теплотехнический расчет параметров испытания трубопроводов

Теплотехнический расчет трубопровода

Рассмотрим индукционно-резистивную систему обогрева вихревыми токами.

Предмет исследования расположен на объекте «Вакуумная компрессорная станция на УПСВ-7 Уренгойского нефтяного месторождения». Климат района резко континентальный, с холодной продолжительной зимой и коротким тёплым летом. Район строительства в соответствии со СНиП 23-01-99* «Строительная климатология» относится к северной строительно-климатической зоне, к климатическому подрайону IД [13]. Для обеспечения нормальной работы и защиты от замерзания трубопровода необходимо:

— определить необходимую мощность нагревателя и проверить выбранную мощность по условию температуры;

— выбрать тип регулятора температуры (если требуется), произвести расчет его настроек;

— выбрать технические средства измерения и регулирования.

Общие данные трубопровода подлежащего электрическому обогреву приведены в табл. 3.1. Данные по обогреваемым трубопроводам приведены в табл. 3.2

Общие данные обогреваемого трубопровода

Данные по обогреваемым трубопроводам

Расчет произведем согласно методике описанной выше.

Определяется количество потерь с поверхности трубопровода на 1 метр, для этого воспользуемся формулой (2.1):

Подставим в формулу (2.8) полученное значение необходимой мощности нагревательного элемента и определим максимальную температуру нагревателя, при условии, что он работает в худших условиях ( ):

Так как максимально допустимая температура, до которой может нагреться трубопровод превысила температуру максимально-допустимую классом взрывоопасной зоны (200 °С), найдем нормально допустимую мощность нагревательного устройства по формуле (2.9):

Нормально допустимая мощность нагревательного устройства составила Вт/м, что больше тепловых потерь с трубопровода, таким образом, выполняется условие :

Проверим метод расчета максимальной температуры до которой может нагреться нагревательное устройство. Для этого смоделируем тепловой режим работы нагревательного устройства в программном комплексе Elcut 6.

Картина распределения температуры по сечению трубопровода, с установленным на нем нагревательным устройством, приведена на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Картина распределение температуры в месте установки нагревательного устройства

Путем анализа картины поля получены следующие данные:

— в точке Т1 температура нагревательного элемента составила 132,2 °С

— в точке Т2 температура нагревательного элемента составила 128,2 °С

Полученное в процессе моделирования значение температуры Т1 отличается от расчетной температуры на 0,2°С. Так как погрешность вычисления незначительна, то метод расчета считаю допустимым для применения. Для того чтобы обеспечить энергоэффективное потребление мощности ИРСН, предлагается осуществлять точное регулирование температуры. Расчет технических средств регулирования приводится ниже.

Источник

Приложение 14 (рекомендуемое). Методика расчета теплотехнических параметров испытания подземного трубопровода без теплоизоляции

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;

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 L* = 4 км;

температура грунта = минус 10°С;

температура воды на входе в испытываемый участок °С (или 50°С);

продолжительность испытания 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 °С для эталонного трубопровода от его диаметра при суммарной производительности наполнительных агрегатов Q, :

ГАРАНТ:

Текст приводится в соответствии с источником (без рисунка 1)

Зависимости, показанные на рис. 1, рассчитаны для температуры воды, подаваемой в трубопровод °С, и рекомендуются для определения параметров наполнения протяженных участков трубопроводов большого диаметра.

Зависимости, показанные на рис. 2, рассчитаные для °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:

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),

Для водонасыщенных глинистых грунтов и торфа K = 1, для песчаных грунтов K = 2. Для осушенных грунтов величина K 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

При величине 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.

Подогрев воды перед подачей в трубопровод не предусмотрен.

определяем требуемое время прокачки воды через испытываемый участок для гидроиспытания продолжительностью 40 ч (K = 1):

Уточним время прокачки применительно к продолжительности испытания: ч.

Оцениваем величину относительного обледенения выходного участка трубопровода:

Температура трубопровода не должна превышать 40°С ( ).

По графикам рис. 2 для эталонного трубопровода диаметром 0,3 м определяем требуемую для его испытания продолжительность прокачки: ч.

определяем время прокачки испытываемого трубопровода (K = 2):

Откройте актуальную версию документа прямо сейчас или получите полный доступ к системе ГАРАНТ на 3 дня бесплатно!

Если вы являетесь пользователем интернет-версии системы ГАРАНТ, вы можете открыть этот документ прямо сейчас или запросить по Горячей линии в системе.

Источник

Как проводится теплотехнический расчет трубопровода. Методика и влияющие параметры

Для проектирования систем электрообогрева трубопроводов важно правильно провести теплотехнический расчет. Такой расчет включает в себя:

Заявка на бесплатный расчет

Важными характеристиками для проведения теплотехнического расчета трубопровода являются также:

Теплотехнический расчет позволяет определить теплопотери и осуществить подбор саморегулирующего кабеля для поддержания требуемых эксплуатационных параметров, что позволит защитить трубы от переохлаждения.

Компенсация теплопотерь одинаково актуальна как для промышленных систем (газо- и нефтепроводы, обогрев морозильных камер), так и для трубопроводов бытового назначения, расположенных на дачных участках и в коттеджах (водопровод и канализация)

Результаты теплотехнического расчета трубопровода должны соответствовать требованиям:

Общий алгоритм расчета теплопотерь и мощности обогрева:

В первую очередь учитывается наружный диаметр трубопровода и его расположение (на открытом воздухе, в помещении или под землей). Также принимаются во внимание материал теплоизоляции, толщина слоя и количество слоев теплоизоляции.

Пример теплотехнического расчета трубопровода

Для клиентов компании такой расчет выполняется бесплатно.

Источник

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Рекомендации разработаны в развитие СНиП III-42-80 «Магистральные трубопроводы. Правила производства и приемки работ», а также «Инструкции по производству очистки полости и испытанию строящихся магистральных трубопроводов» (ВСН 157-83) и «Инструкции по организации очистки полости, испытания и удаления воды при поточном строительстве магистральных трубопроводов крупными механизированными комплексами» (ВСН 2-128-81).

1.2. В настоящих Рекомендациях изложены вопросы технологии и организации испытаний линейной части магистральных и промысловых трубопроводов диаметром от 50 до 1420 мм включительно в условиях низких температур.

1.3. В настоящих Рекомендациях понятие «условия низких температур» рассматривается как условия испытания трубопроводов при отрицательной температуре наружного воздуха или грунта.

1.4. Методы испытания трубопроводов в условиях низких температур, границы испытательных участков или отдельных конструктивных элементов объектов, а также схемы проведения испытания должны быть указаны проектной организацией. Проектной организацией должны быть проведены необходимые теплотехнические расчеты. При этом должны быть обоснованы: необходимость проведения испытаний в условиях низких температур с учетом сроков, периодов и климатических данных по каждому строящемуся участку или элементу трубопроводов; предусмотрены технические и организационные мероприятия, а также дополнительные затраты на проведение испытаний и вопросы материально-технического обеспечения для производства работ.

Внесены ОПН ВНИИСТа

Утверждены ВНИИСТом 1 августа 1985 г.

Срок введения в действие 1 января 1986 г.

1.5. На основании решений проектной организации по всему перечню вопросов, указанных в п. 1.4 настоящих Рекомендаций, строительно-монтажные организации Миннефтегазстроя разрабатывают соответствующие проекты производства работ.

1.6. Наиболее сложным для условий низких температур является проведение гидравлических испытаний открытых (незасыпанных грунтом) участков или конструктивных элементов (узлов) трубопровода, поэтому рекомендуется предусматривать в графиках организации строительства выполнять предварительное испытание таких участков или узлов при положительных температурах воздуха в сроки, опережающие строительство и. испытание прилегающих участков.

2. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ ТРУБОПРОВОДОВ

2.1. Испытания трубопроводов в условиях низких температур рекомендуется выполнять одним из методов, классификация которых приведена на рис. 1.

В классификации вариантов проведения испытаний гидравлическим методом не рассматривается известный и освоенный вариант испытания водой, при котором подземный трубопровод в процессе испытания находится в зоне талого грунта (температура больше 0 °С) и в нем исключено замерзание воды. В этом случае должны быть предусмотрены мероприятия, исключающие замерзание воды в незащищенных грунтом конструктивных элементах или узлах испытываемого объекта.

2.2. Наиболее рациональный метод испытаний для определенного участка трубопровода или конструктивного элемента трубопровода следует выбирать с учетом:

Рис. 1. Классификация методов испытания магистральных и промысловых трубопроводов в условиях низких температур

требований табл. 17 СНиП III-42-80 в части, ограничений методов испытаний первого, второго и третьего этапов для участков различных категорий на трубопроводах разных назначений;

конструктивных характеристик, а также конструктивной и технологической схемы испытываемого участка;

фактических данных о климатологических характеристиках периода испытания, а также геолого-минералогических характеристик трассы;

наличия технических средств, источников газа или воды для проведения испытания;

общих требований техники безопасности при проведении испытаний и других требований, связанных с вопросами охраны труда и техники безопасности в случаях применения антифризов или других веществ.

2.3. При выборе метода испытаний газопроводов в условиях низких температур наиболее предпочтительным является испытание природным газом, при котором исключается возможность замораживания трубопровода. При этом методе испытания необходимы источники газа вблизи испытываемого объекта для возможности испытания объекта в заданные сроки на установленные давления. Возможность применения этого метода может ограничиваться требованиями табл. 17 СНиП III-42-80 и требованиями техники безопасности в связи с взрывоопасностью и необходимостью выполнения огневых работ.

Реализация этого метода связана с ограничениями, изложенными в СНИП III-42-80 (табл. 17) для случая испытаний природным газом, а для захватки, заполняемой водой, с необходимостью использования в полевых условиях и при низких температурах группы опрессовочных агрегатов.

2.4. Четвертым по приоритетности является гидравлический метод испытания, который имеет свои уровни по оценке применимости отдельных вариантов производства работ.

2.5. Во всех случаях при определении последовательности метода испытания следует учитывать возможность появления отказов и необходимость проведения работ по их ликвидации, а также полную потерю испытательной среды при пневматическом и комбинированном методах.

2.6. В случае появления отказа при гидравлическом методе испытания следует предусматривать необходимость аварийного удаления всего объема воды из испытываемого трубопровода.

3. ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ МЕТОД ИСПЫТАНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ

3.1. Пневматическое испытание на прочность и герметичность сжатым воздухом или природным газом рекомендуется проводить на строительстве магистральных и промысловых газопроводов. Пневматическое испытание сжатым воздухом или природным газом по согласованию с проектной организацией и заказчиком может также проводиться на строительстве промысловых нефте- и нефтепродуктопроводов при невозможности производства в зимних условиях гидравлического испытания.

3.2. В качестве источников сжатого воздуха используют передвижные компрессорные станции, которые в зависимости от объема полости испытываемого участка и величины испытательного давления применяют по одной или объединяют в группы (ГК).

Для пневматического испытания воздухом рекомендуется применять передвижные компрессорные станции, приведенные в приложении 1, рекомендуемом.

Рис. 2. Принципиальные схемы пневматического испытания:

3.3. В качестве источников природного газа необходимо использовать:

месторождения (промыслы), которые являются источниками газа для данного строящегося объекта или расположены вблизи от этого объекта;

действующие газопроводы, к которым присоединяют строящиеся объекты-отводы или объекты-перемычки;

действующие газопроводы, пересекающие строящийся объект или преходящие непосредственно около него.

3.4. Работы по пневматическому испытанию трубопроводов следует вести в соответствии с принципиальными схемами, приведенными на рис. 2.

3.5. Отбор природного газа из действующего газопровода для испытания пересекающих или строящихся трубопроводов проводят в соответствии с принципиальными схемами, приведенными на рис. 3.

При отборе газа непосредственно в месте проектной врезки газопровода-отвода в действующий газопровод используют схему (см. рис. 3, поз. а).

При отборе газа от газопровода, пересекающего строящуюся магистраль или проходящего непосредственно около нее, целесообразно применять схему (см. рис. 3, поз. б), по которой подключение газа выполняют от продувочной свечи действующего газопровода с прокладкой при необходимости временных шлейфов.

3.6. Отбор природного газа при испытании второй и последующих ниток газопровода проводят от места проектной врезки в действующую нитку по мере лупингования отдельных участков.

3.7. При отборе газа из действующих газопроводов принимают меры для обеспечения бесперебойной эксплуатации газопровода в период испытаний строящихся участков, для этого следует разрабатывать схемы подключения шлейфа, определять давление и объем газа, устанавливать время отбора газа и схему связи.

Эти мероприятия должны быть согласованы с Управлением эксплуатации газопровода.

3.8. При испытании трубопроводов газом из них предварительно должен быть вытеснен воздух.

Рис. 3. Принципиальные схемы отбора природного газа из действующих газопроводов:

Газ для вытеснения воздуха следует подавать под давлением не более 0,2 МПа. Вытеснение воздуха считается законченным, когда содержание кислорода в газе, выходящем из трубопровода, составляет не более 2 %. Содержание кислорода определяют газоанализатором.

3.9. Заполнение трубопровода средой до создания в нем испытательного давления на прочность, а также испытание на прочность в течение 12 ч следует выполнять при открытых кранах байпасных линий и закрытых линейных кранах.

После того как испытания трубопровода на прочность закончены для проверки его на герметичность, должны быть закрыты краны байпасных линий.

3.11. При производстве пневматического испытания трубопроводов необходимо предварительно осуществлять специальные мероприятия по утеплению приборов (измерительных) и отводов для их подключения к магистрали.

Перед началом испытаний необходимо провести продувку воздухом или газом отводов для подключения измерительных приборов и проверить надежность работы всего измерительного комплекса в условиях отрицательных температур.

3.12. Для повышения надежности работы передвижных компрессорных станций в условиях отрицательных температур рекомендуется устанавливать компрессорное оборудование в специально сооружаемых утепленных укрытиях.

3.13. Если при осмотре трассы или в процессе подъема давления будет обнаружена утечка, подачу воздуха или газа в трубопровод следует немедленно прекратить, после чего должна быть установлена возможность и целесообразность дальнейшего проведения испытаний или необходимость перепуска воздуха или газа в соседний участок. Выпуск газа в атмосферу допускается лишь в исключительных случаях.

3.14. Осмотр трассы при увеличении давления от 0,3 Р_исп до Р_исп и в течение 12 ч (время испытания трубопровода на прочность) запрещается.

3.15. После окончания испытаний трубопровода на прочность давление необходимо снизить до максимального рабочего и толы-ко после этого выполнять контрольный осмотр трассы для проверки герметичности.

Давление необходимо снижать плавно, при этом воздух или газ следует по возможности перепускать в соседний участок, а не выбрасывать в атмосферу.

3.16. Учитывая, что при пневматическом испытании трубопроводов большого диаметра основное время занимают процессы его наполнения воздухом или природным газом до испытательного давления, необходимо особое внимание обращать на рациональное использование накопленной в трубопроводе энергии путем многократного перепуска и перекачивания воздуха или газа из испытанных участков в участки, подлежащие испытанию.

4. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ МЕТОД ИСПЫТАНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ

ИСПЫТАНИЕ ВОДОЙ С ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫМ ПРОГРЕВОМ ТРУБОПРОВОДА ПОСРЕДСТВОМ ПРОКАЧКИ ВОДЫ.
ИСПЫТАНИЕ ВОДОЙ, ИМЕЮЩЕЙ ЕСТЕСТВЕННУЮ ТЕМПЕРАТУРУ ВОДОЕМА

4.1. Гидравлические испытания с прокачкой воды, имеющей естественную температуру водоема, могут рекомендоваться для подземных трубопроводов диаметром более 500 мм.

4.2. Возможность проведения испытания конкретного трубопровода, а также параметры его наполнения водой и её прокачки определяются расчетом применительно к реальным условиям испытания и сроком производства работ. Расчет выполняется в соответствии с приложением 2, рекомендуемым.

4.3. В зависимости от условий внешней среды, температуры используемой воды и предполагаемой продолжительности испытания определению подлежат продолжительность прокачки воды через трубопровод, отсчитываемая от момента его полного заполнения водой, а также суммарная производительность наполнительных агрегатов.

4.4. Принципиальная технологическая схема испытания приведена на рис. 4. Эта схема предполагает следующий порядок подготовки и производства работ:

в начале испытываемого участка монтируется узел подключения машин и узел пуска поршней-разделителей;

поршень № 1 предназначен для промывки трубопровода, удаления из него воздуха и обеспечения заполнения трубопровода водой полным сечением; поршни № 2 и № 3 предназначены для окончательного (или аварийного) удаления воды из испытываемого трубопровода;

узел обвязки наполнительно-опрессовочных агрегатов предусматривает обязательное подключение к нему источника природного газа или воздуха, обеспечивающего пропуск поршней-разделителей № 2 и № 3;

на коллекторе узла пуска поршней-разделителей монтируется патрубок для удаления воды из системы обвязки; кроме указанного патрубка следует по месту смонтировать дополнительные сливные патрубки или пробки;

на конце участка за линейной арматурой полнопроходного сечения монтируется узел приема поршней-разделителей, который подключается к трубопроводу после окончания его промывки и прогрева; в узле приема заранее запасован поршень-разделитель № 4, предназначенный для аварийного удаления воды при возникновении отказа; необходимо предусмотреть возможность аварийного подключения к нему источника природного газа или воздуха;

на узле пуска и приема (вне охранной зоны) должны быть установлены измерительные приборы (манометры и термометры); причем рекомендуется заполнение трубок манометров незамерзающими жидкостями (например, дизельным топливом).

4.5. При подготовке испытания необходимо предусмотреть организационно-технические мероприятия, сокращающие время от момента окончания прокачки воды до полного удаления ее из трубопровода.

4.6. Во время заполнения трубопровода водой и ее прокачки необходимо обеспечить возможно более полное удаление из испытываемого участка воздуха, что позволит сократить продолжительность работы опрессовочных агрегатов.

Рис. 4. Принципиальная схема гидравлического испытания трубопровода в условиях низких температур:

4.7. В процессе прокачки воды необходимо регистрировать ее температуру на входе и выходе испытываемого участка.

При возникновении задержек в производстве работ по испытанию, приводящих к превышению принятого в расчете времени испытания, следует возобновлять прокачку воды через испытываемый участок. Допускается осуществлять прокачку воды в период между испытаниями на прочность и герметичность, а также в то время, когда трубопровод находится не под испытательным давлением.

4.8. При оценке результатов испытания необходимо учитывать изменение температуры опрессовочной воды в период выдержки трубопровода под испытательным давлением. Температура воды определяется как средняя между температурами в начале и конце испытываемого участка. Допустимая величина изменения давления определяется в соответствии с приложением 3, рекомендуемым.

4.9. Окончательное удаление воды из трубопровода должно осуществляться сразу же после завершения испытания.

4.10. Удаление веды необходимо выполнять в соответствии с «Памяткой по применению очистных и разделительных устройств» (М., ВНИИСТ, 1980).

4.11. Перед запуском в трубопровод поршней-разделителей рекомендуется прокачка воды через опорожняемый участок с целью предотвращения льдообразования в трубопроводе в процессе удаления воды. Момент окончания прокачки определяется по началу подъема температуры на выходе из опорожняемого участка.

4.12. Не допускается использование вытесняемой из трубопровода воды непосредственно (без подогрева) для заполнения примыкающего участка трубопровода.

ИСПЫТАНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО ПОДОГРЕТОЙ ВОДОЙ

4.15. Принципиальная технологическая схема испытания подогретой водой приведена на рис. 4. Для осуществления подогрева воды в напорной магистрали наполнительных агрегатов устанавливаются водоподогреватели и соответствующая регулирующая аппаратура, обеспечивающая поддержание требуемого значения температуры воды на входе в испытываемый участок.

4.16. Величина подогрева воды, суммарная производительность наполнительных агрегатов и время прокачки определяются расчетом применительно к конкретным условиям испытания (приложение 2, рекомендуемое).

4.17. Температура подаваемой в испытываемый участок воды не должна превышать максимальной рабочей температуры для данного трубопровода.

ИСПЫТАНИЕ ЖИДКОСТЯМИ С ПОНИЖЕННОЙ ТЕМПЕРАТУРОЙ ЗАМЕРЗАНИЯ

4.20. В табл. 1 приведена концентрация указанных в п. 4.19 веществ для предотвращения замерзания их водных растворов при различных температурах внутри испытываемого трубопровода. Под температурой внутри трубопровода следует понимать величину температуры, измеренную приборами (термометрами) на поверхности трубы через шурфы в слое засыпки.

4.21. Температура воздуха на дневной поверхности трубопровода может существенно отличаться от температуры внутри трубопровода и должна учитываться при осуществлении мероприятий по организации и механизации испытаний.

Температура водного раствора в трубопроводе, °С

Источник