Функциональная схема технологического трубопровода
УСТРОЙСТВО И ОСНОВЫ РАСЧЕТА
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ТРУБОПРОВОДА
Методические указания и задания к выполнению курсовой работы по дисциплине "Основные процессы и аппараты химических производств" для студентов направления 5508 "Химическая технология и биотехнология"
РПК
"Политехник"
Волгоград
УДК 66.01.001
Рецензенты:
А. Б. Голованчиков
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Волгоградского государственного технического университета
Устройство и основы расчета технологического трубопровода: Метод. указания / Сост. В. А. Балашов, О. Л. Ковалев, Д. А. Анохин, Е. А. Беднарская, П. В. Мишта / Волгоград, гос. техн. ун-т. - Волгоград, 2004. – 27 с.
Рассматриваются вопросы устройства технологических трубопроводов. Приводятся основные методы расчета технологического трубопровода и указания к подбору насоса для перекачиваемой по трубопроводу среды.
Предназначены для студентов, обучающихся по направлению 5508 "Химическая технология и биотехнология".
Рис. 13.
© Волгоградский государственный
технический университет, 2004
ВВЕДЕНИЕ
Технологическими трубопроводами называются такие трубопроводы промышленных предприятий, по которым транспортируют сырье, полупродукты и готовые продукты, отработанные реагенты, воду, топливо и другие материалы, обеспечивающие ведение технологического процесса.
С помощью технологических трубопроводов на химических предприятиях перемещают продукты как между отдельными аппаратами в пределах одного цеха или технологической установки, так и между технологическими установками и отдельными цехами, подают исходное сырье из хранилищ или транспортируют готовую продукцию к месту ее хранения.
На предприятиях химической промышленности технологические трубопроводы являются неотъемлемой частью технологического оборудования. Затраты на их сооружение в отдельных случаях могут достигать 30% от стоимости всего предприятия. На некоторых химических заводах протяженность трубопроводов измеряется десятками и даже сотнями километров. Бесперебойная работа технологических установок и химического предприятия в целом, качество выпускаемой продукции и безопасные условия работы технологического оборудования в значительной степени зависят от того, насколько грамотно спроектированы и эксплуатируются трубопроводы и на каком уровне поддерживается их исправное состояние.
Применяемые в химической технологии и транспортируемые по трубопроводам сырьевые материалы и продукты обладают различными физико-химическими свойствами. Они могут находиться в жидком, пластичном, газо- или парообразном состоянии, в виде эмульсий, суспензий или газированных жидкостей. Температура этих сред может находиться в пределах от низких минусовых до чрезвычайно высоких, давление — от глубокого вакуума до десятков атмосфер. Эти среды могут быть нейтральными, кислыми, щелочными, горючими и взрывоопасными, вредными для здоровья и экологически опасными.
КЛАССИФИКАЦИЯ ТРУБОПРОВОДОВ
При выполнении гидравлических расчетов трубопроводов различают трубопроводы простые и сложные, короткие и длинные.
Трубопроводы, не имеющие по пути следования жидкости в трубе ответвлений для отбора или дополнительной подачи в трубопровод жидкости, называются простыми. К сложным относятся трубопроводы, состоящие из основной магистральной трубы и боковых ответвлений, образующих сеть трубопроводов различной конфигурации. Трубопроводы технологических установок химических предприятий в большинстве своем являются простыми.
Короткими считаются трубопроводы сравнительно небольшой длины, в которых потери напора в местных сопротивлениях составляют не менее 5-10% потерь напора на трение на линейных участках. Длинными считаются трубопроводы значительной протяженности, в которых потери напора на трение на линейных участках являются основными, потери же напора в местных сопротивлениях составляют менее 5-10% потерь напора на линейных участках. При расчете таких трубопроводов потери напора в местных сопротивлениях либо вовсе не учитываются, либо учитываются путем увеличения потерь напора на линейных участках на 5-10%. К длинным относят магистральные нефте- и газопроводы и водопроводные сети. Трубопроводы предприятий химической промышленности, по которым осуществляется перемещение технологических жидкостей и газов между аппаратами, цехами и технологическими установками, как правило, являются короткими.
ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ТРУБОПРОВОДА
Технологический трубопровод являемся неотъемлемой частью технологической установки и его работу следует рассматривать во взаимосвязи с теми аппаратами и устройствами, для сообщения которых он предназначен. При анализе работы действующего, и выполнении расчетов вновь проектируемого технологического трубопровода химического предприятия, его следует рассматривать как систему, состоящую из начальной и заполняемой емкостей, сообщающихся с помощью трубопровода (рис. 1, см. прил.). По трубопроводу продукт перемещается из начальной емкости в заполняемую, с некоторым расходом qv.
В действующем производстве реальным технологическим объектом начальной емкости может быть реактор или массообменный аппарат, после которых продукт химической реакции или массообменного процесса должен поступать на следующую стадию переработки. Начальной емкостью может быть и резервуар для хранения исходного сырья или накопления промежуточного продукта переработки, откуда это сырье или промежуточный продукт поступают на дальнейшую переработку. Технологическим объектом заполняемой емкости также может быть реактор или массообменный или иного назначения аппарат, в которые поступает продукт для проведения очередной стадии переработки, или резервуар для сбора и хранения готового продукта или накопления отработанного реагента.
Трубопровод, соединяющий начальную и заполняемую емкости, в самом общем случае конструктивно состоит из последовательно соединенных прямолинейных участков труб и местных сопротивлений (рис.2, см. прил.). Трубы отдельных прямолинейных участков могут быть одного или разных диаметров. Местные сопротивления представляют собою конструктивные элементы, в которых происходит изменение направления движения жидкости или площади поперечного сечения потока. Наиболее распространенными типами местных сопротивлений являются: отводы, колена (угольники), внезапные и плавные расширения и сужения, запорные и регулирующие расход устройства (краны, задвижки, вентили), тройники, вход в трубу и выход из нее, обратные клапаны, расходомерные устройства и т.д. В состав трубопровода могут входить теплообменные аппараты и фильтры, если требуется, например, перемещаемую жидкость нагревать, или охлаждать, или очищать от посторонних включений.
На рис.3 (см. прил.) изображены варианты соединения трубопровода с начальной, а на рис.4 (см. прил.) - с заполняемой емкостью. Соединения являются типовыми для реальных аппаратов. Начальное сечение трубопровода 1-1, через которое жидкость из аппарата поступает в трубопровод, всегда располагается ниже уровня поверхности жидкости, заполняющей аппарат. Конечное сечение трубопровода 2-2 может располагаться как ниже уровня поверхности заполняющей аппарат жидкости (рис.4 - а и 4 - б, см. прил.), и тогда струя вытекающей из трубопровода жидкости является затопленной, так и выше уровня жидкости (рис.4 - в, см. прил.), вытекая в пространство, заполненное газом или паром, такая струя вытекающей жидкости называется свободной.
В зависимости от условий работы технологических аппаратов, давление газа иди паров жидкости внутри аппаратов, РA и РB может быть больше атмосферного давления, меньше или равно ему.