Синявский Ю. В. Криогенные трубопроводы

1-3. Определение пропускной способности. Однофазный поток

При любой конструкции трубопровода его пропускная способность при однофазном изотермическом течении криоагента (как в газообразном, так и жидком состоянии) может быть рассчитана по уравнению Дарси-Вейсбаха:

,         (1-1)

где ΔP - сопротивление движению потока, ρ – средняя плотность потока, w – скорость течения, D и l - внутренний диаметр и длина трубопровода, ξ – коэффициент трения по длине трубы,
ζ – коэффициент местного сопротивления.

При проектном расчете трубопровода его диаметр D определяется через объемный расход V криоагента

.         (1-2)

Скоростью криоагента, находящегося в газообразном состоянии, следует задаваться в соответствии с графиком рис. 1-3, на котором приведены рекомендуемые массовые скорости в зависимости от давления криоагента. При назначении скорости необходимо исходить из общего правила: чем ниже температура криоагента, тем меньше должна быть его скорость.

Рис. 1-3. Ориентировочные значения массовых скоростей криоагентов. 1. Азот, аргон, воздух, кислород, криптон, углеводороды, их смеси. 2. Неон. 3. Водород, гелий

Скоростью жидкого криоагента рекомендуется задаваться в следующих пределах:
трубопроводы внутри рефрижераторных и ожижительных установок → 0,2-3,0 м/с
линии слива жидкости самотеком* → 0,05-0,10 м/с
от насоса → 0,1-0,5 м/с

Рассчитанный по (1-2) диаметр трубопровода должен быть уточнен после определения ΔP по (1-1), исходя из допустимой величины гидравлического сопротивления трубопровода, и принят равным ближайшему значению условного диаметра D_y стандартной трубы.

При поверочном расчете, зная D_y трубы и объемный расход V криоагента, определяют скорость w, а затем гидросопротивление ΔP. Сопоставляя ΔP с допустимым гидравлическим сопротивлением, решают вопрос о необходимости изменения D_y.

Приведенная выше методика определения пропускной способности как при проектном, так и при поверочном расчетах относится к установившемуся (стационарному) режиму работы криогенной системы. При пусковых режимах скорости криоагентов в таких трубопроводах могут быть увеличены на 30-50%.

* Для труб линий слива жидкости самотеком гидравлическое сопротивление не должно быть более 30-50% располагаемого напора.

Следующая страница: 1-3б. Определение пропускной способности - Двухфазный поток