Зависимость расхода газа от давления и диаметра трубы: Определение пропускной способности трубопроводов ГРС

Содержание

Калькуляторы

Калькулятор газа

Калькулятор газа – это простой и удобный инструмент для расчетов параметров рабочей среды трубопровода. Калькулятор газа разработан специально для специалистов проектных учреждений, технологов, конструкторов. С помощью нашего калькулятора вы можете рассчитать любые параметры рабочей среды (объем жидкой фракции, объем газообразной фракции масса). Вы можете рассчитать физические параметры таких газов как кислород (O2), азот (N2), аргон (Ar), гелий (Не), углекислота (CO2), водород (h3), метан (Ch5), ацетилен (C2h3), пропан (C3H8).

Калькулятор давления

Калькулятор давления — это инженерный online калькулятор, позволяющий сравнить показатели давления в различных системах измерения (метрическая СИ, американская СИ, королевская СИ, единицы ртутного столба, единицы водяного столба, атмосферная СИ). Калькулятор давления необходимо использовать для корректного подбора запорной или регулирующей трубопроводной арматуры, произведенной по различным стандартам. Как правило, на территории России единицей измерения давления является кгс/см2, с помощью нашего калькулятора давления вы сможете конвертировать показатель давления из любой системы измерения, в традиционную.

Массовый расход объемного потока

Калькулятор массового расхода потока — это инструмент, позволяющий быстро и точно рассчитать параметры и потоковые характеристики рабочей среды. Массовый расход — масса вещества, которая проходит через заданную площадь поперечного сечения потока за единицу времени. Также этот показатель называют пропускной способностью трубопровода по массе, которая является ключевым показателем для выбора запорной и регулирующей арматуры.

Объемный расход потока

Калькулятор объемного расхода потока — это инструмент, позволяющий быстро и точно рассчитать параметры и потоковые характеристики рабочей среды. Объемный расход – объем рабочей среды, который проходит через заданную площадь поперечного сечения потока за единицу времени. Также этот показатель называют пропускной способностью трубопровода по объему, которая является ключевым показателем для выбора запорной и регулирующей арматуры.

Конвертер физических и математических величин

Конвертер физических и математических величин – простейший online калькулятор, который сэкономит ваше время и силы, поможет перевести физические и математические параметры из одних единиц измерения в другие. Наш калькулятор поможет вам узнать, сколько в одном килограмме фунтов, и сколько метров в одной миле.

Калькулятор коэффициента пропускной способности Cv

Калькулятор коэффициента пропускной способности – это двухсторонний online инструмент, который поможет рассчитать коэффициент пропускной способности Cv исходя из заданных параметров, либо рассчитать значение пропускной способности, зная коэффициент Cv. Коэффициент пропускной способности Cv был введен в расчеты для облегчения работы проектировщиков гидравлических и пневматических систем. С его помощью можно без труда определить расход рабочей среды, проходящей через элемент трубопроводной арматуры.

Классификация оборудования по уровню опасности

Классификация оборудования по категории опасности — это онлайн калькулятор, разработанный для вас ООО «Крионика», позволяющий за 1 минуту отнести оборудование к определенной категории опасности. Данный калькулятор соответствует требованиям Технического Регламента Таможенного союза «О безопасности оборудования, работающего под избыточным давлением» (ТР ТС 032/2013) и позволяет автоматизированно определить категории опасности для сосудов под давленем, трубопроводов и котлов различной емкости и с различным рабочим давлением.

Объемный и массовый расход газа

Расход газа – это количество газа, прошедшего через поперечное сечение трубопровода за единицу времени. Вопрос в том, что принять за меру количества газа. В этом качестве традиционно выступает объем газа, а получаемый расход называют объемным. Не случайно чаще всего расход газа выражают в объемных единицах (см3/мин, л/мин, м3/ч и т.д.). Другой мерой количества газа является его масса, а соответствующий расход называется массовым. Он измеряется в массовых единицах (например, г/с или кг/ч), которые на практике встречаются значительно реже.

Как объем связан с массой, так и объемный расход связан с массовым через плотность вещества:
, где  – массовый расход,  – объемный расход,  – плотность газа в условиях измерения (рабочие условия). Пользуясь этим соотношением, для массового расхода переходят к использованию объемных единиц (см3/мин, л/мин, м3/ч и т.д.), но с указанием условий (температуру и давление газа), определяющих плотность газа. В России применяют «стандартные условия» (ст.): давление 101,325 кПа (абс) и температура 20°С. Помимо «стандартных», в Европе используют «нормальные условия» (н.): давление 101,325 кПа (абс) и температура 0°С. В результате, получаются единицы массового расхода н.л/мин, ст.м3/ч и т.д.

Итак, расход газа бывает объемным и массовым. Какой из них следует измерять в конкретном применении? Как наглядно увидеть разницу между ними? Давайте рассмотрим простой эксперимент, где три расходомера последовательно установлены в магистраль. Весь газ, поступающий на вход схемы, проходит через каждый из трех приборов и выбрасывается в атмосферу. Утечек или накопления газа в промежуточных точках системы не происходит.

Источником сжатого воздуха является компрессора, от которого под давлением 0,5…0,7 бар (изб) газ подаётся на вход поплавкового ротаметра. Выход ротаметра подключен ко входу теплового регулятора расхода газа серии EL-FLOW, производства компании Bronkhorst. В нашей схеме именно он регулирует количество газа, проходящее через систему. Далее газ подаётся на вход второго поплавкового ротаметра, абсолютно идентичного первому. При задании расхода 2 н.л/мин с помощью расходомера EL-FLOW первый поплавковый ротаметр дает показания 1,65 л/мин, а второй – 2,1 л/мин. Все три расходомера дают различные показания, причем разница достигает 30%. Хотя через каждый прибор проходит одно и то же количество газа.

Попробуем разобраться. Какая мера количества газа в данной ситуации остается постоянной: объем или масса? Ответ: масса. Все молекулы газа, попавшие на вход в систему, проходят через нее и выбрасываются в атмосферу после прохождения второго поплавкового ротаметра. Молекулы как раз и являются носителями массы газа. При этом удельный объем (расстояние между молекулами газа) в разных частях системы изменяется вместе с давлением.

Здесь следует вспомнить, что газы сжимаемы, чем выше давление, тем меньше объем занимает газ (закон Бойля-Мариотта). Характерный пример: цилиндр емкостью 1 литр, герметично закрытый подвижным поршнем малого веса. Внутри него содержится 1 литр воздуха при давлении порядка 1 бар (абс). Масса такого объема воздуха при температуре равной 20°С составляет 1,205 г. Если переместить поршень на половину расстояния до дна, то объем воздуха в цилиндре сократится наполовину и составит 0,5 литра, а давление повысится до 2 бар (абс), но масса газа не изменится и по-прежнему составит 1,205 г. Ведь общее количество молекул воздуха в цилиндре не изменилось.

Возвратимся к нашей системе. Массовый расход (количество молекул газа, проходящих через любое поперечное сечение в единицу времени) в системе постоянен. При этом давление в разных частях системы отличается. На входе в систему, внутри первого поплавкового ротаметра и в измерительной части расходомера EL-FLOW давление составляет порядка 0,6 бар (изб). В то время, как на выходе EL-FLOW и внутри второго поплавкового ротаметра давление практически атмосферное. Удельный объем газа на входе ниже, чем на выходе. Получается, что и объемный расход газа на входе ниже, чем на выходе.

Эти рассуждения подтверждаются и показаниями расходомеров. Расходомер EL-FLOW измеряет и поддерживает массовый расход воздуха на уровне 2 н.л/мин. Поплавковые ротаметры измеряют объемный расход при рабочих условиях. Для ротаметра на входе это: давление 0,6 бар (изб) и температура 21°С; для ротаметра на выходе: 0 бар (изб), 21°С. Также понадобится атмосферное давление: 97,97 кПа (абс). Для корректного сравнения показаний объемного расхода, все показания должны быть приведены к одним и тем же условиям. Возьмем в качестве таковых «нормальные условия» расходомера EL-FLOW: 101,325 кПа (абс) и температура 0°С.

Пересчет показаний поплавковых ротаметров в соответствии с методикой поверки ротаметров ГОСТ 8.122-99 осуществляется по формуле:

 , где Q – расход при рабочих условиях; Р и Т – рабочие давление и температура газа; QС – расход при условиях приведения; Рс и Тс – давление и температура газа, соответствующие условиям приведения.

Пересчет показаний ротаметра на входе к нормальным условиям по этой формуле даёт значение расхода 1,985 л/мин, а ротаметра на выходе – 1,990 л/мин. Теперь разброс показаний расходомеров не превышает 0,75%, что при точности ротаметров 3% ВПИ является отличным результатом.

Из приведенного примера видно, что объемный расход сильно зависит от рабочих условий. Мы показали зависимость от давления, но в той же мере объемный расход зависит и от температуры (закон Гей-Люссака). Даже в технологической схеме, имеющей один вход и один выход, где отсутствуют утечки и накопление газа, показания объемного расходомера будут сильно зависеть от конкретного места установки. Хотя массовый расход будет одним и тем же в любой точке такой схемы.

Хорошо понимать физику процесса. Но, все же, какой расходомер выбрать: объемного расхода или массового? Ответ зависит от конкретной задачи. Каковы требования технологического процесса, с каким газом необходимо работать, величина измеряемого расхода, точность измерений, рабочие температура и давление, особые правила и нормы, действующие в Вашей сфере деятельности, и, наконец, отведенный бюджет. Также следует учитывать, что многие расходомеры, измеряющие объемный расход, могут комплектоваться датчиками температуры и давления. Они поставляются вместе с корректором, который фиксирует показания расходомера и датчиков, а затем приводит показания расходомера к стандартным условиям.

Но, тем не менее, можно дать общие рекомендации. Массовый расход важен тогда, когда в центре внимания находится сам газ, и необходимо контролировать количество молекул, не обращая внимания на рабочие условия (температура, давление). Здесь можно отметить динамическое смешение газов, реакторные системы, в том числе каталитические, системы коммерческого учета газов.

Измерение объемного расхода необходимо в случаях, когда основное внимание уделяется тому, что находится в объеме газа. Типичные примеры – промышленная гигиена и мониторинг атмосферного воздуха, где необходимо проводить количественную оценку загрязнений в объеме воздуха в реальных условиях.

Трубка Пито — FLC-APT-E, FLC-APT-F

Трубка Пито FloTec используется для измерения расхода, в основе которого лежит принцип измерения дифференциального давления. Объемный расход рассчитывается по разнице между статическим и динамическим давлением по закону Бернулли с учетом внутреннего диаметра трубы. С помощью четырех динамических портов 

трубка Пито позволяет учитывать изменение профиля скорости потока по всему сечению трубы. Это обеспечивает более высокую точность измерения.

Сторона выше по потоку создает точку прерывания, благодаря которой среда обтекает прибор без возникновения турбулентности. Трубка Пито, имея эту особенность, обеспечивает стабильное давление с постоянным коэффициентом расхода в точке измерения ниже по потоку, даже при высоких значениях скорости потока. Благодаря этому данный метод измерения расхода получил очень широкое распространение в различных областях применения.

Трубка Пито может образовывать вихри, вернее они образуются вокруг нее, в зависимости от внутреннего диаметра трубы, характеристик среды и числа Рейнольдса.

Трубка Пито имеет частоту собственных колебаний, и если ее колебания совпадают с частотой образования вихрей, может поставляться опора, монтируемая с обратной стороны трубы. На этапе конструирования необходимо проведение испытаний.

Трубка Пито имеет выход дифференциального давления, который обычно подключается к преобразователю давления с целью получения соответствующего электрического сигнала. Полученный электрический сигнал пропорционален расходу. Манометр или переключатель дифференциального давления можно использовать для обеспечения локальной индикации расхода или для решения задач коммутации.

В зависимости от выбранного типа монтажа фланец должен выдерживать номинальное давление, на которое рассчитан трубопровод (в соответствии с применимыми стандартами). Трубка Пито подходит для измерения расхода однофазной среды, которая полностью заполняет всю площадь поперечного сечения трубопровода. Диапазон номинальных размеров 50 … 1800 мм (2″ … 72″), сортамент трубы указывается заказчиком.

Трубка Пито имеет основные характеристики:

  • Низкие затраты на установку

  • Долговременная точность измерений

  • Минимальные остаточные потери давления

  • Выпускается в фиксированном и выдвижном исполнении

  • Полностью из нержавеющей стали AISI 316, другие материалы по запросу

Расход газов — Справочник химика 21

    Рассчитать объемную скорость газа в контактном аппарате, если объем катализатора в нем 15 м , а расход газа 9000 м ч. [c.138]
    Для измерения скоростей в широком интервале их значений необходимо располагать приборами для замера динамического давления от 0,1 мм вод. ст. до 760 мм рт. ст. При измерении расхода газа (жидкости) приходится использовать набор сменных дя фрагм (обычно 5—7), устанавливаемых на измерительном участке в соответствии с нормами ГОСТа. Расходы газа ниже 0 8 м /ч удобнее измерять с помощью калиброванных реометров нля ротаметров. [c.53]

    М- пй) /(,0л = (1/18 — 6 0,152) 17,5 = 9,9 м . Секундный расход газов в одной камере [c.141]

    С, с уменьшением на 50% расхода газов на каждые 14°С снижения температуры сырья. Общий расход инертных газов меняется в пределах 59—196 кг на 1000 м сырья, в том числе подсос воздуха —23, 6 кг на 1000 м [82]. [c.201]

    Обычные или традиционные схемы регулирования одноколонных систем рен-тификации включают не связанные между собой элементы, описанные в предыдущем параграфе. Например, щироко распространена такая схема регулирования (рис. У1-24) давление регулируется изменением расхода газа из рефлюксной емкости, расход орошения стабилизирован, отбор дистиллята осуществляется по уровню жидкости в рефлюксной емкости, отбор остатка —по уровню жидкости в кипятильнике, температура жидкости на контрольной тарелке регулируется изменением расхода теплоносителя в кипятильник. Сравнение и анализ различных схем автоматизации простых ректификационных колонн показывает [18], что лучшие результаты по сравнению е приведенной на рнс. У1-24 схемой дает регулирование отбора дистиллята с коррекцией по температуре жидкости на контрольной тарелке верхней части колонны с регулированием подачи орошения с коррекцией по уровню в емкости дистиллята. В качестве управляющего сигнала, воздействую- [c.334]

    Приведенная (фиктивная) скорость — это объемный расход газа (пара) при условиях аппарата, отнесенный к площади поперечного сечения колонны. [c.66]

    Определить полезный объем реактора окисления ЗОа в 80з на ванадиевом катализаторе, если расход газа об=15 500 м ч, коэффициент запаса =1,3, время контактирования х = 0,12 с. [c.104]

    Определить объем катализатора для окисления 502 в 50з, если время контакта равно 0,25 с. Расход газа 10 280 м ч. [c.104]

    При наличии на заводе свободных ресурсов водородсодержащего или углеводородного газа можно смягчить режим колонны стабилизации (снизить температуру низа колонны) путем поддува этих газов в колонну в качестве инертного агента. При этом следует учитывать, что в поддуваемом газе должно быть минимальное содержание пропана и бутана, так как от этого зависит расход газа на поддув. [c.73]


    Поверхность контакта фаз, зависящая от гидродинамики процесса, относится к управляемым переменным (например, расход газа и жидкости). Эти параметры в процессе эксплуатации могут изменяться в достаточно широких пределах, но их значения не должны выходить за пределы допустимых. По суш,е-ству, спроектировать массообменный процесс — это так организовать поверхность контакта фаз и управлять ею, чтобы обеспечить заданную степень извлечения целевых компонентов при изменяющихся условиях эксплуатации. Однако необходимо заметить, что пока не существует удовлетворительных ни физических, ни математических моделей, позволяющих надежно определять вклад конструктивных и гидродинамических факторов в организацию массообменной поверхности. И поэтому всякий раз приходится прибегать к сугубо эмпирическим методам. [c.56]

    Объемный расход газа в пластовых условиях и объемная скорость фильтрации определяются по формулам [c.73]

    Устройство подачи газа содержит специальные побудители — стабилизаторы расхода газа, а также клапаны для подачи анализируемого газа или эталонной смеси к датчику и клапан сброса лишнего газа из побудителя. Устройство измерения включает в себя резервированные газоанализаторы, фильтры й регулирующие вентили для установки требуемого расхода через анализатор. [c.271]

    Объемный расход газа при средней температуре 487,5° С [c.177]

    Наиболее ответственным периодом является ввод трубопровода сжиженных газов в эксплуатацию. Перед пуском его предварительно охлаждают, для чего обычно используют сжиженный газ, подаваемый в трубопровод с рабочей температурой. Сжиженный газ движется по трубопроводу, испаряется и охлаждает стенки трубопровода. Паровую фазу сжиженного газа через определенные интервалы необходимо выпускать из трубопровода, чтобы обеспечить нужный для охлаждения трубопровода расход газа на входе и снизить давление паровой фазы в начале испарения сжиженного газа. При эксплуатации максимальная скорость сжиженного газа в трубопроводе не должна превышать 4,5 м/с, а коэффициент гидравлического сопротивления принимается равным 0,014 для всех трубопроводов [40]. Наряду с повреждениями трубопроводов сжиженных газов, связанных с трещинообразованием, большую опасность во время эксплуатации представляет разгерметизация трубопровода в местах соединений, обычно фланцевых. Эти аварийные ситуации возникают, как правило, в начальный период работы трубопровода и происходят из-за неправильного подбора материала герметизирующих прокладок, устанавливаемых между фланцами. [c.113]

    Для дальнейшего расчета принимаем О) = 14 ккал/м час °С. Для определения коэффициента теплоотдачи со стороны нагреваемого газа прежде всего необходимо определить расход газа через теплообменник. [c.178]

    Массовый расход жидкости пропорционален перепаду давлений р — р , в соответствии с законом Дарси, массовый расход газа пропорционален разности квадратов давлений. [c.70]

    Рассчитывается расход газа отпарки [c.86]

    Объемный расход газа в пластовых условиях найдем, используя формулу Q = QJp, где р = Ра / ат, в виде [c.67]

    Зная величину скорости, можно вести подсчет количества (расход) газа или жидкости, проходящих через аппарат в единицу времени по формуле [c.16]

    Эффективность естественной десорбции через 5—6 суток составляет 50—60 %. Как правило, для очистки сточных вод естественная десорбция не применяется из-за загрязнения атмосферного воздуха токсичными соединениями, Десорбцию осуществляют в аппаратах различного типа в токе инертного газа и пара при обычных условиях или при повышенной температуре, под давлением иля в вакууме. Расход газа или пара на отдувку примесей зависит от вида десорбируемых соединений, состава воды и условий ведения процесса. Для удаления СОг из сточной воды расходуется 15—20 м воздуха на 1 м воды при плотности орошения в насадочной колонне 60 м /(м2-ч) для колец Рашига и 40 м /(м Х X ч) для хордовой насадки. При отдувке С5г и ПгЗ оптимальный расход воздуха 10 м /м стока при плотности орошения 12 м7(м Х Хч). При десорбции в вакууме расход воздуха может быть снижен до 3 м /м стока с увеличением плотности орошения до 60 м /(м2-ч). Расход воздуха уменьшается также с повышением температуры стока, подвергаемого очистке. Для десорбции аммиака расход воздуха при 95% извлечении составил 3000 мV(м ч). Самостоятельное применение метода, как правило, не обеспечивает требований санитарных норм. [c.485]

    Сущность деструктивных методов состоит в том, что под действием восстановительных и окислительных реакций, температуры и давления соединения изменяют свою первоначальную структуру и состояние, превращаясь в другие соединения, которые могут быть использованы в народном хозяйстве. Выбор деструктивных методов производится с учетом состава, вида соединений, свойств примесей, расхода газов и сточных вод, а также требований к качеству обезвреженных продуктов. [c.491]


    Секундный расход газа через разорванный трубопровод составляет [c.268]

    Надежная работа факельной установки может быть обеспечена только при постоянной подаче расчетного количества подпорного газа в молекулярный затвор. Расход газа должен контролироваться регистрирующим прибором. Снижение количества подпорного газа ниже расчетного не должно допускаться. [c.220]

    Сжатый до высокого давления природный газ находится в резервуаре в равновесии с сырой нефтью. Когда вследствие расхода газа давление в резервуаре понижается, из газа выделяется конденсат и газ становится беднее высокомолекулярными составными частями, что следует предотвращать прп помощи рассмотренных выше методов. Для отделения ишдкой части от природного нефтяного газа в виде, например, газового бензина, применяют в настоящее время три способа 1) перегонку под давлением, 2) абсорбцию, 3) адсорбцию. [c.13]

    Схемы б и г применяются при получении верхнего продукта в жидкой фазе. Продукт здесь отводится по уровню в емкости орошения, а давление регулируется изменением расхода охлаждаю-шей воды (схема в) или изменением расхода газа в байпаоной линии (схема г). Схема в при1меняется при высокой температуре верха колонны и наличии достаточного объема охлаждающей воды. Схема г получила распространение при установке конденсаторов ниже емкости орошения — на нулевой отметке. В вакуумных колоннах давление регулируется изменением расхода воздуха, поступающего вместе с неконденсируемым газом в эжектор, который работает на максимальную производительность (схема [c.330]

    Задача 3.7. В трубе, по которой движется газ, установлена поворотная заслонка. Иногда температура газа неконтролируемо меняется (повышается на 20—30 °С). С повышением температуры уменьшается плотность газа, падает количество газа, проходящего через трубу в единицу времени. Нужно обеспечить постоянный расход газа (для каждого угла поюрота заслонки). [c.46]

    Задача была предложена той же группе испытуемых. Максиальное время на решение — 42 мин, всего выдвинуто разных вариантов — 26, наибольшее количество вариантов в одной записи — 12. На контрольный ответ вышли только шесть инженеров (а. с. 344199) Дроссельная заслонка с поворотным диском, закрепленным на оси, отличающаяся тем, что, с целью комоёжации изменения расхода газа в зависимости от темнер туры, в диске выполнено сквозное отверстие, и на дисис установлен биметаллический чувствительный элемент, лере- [c.46]

    Определить расход газа, содержащего сероводород. На установке ио производству серной кислоты способом мокрого катализа Новополоцкого НПЗ исг оль-зуют отходяищ 1 пз установки гидроочистки газ с массовой долой IFS 0,97, Производительность устаиов1 н — [c.140]

    При Кеэ трудности определения X также очень велики. В работе [29], результаты которой приведены в [1], наблюдалось резкое увеличение Я/ уже при минимальных расходах газа через слой в среднем получено Я 1,5Яоэ при Кеэ = О— 1. Следует обратить внимад1ие на то, что в наших опытах наблюдалось аналогичное явление (рис. .5, а). Увеличение коэффициента Я при вязкостном режиме течения в зернистом слое по сравнению с коэффициентом Хоэ для непроду-ваемого слоя можно объяснить неравномерностью распределения газа по сечению, связанной с неравномерностью порозности и температуры в слое. При движении газа вниз, навстречу потоку теплоты возможно даже образование застойных областей. В работе [29] показано, что Я зависит не только от Кеэ, но и от диаметра элементов слоя. Следовательно, резкое увеличение л при Кеэ = 0 — 1 нельзя объяснить вкладом конвекции в процесс переноса теплоты или разницей температур газа и слоя, как это делается в [29], поскольку в этих случаях критерий Ке, однозначно характеризует процесс (см. также стр, 162), [c.126]

    Задача прогрева зернистого слоя газом, имеющим постоянную температуру на входе, решена во многих работах [73—75]. Систематизация и анализ этих решений содержится в. работе [76]. Обычно задачу рассматривают при следую щих упрощающих предположениях внутреннее термическое со противление элементов слоя мало по сравнению с внешним со противлением теплообмену (В1 0) расход газа равномерен по сечению слоя продольная теплопроводность мала по срав нению с конвективным переносом тепла. В этом случае диффе ренциальные уравнения в безразмерном виде можно предста вить так [c.145]

    Применение двухступенчатой схемы регенерации гликоля снижает энергетические затраты и расход газа отпарки или азеотроиного агента. Абсорберы этих установок должны иметь не менее 16 тарелок, число тарелок в отпарных колоннах составляет от 14 до 18. Максимальная депрессия точки росы с использованием ТЭГа в качестве абсорбента достигает 90°С. [c.143]

    Более совершенным методом сборки является осуществление процесса гильзования непосредственно в нагревательном устройстве. В этом случае уменьшаются потери тепла, связанные с транспортировкой обечаек. На рис. 158 показана специализированная нагревательная печь для проведения операции гильзования. Монтаж печи производится заподлицо с полом цеха. В средней части печи находится нагревательный элемент, состоящий из 42 газовых безпламенных панельных горелок с габаритными размерами 140x364x545 мм. Теплопроизводительность одной горелки до 50 ООО ккал/ч при максимальном расходе газа 6 м /ч, избыточное рабочее давление газа в горелке 0,2—0,6 кгс/см. Сверху пространство печи закрывается крышкой 2. Печь предназначена для 236 [c.236]

    V Однако при подсчете по формуле (6) количество газа или жидкости скорость здесь должна быть взята средняя, а не максимальная, как это всегда получается при измерении ее трубками Пито, диафрагмами и другими измерительными приборами. Поэтому величину скорости (й)макс)> вычисленну о по формуле (10), при подставке ее в выражение (6) необходимо привести к средней скорости, умножив на коэффициент ф, равный 0,5— 0,82. Отсюда получим расход газа или жидкости [c.17]

    Один из таких случаев произошел на технологической установке, в состав которой входили сблокированные сушильные барабаны, элеваторы, валковые дробилки, грохоты и др. В процессе эксплуатации агрегата было замечено, что расход пульпы, подаваемой в барабан, самопроизвольно начал снижаться. Персоналом была уменьшена температура топочных газов на входе в барабан до 230 °С и проведена пропарка пульпопровода на всасьгаающей стороне насоса, однако это не дало положительных результатов. Поэтому было принято решение перевести топку на меньший расход газа, прекратить распыление пульпы и еще раз пропарить пульпопровод и пульпонасос. После выполнения этих операций была начата подача пульпы, а темцература газов на входе в аппарат была доведена до 272 °С. При этом выяснилось, что одна из форсунок барабана оказалась забитой отложениями, поэтому распыление пульпы вновь прекратили. Через некоторое время перешли на работу барабана с одной форсункой (вторую отключили для чистки). Через некоторое время было обнаружено, что происходит разложение нитрофоски на косых лопатках передней части барабана. Поэтому снова прекратили распыление пульпы, погасили топку, а вентилятор вторичного дутья не выключили и продолжали подачу воздуха в барабан. В это же время произошло заклинивание двухвалковой дробилки, и блокировками были остановлены грохот, элеватор и сушильный барабан. [c.58]

    После нескольких месяцев работы у основания резервуара, в месте подсоединения впускного трубопровода, появились трещины. Этилен стал интенсивно выходить в атмосферу через эти трещины. Взрывоопасный газ удалось рассеять подачей пара. Выяснилось, что трещины появились в то время, когда установка охлаждения была отключена и предохранительный клапан был открыт. Струя холодного газа заморозила конденсат, стекающий по стейкам вытяжной трубы образовалась ледяная пробка, полностью перекрывшая проходное сечение трубы (диаметр трубы 200 мм). Трещины в резервуаре были вызваны превышением давления сверх допустимого. До аварии в течение 11 ч прибор показывал давление в резервуаре более 14 кПа (0,14 кгс/см ), однако обслуживающий персонал не придал этому значения. В качестве временной меры подача пара в трубу была заменена подачей пара в кольцо, расположенное в верхней части вытяжной трубы. В дальнейшем вытяжную трубу заменили факельной трубой, сохранив подачу пара в кольцо бездымного сжигания. Однако через некоторое время в резервуаре снова повысилось давление сверх допустимого. Оказалось, что труба плотно забита обломками огнеупорного кирпича, обвалившимся с верхней части трубы, и вновь перекрыта пробкой, которая образовалась из конденсата, попавшего в трубу. Конструкция трубы была изменена — была установлена воронка для слива конденсата. Разработаны инструкции, в соответствии с которыми пар должен подаваться в систему только при больших расходах газа, поступающего на факел. При большем расходе газа конденсат уносится и не стекает по трубопроводу. Необходимо отметить, что предохранительный клапан не должен был использоваться в этой системе для обеспечения нормального режима. Эти клапаны должны быть предназначены только для защиты аппарата. Кроме того, следовало установить регулятор давления, срабатывающий при давлении, несколько меньшем давления, при котором срабатывают предохранительные клапаны, и клапан с дистанционным управлением на линии сброса газа в трубу. [c.239]


Расход сжатого воздуха: особенности расчета — компрессорные, азотные, насосные станции

При работе с компрессионным оборудованием необходимо иметь представление как исчисляется расход сжатого воздуха, тем более что производительность компрессора и определяется как объем сжимаемого газа в единицу времени.

Конечно, существуют специальные контрольно-измерительные приборы, но в некоторых случаях необходимо быстро произвести расчет расхода воздуха отдельными устройствами.

Необходимо начать с того, что уточнить, в чем измеряется воздух. Объем воздуха измеряется в кубических метрах. Единицы измерения расхода воздуха исчисляются в кубических метрах (для винтовых компрессоров) или литрах (для поршневых компрессоров) потребляемого или производимого воздуха в единицу времени (м3/мин, м3/час, л/мин).

Согласно данным российского ГОСТ 12449-80 нормальными условиями считаются

  • давление 101,325 кПа (760 мм. рт .ст),
  • температура 293 К (20 С),
  • влажность 1,205 кг/м3.

При определении расхода сжатого воздуха при нормальных условиях по ГОСТ 12449-80 перед единицей измерения сжатого воздуха ставят маркировку «н» (15нм3/мин или 165нм3/час и т.д.).

Также существуют две популярные методики расчета расхода воздуха потребляющим оборудованием.

Расчет расхода воздуха через падение давления – универсальный метод для всех видов компрессоров


Где:

  • LB — искомое потребление сжатого воздуха [м³/мин]
  • VR — объем резервуара с сжатым воздухом [м³] (1 м³ = 1000 л)
  • pmax — давление на время начала измерений [бар]
  • pmin — давление на время окончания измерений [бар]
  • t — продолжительность измерений [мин]

На начало измерения необходимо знать объем резервуара и давление в нем (показания манометра). Включаем потребляющее оборудование, засекаем время работы. Отключаем оборудование, смотрим показания манометра резервуара. Подставляем данные в формулу.

Расчет расхода через время работы компрессора – метод для компрессоров с постоянной производительностью


  • LB — искомое потребление сжатого воздуха [м³/мин]
  • Q — производительность компрессора [м³/мин]
  • ∑t — время работы компрессора под нагрузкой за период измерений [мин]
  • T — период измерений = время работы под нагрузкой + на холостом ходу [мин]

На начало измерения нам необходимо знать производительность компрессора, снять показания счетчика общей наработки и счетчика работы под нагрузкой. Включаем потребляющее оборудование, засекаем время работы под нагрузкой при наборе давления до максимального значения, после которого компрессор работает на холостом ходу до начала следующего набора давления. Отключаем оборудование. Подставляем данные в формулу.

Ультразвуковые расходомеры газа | FLOWSIC100

Ультразвуковые расходомеры газа | FLOWSIC100 | SICK

обзор семейств продукции Русский Cesky Dansk Deutsch English Español Suomi Français Italiano 日本語 – Японский 한국어 – Корейский Nederlands Polski Portugues Svenska Türkçe Traditional Chinese

Расходомеры для непрерывного контроля объема выбросов в атмосферу

Преимущества

  • Надежное измерение расхода в трубах с разными диаметрами — от малых до очень больших
  • Высокая прочность приборов
  • Для применения при температуре газов до 260 °C не требуется продувка
  • Минимальные производственные расходы и расходы на техническое обслуживание
  • Точные результаты измерения даже в сложных условиях
  • Измерение без потери давления и без влияния на технологический процесс
  • Удобное для пользователя управление посредством программного обеспечения SOPAS ET
  • Надежный контроль работоспособности благодаря расширенной диагностике

Точные данные устройств и технические характеристики продукта могут отличаться и не зависят от соответствующего применения и спецификации заказчика.
Данный продукт, исходя из статьи 2 (4), не подпадает под действие Директивы RoHS 2011/65/ЕС и не предназначен для использования в продуктах, подпадающих под действие данной Директивы. Более подробные сведения Вы найдете в информации об изделии.

Обзор

Расходомеры для непрерывного контроля объема выбросов в атмосферу

Серия FLOWSIC100 была разработана для измерения объема выбросов в атмосферу. Версии H предназначены для применения в трубах с большим диаметром и высокой степенью запыленности, версии M оптимальны для труб средних диаметров. В зондовой версии PR оба ультразвуковых приемопредатчика устанавливаются на одном приемопередающем блоке (измерительный зонд) создавая фиксированный измерительный участок. Версии устройства -AC оснащены инновационным внутренним охлаждением для применения при температуре газа д 450 °C. Исполнения устройства с продувкой Px применяются для газов с высоким содержанием клейкой или влажной пыли.

Прочные титановые приемопередатчики входят в стандартное исполнение и пригодны для применения в агрессивных условиях рабочего процесса. Измерительная система состоит из двух приемопередающих блоков(одного в случае зондовой версии) и блока управления MCU. Блок MCU служит для приема и передачи измеренных величин, для приведения измеренного расхода к стандартным условиям, а также, для удобного для пользователя, управления через ЖК-дисплей.

Краткий обзор

  • Прочный приемопередатчик из титана обеспечивает долгий срок службы прибора
  • Коррозионностойкий материал для применения в агрессивных газах (опция)
  • Полнопроходное измерение по диаметру трубопровода в версиях H, M и S
  • Зондовая версия PR для экономичной односторонней установки в трубе
  • Автоматическая проверка работоспособности по референсным точкам (в том числе и контроль нуля)

Преимущества

Надёжный и точный контроль выбросов – в соответствии с требованиями законодательства

Мониторинг газообразных выбросов от подлежащего лицензированию оборудования является важной частью защиты окружающей среды. Используя современные и надёжные средства измерения вредных выбросов можно непрерывно регистрировать выбросы загрязняющих веществ и соблюдать предельные значения. Используемая измерительная техника должна соответствовать минимальным требованиям международных стандартов (например, EN 15267 и Спецификация рабочих характеристик 6 EPA) и подтверждать свою пригодность посредством европейского испытания опытного образца. Расходомеры SICK FLOWSIC100 отвечают всем этим требованиям: они сочетают в себе преимущества современных ультразвуковых измерений с превосходящей средний уровень стабильностью и минимальным техническим обслуживанием.

Подробнее Закрыть

Варианты FLOWSIC100

FLOWSIC100 H

благодаря высокой мощности звука оптимально подходит для больших дымоходов диаметром от 3 до 13 м

подходит для вариантов использования с высоким содержанием пыли

FLOWSIC100 M благодаря средней мощности звука оптимально подходит для небольших дымоходов диаметром до 3,5 мFLOWSIC100 PR оптимально для односторонней установки для дымохода диаметром от 1 м

Точно, надёжно, стабильно.

простая установка в измерительном канале SOPAS ET – простая параметризация, настройка и самодиагностика, а также всесторонняя поддержка низкие затраты на техническое обслуживание по причине отсутствия движущихся частей

Простая установка, полностью автоматический самоконтроль и низкие затраты на техническое обслуживание — оптимальное решение для требовательных измерений выбросов.

Стабильные результаты измерений даже в экстремальных условиях

Колебания состава газа, давления, температуры или влажности не влияют на результат измерения. Измерение производится непрерывно по всему диаметру канала и даёт репрезентативные результаты. Полностью автоматическая регулировка усиления FLOWSIC100 обеспечивает передачу сигнала. Устройство периодически проверяет свои функции, используя встроенный в FLOWSIC100 контрольный цикл. Кроме того, встроенная самодиагностика постоянно контролирует все важные функциональные параметры. Недопустимые отклонения, которые могут повлиять на результат измерения, вызывают предупреждающие сообщения.

Мощный и точный.

Измерения без продувочного воздуха Plug-and-play от –40 °C до +260 °C. Инновационное интегрированное охлаждение для очень высоких температур газа до + 450 °C.

НАДЁЖНЫЙ КОНТРОЛЬ ВЫБРОСОВ – В СООТВЕТСТВИИ С ТРЕБОВАНИЯМИ ЗАКОНОДАТЕЛЬСТВА

Применение

Технические данные

 

Загрузки

Пожалуйста, подождите…

Ваш запрос обрабатывается, это может занять несколько секунд.

Расходомеры воздуха и газов

Расходомеры воздуха от «Полтраф» и европейских компаний

Интернет-магазин промышленной автоматики «Полтраф» предлагает заказать контрольно-измерительные приборы от известных европейских производителей, а также инструменты собственной сборки. Они незаменимы в контроле различных технологических процессов. Подбирается оборудование индивидуально, исходя из требований заказчика. Наши специалисты готовы предложить оптимальные варианты контрольно-измерительных приборов, учитывая особенности сферы их применения, а также доступный бюджет.

Мы работаем со всей Россией

Автоматика собственного производства отличается отменным качеством при сравнительно низкой цене. Наша организация использует передовые технологии, создавая высококлассное оборудование КИП. Оперативная поставка контрольно-измерительных приборов осуществляется в Москву, Санкт-Петербург, Новосибирск и остальные города РФ. Предлагаем купить продукцию оптом и в розницу. Приборы КИП сопровождаются официальными сертификатами.

Особенности применения измерителей расхода воздуха и газов

Контрольно-измерительные приборы и аппаратура незаменимы на производствах любого типа. Они позволяют контролировать соответствие технологических процессов нормам, оценивать заявленные характеристики, анализировать качественные параметры продуктов. Контрольно-измерительные приборы — инструменты, которые актуальны для каждой области.

В нашем интернет-магазине можно заказать цифровые модели, а также аналоговые варианты. Контрольно-измерительные приборы по принципу действия поделены на:

  • суммирующие;
  • интегрирующие;
  • сравнения;
  • прямого действия.

Широко представлены универсальные инструменты и специализированные варианты. Первые позволяют определить физические величины материалов. Контрольно-измерительные приборы специального назначения дают оценку конкретным изделиям. Они определяют специфические свойства, среди которых шероховатость и другое. Самыми распространенными контрольно-измерительными приборами являются:

  • датчики расхода, счетчики;
  • температурные датчики, термометры;
  • газоанализаторы;
  • датчики давления;
  • СИ физико-химического состава;
  • уровнемеры;
  • СИ массы, твердости, силы.

Контрольно-измерительные приборы и автоматика контролируют исправность оборудования, фиксируют изменения показателей, регулируют расходы, запускают автоматизированную промывку станций подготовки воды. Перечень доступных действий зависит от требований клиента.

В нашей компании можно подобрать полный комплект контрольно-измерительных высококлассных приборов для организации учета и регулирования потребления энергии. Предусмотрена автоматика для промышленного и коммерческого использования.

Преимущества сотрудничества

Выбирая компанию «Полтраф», наши клиенты улучшают управление и контроль различных технологических процессов на собственных предприятиях химического, нефтехимического, газового и энергетического комплекса. Контрольно-измерительные приборы электронные, поставляемые нами, отлично зарекомендовали себя в пищевой промышленности, машиностроении, сельском хозяйстве, ЖКХ.

Сотрудничая с нашей компанией, клиенты получают несомненные выгоды. В первую очередь, это:

  • простой процесс приобретения за счет работы с одним поставщиком;
  • внушительная номенклатура доступной продукции, что позволяет решить множество задач;
  • возможность выгодно купить современные сертифицированные средства измерения, контроля и автоматизации;
  • высокий уровень организации бесперебойных поставок.

Заказывайте расходомеры уже сегодня!

Мы предоставляем актуальную информацию об ассортименте товаров. Доставка осуществляется в любые точки РФ. Оплата происходит способом, удобным для вас. Гарантия распространяется на все виды продукции. При необходимости у нас можно купить запасные части по доступным ценам. Персональный менеджер подробно проконсультирует относительно качества, применимости и транспортировки КИП. Контрольно-измерительные приборы представлены по лучшим ценам. Вас ждет отличный ассортимент и внимательное обслуживание!

Для любого производства важен контроль расходования ресурсов. Во многих случаях это является обязательной составляющей технологического процесса. Для измерения объема или массы газообразной рабочей среды, проходимой через трубопровод в единицу времени, используются специальные устройства — расходомеры газа. Они позволяют контролировать и с высокой точностью учитывать объемы воздуха, пара или различных газов, при отпуске в производство, потреблении и хранении, исключая перерасход и утечки. Датчики расхода воздуха и газа являются важной составляющей автоматических систем контроля и регулирования самых разных технологических и теплоэнергетических процессов, а потому активно используются на производстве, в энергетике, коммунальном хозяйстве и многих других отраслях.

Различают расходомеры газа и воздуха стационарные, мобильные и комбинированные, сочетающие в себе возможности работать как с подключением к электросети, так и без. Принцип учета расхода может быть различным. По количеству обслуживаемых труб различают одноканальные и двухканальные приборы учета. В последнем случае предполагается, что датчик расхода воздуха или газа с одним электронным блоком способен контролировать расход газа, проходящего по двум трубопроводам.

Если говорить о методе учета и контроля, то наиболее часто используются электромагнитные и ультразвуковые расходомеры воздуха или другого газа, а также приборы, использующие калориметрический и некоторые другие принцип измерения.

Основное преимущество ультразвуковых датчиков расхода воздуха или газа — простота монтажа ввиду возможности их установки без врезки в трубопровод. Они не имеют ограничений по давлению рабочей среды и могут использоваться для контроля расхода газовых сред на трубопроводах практически любого диаметра. Недостатком устройства является существенная погрешность измерений. Но она может быть снижена, если проводить измерение в нескольких плоскостях, учитывая возможность асимметрии потока и используя не однолучевой, а двухлучевой расходомер воздуха или газа.

Электромагнитный принцип измерения основан на том, что в случае движения проводника электрическое напряжение индуцируется в магнитном поле. Его амплитуда пропорциональна скорости движения проводника. Данный способ измерения отличается высокой точностью, оперативностью, сам расходомер газа такого типа имеет несколько конструктивных преимуществ, в частности, он лишен подвижных элементов и не создает гидродинамического сопротивления. Его недостатки заключаются в быстром выходе из строя при работе в агрессивной среде, а также образовании токопроводящей пленки на внутренней поверхности участка трубопровода, где проводятся измерения, снижающей их точность.

Калориметрический принцип учета расхода воздуха широко используется на производстве. Чувствительный элемент датчика расхода воздуха или газа состоит из пары платиновых резистивных элементов, один из которых измеряет температуру рабочей среды, а другой поддерживает в трубопроводе особый температурный режим, согласно которому температура среды несколько выше температуры потока. Для определения скорости движения и расхода газа используют разницу температур потока и среды, а также силу тока, необходимого для поддержания температуры вторым резистором расходомера воздуха или газа и внутренний диаметр трубопровода.

Расходомеры воздуха Е+Е Elektronik

Контроль расхода технологического газа или сжатого воздуха — неотъемлемая часть производственных процессов, позволяющая экономить ресурсы. Чем точнее производятся измерения, тем больше экономия. Расходомер воздуха Е+Е Elektronik используется для высокоточного учета массового и объемного расхода как сжатого воздуха, так и газов, в частности, углекислого газа, кислорода, азота, гелия. Принцип измерения во всех приборах производства данной компании един. Это передача тепла от датчика, нагретого с помощью электричества, в струю нагретого газа. При этом расходомер газа Е+Е Elektronik демонстрирует уникально высокую точность измерений независимо от температуры и давления рабочей среды, а также наличия в технологической цепочке компрессорного оборудования самых различных типов. Расходомер сжатого воздуха Е+Е Elektronik позволит осуществлять контроль даже за самыми маленькими потоками, позволяя избежать утечек в сети трубопроводов диаметром от половины до 12 дюймов и рабочим давлением в 16 и 40 бар. В разработке приборов производитель уделил достаточно внимания безопасным, рентабельным и простым способам их установки и демонтажа. Запатентованный защитный клапан, установленный в последних моделях измерительных приборов этого производителя, гарантирует дополнительную безопасность эксплуатации. Что примечательно демонтаж устройства может быть произведен даже без остановки рабочего потока. Программное обеспечение, входящее в состав любой стандартной поставки оборудования, позволяет легко найти решения для решения технологических задач любой сложности.

Отраслевое применение расходомеров воздуха (газов):

Расходомеры воздуха/газов Вы можете купить в компании Полтраф с расширенной гарантией завода-производителя. Наша компания является эксклюзивным представитеем E+E Elektronik на территории России.

Австрийские расходомеры  — достойная альтернатива расходомерам воздуха/газов Вайсала (Vaisala), С+С (S+S), Regin, VCP, Rotronic

Зависимость между падением давления и расходом в трубопроводе

Изменение давления из-за потери напора

Поскольку потеря напора — это уменьшение общей энергии жидкости, она представляет собой снижение способности жидкости выполнять работу. Потеря напора не снижает скорость жидкости (рассмотрим трубу постоянного диаметра с постоянным массовым расходом) и не будет влиять на высоту напора жидкости (рассмотрите горизонтальную трубу без изменения высоты от входа к выходу).2} {2g}}

где:

  • H L = потеря напора (футы)
  • f = коэффициент трения Дарси (безразмерный)
  • L = длина трубы (футы)
  • D = внутренний диаметр трубы (футы)
  • v = скорость жидкости (фут / сек)
  • g = гравитационная постоянная (32,2 фута / сек 2 )

Коэффициент трения Дарси, f, учитывает шероховатость трубы, диаметр, вязкость жидкости, плотность и скорость сначала рассчитав число Рейнольдса и относительную шероховатость.5} \ bigg)}

где:

  • Q = расход (галлонов в минуту)
  • d = диаметр трубы (дюймы)

На приведенном ниже графике показано результирующее падение давления для воды при 60 F в диапазоне скоростей потока для 100 футовая труба для труб диаметром 4 и 6 дюймов сортамент 40.

Сводка

Чтобы определить полное изменение статического давления жидкости при ее движении по трубопроводу, все три компонента уравнения Бернулли необходимо рассматривать по отдельности и складывать вместе.Изменение высоты может вызвать снижение давления, изменение скорости может привести к его увеличению, а потеря напора может вызвать его уменьшение. Чистый эффект будет зависеть от относительной величины каждого изменения.

Возможно, что статическое давление жидкости на самом деле увеличивается от входа к выходу, если изменение высоты или скорости приводит к увеличению давления больше, чем уменьшение, возникающее из-за потери напора.

Старая поговорка о том, что «жидкость всегда течет от высокого давления к низкому», не совсем точна.Более точный способ сформулировать это так: «жидкость всегда течет из области с более высокой полной энергией в область с более низкой полной энергией».

Скорость потока Vs. Размер трубы

Согласно закону Пуазейля, расход по длине трубы изменяется в четвертой степени радиуса трубы. Это не единственная переменная, которая влияет на скорость потока; другие — длина трубы, вязкость жидкости и давление, которому жидкость подвергается. Закон Пуазейля предполагает ламинарный поток, что является идеализацией, применимой только при низких давлениях и малых диаметрах труб.Турбулентность является фактором большинства реальных приложений.

Закон Хагена-Пуазейля

Французский физик Жан Леонар Мари Пуазей провел серию экспериментов с потоком жидкости в начале 19 века и опубликовал свои результаты в 1842 году. Считается, что Пуазейю удалось сделать вывод, что скорость потока пропорциональна четвертому. мощность радиуса трубы, но немецкий инженер по гидравлике Готтильф Хаген уже пришел к тем же результатам. По этой причине физики иногда называют опубликованное соотношение Пуазейля законом Хагена-Пуазейля.

Объемный расход = π X перепад давления X радиус трубы 4 X вязкость жидкости / 8 X ​​вязкость X длина трубы.

Чтобы выразить эту взаимосвязь словами: при заданной температуре скорость потока через трубку или трубу обратно пропорциональна длине трубки — вязкости жидкости. Расход прямо пропорционален градиенту давления и четвертой степени радиуса трубы.

Применение закона Пуазейля

Даже когда турбулентность является фактором, вы все равно можете использовать уравнение Пуазейля, чтобы получить достаточно точное представление о том, как скорость потока изменяется в зависимости от диаметра трубы.Имейте в виду, что указанный размер трубы является мерой ее диаметра, и вам нужен радиус, чтобы применить закон Пуазейля. Радиус составляет половину диаметра.

Предположим, у вас есть водопроводная труба длиной 2 дюйма, и вы хотите знать, насколько увеличится скорость потока, если вы замените ее 6-дюймовой трубой. Это изменение радиуса на 2 дюйма. Предположим, что длина трубы и давление постоянны. Температура воды также должна быть постоянной, потому что вязкость воды увеличивается с понижением температуры.Если все эти условия соблюдены, скорость потока изменится в 2 раза 4 или 16.

Скорость потока изменяется обратно пропорционально длине, поэтому, если вы удвоите длину трубы, сохраняя постоянный диаметр, вы: Я получу примерно половину меньше воды за единицу времени при постоянном давлении и температуре.

Как рассчитать скорость воды в трубах

Обновлено 5 декабря 2020 г.

Крис Дезиел

Физики и инженеры используют закон Пуазейля для предсказания скорости воды в трубе.Это соотношение основано на предположении, что поток является ламинарным, что является идеализацией, которая больше применима к маленьким капиллярам, ​​чем к водопроводным трубам. Турбулентность почти всегда является фактором в трубах большего размера, так же как и трение, вызванное взаимодействием жидкости со стенками трубы. Эти факторы трудно определить количественно, особенно турбулентность, и закон Пуазейля не всегда дает точное приближение. Однако, если вы поддерживаете постоянное давление, этот закон может дать вам хорошее представление о том, как изменяется скорость потока при изменении размеров трубы.4

Сравнение скоростей потока

Если вы поддерживаете в водяной системе постоянное давление, вы можете рассчитать значение постоянной K, посмотрев вязкость воды при температуре окружающей среды и выразив ее в единицах, совместимых с вашими измерениями. Поддерживая постоянную длину трубы, теперь у вас есть пропорциональность между четвертой степенью радиуса и скоростью потока, и вы можете рассчитать, как скорость изменится при изменении радиуса. Также можно поддерживать постоянным радиус и изменять длину трубы, хотя для этого потребуется другая константа.Сравнение прогнозируемых и измеренных значений расхода показывает, насколько турбулентность и трение влияют на результаты, и вы можете учесть эту информацию в прогнозных расчетах, чтобы сделать их более точными.

Понимание основных принципов расчета расхода

мар-2008

Размер клапана часто описывается номинальным размером торцевых соединений, но более важной мерой является расход, который может обеспечить клапан.

Джон Бакстер и Ульрих Кох
Компания Swagelok

Краткое содержание статьи

А определить расход через клапан очень просто.Используя принципы расчета расхода, некоторые основные формулы и влияние удельного веса и температуры, можно достаточно хорошо оценить расход, чтобы легко и без сложных вычислений выбрать размер клапана

Принципы расчета расхода
Принципы расчета расхода иллюстрируются расходомером с обычным отверстием (см. Рисунок 1). Нам нужно знать только размер и форму отверстия, диаметр трубы и плотность жидкости. Имея эту информацию, мы можем рассчитать расход для любого значения падения давления на отверстии (разницы между давлением на входе и выходе).

Для клапана нам также необходимо знать падение давления и плотность жидкости. Но помимо размеров диаметра трубы и размера отверстия нам необходимо знать все размеры прохода клапана и все изменения размера и направления потока через клапан.

Однако вместо сложных вычислений мы используем коэффициент расхода клапана, который объединяет эффекты всех ограничений расхода в клапане в одно число (см. Рисунок 2).

Производители клапанов определяют коэффициент расхода клапана путем тестирования клапана водой при нескольких расходах с использованием стандартного метода испытаний2, разработанного приборным обществом Америки для регулирующих клапанов и в настоящее время широко используемого для всех клапанов.

Испытания на поток проводятся в системе прямых трубопроводов того же размера, что и клапан, поэтому влияние изменений размеров фитингов и трубопроводов не учитывается (см. Рисунок 3).

Расход жидкости
Поскольку жидкости являются несжимаемыми жидкостями, их расход зависит только от разницы между входным и выходным давлениями (Δp, перепад давления). Расход будет одинаковым независимо от того, высокое или низкое давление в системе, при условии, что разница между входным и выходным давлениями одинакова.Уравнение 1 показывает взаимосвязь.
Графики расхода воды показывают расход воды как функцию падения давления для диапазона значений Cv.

Расход газа
Расчеты расхода газа немного сложнее, поскольку газы представляют собой сжимаемые жидкости, плотность которых изменяется с давлением. Кроме того, необходимо учитывать два условия: расход с низким перепадом давления и расход с высоким перепадом давления.
Уравнение 2 применяется, когда выходное давление потока с низким перепадом давления (p2) превышает половину входного давления (p1):

Графики потока воздуха с низким перепадом давления показывают поток воздуха с низким перепадом давления для клапана с Cv, равным 1. .0, заданная как функция входного давления (p1) для диапазона значений перепада давления (Δp).

Когда давление на выходе (p2) меньше половины давления на входе (p1), большое падение давления, любое дальнейшее снижение давления на выходе не увеличивает поток, потому что газ достиг звуковой скорости в отверстии, и он не может сломать это “ звуковой барьер».

Уравнение 3 для потока с большим перепадом давления проще, потому что оно зависит только от входного давления и температуры, коэффициента потока клапана и удельного веса газа:

Графики потока воздуха с высоким перепадом давления показывают поток воздуха с высоким перепадом давления как функцию входного давления для диапазона коэффициентов расхода.

Влияние удельного веса
Уравнения потока включают переменные удельный вес жидкости (Gf) и удельный вес газа (Gg), которые представляют собой плотность жидкости по сравнению с плотностью воды (для жидкостей) или воздуха (для газов).

Однако на графиках не учитывается удельный вес, поэтому необходимо применить поправочный коэффициент, который включает квадратный корень из G. Получение квадратного корня уменьшает эффект и приближает значение к значению воды или воздуха, 1.0.

Например, удельный вес серной кислоты на 80% выше, чем у воды, но она изменяет расход всего на 34%. Удельный вес эфира на 26% ниже, чем у воды, но он изменяет расход только на 14%.

Воздействие удельного веса на газы аналогично. Например, удельный вес водорода на 93% ниже, чем у воздуха, но он изменяет расход всего на 74%. Углекислый газ имеет удельный вес на 53% выше, чем у воздуха, но изменяет расход только на 24%.Только газы с очень низким или очень высоким удельным весом изменяют поток более чем на 10% по сравнению с потоком воздуха.

На рис. 5 показано, как влияние удельного веса на поток газа уменьшается с помощью квадратного корня.

Влияние температуры
Температура обычно не учитывается при расчетах расхода жидкости, поскольку ее влияние слишком мало. Температура имеет большее влияние на расчеты расхода газа, потому что объем газа расширяется при более высокой температуре и сжимается при более низкой температуре.Но, как и удельный вес, температура влияет на расход только квадратным корнем. Для систем, работающих в диапазоне от -40 ° F (-40 ° C) до + 212 ° F (+ 100 ° C), поправочный коэффициент составляет всего от +12 до -11%. На рисунке 6 показано влияние температуры на объемный расход в широком диапазоне температур. Диапазон плюс-минус 10% охватывает обычные рабочие температуры наиболее распространенных применений. На рисунке 4 показано, как извлечение квадратного корня из удельного веса снижает значимость расхода жидкости. Только если удельный вес жидкости очень низкий или очень высокий, поток изменится более чем на 10% по сравнению с потоком воды.

СКАЧАТЬ ПОЛНУЮ СТАТЬЮ

Расход в трубе

Средняя скорость потока жидкости и диаметр трубы для известного расхода

Скорость жидкости в трубе неравномерна по площади сечения. Поэтому используется средняя скорость, которая рассчитывается по методу уравнение неразрывности для установившегося потока в виде:

Калькулятор диаметра трубы

Рассчитайте диаметр трубы для известного расхода и скорости.Рассчитайте скорость потока для известного диаметра трубы и расхода. Преобразование объемного расхода в массовый. Рассчитайте объемный расход идеального газа при различных условиях давления и температуры.

Диаметр трубы можно рассчитать, если объемный расход и скорость известны как:

где: D — внутренний диаметр трубы; q — объемный расход; v — скорость; А — площадь поперечного сечения трубы.

Если известен массовый расход, то диаметр можно рассчитать как:

где: D — внутренний диаметр трубы; w — массовый расход; ρ — плотность жидкости; v — скорость.

Простой расчет диаметра трубы

Взгляните на эти три простых примера и узнайте, как с помощью калькулятора рассчитать диаметр трубы для известного расхода жидкости и желаемого расхода жидкости.

Ламинарный и турбулентный режим течения жидкости в трубе, критическая скорость

Если скорость жидкости внутри трубы мала, линии тока будут прямыми параллельными линиями. Поскольку скорость жидкости внутри труба постепенно увеличивается, линии тока будут оставаться прямыми и параллельными стенке трубы до тех пор, пока не будет достигнута скорость когда линии тока колеблются и внезапно превращаются в размытые узоры.Скорость, с которой это происходит, называется «критическая скорость». При скоростях выше, чем «критическая», линии тока случайным образом рассеиваются по трубе.

Режим обтекания, когда скорость ниже «критической», называется ламинарным потоком (вязким или обтекаемым потоком). В ламинарном режиме потока скорость наибольшая на оси трубы, а на стенке скорость равна нулю.

Когда скорость больше «критической», режим течения является турбулентным. В турбулентном режиме обтекания наблюдаются нерегулярные случайное движение частиц жидкости в направлениях, поперечных направлению основного потока. Изменение скорости турбулентного потока составляет более однородный, чем в ламинарном.

В турбулентном режиме потока у стенки трубы всегда имеется тонкий слой жидкости, который движется ламинарным потоком.Этот слой известен как пограничный слой или ламинарный подслой. Для определения режима потока используйте калькулятор числа Рейнольдса.

Число Рейнольдса, турбулентный и ламинарный поток, скорость потока в трубе и вязкость

Характер потока в трубе, согласно работе Осборна Рейнольдса, зависит от диаметра трубы, плотности и вязкости. текущей жидкости и скорости потока.Используется безразмерное число Рейнольдса, которое представляет собой комбинацию этих четырех переменные и могут рассматриваться как отношение динамических сил массового потока к напряжению сдвига из-за вязкости. Число Рейнольдса:

где: D — внутренний диаметр трубы; v — скорость; ρ — плотность; ν — кинематическая вязкость; μ — динамическая вязкость;

Калькулятор числа Рейнольдса

Рассчитайте число Рейнольдса с помощью этого простого в использовании калькулятора.Определите, является ли поток ламинарным или турбулентный. Применимо для жидкостей и газов.

Это уравнение можно решить с помощью и калькулятор режима течения жидкости.

Течение в трубах считается ламинарным, если число Рейнольдса меньше 2320, и турбулентным, если число Рейнольдса больше 4000.Между этими двумя значениями находится «критическая» зона, где поток может быть ламинарным, турбулентным или в процесс изменений и в основном непредсказуем.

При расчете числа Рейнольдса для эквивалентного диаметра некруглого поперечного сечения (четырехкратный гидравлический радиус d = 4xRh) используется, а гидравлический радиус можно рассчитать как:

Rh = площадь проходного сечения / периметр смачивания

Это относится к квадратному, прямоугольному, овальному или круглому каналу, если поток не имеет полного сечения.Из-за большого разнообразия жидкостей, используемых в современных промышленных процессах, одно уравнение который может использоваться для потока любой жидкости в трубе, дает большие преимущества. Это уравнение — формула Дарси, но один фактор — коэффициент трения нужно определять экспериментально. Эта формула имеет широкое применение в области механики жидкости и широко используется на этом веб-сайте.

Уравнение Бернулли — сохранение напора жидкости

Если потерями на трение пренебречь и энергия не добавляется или не берется из системы трубопроводов, общий напор H, который является суммой подъемного напора, напора и скоростного напора, будет постоянным для любой точки. линии тока жидкости.

Это выражение закона сохранения напора для потока жидкости в трубопроводе или линии тока, известное как Уравнение Бернулли:

где: Z 1,2 — высота над референтным уровнем; p 1,2 — абсолютное давление; v 1,2 — скорость; ρ 1,2 — плотность; г — ускорение свободного падения

Уравнение Бернулли используется в нескольких калькуляторах на этом сайте, например калькулятор перепада давления и расхода, Измеритель расхода трубки Вентури и вычислитель эффекта Вентури и Калькулятор размеров диафрагмы и расхода.

Поток трубы и падение давления на трение, потеря энергии напора | Формула Дарси

Из уравнения Бернулли выводятся все другие практические формулы с изменениями, связанными с потерями и выигрышем энергии.

Как и в реальной системе трубопроводов, существуют потери энергии, и энергия добавляется или забирается из жидкости. (с использованием насосов и турбин) они должны быть включены в уравнение Бернулли.

Для двух точек одной линии тока в потоке жидкости уравнение можно записать следующим образом:

где: Z 1,2 — высота над референтным уровнем; p 1,2 — абсолютное давление; v 1,2 — скорость; ρ 1,2 — плотность; ч L — потеря напора из-за трения в трубе; H p — головка насоса; H T — головка турбины; г — ускорение свободного падения;

Поток в трубе всегда вызывает потерю энергии из-за трения.Потери энергии можно измерить как падение статического давления. по направлению потока жидкости двумя манометрами. Общее уравнение падения давления, известное как формула Дарси, выражается в метрах жидкости составляет:

где: ч L — потеря напора из-за трения в трубе; ф — коэффициент трения; L — длина трубы; v — скорость; D — внутренний диаметр трубы; г — ускорение свободного падения;

Чтобы выразить это уравнение как падение давления в ньютонах на квадратный метр (Паскали), замена соответствующих единиц приводит к:

Калькулятор падения давления

Калькулятор на основе уравнения Дарси.Рассчитайте падение давления для известного расхода или рассчитать расход при известном падении давления. Включен расчет коэффициента трения. Применяется для ламинарных и турбулентных потоков, круглых или прямоугольных труб.

где: Δ p — падение давления из-за трения в трубе; ρ — плотность; ф — коэффициент трения; L — длина трубы; v — скорость; D — внутренний диаметр трубы; Q — объемный расход;

Уравнение Дарси можно использовать как для ламинарного, так и для турбулентного режима течения и для любой жидкости в трубе.С некоторыми ограничениями, Уравнение Дарси можно использовать для газов и паров. Формула Дарси применяется, когда диаметр трубы и плотность жидкости постоянны и труба относительно прямая.

Коэффициент трения для шероховатости трубы и число Рейнольдса в ламинарном и турбулентном потоках

Физические значения в формуле Дарси очень очевидны и могут быть легко получены, если известны такие свойства трубы, как D — внутренняя часть трубы. диаметр, L — длина трубы, а когда известен расход, скорость легко вычисляется с помощью уравнения неразрывности.Единственная ценность что необходимо определить экспериментально, так это коэффициент трения. Для режима ламинарного течения Re <2000 коэффициент трения можно рассчитать: но для турбулентного режима течения, где Re> 4000, используются экспериментально полученные результаты. В критической зоне, где находится Рейнольдс число от 2000 до 4000, может иметь место как ламинарный, так и турбулентный режим потока, поэтому коэффициент трения неопределен и имеет более низкий пределы для ламинарного потока и верхние пределы, основанные на условиях турбулентного потока.

Если поток ламинарный и число Рейнольдса меньше 2000, коэффициент трения можно определить из уравнения:

где: ф — коэффициент трения; Re — число Рейнольдса;

Когда поток турбулентный и число Рейнольдса превышает 4000, коэффициент трения зависит от относительной шероховатости трубы. а также от числа Рейнольдса.Относительная шероховатость трубы — это шероховатость стенки трубы по сравнению с диаметром трубы e / D . Поскольку внутренняя шероховатость трубы фактически не зависит от диаметра трубы, трубы с меньшим диаметром трубы будут иметь более высокую относительная шероховатость, чем у труб большего диаметра, поэтому трубы меньшего диаметра будут иметь более высокий коэффициент трения чем трубы большего диаметра из того же материала.

Наиболее широко принятыми и используемыми данными для коэффициента трения в формуле Дарси является диаграмма Муди.На диаграмме Муди коэффициент трения можно определить исходя из значения числа Рейнольдса и относительной шероховатости.

Падение давления является функцией внутреннего диаметра в пятой степени. Со временем в эксплуатации внутренняя часть трубы покрывается коркой грязи, окалины, и часто бывает целесообразно сделать поправку на ожидаемые изменения диаметра. Также можно ожидать увеличения шероховатости при использовании из-за коррозии или накипи со скоростью, определяемой материалом трубы. и природа жидкости.

Когда толщина ламинарного подслоя (ламинарный пограничный слой δ ) больше, чем шероховатость трубы e , поток называется потоком в гидравлически гладкой трубе, и можно использовать уравнение Блазиуса:

где: ф — коэффициент трения; Re — число Рейнольдса;

Толщина пограничного слоя может быть рассчитана на основе уравнения Прандтля как:

где: δ — толщина пограничного слоя; D — внутренний диаметр трубы; Re — число Рейнольдса;

Для турбулентного течения с Re <100 000 (уравнение Прандтля) можно использовать:

Для турбулентного течения с Re> 100 000 (уравнение Кармана) можно использовать:

Наиболее распространенным уравнением, используемым для расчета коэффициента трения, является формула Колебрука-Уайта и он используется для турбулентного потока в калькуляторе падения давления:

где: ф — коэффициент трения; Re — число Рейнольдса; D — внутренний диаметр трубы; k r — шероховатость трубы;

Статическое, динамическое и полное давление, скорость потока и число Маха

Статическое давление — это давление жидкости в потоке.Общее давление — это давление жидкости, когда она находится в состоянии покоя, т.е. скорость снижается до 0.

Общее давление можно рассчитать с помощью теоремы Бернулли. Представьте себе, что поток остановлен в одной точке линии потока. без потери энергии теорему Бернулли можно записать как:

Если скорость в точке 2 v 2 = 0, давление в точке 2 больше, чем общее p 2 = p t :

где: р — напор; р т — полное давление; v — скорость; ρ — плотность;

Разница между общим и статическим давлением представляет собой кинетическую энергию жидкости и называется динамическим давлением.

Динамическое давление для жидкостей и несжимаемой жидкости при постоянной плотности можно рассчитать как:

где: р — напор; р т — полное давление; p d — напор динамический; v — скорость; ρ — плотность;

Если динамическое давление измеряется с помощью таких инструментов, как зонд Прандтля или трубка Пито, скорость может быть рассчитана в одна точка линии потока как:

где: р — напор; р т — полное давление; p d — напор динамический; v — скорость; ρ — плотность;

Для газов и чисел Маха больше 0.1 эффектами сжимаемости нельзя пренебречь.

Для расчета сжимаемого потока можно использовать уравнение состояния газа. Для идеальных газов скорость при числе Маха M <1 рассчитывается по следующему уравнению:

где: M — число Маха M = v / c — соотношение между локальной скоростью жидкости и локальной скоростью звука; γ — коэффициент изоэнтропии;

Следует сказать, что при M> 0.7 данное уравнение не совсем точное.

Если число Маха M> 1, возникнет нормальная ударная волна. Уравнение для скорости перед волной приведено ниже:

где: р — напор; p ti — полное давление; v — скорость; M — число Маха; γ — коэффициент изоэнтропии;

Приведенные выше уравнения используются для Зонд Прандтля и калькулятор скорости потока трубки Пито.

Примечание: вы можете скачать полный вывод данных уравнений

Расход жидкости для теплопередачи, мощность и температура котла

Калькулятор тепловой энергии

Рассчитайте тепловую энергию и тепловую мощность для известного расхода.Рассчитайте расход для известной тепловой энергии или тепловой мощности. Применяется для котлов, теплообменников, радиаторов, чиллеров, воздухонагревателей.

Расход жидкости, необходимый для передачи тепловой энергии и тепловой энергии, можно рассчитать как:

где: q — расход [м 3 / час]; ρ — плотность жидкости [кг / м 3 ]; c — удельная теплоемкость жидкости [кДж / кг · К]; Δ T — разность температур [К]; П — мощность [кВт];

Это соотношение можно использовать для расчета необходимого расхода, например, воды, нагреваемой в котле, если мощность бойлер известен.В этом случае разница температур в приведенном выше уравнении представляет собой изменение температуры жидкости впереди и после котла. Следует сказать, что коэффициент полезного действия должен быть включен в приведенное выше уравнение для точного расчета.

Уравнения расхода природного газа под высоким давлением | 2020-02-03

Существует множество уравнений для определения расхода в трубопроводах природного газа и падений давления, связанных с этими потоками, или наоборот. Наша цель — определить достоверность каждого уравнения относительно скоростей потока, с которыми может столкнуться инженер-сантехник.

Предыдущие статьи этой серии предполагают, что в качестве обычных материалов для трубопроводов используются стальные трубы сортамента 40 или полиэтиленовые трубы (PE). Внутренний диаметр каждой из этих труб разный. Более того, не существует стандарта, каким может быть давление на входе в эти трубы и каковы могут быть ожидаемые падения давления. Таким образом, не существует стандартизированных таблиц для условий более высокого давления, которое превышает давление, указанное в Национальном кодексе по топливному газу NFPA 54 и Международном кодексе по топливному газу ICC.

В результате, если разработчик системы природного газа хочет подавать природный газ под давлением более 5 фунтов на кв. Дюйм, он / она может подготовить свои собственные таблицы, аналогичные таблицам в NFPA 54, но основанные на более высоком давлении и более высоких перепадах давления.

Для определения фактических уравнений потока использовались несколько источников. (1) Соображения относительно уравнений установившегося потока в трубопроводах природного газа Пауло М. Коэльо и Карлос Пиньо в журнале Бразильского общества механических наук и инженерии, июль-сентябрь 2007 г .; (2) Crane Technical Paper 410 , 2018; (3) Глава 22 ASTM MNL 58 «Нефтепереработка и переработка природного газа» , 2013, в отношении Транспортировка сырой нефти, природного газа и нефтепродуктов .

Все эти тексты указывают на то, что уравнение Дарси-Вайсбаха, по-видимому, является наиболее точным методом определения падения давления, но этого метода избегали из-за сложности определения значения для «f» (коэффициент трения). Большинство альтернативных уравнений потока газа появились еще до появления современных компьютеров. Вычисление «f» включает итерационный процесс, поскольку квадратный корень из «f» является частью знаменателя в обеих частях уравнения для «f» .Уравнение Дарси-Вайсбаха выглядит следующим образом:

h L = f ( ) (Уравнение 1)

Где: h L = потеря напора газа в футах (метрах) жидкости — в данном случае газ

f = коэффициент трения — безразмерный

L = длина трубы в футах (метрах)

D = внутренний диаметр трубы, те же единицы, что и «L»

V = скорость газа в футах в секунду (метры в секунду)

г = гравитационная постоянная 32.2)

В основе уравнений потока AGA лежит значение « f », которое является функцией числа Рейнольдса. Классическое уравнение для числа Рейнольдса:

Re = σ V D / μ (Уравнение 2)

Где: σ = плотность газа

V = скорость газа

D = внутренний диаметр трубы

μ = динамическая вязкость — 7E-06 фунт / фут-сек (0.010392 сантипуаз)

Для облегчения расчетов, когда плотность разбивается на уравнение закона идеального газа, а скорость разбивается как функция потока и плотности, а затем подставляется в классическое уравнение числа Рейнольдса, можно вывести следующее уравнение:

Re = 4 Q st 29 S g P st / (μ π D T st ) (Уравнение 3)

Где: Q st = Расход газа при стандартных условиях

29 = молекулярная масса воздуха, 28.9647 фунтов / фунт-моль (28,9647 г / гмоль)

S г = удельный вес природного газа

Pst = стандартное давление газа — 14,696 фунтов на кв. Дюйм (101,325 кПа)

μ = динамическая вязкость — 7E-06 фунт / фут-сек (0,010392 сантипуаз)

π = PI = 3,14159

D = внутренний диаметр трубы

= Универсальная газовая постоянная, 1545,349 фунта f футов / (фунт-моль ° R) [8314,41 Дж / (кмоль ° K)]

T st = Стандартная температура газа, 518.67 ° R (288,15 ° К)

(Примечание: число Рейнольдса «безразмерно», что означает, что все единицы в числителе и знаменателе должны быть отменены. Уравнения 2 и 3 не были исправлены, чтобы включать единицы. Читателю потребуется использовать его / ее справочный материал, чтобы определить необходимые поправочные коэффициенты.)

Также обратите внимание, что число Рейнольдса в уравнении 3 не зависит от фактического давления и температуры газа. В уравнении 3 интересно то, что, если используются уравнения высокого перепада давления, значение « f » останется неизменным от входа к выходу участка трубы.

В 1960-х годах Американская газовая ассоциация (AGA) предложила уравнения AGA, в которых используется общее уравнение газа с упрощенными предельными формами уравнений Коулбрука Уайта. В газовых трубах встречаются три режима потока: ламинарный поток, частично турбулентный поток и полностью турбулентный поток. Формулы значений «f» для них следующие:

Ламинарный поток: f = 64 / Re для Re <2,000 до 4,000 (Уравнение 4)

AGA Частично турбулентный поток: 1/ = -2 log 10 (2.825 / (Re )) (Примечание 1 ниже) (Уравнение 5)

Полностью турбулентный поток AGA: 1/ = -2 log 10 (ε / (3,7 D)) (Уравнение 6)

Примечание 1: Раньше значение 2,825 в уравнении 5 было 2,51 и является уравнением Коулбрука-Уайта, 1990 г.

Где: Re = Число Рейнольдса

f = коэффициент трения — безразмерный

ε = шероховатость внутреннего диаметра трубы, те же единицы, что и «D»

D = внутренний диаметр трубы

Согласно Коэльо и Пиньо и «Нефтепереработка и переработка природного газа», переход между частично турбулентным потоком и полностью турбулентным потоком происходит там, где результаты двух уравнений пересекаются; используется более высокое значение «f» .

При расчете падения давления в техническом документе Crane 410 указано, что, если давление на входе ( P 1 ) и давление на выходе ( P 2 ) являются следующими, эти обобщения могут быть сделаны: (1) Если Расчетный перепад давления ( P 1 — P 2 ) составляет менее 10% от входного давления P 1 , разумная точность будет получена, если удельный объем (V = 1 / σ) Используемый в формуле основан на условиях P 1 или P 2 , в зависимости от того, какие из них известны.(2) Если расчетное падение давления ( P 1 — P 2 ) больше примерно 10%, но меньше 40% входного давления P 1 , приемлемая точность будет получена, если удельный объем, используемый в формуле, основан на средних условиях P 1 и P 2 . (3) Если расчетный перепад давления ( P 1 — P 2 ) превышает примерно 40% от входного давления P 1 , то предлагаются другие формулы высокого перепада давления.В качестве альтернативы можно было бы разбить длину трубы на несколько сегментов, которые удовлетворяют указанным выше условиям, используя выходное давление сегмента «1» в качестве входного давления для сегмента «2» и так далее. Имейте в виду, что давления « P 1 » и « P 2 » являются абсолютными давлениями, а не манометрическими давлениями.

Выполняемые процедуры

Чтобы сделать некоторые выводы относительно достоверности каждого из альтернативных уравнений, обсуждаемых ниже, в Excel и Visual Basic была создана программа для вычисления значения « f » с точностью до 5 значащих цифр для каждого потока. точку, а затем найдите расход на основе имеющегося перепада давления, используя приведенные выше уравнения (с помощью формулы Дарси-Вайсбаха).Эти точки сравнивались с ответами, полученными при использовании каждого из альтернативных уравнений. После того, как набор результатов был собран для каждого альтернативного уравнения, общий пакет результатов сравнивался с ответами Дарси путем деления альтернативных результатов на ответы Дарси; по одному. Были собраны следующие статистические данные: минимальное отношение, максимальное отношение, среднее отношение и стандартное отклонение.

Сравнения проводились для каждого из следующих параметров: заданное давление на входе, заданное конечное давление, расстояние в футах, диаметр трубы (фактический) и шероховатость внутренней поверхности трубы (если она учтена).

Характеристики природного газа: В тех случаях, когда уравнения допускали ввод, было включено следующее: Удельный вес природного газа = 0,60. Вязкость природного газа = 7E-06 фунт / фут-сек или 0,010392 сантипуаз.

Диапазоны давления: на входе 2 фунта на кв. Дюйм при падении на 1 фунт / кв. Дюйм, на 3 фунта на кв. Дюйм при падении на 2 фунта на кв. Дюйм, на 5 фунтов на кв. Дюйм при падении на 3,5 фунта на кв. Дюйм, на 20 фунтов на кв. и 40 фунтов на кв. дюйм при падении на 4 фунта на кв. дюйм.

Расстояния: от 10 футов (3 метров) до 2000 футов (610 метров) с шагом, аналогичным NFPA 54 и IFGC.

Номинальные размеры труб: от 0,5 дюйма (DN-15) до 6 дюймов (DN150), в зависимости от наличия.

Материалы труб: стальная труба Sch 40, труба из полиэтилена SDR 11, труба из полиэтилена SDR 13,5.

Используемые уравнения: уравнение NFPA / IFGC, уравнение Мюллера, уравнение Веймута, уравнение распределения IGT, уравнение Spitzglass-High Pressure и ручные уравнения AGA для пластиковых труб. Для трубопроводов более низкого давления также сравнивались значения в таблицах NFPA / IFGC. Для труб низкого давления рассматривалась только сталь, поскольку они, вероятно, будут установлены выше уровня земли.ПЭ, а также стальные трубопроводы были рассмотрены для газа 20 фунтов на кв. Дюйм и 40 фунтов на квадратный дюйм. Обратите внимание, что все уравнения были изменены, чтобы обеспечить Q h (расход в час) как функцию от P 1 и P 2 (давления на входе и выходе)

.

Результаты

Для всех следующих уравнений, «Q h » — расход в кубических футах в час, «P 1 « — давление на входе, «P» 2 « — давление на выходе, « D « — внутренний диаметр трубы в дюймах,« S g »- удельный вес, а « L » — длина сегмента трубы в футах.Шероховатость внутренней поверхности трубы была оценена как 0,0018 дюйма для стали и 0,00006 дюйма для полиэтилена. Примечание. Число Рейнольдса было создано для каждого диапазона значений, чтобы читатель мог посмотреть на ту часть диаграммы Муди, где существуют эти потоки.

NFPA / IFGC Уравнение низкого давления (для 1,5 фунтов на кв. Дюйм и выше):

Q h = (D * {18,93 * [(P 1 2 -P 2 2 ) * Y / (Cr * L)] 0,206 }) (1/0 .381) (Уравнение 7)

Где: Y = 0,9992 для природного газа

Cr = 0.6094 для природного газа

Уравнение Мюллера:

Q h = (2826 * D 2,725 ) / S г 0,425 * [(P 1 2 -P 2 2 ) / L)] 0,575 (Уравнение 8)

Уэймут Уравнение:

Q h = (2034 * D 2.667 ) / S г 0,5 * [(P 1 2 -P 2 2 ) / L)] 0,5 (Уравнение 9)

Уравнение распределения IGT:

Q h = (2679 * D 2,667 ) / S g 0,444 * [(P 1 2 -P 2 2 ) / L] 0,555 ( Уравнение 10)

Шпицгласс-Уравнение высокого давления:

Q h = (3410 / S г 0.5 ) * [(P 1 2 -P 2 2 ) / L)] 0,5 * [D 5 / (1 + 3,6 / D + 0,03 * D)] 0,5 (Уравнение 11)

Инструкция по эксплуатации пластиковых труб AGA

Дополнительные переменные: «T b », — «Стандартная температура» или 518,67 ° R, «P b » — «Стандартное давление» или 14,696 psia, «T» — температура газа в градусы R; 60 ° F или 519,67 ° R, используемое для этого анализа, «Sg» — это удельный вес природного газа (воздух = 1.0), 0,60 используется для этого анализа, «µ» — вязкость газа, 7,0E-06 фунтов м / фут-сек, используемая для этого анализа, «Z» — коэффициент сжимаемости газа, 1,0 для низкого давления. газ, а «ε» — шероховатость поверхности трубы в дюймах (0,0018 для стали и 0,00006 для пластика).

Для частично турбулентного потока (поток ниже критического потока, когда поток меняется на полностью турбулентный ):

Q h = D 2.667 * 664,3 * T b / P b * [(P 1 2 -P 2 2 ) / (T * L)] 0,555 * 1 / (S г 0,444 * µ 0,111 ) (Уравнение 12)

Для полностью турбулентного потока (для более высоких расходов):

Q h = D 2,5 * 469,2 * T b / P b * [(P 1 2 -P 2 2 ) / (S g * T * Z * L)] 0.5 * log 10 (3,7 * D / ε) (Уравнение 13)

Таблица 1: Для входного давления 2,0 фунта на кв. Дюйм (13,8 кПа-изб.) И перепада 1,0 фунт / кв. ).

Уравнение

Мин. Коэффициент

Максимальное соотношение

Среднее соотношение

Std Dev.

NFPA / IFGC

0,837

1.020

0,915

0,039

Мюллер

0,998

1,686

1,344

0,178

Уэймут

0.836

1,227

1.049

0,087

IGT Distribution

0,983

1.476

1,258

0,130

Шпицгласс HP

0,582

0.906

0,777

0,086

Таблица NFPA

0,800

1.020

0,882

0,044

Примечание. Диапазон чисел Рейнольдса: от 4,1E + 03 до 2,9E + 06.

Таблица 2: Для 3.Входное давление 0 фунтов на кв. Дюйм (20,7 кПа-изб.) И перепад 2,0 фунта на кв. Дюйм (13,8 кПа-изб.) При использовании стальной трубы Schedule 40, размеры от ½ дюйма (DN-15) до 6 дюймов (DN-150).

Уравнение

Мин. Коэффициент

Максимальное соотношение

Среднее соотношение

Std Dev.

NFPA / IFGC

0.826

1.024

0,918

0,043

Мюллер

0,981

1,754

1,385

0,202

Уэймут

0,824

1.209

1.023

0,089

IGT Distribution

0,969

1,514

1,277

0,147

Шпицгласс HP

0,573

0,855

0.757

0,086

Таблица NFPA

0,826

1.024

0,914

0,043

Примечание. Диапазон чисел Рейнольдса: от 6,2E + 03 до 4,4E + 06.

Таблица 3: Для 5.Входное давление 0 фунт / кв.

Уравнение

Мин. Коэффициент

Максимальное соотношение

Среднее соотношение

Std Dev.

NFPA / IFGC

0.824

1.032

0,920

0,047

Мюллер

0,962

1,806

1,420

0,217

Уэймут

0,809

1.159

0,999

0,092

IGT Distribution

0,949

1,539

1,292

0,158

Шпицгласс HP

0,536

0,836

0.739

0,086

Таблица NFPA

0,785

1,003

0,885

0,386

Примечание. Диапазон чисел Рейнольдса: от 8.5E + 03 до 6.0E + 06.

Таблица 4: Для 20.Входное давление 0 фунтов на кв. Дюйм (137,9 кПа-изб.) И перепад 2,0 фунта на кв. Дюйм (13,8 кПа-изб.) При использовании стальной трубы Schedule 40, размеры от ½ дюйма (DN-15) до 6 дюймов (DN-150).

Уравнение

Мин. Коэффициент

Максимальное соотношение

Среднее соотношение

Std Dev.

NFPA / IFGC

0.849

1.064

0,960

0,050

Мюллер

0,992

1,665

1,253

0,151

Уэймут

0,832

0.934

0,878

0,028

IGT Distribution

0,980

1,363

1,139

0,088

Шпицгласс HP

0,437

0,859

0.656

0,101

AGA Plast Pipe Инструкция по эксплуатации

0,990

1.042

0,997

0,003

Примечание: Диапазон чисел Рейнольдса: от 8,8E + 03 до 6,3E + 06

Таблица 5: Для 20.Входное давление 0 фунтов на кв. Дюйм (137,9 кПа-изб.) И перепад 2,0 фунтов на кв. Дюйм (13,8 кПа-изб.) При использовании полиэтиленовой трубы SDR 13,5, размеры от 1 дюйма (DN-25) до 6 дюймов (DN-150).

Уравнение

Мин. Коэффициент

Максимальное соотношение

Среднее соотношение

Std Dev.

NFPA / IFGC

0.807

0,905

0,830

0,020

Мюллер

0,996

1,578

1,309

0,151

Уэймут

0,664

1.045

0,910

0,094

IGT Distribution

0,978

1,359

1,177

0,117

Шпицгласс HP

0,528

0,832

0.696

0,066

AGA Plast Pipe Инструкция по эксплуатации

0,989

1.033

1.000

0,011

Примечание. Диапазон чисел Рейнольдса: от 2,2E + 04 до 5,4E + 06.

Таблица 6: Для 20.Входное давление 0 фунтов на кв. Дюйм (137,9 кПа-изб.) И перепад 2,0 фунтов на кв. Дюйм (13,8 кПа-изб.) При использовании полиэтиленовой трубы SDR 11 размером от 3/4 дюйма (DN-20) до 6 дюймов (DN-150).

Уравнение

Мин. Коэффициент

Максимальное соотношение

Среднее соотношение

Std Dev.

NFPA / IFGC

0.690

0,926

0,824

0,054

Мюллер

0,909

1,523

1,254

0,143

Уэймут

0,594

1.048

0,890

0,102

IGT Distribution

0,836

1,345

1,151

0,125

Шпицгласс HP

0,496

0,827

0.654

0,067

AGA Plast Pipe Инструкция по эксплуатации

0,845

1.026

0,978

0,045

Примечание. Диапазон чисел Рейнольдса: от 1,5E + 04 до 4,6E + 06.

Таблица 7: Для 40.Входное давление 0 фунтов на кв. Дюйм (275,8 кПа-изб.) И падение давления 4,0 фунта на кв. Дюйм (27,6 кПа-изб.) При использовании стальной трубы Schedule 40, размеры от ½ дюйма (DN-15) до 6 дюймов (DN-150).

Уравнение

Мин. Коэффициент

Максимальное соотношение

Среднее соотношение

Std Dev.

NFPA / IFGC

0.880

1,107

0,996

0,056

Мюллер

0,985

1,802

1,352

0,169

Уэймут

0,826

0.917

0,869

0,028

IGT Distribution

0,987

1.442

1.201

0,098

Шпицгласс HP

0,435

0,854

0.649

0,100

AGA Plast Pipe Инструкция по эксплуатации

0,998

1.011

0,990

0,001

Примечание. Диапазон чисел Рейнольдса: от 1,6E + 04 до 1,2E + 07.

Таблица 8: Для 40.Входное давление 0 фунтов на кв. Дюйм (275,8 кПа-изб.) И падение давления 4,0 фунта на кв. Дюйм (27,6 кПа-изб.) При использовании полиэтиленовой трубы SDR 13,5, размеры от 1 дюйма (DN-25) до 6 дюймов (DN-150)

Уравнение

Мин. Коэффициент

Максимальное соотношение

Среднее соотношение

Std Dev.

NFPA / IFGC

0.800

0,872

0,815

0,015

Мюллер

0,998

1,621

1,337

0,158

Уэймут

0,623

0.985

0,853

0,087

IGT Distribution

0,970

1,365

1,174

0,118

Шпицгласс HP

0,496

0,779

0.652

0,062

AGA Plast Pipe Инструкция по эксплуатации

0,981

1.032

0,996

0,013

Примечание. Диапазон чисел Рейнольдса: от 4,2E + 04 до 1,0E + 07.

Таблица 9: Для 40.Входное давление 0 фунтов на кв. Дюйм (275,8 кПа-изб.) И падение давления 4,0 фунта на кв. Дюйм (27,6 кПа-изб.) При использовании полиэтиленовой трубы SDR 11 размером от 3/4 дюйма (DN-20) до 6 дюймов (DN-150).

Уравнение

Мин. Коэффициент

Максимальное соотношение

Среднее соотношение

Std Dev.

NFPA / IFGC

0.800

0,888

0,821

0,018

Мюллер

0,989

1,613

1,303

0,153

Уэймут

0,618

0.983

0,847

0,088

IGT Distribution

0,969

1,361

1,166

0,116

Шпицгласс HP

0,464

0,778

0.623

0,068

AGA Plast Pipe Инструкция по эксплуатации

0,982

1.032

0,993

0,012

Примечание. Диапазон чисел Рейнольдса: от 2.7E + 04 до 9.4E + 06.

Прочие соображения

Еще одно соображение в этом обсуждении — максимальная скорость.Это было подробно рассмотрено в Руководстве по проектированию сантехники ASPE, том 3, глава 11, которое будет опубликовано весной 2020 года. Учитываются шум и эрозия. Максимальную фактическую скорость газа в 100 футов в секунду (30,5 метров в секунду) следует учитывать при давлении газа более 10 фунтов на кв. Дюйм (69,0 кПа-изб.).

Во всех проведенных расчетах в качестве удельного веса использовался 0,6 . Это произошло потому, что все таблицы в NFPA 54 и IFGC основаны на 0.6 удельный вес. В Интернете удельный вес природного газа составляет от 0,6 до 0,7 . В Справочнике по сжиганию в Северной Америке (3 rd Edition — 1986) удельный вес природного газа находится в диапазоне от 0,59 до 0,64. Более высокий удельный вес означает более высокую вязкость, более низкое число Рейнольдса и более высокое значение для « f ». Это означает, что перепад давления будет выше или пропускная способность трубы при определенном падении давления будет ниже.0,5 ; это равняется 1,04 (и приблизительно 1,06 , если рассматривать «f» ). Следовательно, перепад давления будет в 1,08 до 1,12 раза для пропускной способности при удельном весе Sg = 0,65 .

Выводы

Уравнения и таблицы в NFPA и IFGC обеспечивают очень сопоставимые значения с уравнениями ASTM / AGA с использованием уравнения Дарси и формулы Колебрука-Уайта для «f». Этот анализ предназначен для новой чистой трубы. Чистая труба не повлияет на режим частично турбулентного потока, поскольку поток на поверхности трубы ламинарный. Инженеру следует рассмотреть возможность умножения любого потока в полностью турбулентном диапазоне на коэффициент эффективности от 0,90 до 0,97.

Уравнение Веймута дает консервативные значения для расхода и более высоких перепадов давления, чем может быть на практике. Уравнение Шпицгласа-высокого давления даже более консервативно, чем уравнение Веймута.

Уравнения распределения Мюллера и IGT обеспечивают более высокие скорости потока и меньшие перепады давления, чем может быть на практике. В результате эти уравнения не рекомендуются для типичных водопроводных систем, где может использоваться более высокое давление.

Уравнения AGA в Руководстве по пластиковым трубам AGA обеспечивают очень сопоставимые значения с уравнениями AGA с использованием уравнения Дарси и формулы Колебрука-Уайта для «f» .

При применении этих формул необходимо учитывать два последних момента: максимальная скорость и фактический удельный вес природного газа.Максимальная скорость газа 100 футов в секунду (30,5 метров в секунду) для минимизации шума и эрозии. Следует учитывать удельный вес природного газа, поскольку более высокий удельный вес приведет к более высоким перепадам давления или меньшей пропускной способности трубы при заданном падении давления.

Хотя эти уравнения использовались для определения грузоподъемности (Q h ) в этой статье, уравнения можно использовать для создания таблицы, такой как NFPA / IFGC, для целей проектирования. Затем уравнения можно изменить, чтобы создать расчет падения давления, который инженер может использовать для проверки результатов анализа.

уравнений расхода природного газа низкого давления | 2020-10-31

Существует несколько уравнений и таблиц для определения расхода в трубопроводах природного газа и падений давления, связанных с этими потоками, или наоборот. Цель данной статьи — оценить имеющиеся уравнения потока природного газа низкого давления между собой и с таблицами в кодах.

Предыдущие статьи этой серии использовались для оценки различных уравнений, используемых для определения падения давления в линиях природного газа высокого давления.Высокое давление определялось как входное давление от 1,5 фунтов на кв. Дюйм (10,3 кПа) до более 50 фунтов на кв. Дюйм (345 кПа). Кроме того, в более ранних статьях этой серии предлагалось, чтобы в качестве обычных материалов для трубопроводов использовались стальные трубы сортамента 40 или полиэтиленовые трубы (PE). Медь типа K также предлагается в кодах для трубопроводов природного газа низкого давления. Внутренний диаметр каждой из этих труб разный. В настоящее время стандартные таблицы существуют как в Национальном кодексе по топливному газу NFPA 54, так и в Международном кодексе по топливному газу ICC для потока природного газа низкого давления в трубопроводах.

Несколько ссылок были использованы для оценки исходного уравнения для сравнения. Все эти тексты указывают на то, что уравнение Дарси-Вейсбаха, по-видимому, является наиболее точным методом определения падения давления. Однако этого метода удалось избежать из-за трудности определения значения для «f» (коэффициент трения). Большинство альтернативных уравнений потока газа появились еще до появления современных персональных компьютеров. Вычисление «f» включает итерационный процесс, поскольку квадратный корень из «f» является частью знаменателя в обеих частях уравнения для «f».2 / (2 * g)) (Уравнение 1)

Где: h L = потеря напора газа в футах (метрах) жидкости — в данном случае природный газ

f = коэффициент трения — безразмерный

L = длина трубы в футах (метрах)

D = внутренний диаметр трубы, те же единицы, что и «L»

V = скорость газа в футах в секунду (метры в секунду)

г = гравитационная постоянная 32.2)

В основе уравнений потока AGA лежит значение « f », которое является функцией числа Рейнольдса. Классическое уравнение для числа Рейнольдса:

Re = ρ V D / μ (Уравнение 2)

Где: ρ = плотность газа

V = скорость газа

D = внутренний диаметр трубы

μ = газодинамическая вязкость — 6.98311E-06 фунт / фут / сек (0,010392 сантипуаз)

Для облегчения расчетов, когда плотность разбивается (в уравнение закона идеального газа) и скорость (как функция потока и плотности), а затем подставляется в классическое уравнение числа Рейнольдса, следующее уравнение может быть выведено:

Re = 4 Q st 29 Sg P st / (μ π D R T st ) (Уравнение 3)

Где: Q st = Расход газа при стандартных условиях

29 = молекулярная масса воздуха, 28.9647 фунтов / фунт-моль (28,9647 г / гмоль)

Sg = удельный вес природного газа

P st = стандартное давление газа — 14,696 фунтов на кв. Дюйм (101,325 кПа)

μ = газодинамическая вязкость — 6,98311E-06 фунт / фут / сек (0,010392 сантипуаз)

π = PI = 3,14159

D = внутренний диаметр трубы

R = Универсальная газовая постоянная, 1545,349 фунтов f футов / (фунт-моль ° R) [8314.41 Дж / (кмоль ° К)]

T st = Стандартная температура газа, 518,67 ° R (288,15 ° K)

(Примечание: число Рейнольдса «безразмерно», что означает, что все единицы в числителе и знаменателе должны быть отменены. Уравнения 2 и 3 не были скорректированы, чтобы включать единицы. Читателю потребуется использовать его / ее справочный материал, чтобы определить необходимые поправочные коэффициенты).

В газовых трубах встречаются три режима потока: ламинарный поток, частично турбулентный поток и полностью турбулентный поток.0,5 = -2 * log10 (ℇ / (3,7 * D)) (Примечание 2 ниже) (Уравнение 6)

Примечание 1: Раньше значение 2,825 в уравнении 5 было 2,51 и является уравнением Коулбрука-Уайта, 1990 г.

Примечание 2: Полностью турбулентный поток обычно не встречается в газопроводах низкого давления.

Где: Re = Число Рейнольдса

f = коэффициент трения — безразмерный

= шероховатость внутреннего диаметра трубы, те же единицы, что и «D»

D = внутренний диаметр трубы

Согласно Коэльо и Пиньо и Нефтепереработка и переработка природного газа, переход между частично турбулентным потоком и полностью турбулентным потоком происходит там, где результаты двух уравнений пересекаются; используется более высокое значение «f» .Как будет обсуждаться позже, существует также переход между частично турбулентным потоком и ламинарным потоком ; этот переход не имеет точного определения, поскольку он происходит между «Re» , равным 2,000 и 4,000. Поскольку Laminar Flow зависит от диаметра трубы, а также скорости, Laminar Flow более распространен в меньших трубах, чем в больших трубах.

При просмотре диаграммы Moody, на которой коэффициент трения «f» сравнивается с числом Рейнольдса «Re» , обнаруживается несоответствие между Частично турбулентный и ламинарным потоком .Поскольку меньшие трубы, которые являются предметом данной статьи, имеют отношение «ℇ / D» , равное 0,0001 или меньше, «f» для частично турбулентного потока будет приближаться к «Re» , равному . 4 000 по нижнему гладкому трубопроводу. «f» будет приблизительно равно 0,0413 на этом пересечении. Значение «f» падает до 0,032 при «Re» , равном 2,000 , и быстро возрастает до 0.064 at «Re» 1,000 . Это привело к тому, что меньшие значения расхода, предсказанные упрощенными уравнениями для длинных и / или малых труб, более чем вдвое превышают фактическую пропускную способность.

Выполняемые процедуры

Чтобы сделать некоторые выводы относительно достоверности каждого из альтернативных уравнений, обсуждаемых ниже, в Excel и Visual Basic была создана программа для вычисления значения « f » до 5 значащих цифр для каждого потока. точку, а затем найдите расход на основе имеющегося перепада давления, используя приведенные выше уравнения (с помощью формулы Дарси).Эти точки сравнивались с ответами, полученными с использованием каждого из альтернативных уравнений и таблиц последовательности операций. После того, как набор результатов был собран для каждого альтернативного уравнения, общий пакет результатов сравнивался с ответами Дарси путем деления альтернативных результатов на ответы Дарси; по одному. Были собраны следующие статистические данные: минимальное отношение, максимальное отношение, среднее отношение и стандартное отклонение.

Сравнения проводились для каждого из следующих параметров: заданное давление на входе, заданное конечное давление, расстояние в футах, диаметр трубы (фактический) и шероховатость внутренней поверхности трубы (если она учтена).

Характеристики природного газа: В тех случаях, когда уравнения допускали ввод, было включено следующее: Удельный вес природного газа = 0,60. Вязкость природного газа = 0,010392 сантипуаз или 6,98E-06 фунт / фут-сек.

Диапазоны давления: менее 2,0 фунтов на кв. Дюйм на входе при 0,3 дюйма водяного столба. падение, менее 2,0 фунтов на кв. дюйм при 0,5 дюйма вод. ст. падение, давление на входе менее 2,0 фунтов на кв. дюйм при 3,0 дюйма вод. ст. падение, и менее 2,0 фунтов на квадратный дюйм при 6,0 дюймов водяного столба. уронить. Для этой статьи давление газа на входе было установлено как 14,79 фунтов на квадратный дюйм (14.43 фунта на квадратный дюйм на высоте 500 футов и 10 дюймов водяного столба).

Расстояния: от 10 футов (3 метров) до 2000 футов (610 метров) для стальных и медных труб; с шагом, аналогичным NFPA 54 и IFGC. (При частично турбулентном потоке граничный слой между текущим газом и краевой стенкой аналогичен ламинарному потоку и определяется только диаметром. Поскольку в таблицах для стальных труб используется целая группа размеров от 0,622 дюйма (15,80 мм) до 11,938 дюйма. (304,37 мм), необходимость осмотра полиэтиленовой трубы была признана несущественной.Кроме того, для меди была исследована только одна таблица (NFPA 6.2.1 (h); в этой таблице указаны размеры труб до дюйма (DN6)).

Номинальные размеры труб: от 0,5 дюйма (DN15) до 4 дюймов (DN100) или 12 дюймов (DN300) для стали и от дюйма (DN6) до 2 дюймов (DN50) для меди, как установлено в NFPA 54 и IFGC.

Материалы труб: стальная труба Sch 40 и медная трубка типа K.

Используемые уравнения: уравнение NFPA / IFGC, уравнение Мюллера низкого давления и уравнение шпицгласа низкого давления.Значения в таблицах NFPA / IFGC также сравнивались; Здесь следует отметить, что уравнения для газа низкого давления и таблицы в кодах NFPA 54 и IFGC одинаковы. Обратите внимание, что все уравнения были изменены так, чтобы обеспечить Q h (расход в час) как функцию от H 1 и H 2 (давления на входе и выходе)

.

Результаты

Для всех следующих уравнений, «Q h » — расход в кубических футах в час, «H 1 « — давление на входе в дюймах водяного столба.c., «H 2 » — давление на выходе в дюймах водяного столба, «D» — внутренний диаметр трубы в дюймах, « S г » — удельный вес, а «L» — длина отрезка трубы в футах. Шероховатость внутренней поверхности трубы была оценена как 0,0018 дюйма для стали (0,046 мм) и 0,00006 дюйма (0,0015 мм) для медных труб. Примечание. Число Рейнольдса было создано для каждого диапазона значений, чтобы читатель мог посмотреть на ту часть диаграммы Муди, где существуют эти потоки.

NFPA / IFGC Уравнение низкого давления (для 1,5 фунтов на кв. Дюйм и ниже):

Q h = (D * {19,17 * [(H 1 -H 2 ) / (Cr * L)] 0,206 }) (1 / 0,381) (Уравнение 7)

Где: Cr = 0,6094 для природного газа

Уравнение низкого давления Мюллера:

Q ч = (2,971 * D 2,725 ) / S г 0.425 * [(H 1 -H 2 ) / L)] 0,575 (Уравнение 8)

Шпицгласс — уравнение низкого давления:

Q h = (3,350 / Sg 0,5 ) * [(H 1 -H 2 ) / L)] 0,5 * [D 5 / (1 + 3,6 / D + 0,03 * D)] 0,5 (Уравнение 9)

Таблица 1 [1] : Для менее 2.Входное давление 0 фунтов на кв. Дюйм (13,8 кПа-изб.) И 0,3 дюйма водяного столба. Падение (75 Па) при использовании стальной трубы Schedule 40, размеры от ½ дюйма (DN-15) до 12 дюймов (DN-300). (Результаты по сравнению с Darcy)

Уравнение

Мин. Коэффициент

Максимальное соотношение

Среднее соотношение

Std Dev.

Включены данные о ламинарном потоке

NFPA / IFGC LP

0.815

2,869

0,958

0,211

Мюллер LP

0,796

2.456

1.035

0,146

Spitzglass LP

0,597

2.375

0,940

0,177

Таблица NFPA

0,797

2.305

0,947

0,194

Данные о ламинарном потоке не включены

NFPA / IFGC LP

0.815

1,008

0,898

0,051

Мюллер LP

1.000

1,158

1.020

0,025

Spitzglass LP

0,653

1.182

0,924

0,093

Таблица NFPA

0,797

1,003

0,889

0,053

Примечание. Диапазон чисел Рейнольдса: от 3,2E + 02 до 6,9E + 05.

Таблица 2: Для менее 2.Входное давление 0 фунтов на кв. Дюйм (13,8 кПа изб.) И 0,5 дюйма водяного столба. (124 Па) при использовании стальной трубы Schedule 40 размером от ½ дюйма (DN-15) до 12 дюймов (DN-300). (Результаты по сравнению с Darcy)

Уравнение

Мин. Коэффициент

Максимальное соотношение

Среднее соотношение

Std Dev.

Включены данные о ламинарном потоке

NFPA / IFGC LP

0.817

2,338

0,932

0,149

Мюллер LP

0,778

2,037

1.028

0,100

Spitzglass LP

0,597

1.896

0,898

0,133

Таблица NFPA

0,800

1,949

0,922

0,135

Данные о ламинарном потоке не включены

NFPA / IFGC LP

0.817

1,008

0,894

0,052

Мюллер LP

1.000

1.203

1.024

0,032

Spitzglass LP

0,627

1.113

0,891

0,092

Таблица NFPA

0,800

1,003

0,886

0,053

Примечание. Диапазон чисел Рейнольдса: от 4,2E + 02 до 9,1E + 05.

Таблица 3: Для менее 2.Входное давление 0 фунтов на кв. Дюйм (13,8 кПа-изб.) И 3,0 дюйма водяного столба. (746 Па) при использовании стальной трубы Schedule 40 размером от ½ дюйма (DN-15) до 4 дюймов (DN-100). (Результаты по сравнению с Darcy)

Уравнение

Мин. Коэффициент

Максимальное соотношение

Среднее соотношение

Std Dev.

Включены данные о ламинарном потоке

NFPA / IFGC LP

0.767

1.086

0,929

0,046

Мюллер LP

0,735

1,213

1.035

0,043

Spitzglass LP

0,556

1.013

0,795

0,096

Таблица NFPA

0,764

1.077

0,923

0,046

Данные о ламинарном потоке не включены

NFPA / IFGC LP

0.848

1,009

0,923

0,038

Мюллер LP

1.012

1,213

1.041

0,031

Spitzglass LP

0,562

1.013

0,798

0,096

Таблица NFPA

0,842

1,002

0,917

0,038

Примечание. Диапазон чисел Рейнольдса: от 1,1E + 03 до 4,1E + 05.

Таблица 4: Для менее 2.Входное давление 0 фунтов на кв. Дюйм (13,8 кПа-изб.) И 6,0 дюйма водяного столба. (14,9 кПа) при использовании стальной трубы Schedule 40 размером от ½ дюйма (DN-15) до 4 дюймов (DN-100). (Результаты по сравнению с Darcy)

Уравнение

Мин. Коэффициент

Максимальное соотношение

Среднее соотношение

Std Dev.

Включены данные о ламинарном потоке

NFPA / IFGC LP

0.842

1.061

0,908

0,046

Мюллер LP

0,820

1,280

1.036

0,051

Spitzglass LP

0,551

0.947

0,754

0,086

Таблица NFPA

0,835

1.061

0,902

0,047

Данные о ламинарном потоке не включены

NFPA / IFGC LP

0.842

1,004

0,902

0,038

Мюллер LP

1,005

1,280

1.038

0,050

Spitzglass LP

0,551

0.947

0,754

0,086

Таблица NFPA

0,835

1,001

0,896

0,038

Примечание: Диапазон чисел Рейнольдса: от 1,6E + 03 до 5,9E + 05

Таблица 5: Для менее 2.Входное давление 0 фунтов на кв. Дюйм (13,8 кПа-изб.) И 0,3 дюйма водяного столба. (75 Па) при использовании медных трубок типа K размером от 1/4 дюйма (DN-6) до 2 дюймов (DN-500). (Результаты по сравнению с Darcy)

Уравнение

Мин. Коэффициент

Максимальное соотношение

Среднее соотношение

Std Dev.

Включены данные о ламинарном потоке — 164 точки

NFPA / IFGC LP

0.768

2,520

1,093

0,286

Мюллер LP

0,732

2,197

1.062

0,224

Spitzglass LP

0,466

2.200

0,897

0,247

Таблица NFPA

0,757

2,517

1.086

0,285

Данные о ламинарном потоке не включены — только 57 точек

NFPA / IFGC LP

0.878

1,008

0,959

0,032

Мюллер LP

0,999

1.011

1,004

0,004

Spitzglass LP

0,635

1.042

0,846

0,089

Таблица NFPA

0,872

1,002

0,952

0,033

Примечание. Диапазон чисел Рейнольдса: от 1.01E + 02 до 3.64E + 04. Из-за высокой концентрации « Re’s » ниже 4,000 было удалено более 65% данных.По сути, все данные для труб размером от 1/4 до 3/4 дюйма были признаны ошибочными (от 5 до 100%).

Прочие соображения

Как обсуждалось, основной проблемой является преобразование потока из частично турбулентного при Re = 4,000 и ламинарного при Re = 2000 . Поскольку «f» = 0,0413 при Re = 4,000 и « f» = 0,32 при Re = 2,000 , безопасной альтернативой будет сохранение значения « f» равным 0.0413 между Re = 4,000 и Re = 1,549 (где 64 / Re = 0,0413 ). Если зафиксировать «f» между этими значениями числа Рейнольдса, результатом будет консервативное значение для ожидаемого расхода и перепада давления.

Поскольку NFPA, Mueller и Spitzglass, формулы и таблицы NFPA не определяют число Рейнольдса, первое, что нужно сделать, это определить соответствующий критический расход для каждого размера трубы, связанный с числами Рейнольдса 4000 и 1,549 .

Следующая формула приближает критические значения расхода в зависимости от размера трубы:

Q Cr = 0,03586 * Re Cr * D (Q Cr = 3,9977E-05 * Re Cr * D) (Уравнение 10)

Где: Q Cr = Критический расход, при котором поток преобразуется из частично турбулентного в « неопределенный » и из « неопределенного » в ламинарный — CuFt / Hr (M 3 / hr).

Re Cr = Критическое число Рейнольдса: 4000 или 1549.

D = внутренний диаметр трубы — дюймы (мм)

При расходах, меньших критических, следующие уравнения будут использоваться для определения пропускной способности трубы в зависимости от диаметра.

Следующая формула приближает расход на основе размера трубы и коэффициента трения «f» , значение 0,0413 . Это уравнение будет использоваться для определения пропускной способности трубопровода, где скорости потока находятся между двумя потоками, Q cr , где « Re Cr» значения находятся между 4,000 и 1,549 :

Q ч = 2380.2 * D 2,5 * (Δh / л) 0,5 (Q = 0,000725636 * D 2,5 * (Δh / L) 0,5 ) (Уравнение 11)

Где: Q h = Расход в зависимости от диаметра трубы, конструкции Δh и длины трубы — CuFt / час (M 3 / час).

D = внутренний диаметр трубы — дюймы (мм)

Δh = падение давления в трубе ( H 1 — H 2 ) — дюймы шир.c. (Па)

L = длина отрезка трубы — футы (метры)

Наконец, следующая формула аппроксимирует скорость потока на основе размера трубы и коэффициента трения «f» значение 64 / Re (коэффициент трения ламинарного потока). Это уравнение будет использоваться для определения пропускной способности трубопровода, где скорость потока ниже потока, где критическое значение « Re Cr» составляет 1,549 :

Q h = 101990 * D 4 * Δh / L ( Q = 8.50273E-06 * D 4 * Δh / L ) (Уравнение 12)

Где: Q h = Расход в зависимости от диаметра трубы, конструкции Δh и длины трубы — CuFt / час (M 3 / час).

D = внутренний диаметр трубы — дюймы (мм)

Δh = падение давления в трубе ( H 1 — H 2 ) — дюймы водяного столба (Па)

L = длина отрезка трубы — футы (метры)

Во всех проведенных вычислениях использовано 0.6 как удельный вес. Это произошло потому, что все таблицы в NFPA 54 и IFGC основаны на удельном весе 0,6 . В Интернете удельный вес природного газа составляет от 0,6 до 0,7 . В Справочнике по сжиганию в Северной Америке (3 rd Edition — 1986) удельный вес природного газа находится в диапазоне от 0,59 до 0,64. Более высокий удельный вес означает более высокую вязкость, более низкое число Рейнольдса и более высокое значение для « f ». Это означает, что перепад давления будет выше или пропускная способность трубы при определенном падении давления будет ниже.Простой коэффициент мощности для газа составляет (0,65 / 0,60) 0,5 ; это равняется 1,04 (и приблизительно 1,06 , если рассматривать «f» ). Следовательно, перепад давления будет в 1,08 до 1,12 раза для пропускной способности при удельном весе Sg = 0,65 .

(подзаголовок) Выводы

Уравнения и таблицы в NFPA и IFGC дают неутешительные сопоставимые значения по сравнению с использованием уравнения Дарси и формулы Колебрука-Уайта для «f ».Это в первую очередь связано с тем, что трубы с небольшими размерами, большой длиной и низким перепадом давления имеют режимы потока, которые попадают в диапазон ламинарного потока. Это видно из приведенных выше таблиц, когда данные Laminar Flow исключены из сравнения. Упрощенное уравнение и таблица расчетных данных о пропускной способности на 20–100% выше, чем сопоставимые данные Дарси в диапазонах ламинарного потока. Соотношения объемов для сравнений значительно уменьшаются, особенно при более высоких перепадах давления, когда вероятность ламинарного потока меньше.

Сравнение также значительно улучшается, когда потоки в областях критического перехода и ламинарного потока, где Re <4,000 , исключаются из сравнения.

Выше критической переходной области уравнение Мюллера обеспечивает несколько более высокие скорости потока и меньшие перепады давления, чем может быть на практике (максимальное отношение ~ 1,2). В результате это уравнение не рекомендуется для типичных сантехнических приложений.

Выше критической переходной области расчет NFPA / IFGC, расчет Sptizglass и таблицы NFPA / IFGC предоставляют разумные и более консервативные оценки пропускной способности этих трубопроводов для этих применений.

Однако ниже критических областей все рассмотренные уравнения и таблицы дают завышенные оценки пропускной способности трубопровода. Как указано в разделе «Прочие соображения», рекомендации состоят в том, чтобы сначала определить, при каких критических расходах, где Re = 4,000 и Re = 1,549 встречаются, с помощью уравнения 10.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*