Xreferat.com » Рефераты по промышленности и производству » Расчет стального газопровода

Расчет стального газопровода

Введение


Гидравлика, или механика жидкостей, рассматривает законы равновесия и движения жидкости и применение этих законов к решению практических задач. Аэромеханика рассматривает аналогичные вопросы применительно к газам. Механика жидкостей и газов имеют много общего и часто рассматриваются как единая дисциплина, чаще всего называемая гидромеханикой.

Согласно молекулярно-кинетической теории строении вещества, капельные и газообразные жидкости существенно отличаются друг от друга характером движения частиц, их расположением и силами взаимодействия между молекулами. Различия находят выражение и в механических свойствах этих сред. Главным отличием жидкостей от газов является отношение их к сжатию. У жидкостей расстояние между молекулами очень малы, а у газов это расстояние на три порядка больше и поэтому газ считается легко сжимаемой жидкостью , а следовательно жидкость несжимаемой жидкостью.

Для металлурга – автоматчика важность данной дисциплины обусловлена особенностями металлургического производства, а именно подачей и отводом газов, воды, кислот и других жидкостей, но самое важное заключается в том, что управление потоками является одним из удобных методов регулирования производственного процесса.

Благодаря применению электронных вычислительных машин, существенно улучшилось проектирование трубопроводов. Использование такой техники повлияло на конструктивные решения, так как позволило осуществлять сложные схемы с подвижными узлами, применения которых избегали из-за трудностей их расчёта


Постановка задачи


Требуется спроектировать схему газопровода и построить характеристику трубопровода.

При этом заданы газ-метан, расход метена – 2,5 кГ/с, давление метана на выходе из газопровода – 2,5 ат.


Краткие теоретические сведения


Металлургические предприятия являются одними из крупнейших потребителей воды и воздуха. Потребление воздуха, как воды, на заводах цветной металлургии может носить характер общего (потребление сжатого воздуха), присущего большинству промышленных предприятий, и специфического (использования воздуха как технологического реагента – окислителя), свойственного металлургическому производству.

В отличие от водоснабжения, снабжение потребителей на промышленных предприятиях воздухом, как правило, в значительной мере осуществляется от локальных воздухоподающих установок и станций. Общая централизованная система воздухоснабжения применяется только для воздуха некоторых отдельных параметров, в первую очередь компрессорного воздуха. Обычно промышленное предприятие оборудовано одной или несколькими компрессорными станциями, которые обеспечивают всех потребителей сжатого воздуха давлением 4-7 ати. Воздух других параметров подается потребителям от местных установок. Транспортировка воздуха от воздухоподающих станций осуществляется с помощью большого количества длинных и разветвленных трубопроводов разного диаметра.

Но передача воздуха на большие расстояния по трубопроводам очень невыгодна. Во – первых стоимость всей этой системы была бы очень велика. Во-вторых, транспортировка больших масс воздуха на большие расстояния вызвала бы большие потери напора и, следовательно, потребовала бы установки высоконапорных и дорогих машин и большего перерасхода энергии. В-третьих, регулировка расхода или давления воздуха данных параметров, учитывая небольшое число крупных потребителей этого воздуха.

С компрессорным воздухом давлением 4-7 ати дело обстоит иначе. Он является фактически воздухом общего назначения. Во всех цехах предприятия всегда имеется значительное количество преимущественно мелких потребителей этого воздуха. Поскольку общий расход компрессорного воздуха небольшой, транспортировка его по трубопроводам на значительные расстояния не вызывает большого увеличения затрат. Причем благодаря высокому давлению действительный объем транспортируемого сжатого воздуха мал, что позволяет иметь трубопроводы небольшого диаметра.

На ряду с общезаводской схемой воздухоснабжения компрессорным воздухом на предприятиях часто применяются более локальные схемы, охватывающие в целом цехи или группу цехов.


Порядок выполнения расчётов


Модель расчета и описание характеристик движения газа:


3.1 Схема установки стального газопровода:


Расчет стального газопровода


3.2 Расчет потерь напора на трение


Потери напора на трение в круглых напорных газопроводах обычно рассчитываются по формуле Дарси – Вейсбаха


Расчет стального газопровода (3.1)


где Расчет стального газопровода - длина газопровода; d – его диаметр; Расчет стального газопровода - коэффициент гидравлического трения, или коэффициент трения, определяемый рядом условий, в первую очередь режимом движения жидкости.

Расход жидкости при заданном скорости движения находится по формуле:


Расчет стального газопровода (3.2)


где F– площадь поперечного сечения газопровода Расчет стального газопровода, а Расчет стального газопровода - объёмный расход жидкости ([Расчет стального газопровода]=м3/с).

1)Для перевода расхода Q из технической системы в систему СИ потребуется определить плотность при нормальных условиях Расчет стального газопровода ,а так же плотность при заданной температуреРасчет стального газопровода,для этого используем формулы (3.3) и (3.4):


Расчет стального газопровода (3.3)

Расчет стального газопровода (3.4)


2) Определение диаметра газопровода, формула для получения которого (3.6) выведена из скорости газопровода(3.2) и его площади(3.5):


Расчет стального газопровода (3.5)

Расчет стального газопровода (3.6)


3) Перерасчет скорости газа по полученному диаметру. По схеме газопровода видно, что он состоит из трех участков, причем скорости второго и третьего участков равны, так же расход первого участка делится поровну между двумя последующими:


Расчет стального газопровода (3.7)

Расчет стального газопровода (3.8)


4) Определение динамической вязкости для заданной температуры:


Расчет стального газопровода (3.9)


5) Определение кинематической вязкости:


Расчет стального газопровода (3.10)


6) Теперь можно определить режим движения жидкости. Количественной мерой режима движения жидкости является так называемое число Рейнольдса Расчет стального газопровода. Его численное значение зависит от соотношения трёх величин: расхода или средней скорости потока W, его поперечных размеров, в частности диаметра d (если рассматривается круглый газопровод), и вязкости жидкости Расчет стального газопровода:


Расчет стального газопровода (3.11)


Число Расчет стального газопровода является безразмерной величиной, в этом можно убедиться, подставив в выражение (3.11) размерности величин:

Расчет стального газопровода


Границей перехода из одного режима в другой считается значение Расчет стального газопровода=2320, его называют критическим режимом. При Расчет стального газопровода режим движения ламинарный, при Расчет стального газопровода - турбулентный режим.

В промышленных газопроводах несжимаемые жидкости и газы в большинстве случаев движутся в турбулентном режиме (при тех скоростях, которые обычно приняты в этих газопроводах). Лишь в редких случаях приходится иметь дело с чисто ламинарным режимом.

7) Число Re определяет так же величину ламинарного подслоя в турбулентном потоке. С увеличением Re толщина подслоя Расчет стального газопровода уменьшается. Зависимость между Re и Расчет стального газопроводаориентировочно описывается следующей формулой


Расчет стального газопровода (3.12)


Влияние ламинарного подслоя зависит от соотношения между его толщиной Расчет стального газопровода и характеристиками шероховатости стенки. Когда Расчет стального газопровода много больше средней величины выступов шероховатостиРасчет стального газопровода, частицы жидкости ядра потока не соприкасаются со стенкой. Такие трубы носят название гидравлически гладких. Если Расчет стального газопровода меньше абсолютной шероховатости, то частицы, обладающие высокой скоростью, непосредственно соприкасаются с выступами. Такие трубы называют гидравлически шероховатыми.


3.3 Расчёт местных потерь напора


Помимо потерь напора на трение, которые имеют место по всей длине трубопровода, при движении жидкостей и газов возникают потери напора в местах локальных возмущений потока, вызванных разного рода изменениями в направлении движения жидкости, изменениями сечения, наличием преград на пути движения и т.д.. Эти потери носят название местных потерь напора, а причины, их вызывающие, называются местными сопротивлениями.

Практически величина местных потерь Расчет стального газопровода прямо пропорциональна динамическому напору Расчет стального газопровода в данном сечении потока:


Расчет стального газопровода (3.13)


где Расчет стального газопровода - коэффициент местного сопротивления, характеризующий данное сопротивление.

Важная особенность Расчет стального газопровода состоит в том, что для геометрических подобных и одинаково расположенных относительно потока местных сопротивлений при не слишком малых значениях числа Расчет стального газопровода значения Расчет стального газопровода одинаковы. Поэтому, установив опытным путём значение Расчет стального газопровода для некоторого местного сопротивления, можно полученную величину использовать затем для расчёта Расчет стального газопровода на всех геометрически подобных местных сопротивлениях. Кроме этого можно пользоваться следующей формулой:


Расчет стального газопровода (3.14)


8) Общие потери напора в газопроводе, включая потери на трение и местные потери, находят суммированием:


Расчет стального газопровода (3.15)

где Расчет стального газопровода - сумма потерь напора на всех местных сопротивлениях на данном газопроводе; Расчет стального газопровода - суммарный коэффициент местных сопротивлений.

9). Коэффициент трения Расчет стального газопровода определяется:

Для гидравлически гладких труб формулами соответственно Блазиуса и Никурадзе:


Расчет стального газопровода (3.16)

Расчет стального газопровода (3.17)


причём первая даёт хорошие результаты при Расчет стального газопровода, вторая при Расчет стального газопровода.

Для гидравлически шероховатых труб формулами соответственно Шифринсона и Никурадзе:


Расчет стального газопровода (3.18)

Расчет стального газопровода (3.19)


Состояние стенки оценивается величиной эквивалентной шероховатости Расчет стального газопровода, под которым понимают такую высоту выступов шероховатости, образованной песчинками одинакового размера, которая даёт ту же величину Расчет стального газопровода, что и интересующая нас стенка.

10)Составляем уравнение Бернулли для газового потока и из уравнения потребуется найти p2:

Расчет стального газопровода (3.20)


Для определения удельного веса Расчет стального газопровода воспользуемся формулой:


Расчет стального газопровода (3.21)


3.4 Построение характеристики сети


Для газопроводов, состоящих из часто употребляемых стандартных труб, расчёт потерь напора удобно вести с помощью обобщённых параметров газопровода. Рассмотрим простой короткий газопровод постоянного диаметра. Общие потери напора в нём, определяемые формулой (3.15), можно выразить через расход жидкости Расчет стального газопровода:


Расчет стального газопровода

Сделаем замену в этом выражении:


Расчет стального газопровода (3.23)


где b – сопротивление газопровода.

Из выражений (3.22) и (3.23) получаем:


Расчет стального газопровода (3.24)


Из этого выражения видно, что для данного газопровода зависимость потерь от расхода графически выражается параболой.

При последовательном соединении газопроводов разного диаметра общие потери напора соединения Расчет стального газопровода равны сумме потерь в отдельных газопроводах, расход же жидкости по всей длине соединения одинаков и равен расходу в отдельном газопроводе:


Расчет стального газопровода (3.25)


где Расчет стального газопровода - сопротивление всего соединения.

Расходы жидкости в отдельных ветвях параллельного соединения различны и определяются сопротивлением ветвей. Общий расход в соединении Расчет стального газопровода равен сумме расходов ветвей. В этом случае из выражения (3.24) получаем:


Расчет стального газопровода (3.26)


Рассмотрим общий случай: газопровод, в котором по пути движения жидкость совершает работу или над ней совершается работа. Полный напор жидкости в начальном и конечном сечениях газопровода соответственно


Расчет стального газопровода; Расчет стального газопровода


а приращение полного напора в газопроводе


Расчет стального газопровода (3.27)

где Расчет стального газопровода - геометрическая высота подачи жидкости.

Выражение для удельной энергии Н, которую надо затратить на приращение полного напора жидкости в газопроводе и преодоление в нём потерь напора, носит название уравнения сети, а величина Н – полный потребный напор газопровода.


Расчет стального газопровода (3.28)


Преобразуем это выражение, введя обозначение


Расчет стального газопровода (3.29)

Расчет стального газопровода (3.30)


Учитывая выражение Расчет стального газопровода получим:


Расчет стального газопровода (3.31)


где а, b и с константы для данной сети.

Выражение (3.31) является уравнением напорной характеристики газопровода. Оно устанавливает связь между потребным напором и расходом жидкости в сети. Для заданно случая не учитывается Расчет стального газопровода, из этого следует:


Расчет стального газопровода (3.32)


К тому же, так как диаметр газопровода постоянный с=0.

Исходные данные


Для проведения расчётов необходимо сконструировать газопровод на основании следующих данных:


Расход метана 2,5 кГ/с;

давление метана на выходе из газопровода 2,5 ат;

Материал газопровода – сталь.


Так же для выполнения всех необходимых расчетов и вычислений потребуется задаться некоторыми величинами, а некоторые взять из технической литературы.

Величины, которыми требуется задаться:


Скорость газа: W=15 м/с;

Температура окружающей среды: t=200C=293 К;

Газ, идущий по газопроводу- метан(CH4)


2) Табличные величины:


Молярная масса метана: М(CH4)=16г/моль=Расчет стального газопровода;

Молярный объем при нормальных условиях:


Vm(CH4)=22.4л/моль=Расчет стального газопроводам3/моль;

Атмосферное давление: p0=Расчет стального газопровода;

Динамическая вязкость при нормальных условиях: Расчет стального газопровода;

Абсолютная шероховатость: Расчет стального газопровода;

Эквивалентная шероховатость (для умеренно заржавевших сварных стальных труб): Кэ= Расчет стального газопровода;

Ускорение свободного падения g=9.81м/с2;

Коэффициенты местных сопротивлений:

а)для прямоточных вентилей при диаметре (d=0,363м):Расчет стального газопровода

б)для тройника: Расчет стального газопровода

в)для колена(угол 900): Расчет стального газопровода


Используемые в расчетах табличные величины взяты из:

1). А.А. Гальнбек «Водовоздушное хозяйство металлургических заводов» (с. 273-278);

2). О. Флореа, О. Смигельский «Расчеты по процессам и аппаратам химической технологи» (с. 420-444);

3). Л. В. Арнольд, Г. А. Михайловский, В. М. Селивериев «Техническая термодинамика и теплопередача» (с. 342)


Результаты расчётов и их анализ


5.1 Расчет потерь напора на трение


1) Для перевода расхода в систему СИ необходимо найти плотность при заданной температуреРасчет стального газопроводаопределяемой по формуле (3.4), но для этого нужно вычислить давление при нормальных условиях Расчет стального газопровода вычисляемой по формуле (3.3):


Расчет стального газопровода ;

Расчет стального газопровода;


2). Переводим расход Q из технической системы в систему СИ:


Расчет стального газопровода;


3). Определение диаметра газопровода по формуле (3,6):


Расчет стального газопровода


4) Перерасчет скорости газа по полученному диаметру. Формулы (3.7),(3.8):


Расчет стального газопровода

Расчет стального газопровода

W2=W3Расчет стального газопровода


5) Определение динамической вязкости для заданной температуры (3.9):


Расчет стального газопровода;


6) Определение кинематической вязкости (3.10):


Расчет стального газопровода ;


7) Определение числа Re для каждого участка газопровода (3.11):


Расчет стального газопровода;

Расчет стального газопровода;

Re2=Re3Расчет стального газопровода


Сравнив полученные значения со значением Re=2300, делаем вывод что наш режим движения в газопроводе турбулентный на всех участках.

8) Определяем толщину ламинарного подслоя, для каждого участка (3,12):


Расчет стального газопровода;

Расчет стального газопровода;


Сравнив полученные значения с величиной абсолютной шероховатостиРасчет стального газопроводаотсюда делаем вывод, что газопровод составлен из гидравлически шероховатых труб.

9)Так как трубы гидравлические шероховатые ,то для определения коэффициента трения Расчет стального газопровода используем формулу Никурадзе(3,19):


Расчет стального газопровода;


10) Теперь рассчитываем потери напора на трение по формуле (3.1):


Расчет стального газопроводаРасчет стального газопровода

Расчет стального газопроводаРасчет стального газопровода

Расчет стального газопровода


5.2 Расчёт местных потерь напора


1) Расчет местных потерь напора определяется по формуле (3.13):


Расчет стального газопровода

Расчет стального газопроводаРасчет стального газопровода

Расчет стального газопровода

2) Определение общих потерь напора в газопроводе находим по формуле (3.15), которая состоит из суммы потерь напора на трение и местных потерь:


Расчет стального газопровода;

Расчет стального газопровода;


Учитывая, что потери напора на втором и третьем участках равны:


Расчет стального газопровода;


3) Из уравнения Бернулли(3.20), найдем p2:

Удельный вес Расчет стального газопровода найдем по формуле (3.21), в нашем случае Расчет стального газопровода.


Расчет стального газопровода;

Расчет стального газопровода

p2=Расчет стального газопровода

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.
Подробнее

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Нужна помощь в написании работы?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Похожие рефераты: