Как рассчитать диаметр битумного трубопровода для асфальтосмесительного завода

Выбор правильного диаметра битумного трубопровода является важной частью проектирования надежной системы снабжения асфальтосмесительного завода.

Слишком малый диаметр трубопровода может привести к чрезмерной скорости потока, большим потерям давления, увеличению нагрузки на насосы и нестабильной подаче битума. Излишний диаметр трубопровода увеличивает стоимость материалов, площадь поверхности теплопотерь, потребность в термомасле, стоимость изоляции и количество битума, остающегося в трубопроводе после остановки.

Таким образом, правильный диаметр трубы следует выбирать в зависимости от требуемой скорости потока битума, вязкости материала, рабочей температуры, длины трубопровода, характеристик насоса и допустимой скорости потока.

В этом руководстве объясняется, как рассчитать предварительный диаметр битумного трубопровода для асфальтосмесительного завода и какие дополнительные факторы необходимо проверить перед выбором окончательного диаметра трубы.

Почему диаметр битумного трубопровода имеет значение

Система транспортировки горячего битума должна выполнять две функции одновременно:

• Доставить необходимое количество битума на асфальтобетонный завод.
• Поддерживайте материал в горячем состоянии и обеспечивайте его возможность перекачки на протяжении всего процесса транспортировки.

Если диаметр трубы слишком мал, то тот же расход должен проходить через меньшее поперечное сечение.

Это увеличивает скорость потока жидкости и, как правило, повышает гидравлическое сопротивление.

В результате могут быть получены следующие данные:

• Более высокое перепадное давление насоса
• Повышенная нагрузка на двигатель
• Снижен фактический расход насоса
• Повышенное давление в клапанах и фильтрах.
• Более сложное управление системой
• Повышенный риск возникновения проблем в процессе эксплуатации возникает при снижении температуры битума.

Однако выбор очень большого конвейера обработки данных не означает автоматического улучшения.

Труба большего диаметра содержит больше битума и имеет большую площадь внешней поверхности. Это может увеличить время нагрева, теплопотери, требования к изоляции и количество материала, который должен оставаться горячим в периоды простоя.

Таким образом, цель состоит в выборе практичного диаметра, который обеспечивает баланс между гидравлическими характеристиками, тепловыми характеристиками и стоимостью оборудования.

Шаг 1: Определите требуемую скорость потока битума.

Расчет размеров трубопровода начинается с определения расхода.

Необходимый расход битума может обеспечиваться двумя различными условиями эксплуатации:

• Потребление асфальтобетонного завода непрерывного действия
• Перекачка партий продукции между резервуарами или оборудованием.

Для непрерывного производства асфальта предварительная потребность в битуме может быть рассчитана следующим образом:

Массовый расход битума = Производительность асфальтобетонного завода × Содержание битума

Например, предположим:

• Производительность асфальтобетонного завода: 160 т/ч
• Содержание битума: 5%

Потребность в битуме в час составляет:

160 × 0,05 = 8 т/ч

Для преобразования этого в объемный расход:

Объемный расход битума = Массовый расход битума ÷ Плотность битума

Используя в качестве примера плотность 0,98 т/м³:

8 ÷ 0,98 ≈ 8,16 м³/ч

Таким образом, теоретический непрерывный поток битума составляет приблизительно 8,16 м³/ч.

Фактическую плотность следует брать у поставщика битума или из данных о материалах проекта, поскольку плотность изменяется в зависимости от марки битума и температуры.

Шаг 2: Преобразуйте расход в кубические метры в секунду.

Для расчета скорости потока в трубопроводе обычно используются кубические метры в секунду.

Если требуемый расход составляет 8,16 м³/ч:

8,16 ÷ 3600 ≈ 0,00227 м³/с

Это значение расхода будет использоваться при расчете диаметра трубы.

Шаг 3: Выберите предварительную скорость проектирования.

Диаметр трубы зависит как от расхода, так и от целевой скорости потока.

Основное соотношение таково:

Q = A × V

Где:

• В = объемный расход
• A = внутренняя площадь поперечного сечения трубы
• В = скорость битума

Оптимальную скорость не следует рассматривать как единое универсальное значение для всех битумных систем.

Это зависит от:

• вязкость битума
• Рабочая температура
• Длина трубопровода
• Тип насоса
• Доступный перепад давления
• метод нагрева труб
• Независимо от того, предназначена ли линия для перевалки или для циркуляции.

На этапе предварительного проектирования проектировщики обычно оценивают несколько возможных скоростей, а затем сравнивают результирующие потери давления.

Шаг 4: Расчет предварительного внутреннего диаметра трубы

Площадь поперечного сечения круглой трубы составляет:

A = πD² ÷ 4

Сочетание этого с уравнением потока дает:

D = √(4Q ÷ πV)

Где:

• Д = внутренний диаметр трубы в метрах
• В = объемный расход в м³/с
• В = выбранная скорость потока в м/с

Используя предыдущий пример:

Q = 0,00227 м³/с

Если используется расчетная скорость 1,0 м/с:

D = √(4 × 0,00227 ÷ 3,1416 × 1,0)

D ≈ 0,0538 м

Это примерно равно:

внутренний диаметр 54 мм

Затем инженер сравнивал бы это расчетное значение со стандартными размерами труб, имеющимися в наличии.

Этот расчет представляет собой лишь предварительную оценку диаметра. Окончательный диаметр трубы еще необходимо проверить на предмет потерь давления, вязкости, фактического внутреннего диаметра, фитингов и температурных условий.

Примеры диаметров трубопроводов при различных скоростях потока.

В приведенной ниже таблице для иллюстрации метода расчета используется расчетная скорость 1,0 м/с.

Эти значения не являются рекомендуемыми окончательными размерами труб.

Они показывают лишь то, как поток и скорость влияют на рассчитанный внутренний диаметр.

Почему необходимо проверять потери давления

После определения предварительного диаметра следующим шагом является установление возможности насоса преодолеть сопротивление всей трубопроводной системы.

В состав общего гидравлического сопротивления могут входить:

• Прямое трение в трубопроводе
• Локти
• Футболки
• Клапаны
• Фильтры
• Обратные клапаны
• Расходомеры
• теплообменники
• Статическая высота
• Сопротивление на входе оборудования

Короткий трубопровод с небольшим количеством фитингов ведет себя совершенно иначе, чем 100-метровый перепускной трубопровод, содержащий множество отводов, клапанов и фильтров.

Именно поэтому диаметр трубы не следует выбирать, исходя только из расхода.

Вязкость битума может существенно повлиять на результат.

Битум не является жидкостью с низкой вязкостью, подобной воде.

Его вязкость сильно зависит от температуры.

При понижении температуры битума вязкость может резко возрасти.

Это приводит к:

• Более высокое трение в трубе
• Более высокий крутящий момент насоса
• Более высокое перепад давления
• Более низкий фактический поток
• Более сложный стартап

Трубопровод, хорошо работающий с горячим битумом, может стать сложным в эксплуатации, если материал остынет ниже заданной температуры передачи.

Для окончательного расчета гидравлических параметров следует использовать фактическую вязкость при ожидаемой рабочей температуре.

Длина трубопровода напрямую влияет на потери давления.

Потери давления увеличиваются с увеличением длины трубопровода.

Это означает, что диаметр трубы, подходящий для соединения на 10 метров, может не подойти для перекачивающего трубопровода длиной 100 метров.

Для систем транспортировки битума на большие расстояния может потребоваться:

• Больший диаметр трубопровода
• Более высокое перепадное давление насоса
• Улучшенная теплоизоляция
• Термомасляная рубашка
• Электрический обогрев трубопроводов
• Вопросы промежуточного нагрева

Следовательно, весь трубопровод должен быть включен в расчет системы.

Почему битумные трубопроводы нуждаются в обогреве?

В системе с использованием горячего битума гидравлическое и тепловое проектирование неразделимы.

Даже правильно подобранная по размеру труба может стать непригодной для использования, если битум внутри неё чрезмерно остынет.

К распространенным методам нагрева относятся:

Трубопровод с термомасляной рубашкой

Дополнительная оболочка вокруг трубопровода, по которому поставляется продукт, позволяет горячему термомаслу циркулировать по битумному трубопроводу.

Этот подход обычно используется в тех случаях, когда уже установлена центральная система отопления на мазуте.

Электрический обогрев трубопроводов

Электрический нагревательный кабель можно проложить вдоль трубы, а затем обернуть теплоизоляцией.

Это может быть полезно для небольших систем или установок, где термомасло недоступно.

Предварительно нагретая циркуляция

В некоторых системах горячий битум циркулирует перед началом добычи, чтобы прогреть контур циркуляции и стабилизировать рабочую температуру.

Выбор правильного метода зависит от масштаба проекта, длины трубопровода, доступных коммуникаций и графика эксплуатации.

Теплоизоляция так же важна, как и отопление.

Нагрев трубопровода без надлежащей изоляции приводит к потерям энергии.

Теплоизоляция помогает снизить:

• Потери тепла
• Расход топлива
• Потребление электроэнергии
• Падение температуры битума
• Время разминки

Толщину изоляции следует выбирать в соответствии со следующими критериями:

• Рабочая температура битума
• Температура окружающей среды
• Ветровые условия
• Диаметр трубопровода
• Изоляционный материал
• Допустимые теплопотери

Для перекачивающих и циркуляционных линий могут потребоваться линии разного диаметра.

Система хранения битума может включать в себя несколько различных типов трубопроводов.

Главная перевалочная линия

По этой линии битум перемещается между резервуарами, плавильным оборудованием или асфальтобетонным заводом.

Его диаметр обычно определяется требуемым расходом и временем перекачки.

Циркуляционная линия

Эта линия возвращает битум в резервуар или систему для поддержания его движения и температуры.

Требуемый циркуляционный поток может отличаться от нормального потока перекачки.

Линия погрузки и разгрузки

По этой линии может потребоваться перекачать большое количество битума за короткий период разгрузки танкера.

Таким образом, требуемый расход может быть значительно выше, чем непрерывный расход вяжущего вещества на асфальтобетонном заводе.

Каждый вид пошлины следует рассчитывать отдельно.

Пакетная передача позволяет контролировать размер конвейера.

Рассмотрим проект, в рамках которого необходимо перевезти 25 тонн горячего битума за 30 минут.

Используя в качестве примера плотность 0,98 т/м³:

25 ÷ 0,98 ≈ 25,51 м³

Тридцать минут равны 0,5 часа.

Требуемый поток переброски:

25,51 ÷ 0,5 ≈ 51,0 м³/ч

Это значительно превышает расход, необходимый для многих асфальтобетонных заводов при нормальном непрерывном производстве.

Если один и тот же трубопровод используется как для перекачки из резервуара, так и для подачи на асфальтобетонный завод, то больший объем перекачиваемой партии может повлиять на конечный диаметр.

Модифицированный битум требует дополнительного внимания.

Битум, модифицированный SBS, и битум, модифицированный резиной, могут иметь более высокую вязкость, чем обычный битум с высокой пенетрацией.

Это может значительно увеличить потери давления.

В случае модифицированных связующих материалов инженер должен оценить следующее:

• Фактическая вязкость
• Рабочая температура
• Концентрация полимера
• Содержание резиновой крошки
• Размер частиц
• Характеристики насоса
• Трубное отопление
• Необходимый оборот

Не следует автоматически предполагать, что трубопровод, предназначенный для обычного битума, подходит для любого модифицированного вяжущего.

Избегайте слишком большого количества локтей и ограничений.

Каждый фитинг увеличивает гидравлическое сопротивление.

По возможности, при проектировании битумных трубопроводов следует учитывать следующие особенности:

• Короткие трансферные маршруты
• Меньше локтей
• Плавные изменения направления
• Доступные клапаны
• Доступные фильтры
• Надлежащие дренажные точки

Более простая схема трубопроводов обычно снижает потери давления и упрощает техническое обслуживание.

Проектирование дренажных систем и систем водоотведения имеет значение.

Одной из распространенных эксплуатационных проблем является наличие битума внутри трубопровода после остановки.

Если линия остынет, повторное использование оставшегося материала может стать крайне затруднительным.

Таким образом, хорошая трубопроводная система может включать в себя:

• Точки слива
• Возвратные линии
• Возможность обратной перекачки
• При необходимости используйте воздушные или промывочные соединения.
• Непрерывный нагрев
• Стратегический склон трубопровода

Процедуру отключения следует продумывать на этапе проектирования, а не после монтажа.

Диаметр трубы и выбор насоса необходимо рассчитывать одновременно.

Проектирование трубопровода невозможно без учета насоса.

Рабочая точка насоса зависит от сопротивления всей системы.

Правильная последовательность выполнения инженерных работ:

Требуемый расход → Предварительный диаметр трубы → Потери давления → Режим работы насоса → Проверка характеристик насоса

Если расчетные потери давления слишком велики, проектировщик может:

• Увеличьте диаметр трубы
• Сократите количество ненужной фурнитуры.
• Улучшить отопление
• Сократите маршрут
• Выберите другой насос

Эти решения следует принимать совместно, а не по отдельности.

Диаметр трубы также должен соответствовать диаметру системы хранения.

Трубопровод — это лишь одна часть полного процесса транспортировки битума.

Резервуар для хранения должен обеспечивать достаточное количество горячего битума, нагреватель должен поддерживать требуемую температуру, а насос должен обеспечивать достаточное давление и расход.

Таким образом, всю систему следует рассматривать следующим образом:

Хранение → Отопление → Перекачка → Трубопровод → Асфальтобетонный завод

Для расчета необходимого объема хранилища ознакомьтесь с информацией по ссылке:

Как рассчитать вместимость резервуара для хранения битума на асфальтосмесительном заводе

Для расчетов нагрева с использованием термомасла ознакомьтесь со следующей информацией:

Как рассчитать мощность масляного нагревателя для резервуаров с битумом

Распространенные ошибки при расчете размеров битумных трубопроводов

Выбор диаметра трубы зависит только от диаметра соединения насоса.

Размер входного или выходного фланца насоса не определяет автоматически правильный диаметр трубопровода.

Игнорируя вязкость битума

Гидравлические характеристики могут значительно изменяться при изменении рабочей температуры.

При использовании только асфальтобетонного завода средний расход

Для пакетной перекачки или разгрузки танкеров может потребоваться гораздо более высокая скорость потока.

Игнорирование длины трубопровода

Для трубопроводов большой длины может потребоваться больший диаметр для контроля потерь давления.

Установка слишком большого количества колен

Каждый изгиб увеличивает сопротивление системы.

Игнорирование теплопотерь

Даже в гидравлически исправном трубопроводе могут возникнуть проблемы, если битум чрезмерно остынет.

Увеличение мощности без учета тепловых издержек

Труба большего диаметра увеличивает объем битума, удерживаемого в трубе, и площадь поверхности теплопотерь.

Игнорирование условий завершения работы

Конструкция трубопровода должна предусматривать возможность повторного нагрева, циркуляции, слива или опорожнения после завершения эксплуатации.

Информация, необходимая для проектирования трубопровода

При запросе проекта трубопровода для горячего битума или коммерческого предложения на оборудование предоставьте следующую информацию:

• Требуемая скорость потока битума
• Тип и марка битума
• Рабочая температура
• Вязкость битума (при наличии данных)
• Общая длина трубопровода
• Вертикальная разница высот
• Количество локтей
• Количество и тип клапанов
• Настройка фильтра
• Необходимое время переезда
• Модель насоса или режим работы насоса
• Способ нагрева
• Температура окружающей среды
• Требования к теплоизоляции
• Необходимость кровообращения
• Необходимость обратной откачки или дренажа

Эта информация позволяет проводить комплексную оценку насоса, трубопровода, системы отопления и системы хранения.

Часто задаваемые вопросы

Какой диаметр битумных труб необходим для асфальтобетонного завода производительностью 160 т/ч?

Для асфальтобетонного завода производительностью 160 т/ч не существует единого фиксированного диаметра трубы.

При содержании связующего вещества 5% завод потребляет приблизительно 8 т/ч битума. Однако конечный диаметр трубы также зависит от расчетной скорости потока, плотности битума, вязкости, длины трубопровода, фитингов, давления насоса и требований к пакетной перекачке.

Можно ли использовать диаметр выходного отверстия насоса в качестве диаметра трубопровода?

Не автоматически.

Размеры патрубков насоса и требуемый диаметр трубопровода взаимосвязаны, но не обязательно совпадают. Окончательный диаметр трубопровода следует определить с помощью гидравлических расчетов.

Всегда ли использование битумной трубы большего диаметра снижает потери давления?

Как правило, увеличение диаметра трубы может снизить скорость потока и потери на трение при той же скорости течения.

Однако трубы большего диаметра также увеличивают стоимость монтажа, объем удерживаемого битума, потребность в отоплении и площадь теплопотерь.

Следует ли нагревать битумные трубопроводы?

В большинстве систем горячего битума для поддержания пригодной для перекачки вязкости и предотвращения затвердевания во время работы или простоя необходим нагрев или обогрев трубопровода.

Может ли тот же самый конвейер обрабатывать битум, модифицированный SBS?

Возможно, но проверку трубопровода следует проводить с использованием фактической вязкости модифицированного битума и рабочей температуры. Модифицированный битум может создавать значительно большее гидравлическое сопротивление, чем обычный битум.

Почему мой битумный насос обеспечивает меньший поток, чем указано в его номинальной производительности?

К распространенным причинам относятся высокая вязкость битума, чрезмерное сопротивление трубопровода, недостаточный диаметр трубы, большая дальность перекачки, засорение фильтров, слишком большое количество фитингов, плохие условия всасывания или недостаточная температура материала.

Заключение

Диаметр битумного трубопровода следует рассчитывать исходя из фактических условий проекта, а не выбирать его только на основе опыта или размера фланца насоса.

Процесс предварительного проектирования включает в себя:

Требуемый расход → Расчетная скорость → Предварительный диаметр → Потери давления → Проверка насоса

При окончательном проектировании необходимо также учитывать:

• вязкость битума
• Рабочая температура
• Длина трубопровода
• Статическая высота
• Клапаны и фильтры
• Способ нагрева
• Изоляция
• Требования к пакетной передаче
• Требования к циркуляции
• Процедура отключения и дренажа

Правильно спроектированный трубопровод снижает нагрузку на насосы, повышает надежность перекачки горячего битума и помогает асфальтосмесительному заводу поддерживать стабильное производство.

Компания FEITENG поставляет комплектные системы для работы с битумом, включая резервуары для хранения битума, плавильное оборудование, термомасляные нагреватели, насосы, клапаны, трубопроводы с подогревом и системы подачи битума на асфальтобетонные заводы.

Для получения рекомендаций, соответствующих конкретному проекту, пришлите нам требуемый расход битума, длину трубопровода, рабочую температуру, тип битума, мощность асфальтобетонного завода и местоположение проекта.

WhatsApp: +86 15335447006
Электронная почта: [email protected]
Вебсайт: www.bitumenmachine.com