de l'eau.

Il est assez difficile de réaliser un tel calcul. Il est nécessaire de prendre en compte de nombreuses nuances liées aux données techniques et économiques. Ces paramètres sont interconnectés. Le diamètre du pipeline dépend du type de liquide qui y sera pompé.

Si vous augmentez la vitesse d'écoulement, vous pouvez réduire le diamètre du tuyau. La consommation de matière diminuera automatiquement. Il sera beaucoup plus facile d'installer un tel système et le coût des travaux diminuera.

Cependant, une augmentation du mouvement du débit entraînera des pertes de charge, qui nécessiteront la création d'énergie supplémentaire pour le pompage. Si vous le réduisez trop, des conséquences indésirables peuvent apparaître.

Lors de la conception d’une canalisation, dans la plupart des cas, le débit d’eau est immédiatement spécifié. Deux quantités restent inconnues :

• Diamètre du tuyau ;
• Débit.

Il est très difficile de faire un calcul technique et économique complet. Cela nécessite des connaissances techniques appropriées et beaucoup de temps. Pour faciliter cette tâche lors du calcul diamètre requis tuyaux, utilisez des matériaux de référence. Ils donnent du sens meilleure vitesse flux obtenus expérimentalement.

Final formule de calcul pour le diamètre optimal du pipeline, cela ressemble à ceci :

d = √(4Q/Πw)
Q – débit de liquide pompé, m3/s
d – diamètre du pipeline, m
w – vitesse d'écoulement, m/s

Vitesse du fluide adaptée, en fonction du type de canalisation

Tout d’abord, ils prennent en compte coûts minimaux, sans lequel il est impossible de pomper du liquide. De plus, le coût du pipeline doit être pris en compte.

Lors des calculs, vous devez toujours garder à l’esprit les limitations de vitesse du support en mouvement. Dans certains cas, la taille du pipeline principal doit répondre aux exigences imposées par le processus technologique.

Les dimensions du pipeline sont également affectées par d'éventuelles coups de bélier.

Lors des calculs préliminaires, les changements de pression ne sont pas pris en compte. Base de conception pipeline de processus la vitesse autorisée est prise.

Lorsqu'il y a des changements dans la direction du mouvement dans le pipeline conçu, la surface du tuyau commence à subir une haute pression dirigée perpendiculairement au mouvement du flux.

Cette augmentation est associée à plusieurs indicateurs :

• Vitesse du fluide ;
• Densité;
• Pression initiale (hauteur).

De plus, la vitesse est toujours inversement proportionnelle au diamètre du tuyau. C'est pourquoi les fluides à grande vitesse nécessitent bon choix configurations, sélection compétente des dimensions du pipeline.

Par exemple, si de l'acide sulfurique est pompé, la vitesse est limitée à une valeur qui ne provoquera pas d'érosion sur les parois des coudes. De ce fait, la structure du tuyau ne sera jamais endommagée.

Vitesse de l'eau dans la formule du pipeline

Le débit volumique V (60 m³/heure ou 60/3 600 m³/sec) est calculé comme le produit du débit w par coupe transversale tuyau S (et la section transversale à son tour est calculée comme S = 3,14 d²/4) : V = 3,14 w d²/4. De là, nous obtenons w = 4V/(3,14 d²). N'oubliez pas de convertir le diamètre de millimètres en mètres, c'est-à-dire que le diamètre sera de 0,159 m.

Formule de consommation d'eau

DANS cas général La méthodologie de mesure du débit d'eau dans les rivières et les canalisations est basée sur une forme simplifiée de l'équation de continuité pour les fluides incompressibles :

L'eau s'écoule à travers la table tubulaire

Débit en fonction de la pression

Le débit de fluide ne dépend pas de la pression, mais plutôt de la chute de pression. La formule est simple. Il existe une équation généralement acceptée pour la chute de pression lorsque le fluide circule dans un tuyau Δp = (λL/d) ρw²/2, λ est le coefficient de frottement (recherché en fonction de la vitesse et du diamètre du tuyau à l'aide de graphiques ou de formules correspondantes) , L est la longueur du tuyau, d est son diamètre , ρ est la densité du liquide, w est la vitesse. En revanche, il existe une définition du débit G = ρwπd²/4. Nous exprimons la vitesse à partir de cette formule, la substituons dans la première équation et trouvons la dépendance au débit G = π SQRT(Δp d^5/λ/L)/4, SQRT est la racine carrée.

Le coefficient de frottement est trouvé par sélection. Tout d'abord, vous définissez une certaine valeur de la vitesse du fluide à l'aide de la lampe de poche et déterminez le nombre de Reynolds Re=ρwd/μ, où μ est la viscosité dynamique du fluide (ne la confondez pas avec la viscosité cinématique, ce sont des choses différentes). D’après Reynolds, vous recherchez le coefficient de frottement λ = 64/Re pour mode laminaire et λ = 1/(1,82 logRe - 1,64)² pour turbulent (ici log est le logarithme décimal). Et prenez la valeur la plus élevée. Après avoir trouvé le débit et la vitesse du fluide, vous devrez répéter l’intégralité du calcul avec un nouveau coefficient de frottement. Et vous répétez ce recalcul jusqu'à ce que la valeur de vitesse spécifiée pour déterminer le coefficient de frottement coïncide, avec une certaine erreur, avec la valeur que vous trouvez lors du calcul.

Définition de la pression
L’augmentation de pression provoquée par une pompe est appelée hauteur. La pression de la pompe (H) se réfère à la pression spécifique travail mécanique, transmis par la pompe au liquide pompé.

H = E/V [m]

E = énergie mécanique[Nm]
G= poids du liquide pompé [N]

Dans ce cas, la pression créée par la pompe et le débit du liquide pompé (alimentation) dépendent l'un de l'autre. Cette relation est affichée graphiquement sous forme de caractéristique de la pompe. L'axe vertical (axe y) représente la hauteur de pompe (H), exprimée en mètres [m]. D'autres échelles de pression sont également possibles. Dans ce cas, les relations suivantes s'appliquent :

10 m au w.st. = 1 bar = 100 000 Pa = 100 kPa

Sur l'axe horizontal (axe des x) se trouve l'échelle de débit de la pompe (Q), exprimée en mètres cubes par heure [m3/h]. D'autres échelles d'alimentation sont également possibles, par exemple [l/s]. La forme de la caractéristique montre les types de dépendance suivants : l'énergie de l'entraînement électrique (en tenant compte du rendement global) est convertie dans la pompe en formes d'énergie hydraulique telles que la pression et la vitesse. Si la pompe fonctionne avec la vanne fermée, elle produit une pression maximale. Dans ce cas, on parle de hauteur de pompe H 0 à débit nul.

Lorsque la vanne commence à s'ouvrir lentement, le fluide pompé commence à se déplacer. De ce fait, une partie de l’énergie motrice est convertie en énergie cinétique du fluide. Entretien pression initiale devient impossible. La caractéristique de la pompe prend la forme d'une courbe décroissante. Théoriquement, la caractéristique de la pompe croise l’axe d’écoulement. L’eau n’a alors que de l’énergie cinétique, c’est-à-dire qu’il n’y a plus de pression. Cependant, comme il existe toujours une résistance interne dans le système de tuyauterie, en réalité, les performances des pompes sont coupées avant que l'axe de refoulement ne soit atteint.

Différentes pentes avec corps de pompe et roue identiques (par exemple en fonction de la vitesse du moteur)

Formulaire caractéristiques de la pompe
La figure montre les différentes pentes des caractéristiques de la pompe, qui peuvent dépendre notamment du régime moteur.

Dans ce cas, la pente de la caractéristique et le déplacement du point de fonctionnement affectent également la variation du débit et de la pression :
courbe plate
– un plus grand changement soumissions
avec un léger changement de pression
courbe raide
– changement important d'alimentation
avec un changement significatif de pression

Les frottements qui se produisent dans le réseau de canalisations entraînent une perte de pression du liquide pompé sur toute sa longueur. De plus, la perte de pression dépend de la température et de la viscosité du liquide pompé, de la vitesse d'écoulement, des propriétés des raccords et des unités, ainsi que de la résistance due au diamètre, à la longueur et à la rugosité des parois des tuyaux.
La perte de pression est représentée sur le graphique comme caractéristique du système. Le même graphique est utilisé pour cela que pour les caractéristiques de la pompe.

Caractéristiques du système

La forme de la caractéristique montre les dépendances suivantes :

La résistance hydraulique qui se produit dans le réseau de canalisations est due au frottement de l'eau contre les parois des tuyaux, au frottement des particules d'eau les unes contre les autres, ainsi qu'à un changement de sens d'écoulement dans les raccords.
Lorsque le débit change, par exemple lorsque les vannes thermostatiques s'ouvrent et se ferment, la vitesse d'écoulement et donc la résistance changent également.
Étant donné que la section transversale des tuyaux peut être considérée comme la section transversale active du flux, la résistance change de manière quadratique. Le graphique aura donc la forme d’une parabole.

Cette relation peut être représentée par l’équation suivante :

H1/H2 = (Q1/Q2) 2
Conclusions
Si l'approvisionnement dans le réseau de canalisations est réduit de moitié, la pression chute des trois quarts. Si, au contraire, le débit double, alors la pression augmente quatre fois. A titre d’exemple, nous pouvons prendre le débit d’eau d’un robinet d’eau séparé.
À une pression initiale de 2 bars, ce qui correspond à une hauteur de pompe d'env. A 20 m, l'eau coule d'un robinet DN 1/2 avec un débit de 2 m3/h.

Pour doubler le débit, il faut augmenter la pression initiale d'entrée de 2 à 8 bars.

Point de fonctionnement Le point d'intersection des caractéristiques de la pompe et du système est point de fonctionnement du système et de la pompe . Cela signifie qu’à ce stade il existe un équilibre entre puissance utile

pompe et la puissance consommée par le réseau de canalisations. La pression de la pompe est toujours égale à la résistance du système. Le débit que peut fournir la pompe en dépend également.

Il convient de garder à l’esprit que l’aliment ne doit pas être inférieur à une certaine valeur minimale. Dans le cas contraire, la température dans la chambre de la pompe pourrait augmenter trop et endommager la pompe. Pour éviter cela, les instructions du fabricant doivent être strictement suivies.

Un point de fonctionnement en dehors des spécifications de la pompe peut endommager le moteur. À mesure que le débit change pendant le fonctionnement de la pompe, le point de fonctionnement se déplace également constamment. Il est de la responsabilité du concepteur de trouver le point de fonctionnement optimal en fonction des exigences opérationnelles maximales.
Ces exigences sont les suivantes : Pour pompes de circulation
Ces exigences sont les suivantes : systèmes de chauffage - consommation de chaleur du bâtiment, installations de surpression
- débit de pointe pour tous les points d'eau.

Deux figures montrent l'effet de la modification de la résistance à l'écoulement sur le déplacement du point de fonctionnement. Un déplacement du point de fonctionnement vers la gauche de la position calculée entraîne inévitablement une augmentation de la pression de la pompe. En conséquence, du bruit se produit dans les vannes. La pression et le débit peuvent être ajustés en fonction de la demande à l'aide de pompes équipées d'un convertisseur de fréquence. Dans le même temps, les coûts d’exploitation sont considérablement réduits.

Gyulia 2016-07-20 11:27:21 Tout est très bien dit. Merci. [Répondre] [Répondre en citant][Annuler la réponse] Nina 2017-12-17 06:38:29 Merci beaucoup, ils ont aidé la théière à comprendre, a écrit un bon méthodologiste. Auparavant, tous les manuels étaient ainsi, jusque dans les années 60. Ils ont écrit en russe [Répondre] [Répondre en citant][Annuler la réponse] Igor Leshchinsky 2018-12-05 12:18:54 S'il vous plaît, aidez-moi à comprendre prochaine question. La pompe EBARA type 2CD 70/15 peut-elle remplir le rôle pompe de surpression par 4 immeubles d'habitation, qui ont 60 ans, une maison avec 7 entrées de hauteurs différentes (de 4 à 7) et 3 autres maisons de 4 étages avec 3 entrées chacune ? Comme me le disent différents citoyens de différents bords, il existe des pompes de surpression et des pompes de circulation. Ceux qui circulent ne peuvent pas remplacer complètement ceux qui augmentent. Nous avons une pompe au sous-sol d'un immeuble de 7 étages qui alimente 3 autres immeubles de 4 étages. La pompe est de type EBARA 2CD 70/15/ Je l'ai installée société de gestion au lieu du soviétique, qui pompait bien, mais était très bruyant. Mais la pression de l’eau ne s’est pas beaucoup améliorée. [Répondre] [Répondre en citant][Annuler la réponse] Pages :

Dans les paragraphes précédents, les lois de l'équilibre des liquides et des gaz ont été discutées. Examinons maintenant quelques phénomènes associés à leur mouvement.

Le mouvement du fluide s'appelle avec le courant, et un ensemble de particules d'un fluide en mouvement est un flux. Lors de la description du mouvement d'un liquide, les vitesses avec lesquelles les particules du liquide traversent un point donné de l'espace sont déterminées. Si en chaque point de l'espace rempli d'un fluide en mouvement, la vitesse ne change pas avec le temps, alors un tel mouvement est appelé stable, ou stationnaire. Dans un écoulement stationnaire, toute particule fluide traverse un point donné de l’espace avec la même valeur de vitesse. Nous considérerons uniquement l’écoulement constant d’un fluide incompressible idéal. Idéal appelé liquide dans lequel il n’y a pas de forces de friction.

Comme on le sait, un liquide stationnaire dans un récipient, selon la loi de Pascal, transmet la pression externe à tous les points du liquide sans changement. Mais lorsqu'un fluide s'écoule sans frottement dans un tuyau de section variable, la pression dans différents endroits les tuyaux ne sont pas les mêmes. La répartition de la pression dans un tuyau à travers lequel s'écoule un liquide peut être évaluée à l'aide d'une installation représentée schématiquement sur la figure 1. Des tubes de manomètre ouverts verticaux sont soudés le long du tuyau. Si le liquide dans le tuyau est sous pression, alors dans le tube manométrique, le liquide monte jusqu'à une certaine hauteur, en fonction de la pression à un endroit donné du tuyau. L'expérience montre que dans les zones étroites du tuyau, la hauteur de la colonne de liquide est inférieure à celle des zones larges. Cela signifie qu’il y a moins de pression dans ces endroits restreints. Qu'est-ce qui explique cela ?

Supposons qu'un fluide incompressible s'écoule le long tuyau horizontalà section variable (Fig. 1). Sélectionnons mentalement plusieurs sections du tuyau, dont nous désignons les zones S 1 et S 2. Dans un flux constant, des volumes égaux de liquide sont transférés à travers n’importe quelle section transversale d’un tuyau pendant des périodes de temps égales.

Laisser υ 1 - vitesse du fluide à travers la section S 1 , υ 2 - vitesse du fluide à travers la section S 2. Pendant le temps Δ t les volumes de liquides circulant dans ces sections seront égaux à :

\(~\begin(matrix) \Delta V_1 = l_1S_1 = \upsilon_1 \Delta t_1 \cdot S_1 ; \\ \Delta V_2 = l_2S_2 = \upsilon_2 \Delta t_2 \cdot S_2 . \end(matrix)\)

Puisque le fluide est incompressible, alors Δ V 1 = Δ V 2. Ainsi, υ 1 S 1 = υ 2 S 2 ou υS= const pour un fluide incompressible. Cette relation est appelée équation de continuité.

A partir de cette équation \(~\frac(\upsilon_1)(\upsilon_2) = \frac(S_2)(S_1)\), c'est-à-dire les vitesses du fluide dans deux sections quelconques sont inversement proportionnelles aux surfaces transversales. Cela signifie que les particules liquides accélèrent lorsqu'elles passent de la partie large du tuyau à la partie étroite. Par conséquent, une certaine force agit sur le liquide entrant dans la partie la plus étroite du tuyau à partir du liquide encore dans la partie large du tuyau. Une telle force ne peut survenir qu'en raison de la différence de pression dans différentes parties du liquide. Étant donné que la force est dirigée vers la partie étroite du tuyau, la pression dans la section large du tuyau doit être supérieure à celle dans la section étroite. Compte tenu de l'équation de continuité, nous pouvons conclure : lors d'un écoulement de fluide stationnaire, la pression est moindre aux endroits où la vitesse d'écoulement est plus élevée et, à l'inverse, plus élevée aux endroits où la vitesse d'écoulement est plus faible.

D. Bernoulli fut le premier à arriver à cette conclusion, c'est pourquoi cette loi est appelée La loi de Bernoulli.

L'application de la loi de conservation de l'énergie à l'écoulement d'un fluide en mouvement permet d'obtenir une équation exprimant la loi de Bernoulli (nous présentons sans dérivation)\[~p_1 + \frac(\rho \upsilon^2_1)(2) = p_2 + \frac(\rho \upsilon^2_2 )(2)\] - L'équation de Bernoulli pour un tube horizontal.

Ici p 1 et p 2 - pression statique, ρ - densité du liquide. Pression statique est égal au rapport de la force de pression d'une partie du liquide sur une autre à la surface de contact lorsque la vitesse de leur mouvement relatif est nulle. Cette pression serait mesurée par un manomètre se déplaçant avec le débit. Un tube monométrique stationnaire avec un trou face au flux mesurera la pression \(~p = p_1 + \frac(\rho \upsilon^2_1)(2)\).

Les termes \(~\frac(\rho \upsilon^2_1)(2)\) et \(~\frac(\rho \upsilon^2_2)(2)\) ont, d'une part, la dimension de pression , d'autre part - la dimension de la densité énergétique volumétrique, c'est-à-dire l'énergie par unité de volume. En effet, \(~W_k = \frac(m \upsilon^2)(2)\), la masse du liquide m = ρV. Si V= 1 m 3, alors \(~W_k = \frac(\rho \upsilon^2)(2)\). Par conséquent \(~\frac(\rho \upsilon^2)(2)\) est appelé pression dynamique . Il s'agit de l'énergie cinétique de l'écoulement dans une unité de volume de liquide (densité d'énergie volumétrique).

Si le tube n'est pas horizontal, alors il faut prendre en compte pression hydrostatique liquides. L'équation de Bernoulli ressemblera à :

\(~p_1 + \rho gh_1 + \frac(\rho \upsilon^2_1)(2) = p_2 + \rho gh_2 + \frac(\rho \upsilon^2_2)(2),\)

Où h 1 et h 2 - hauteurs auxquelles se situent les tronçons S 1 et S 2 .

La loi de Bernoulli sous-tend le principe de fonctionnement de nombreux appareils techniques et appareils : pompe à jet d'eau, pistolet pulvérisateur, buse de carburateur. La loi de Bernoulli permet d'expliquer l'origine de la force de portance d'une aile d'avion.

Littérature

Aksenovich L. A. Physique à lycée: Théorie. Missions. Tests : Manuel. avantages pour les établissements dispensant un enseignement général. environnement, éducation / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino ; Éd. KS Farino. - Mn. : Adukatsiya i viakhavanne, 2004. - P. 106-108.

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 des valeurs de 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 égalité bande passante consommation de matériaux de tuyaux forme ronde sera minime par rapport aux tuyaux d'autres formes. Cela implique également des coûts minimaux possibles pour l'isolation et revêtement protecteur;
• Une section circulaire est la plus avantageuse 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 traversent les étapes de production en se déplaçant entre divers appareils et installations reliés par des tuyaux 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 sera faible et, par conséquent, plus les coûts d'exploitation seront 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 modes 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 le 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 fabriqués 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 :

d 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 est le 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 perte de charge entraîne une augmentation du débit de fluide, ce qui permet de sélectionner une canalisation 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 pipeline sur laquelle l'échantillonnage a lieu 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 de la tour de refroidissement est exposé au soleil, ce qui crée les conditions nécessaires à la formation d'une couche d'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, souvent seule une interruption temporaire des travaux suffit pour isoler la zone à réparer ou préparer un 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.