ВСН 005-88, часть 6
Параметры наполнения трубопровода назначаются таким образом, чтобы при заданной суммарной производительности наполнительных агрегатов температура воды, подаваемой в трубопровод, обеспечивала требуемое значение температуры в конце участка.
Для принятой суммарной производительности наполнительных агрегатов температуру воды, подаваемую в трубопровод, рассчитывают по формуле
где
В таблице
приведены значения коэффициента
для трубопроводов из труб диаметром 530-1420 мм. Для графического
определения температуры воды, подаваемой в трубопровод, может быть
использована номограмма, приведенная на рис. 1.
3. Оценка количества воды, необходимого для отогрева трубопровода.
Если трубопровод, подлежащий испытанию, имеет температуру стенки ниже 0°С, для удаления образующейся в процессе его заполнения наледи необходима прокачка воды через испытываемый участок.
Количество воды, которое должно быть слито из трубопровода, в процессе прокачки может быть оценено по формуле
где
В таблице
приведены значения коэффициента
для трубопроводов из труб диаметром 530-1420 мм.
4. Оценка интенсивности льдообразования в трубопроводе.
При возникновении задержек в проведении работ по испытанию, приводящих к увеличению продолжительности пребывания воды в трубопроводе по сравнению с принятой в расчете, на внутренней поверхности трубы образуется наледь. Скорость роста толщины наледи рассчитывают по формуле
где
Величину
можно определить по номограмме, приведенной на рис. 2.
Рис. 2. Номограмма для определения скорости роста наледи в трубопроводе в зависимости
от температуры наружного воздуха и термического сопротивления теплоизоляции
5. Надземные нетеплоизолированные трубопроводы.
Приведенная в
разд. 1-4 методика может быть использована для оценочных
теплотехнических расчетов надземных нетеплоизолированных
трубопроводов. В этом случае величину
в разд. 1-4 следует определять по формуле
Величину
можно найти по номограмме, приведенной на рис. 3.
Рис. 3. Номограмма для определения термического сопротивления теплоизолированного трубопровода
в зависимости от скорости ветра и диаметра трубопровода:
1 - диаметр 1420 мм; 2 - диаметр 530 мм
6. Примеры теплотехнических расчетов гидроиспытания.
Пример 1.
Определить теплотехнические параметры гидроиспытания участка
надземного теплоизолированного трубопровода при следующих исходных
данных:
=40
ч;
=8
км;
=0,53
м;
=0,009
м;
=0,04
м;
=0,1
Вт/м·К;
=-25°С;
=100
м
/ч.
Для заданного
размера трубы по таблице определяем значение коэффициентов
,
,
:
=0,00652;
=1,38;
=12,9.
Рассчитываем значение термического сопротивления теплоизоляции:
Определяем значение комплекса:
Из точки 0,652
оси абсцисс номограммы, приведенной на рис. 1, проводим линию,
параллельную оси ординат, до пересечения с прямой
=-25°С.
Опустив из точки пересечения перпендикуляр на оси ординат, определяем
величину превышения начальной температуры воды над температурой
воздуха:
Находим начальную температуру воды в трубопроводе:
Рассчитываем значение комплекса:
Из точки
оси ординат проводим прямую, параллельную прямым
и определяем точку ее пересечения с перпендикуляром к оси абсцисс в
точке 0,276. Из найденной таким образом точки пересечения опускаем
перпендикуляр на ось ординат и определяем величину превышения
температуры воды на входе в трубопровод над температурой воздуха:
Определяем температуру воды на входе в трубопровод:
Порядок пользования номограммой решения данного примера отображен на рис. 1 штриховой линией.
Рассчитываем количество воды, необходимое для отогрева трубопровода:
Определяем
скорость роста наледи в трубопроводе по номограмме рис. 2. Из точки
абсцисс
=-25°С
проводим линию, параллельную оси ординат до пересечения с прямой
=0,4.
Опустив из точки пересечения перпендикуляр на ось ординат, определяем
значение
=0,72
мм/ч.
Таким образом, для проведения гидравлического испытания заданного участка трубопровода необходимо:
иметь
температуру воды в конце трубопровода на начало испытания не ниже
24°С, что обеспечивает проведение испытания за 40 ч без
замерзания воды. Для этого температура воды, подаваемой в
трубопровод, должна быть не ниже 40°С (при подаче 100 м/ч);
прокачать через
трубопровод около 210 м
воды путем слива ее с противоположного конца испытываемого участка.
Прокачку необходимо контролировать измерением температуры сливаемой
воды. При достижении расчетного значения
=24°С прокачку прекращают.
В случае превышения заданного времени пребывания воды в трубопроводе на его внутренней поверхности образуется наледь. Скорость роста наледи составит 0,72 мм/ч.
Пример 2.
Определить теплотехнические параметры гидроиспытания надземного
нетеплоизолированного трубопровода при следующих исходных данных:
=25
ч;
=8
км;
=1,42
м;
=0,0175
м;
=-5°С;
=5
м/с;
=1000
м/ч.
Для заданного
размера трубы по таблице определяем значение коэффициентов
,,:
=0,00243;
=3,73;
=67,3.
По номограмме, приведенной на рис. 3, определяем величину
термического сопротивления. Для этого из точки
=5
м/с оси абсцисс проводим линию, параллельную оси ординат, до
пересечения с прямой
=1,4
м, опуская перпендикуляр из точки пересечения на ось ординат,
определяем значение
=0,058
м
·К/Вт.
Рассчитываем значение комплекса:
Из точки 1,05
оси абсцисс номограммы, приведенной на рис. 1, проводим линию,
параллельную оси ординат, до пересечения с прямой
=-5°С.
Опустив из точки пересечения перпендикуляр на ось ординат, определяем
величину превышения начальной температуры воды над температурой
воздуха:
Определяем начальную температуру воды в трубопроводе:
Рассчитываем значение комплекса:
Из точки
=14,5°С
оси ординат проводим прямую, параллельную прямым
и определяем точку ее пересечения с перпендикуляром к оси абсцисс в
точке 0,52.
Из найденной таким образом точки пересечения опускаем перпендикуляр на ось ординат и определяем величину превышения температуры воды на входе в трубопровод над температурой воздуха:
Определяем температуру воды на входе в трубопровод:
Порядок пользования номограммой при решении данного примера показан на рис. 1 штриховой линией.
Рассчитываем количество воды, которое необходимо для отогрева трубопровода:
Определяем
возможную скорость роста наледи в трубопроводе по номограмме (см.
рис. 2). Из точки абсцисс
=-5°С
проводим прямую, параллельную оси ординат, до пересечения с прямой
=0,058.
Опустив из точки пересечения перпендикуляр на оси ординат, определяем
значение
=1
мм/ч.
Приложение 14
Рекомендуемое
МЕТОДИКА РАСЧЕТА
теплотехнических параметров испытания подземного
трубопровода без теплоизоляции
Методика предназначена для проведения теплотехнических расчетов трубопроводов, уложенных в мерзлый грунт. Нижеизложенные материалы позволяют в зависимости от диаметра трубопровода и протяженности испытываемого участка установить возможность проведения гидроиспытания и выбрать параметры наполнения трубопровода.
Подлежат определению в зависимости от природно-климатических факторов следующие параметры:
суммарная производительность наполнительных агрегатов;
время прокачки воды через испытываемый участок;
температура воды на входе в испытываемый участок - в случае испытания трубопровода подогретой водой.
Определение параметров наполнения трубопровода основано на использовании данных по эталонному трубопроводу, полученных путем численного моделирования на ЭВМ процесса теплового взаимодействия трубопровода с грунтом в условиях испытания.
Параметры эталонного трубопровода:
протяженность
испытываемого участка
=4
км;
грунт - суглинок водонасыщенный;
температура
грунта
=минус
10°С;
температура воды
на входе в испытываемый участок
=5°С
(или 50°С);
продолжительность
испытания
=40
ч.
На рис. 1 и 2 представлены зависимости времени прокачки для эталонного трубопровода в функции от его диаметра для различных значений суммарной производительности наполнительных агрегатов.
Рис.
1. Зависимость времени прокачки воды с температурой
=5°С
для эталонного трубопровода от его диаметра при суммарной
производительности наполнительных агрегатов
,
м/ч:
1
-
=500;
2 - 1000; 3 - 1500; 4 - 2000
Рис.
2. Зависимость времени прокачки воды с температурой
=50°С
для эталонного трубопровода от его диаметра при суммарной
производительности наполнительных агрегатов
,
м/ч:
1
-
=50;
2 - 100; 3 - 200; 4 - 300
Зависимости,
показанные на рис. 1, рассчитаны для температуры воды, подаваемой в
трубопровод
=5°С,
и рекомендуются для определения параметров наполнения протяженных
участков трубопроводов большого диаметра.
Зависимости,
показанные на рис. 2, рассчитаные для
=50°С,
рекомендуются в основном для трубопроводов малого диаметра (200-500
мм) и относительно небольшой протяженности (до 10 км), когда имеется
возможность обеспечения значительного подогрева прокачиваемой через
испытываемый участок воды.
Для определения параметров наполнения испытываемого участка необходимо:
для данного
диаметра трубопровода, исходя из имеющихся ресурсов воды, возможности
ее подогрева по графикам, показанным на рис. 1 и 2, выбрать суммарную
производительность наполнительных агрегатов и соответствующее ей
время прокачки
,
необходимое для испытания эталонного трубопровода;
уточнить время прокачки применительно к конкретным параметрам испытываемого участка по формуле
при использовании графических зависимостей, представленных на рис. 1:
при использовании зависимостей (см. рис. 2),
где
- длина испытываемого участка;
- температура
грунта;
- температура
воды;
- коэффициент,
учитывающий свойства грунта, безразмерный.
Для
водонасыщенных глинистых грунтов и торфа
=1,
для песчаных грунтов
=2.
Для осушенных грунтов величина
может быть снижена на 50%.
При продолжительности испытания более 40 ч время прокачки должно увеличиваться пропорционально предполагаемой продолжительности испытания.
Для расчетной
продолжительности прокачки более 50 ч необходимо оценивать возможную
величину относительного обледенения выходного участка трубопровода
по формуле
где
- время прокачки воды, ч;
- диаметр
трубопровода, м.
При величине
>0,2
необходимо пересмотреть принятые в расчете параметры наполнения
трубопровода, увеличив суммарную производительность наполнительных
агрегатов и, если возможно, температуру подаваемой в трубопровод
воды. В противном случае необходимо сократить длину испытываемого
участка или перенести испытания на более теплый период года.
Пример 1. Определить параметры наполнения трубопровода для проведения гидроиспытания продолжительностью 60 ч.
Исходные параметры:
=20
км - протяженность испытываемого участка;
- 1420 мм -
диаметр трубопровода;
грунт - суглинок водонасыщенный;
=минус
6°С - температура грунта;
=4°С
- температура воды.
Подогрев воды перед подачей в трубопровод не предусмотрен.
Решение
Задаемся
суммарной производительностью наполнительных агрегатов
=1000
м/ч.
По графикам рис. 1 для диаметра трубопровода 1420 мм определяем
продолжительность прокачки эталонного трубопровода:
По формуле
определяем
требуемое время прокачки воды через испытываемый участок для
гидроиспытания продолжительностью 40 ч (=1):
Уточним время
прокачки применительно к продолжительности испытания:
=60
ч.
Оцениваем величину относительного обледенения выходного участка трубопровода:
Поскольку
<0,2,
принимаем определенный выше параметр наполнения
=1000
м/ч.
=107
ч, как рекомендуемое для испытания данного участка трубопровода.
Пример 2.
Определить параметры наполнения трубопровода для проведения
гидроиспытания продолжительностью
=40
ч.
Исходные параметры:
=6
км - протяженность испытываемого участка;
=0,30
м - диаметр трубопровода;
грунт - песок водонасыщенный;
=минус
15°С - температура грунта.
Температура
трубопровода не должна превышать 40°С (
).
Решение.
Задаемся
значением температуры воды на входе в трубопровод
==40°С
и производительностью наполнительных агрегатов
=150
м/ч.
По графикам рис.
2 для эталонного трубопровода диаметром 0,3 м определяем требуемую
для его испытания продолжительность прокачки:
=3
ч.
По формуле
определяем время
прокачки испытываемого трубопровода (=2):
