Диссертация (1141496), страница 10

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 10)

Математическая модель коррозионного зарастания металлическихтрубопроводов.В системах водоснабжения одним из важнейших факторов является зарастаниетрубопроводов из стальных и чугунных труб, увеличение потерь напора, что сокращаетпропускную способность и увеличивает потребление электроэнергии на преодолениядополнительного сопротивления. Увеличение гидравлического сопротивления являетсяследствием увеличения шероховатости внутренней поверхности труб, зависящей срокаих эксплуатации.Интенсивностькоррозионногозарастанияопределяетсякоэффициентомшероховатости С.

На возростание гидравлического сопративления трубопроводавлияют диаметр, материал труб, продолжительность эксплуатации и коррозионнаяактивность воды в системе водоснабжения.71На рисунках 2.15 и 2.16 показана зависимость потерь напора от коэффициенташероховатости С для стальных трубопроводов длинной 300 м, диаметром 400 и 250мм, пропускающих расход воды 50 л/с.Рисунок 2.15. Графикзависимости потерь напора откоэффициента шероховатости С(D=400 мм)Рисунок 2.16.

График зависимостипотерь напора от коэффициенташероховатости С (D=250мм)Таблица 2.4Потери напора по длине по формуле Наzen-Williams [83]D (мм)400250C8010012014016080100120140160h (м)0.330.210.150,110.093.252.151.531.150.90Из графиков (рисунки 2.15; 2.16) и таблици 2.4 видно, что разница междупотерями напора для труб диаметром 400 мм и 250 мм отличаетсяприблизительно в 10 раз, при одинаковых условиях. Поэтому трубы большихдиаметров будут обладать значительным преимуществом по потерям напора посравнению с трубами меньшего диаметра.Вкачествепримерарассмотримучастокмагистральнойсетисподключенными тупиковыми трубопроводами диаметром от 50 до 150 мм идлинной до 1000 м. На таких участках значительно возрастают потери напора подлине и удалённые потребители не получают достаточного количества воды ипод необходимым напором (рисунок 2.17).72Рисунок 2.17.

Распределительные трубороводы с диаметром ≤ 150 мм (частьрайона ТхуДык)Понятно, что внутренняя поверхность трубы не бывает совсем гладкая(таблица 2.5). Значительная шероховатость стенок приводит к большемуограничению потока; показатель шерховатости внутренней поверхности трубывыражается параметром (е), шероховатость имеет размерность длины и чащезадается в мм. (рисунок 2.18) [30]. На характеристику потока воды втрубопроводе влияет не только значение шероховотости, но и диаметр труб.Таблица 2.5Показатели шероховотости (е) в зависимости от материала трубМатериал трубыСтекло, медьСтальЧугунДвухслойные бетонные трубы, футерованные стальной трубойПолиэтилене (мм)0,00150.0450,260,60,0015Рисунок 2.18.

Шероховатость стенок трубы (e)73Показателем работы водопроводных сетей являются потери напора натрение в трубахhи минимальная шероховатость стенок трубы (e). Длягидравлических расчетов водопроводных трубопроводовдля определенияпотерь напора широко известные формулы Наzen-Williams (формула 2.30) иDarcy–Weisbach:L W2h,Dр 2 g(2.35)где Dр – расчетный диаметр трубы; W – скорость движения воды; L – длинаучастка трубы; λ – коэффициент гидравлического трения.Известна широко используемая аппроксимациякоэффициента λ А.

Д.Альтшуля [44] e68   0,11 Dр Re 0,25,(2.36)которая «экспериментально подтверждается для коэффициента гидравлическоготрения. При Re(e/Dp) > 500 для шероховатых труб формула А.Д. Альтшуля хорошо согласуется с формулой Шифринсона, для гладких труб Re(e/Dp) < 10 совпадает с формулой Блазиуса» [65]. Значения шероховатости e в известных формулах соответствуют трубам с большим зарастанием или гидравлически гладкимтрубам.

При определении коэфициента шероховатости не учитывается продолжительность эксплуатации труб.Профессором Ф. А. Шевелевым на основании формулы А. Д. Альтшуляопределена зависимость коэффициент λ от времени эксплуатации трубопроводов[4].По предложению М. Я. Панова, А. С. Левадного, В. И.

Щербакова, В. Г.Стогней, на основе исследований Ф. А. Шевелева, использовать для учетавозраста эксплуатации следующие зависимости для определения коэффициентагидравлического трения λ [44]:T  0 0,8 [1  exp(0,1T )],1  exp(4 D)(2.37)74где 0 0, 01559  0, 684 1 D0,226 W 0,226; D – расчетный диаметр трубы, T – времяэксплуатации, лет; W – средняя скорость течения воды в трубе, м/с; λ0 –коэффициент гидравлического сопротивления для новых стальных труб; ε –коррозионная активность воды, отношение продуктов коррозии к единицеповерхности (мг/см2).Впервые классифицированы исследования шероховатости стенок труб изразличныхматериалов,определеныкоэффициентышероховатостивзависимости от сроков эксплуатации стальных и чугунных труб на основаниимногочисленных экспериментальных данных различных авторов [30, 133-136](таблица 2.6).Таблица 2.6Классификация определения шероховатости труб из различных материаловАвторPipe FlowSoftwareVallentine, H.R.

AustralianCiv. Engg.AndConstructionа - Larock,B.E., Jeppson,R.W.,Страна,годАнглия;1997-2018Австралия,1965США ,2000-2013Материал трубШероховатостьe (мм)Коэффициентшероховатости Сбетон0.3 - 3.0110чугун0.26100оцинкованноежелезо0.15120сталь0.045120PVC0.0015150стекло0.0015130асбестоцемент-140асбестоцемент0.0152бетончугун--50146100148200149300150381151457153609бв12085÷150140130Возраст(лет)144а-Диаметр120÷130--100075АвторСтрана,годWatters, G.Z.- CRC Press,Boca Raton;б - PipenetVisionsoftware Sunrisesystem, Ltd;в - NationalFireProtectionAssociation Standard fortheInstallation ofSprinklerSystems.Материал трубШероховатостьe (мм)New York,1989PrenticeHall, Inc.:EngleCliffs NewJersey,1987Возраст(лет)105÷75-10100100÷60-158095÷55-208085÷45-308075÷40-50оцинкованноежелезо-120120сталь130120120PVC150150150стекло-150÷160-асбестоцемент-140÷150140Сталь,оцинкованное железо-PVCHwang, NedH.

& Rita,Carlos E. Fundamentalsof HydraulicEngineeringSystems.Диаметр100чугунStephenson,David PipelineDesign forWaterEngineers.Коэффициентшероховатости С-130010025905050сильнокорродированный1500130-251005060сильнокорродированный15001402514050130сильнокорродированныйбетон0.18 - 0.6---чугун0.26---76Страна,годАвторKamand, FadiZ. - Journal ofIrrigation andDrainageEngineeringAmericanSociety ofCivilEngineers,1988В работеМатериал трубШероховатостьe (мм)Коэффициентшероховатости СДиаметрВозраст(лет)оцинкованноежелезо0.15---сталь0.045 - 0.048---PVC0.0021---стекло0.0015---1342513950141751431001441251451501462001472501473001484001485001496001497501509001501050PVC (скорость 0.3 - 1.5 м/с)--также рассматриваются характеристика природных вод,снижение пропускной способности труб в зависимости от продолжительностиих работы и образования коррозионных отложений.

При этом в стальных ичугунных трубах происходит изменение шероховатости трубопровода и егозарастание.Отложения на стенках труби коррозия уменьшают диаметртрубопровода, что приводит к увеличению потерь напора. Этим процессам неподвержены пластмассовые, асбоцементные и стеклянныетрубы. Поисследованиям А.Г. Камерштейн, все природные воды разделены на пять групп,в зависимости от физических, химических и биологических факторов влияющихна изменение шероховатости стенок труб и снижение пропускной способноститрубопровода [137-140].77Таблица 2.7Характеристика приодных вод прирост абсолютной шероховатости в трубахГруппаКоррозионноевоздействиеХарактеристика природных водЕжегодный приростабсолютнойшероховатости, мм вгод (∂)Группа 1Группа 2Группа 3Группа 4Группа 5СлабоеСлабоминерализованные некоррозионныеводы с показателем стабильности от – 0.2до + 0.2; вода с незначительнымсодержанием органических веществ ирастворенного железа.0.005 – 0.05 (всреднем 0.025)Слабоминерализованные некоррозионныеводы с показателем стабильности до – 1.0;0.055 – 0.18 (вУмеренноеводы, содержащие органические вещества исреднем 0.07)растворенное железо в количестве,меньшем 3 г/м3.Весьма коррозионные воды с показателемстабильности от – 1.0 до 2.5, но с малым0.18 – 0.4 (в среднемЗначительноесодержанием хлоридов и сульфатов0.20)(меньше 100 – 150 г/м); воды с содержаниежелеза больше 3 г/м3.Коррозионные воды с отрицательнымпоказателем стабильности, но с большимсодержанием сульфатов и хлоридов0.4 – 0.6 (в среднемСильное(больше 500 – 700 г/м); необработанные0.51)воды с большим содержаниеморганических веществ.Воды, характеризующиеся значительнойкарбонатной и малой постояннойплотностью с показателем стабильностиОчень сильное0.6 – 3.0более 0.8; сильноминерализованные икоррозионные воды с плотным осадкомболее 2000 г/м3.Впервыес учетом времени эксплуатации трубопроводов на основеформулы 2.37 предлагаются следующие зависимости для коэффициенташероховатости С:для чугунных труб: 19*e 1  exp  T   C  C0  1exp(4D) ,2(2.38)78для стальных труб: 114*e 1  exp  T   C  C0  1exp(4D) ,2(2.39)для труб с цементно-песчаным покрытием: 15*e 1  exp  T   C  C0   .1exp(4D)2(2.40)где ∂ - ежегодный прирост абсолютной шероховатости, мм в год; С0 - коэффициент шероховатости новых труб.Полученные формулы, на основании многочисленных экспериментальныхисследований различных авторов, позволяют теоретически определить зависимость коэффициента шероховатости С от от возраста эксплуатации чугунных истальных труб, состава природных вод, шероховатости цементно-песчанного покрытия.По исследованиям А.Г.

Характеристики

Список файлов диссертации