Як розрахувати діаметр бітумного трубопроводу для асфальтозмішувальної установки

Вибір правильного діаметра бітумного трубопроводу є важливою частиною проектування надійної системи постачання асфальтозмішувальної установки.

Занадто малий трубопровід може створювати надмірну швидкість потоку, високі втрати тиску, збільшення навантаження на насос та нестабільну подачу бітуму. Невиправдано великий трубопровід збільшує вартість матеріалів, площу поверхні тепловтрат, потребу в термомаслах, вартість ізоляції та кількість бітуму, що залишається всередині лінії після зупинки.

Тому правильний розмір труби слід вибирати відповідно до необхідної швидкості потоку бітуму, в'язкості матеріалу, робочої температури, довжини трубопроводу, характеристик насоса та прийнятної швидкості потоку.

У цьому посібнику пояснюється, як розрахувати попередній діаметр бітумного трубопроводу для асфальтозмішувальної установки та які додаткові фактори необхідно перевірити перед вибором остаточного розміру труби.

Чому важливий діаметр бітумного трубопроводу

Система перекачування гарячого бітуму повинна виконувати дві функції одночасно:

• Доставити необхідну кількість бітуму на асфальтний завод
• Зберігайте матеріал гарячим та придатним для перекачування протягом усього процесу перекачування

Якщо діаметр труби занадто малий, та сама швидкість потоку повинна проходити через меншу площу поперечного перерізу.

Це збільшує швидкість рідини та зазвичай збільшує гідравлічний опір.

Результат може включати:

• Вищий перепад тиску насоса
• Більше навантаження на двигун
• Зменшення фактичної витрати насоса
• Більший тиск на клапанах і фільтрах
• Складніше керування системою
• Вищий ризик експлуатаційних проблем при зниженні температури бітуму

Однак вибір дуже великого трубопроводу не є автоматично кращим.

Більша труба містить більше бітуму та має більшу площу зовнішньої поверхні. Це може збільшити час нагрівання, теплові втрати, вимоги до ізоляції та кількість матеріалу, який має залишатися гарячим протягом періодів очікування.

Тому метою є вибір практичного діаметра, який збалансує гідравлічні характеристики, теплові характеристики та вартість обладнання.

Крок 1: Визначення необхідної витрати бітуму

Розмір трубопроводу починається з визначення швидкості потоку.

Необхідний потік бітуму може виходити з двох різних робочих умов:

• Безперервне споживання асфальтного заводу
• Переміщення партій між резервуарами або обладнанням

Для безперервного виробництва асфальту попередню потребу в бітумі можна розрахувати так:

Масова витрата бітуму = Продуктивність асфальтного заводу × Вміст бітуму

Наприклад, припустимо:

• Продуктивність асфальтного заводу: 160 т/год
• Вміст бітуму: 5%

Погодинна потреба в бітумі становить:

160 × 0,05 = 8 т/год

Щоб перетворити це в об'ємний потік:

Об'ємна витрата бітуму = Масова витрата бітуму ÷ Густина бітуму

Використовуючи ілюстративну щільність 0,98 т/м³:

8 ÷ 0,98 ≈ 8,16 м³/год

Таким чином, теоретичний безперервний потік бітуму становить приблизно 8,16 м³/год.

Фактичну густину слід брати у постачальника бітуму або даних про проектні матеріали, оскільки густина змінюється залежно від марки та температури.

Крок 2: Перетворення витрати в кубічні метри за секунду

Розрахунки швидкості трубопроводу зазвичай використовують кубічні метри за секунду.

Якщо необхідна витрата становить 8,16 м³/год:

8,16 ÷ 3600 ≈ 0,00227 м³/с

Це стає значенням витрати, яке використовується в розрахунку діаметра труби.

Крок 3: Виберіть попередню розрахункову швидкість

Діаметр труби залежить як від швидкості потоку, так і від цільової швидкості.

Основний зв'язок такий:

Q = A × V

Де:

• П = об'ємна витрата
• A = площа внутрішнього поперечного перерізу труби
• В = швидкість бітуму

Відповідну швидкість не слід розглядати як універсальне значення для кожної бітумної системи.

Це залежить від:

• В'язкість бітуму
• Робоча температура
• Довжина трубопроводу
• Тип насоса
• Доступний перепад тиску
• Спосіб нагріву труб
• Чи призначена лінія для переміщення, чи для обігу

Для попереднього проектування проектувальники зазвичай оцінюють кілька можливих швидкостей, а потім порівнюють результуючі втрати тиску.

Крок 4: Розрахунок попереднього внутрішнього діаметра труби

Площа поперечного перерізу круглої труби дорівнює:

A = πD² ÷ 4

Поєднання цього з рівнянням потоку дає:

D = √(4Q ÷ πV)

Де:

• Д = внутрішній діаметр труби в метрах
• П = об'ємна витрата в м³/с
• В = обрана швидкість потоку в м/с

Використовуючи попередній приклад:

Q = 0,00227 м³/с

Якщо використовується ілюстративна розрахункова швидкість 1,0 м/с:

D = √(4 × 0,00227 ÷ 3,1416 × 1,0)

D ≈ 0,0538 м

Це приблизно дорівнює:

Внутрішній діаметр 54 мм

Потім інженер порівняє це розраховане значення з доступними стандартними розмірами труб.

Цей розрахунок є лише попередньою оцінкою діаметра. Остаточну трубу все ще необхідно перевірити на втрату тиску, в'язкість, фактичний внутрішній діаметр, фітинги та температурні умови.

Приклади діаметрів трубопроводів при різних швидкостях потоку

У наступній таблиці для демонстрації методу розрахунку використовується лише ілюстративна розрахункова швидкість 1,0 м/с.

Ці значення не є рекомендованими кінцевими розмірами труб.

Вони показують лише те, як потік і швидкість впливають на розрахований внутрішній діаметр.

Чому необхідно перевіряти втрату тиску

Після розрахунку попереднього діаметра наступним кроком є визначення, чи зможе насос подолати опір усієї трубопровідної системи.

Загальний гідравлічний опір може включати:

• Тертя прямого трубопроводу
• Лікті
• Футболки
• Клапани
• Фільтри
• Зворотні клапани
• Витратоміри
• Теплообмінники
• Статична висота
• Опір на вході обладнання

Короткий трубопровід лише з кількома фітингами поводиться зовсім інакше, ніж 100-метрова перекачувальна лінія, що містить багато колін, клапанів та фільтрів.

Ось чому діаметр труби не слід вибирати лише з урахуванням швидкості потоку.

В'язкість бітуму може суттєво змінити результат

Бітум не є рідиною з низькою в'язкістю, такою як вода.

Його в'язкість сильно залежить від температури.

При зниженні температури бітуму в'язкість може різко зрости.

Це спричиняє:

• Більше тертя в трубах
• Більший крутний момент насоса
• Вищий перепад тиску
• Нижчий фактичний потік
• Складніший запуск

Трубопровід, який добре працює з гарячим бітумом, може стати складним в експлуатації, якщо матеріал охолоне нижче запланованої температури перекачування.

Для остаточного проектування в гідравлічному розрахунку слід використовувати фактичну в'язкість за очікуваної робочої температури.

Довжина трубопроводу безпосередньо впливає на втрати тиску

Втрати тиску збільшуються зі збільшенням довжини трубопроводу.

Це означає, що розмір труби, що підходить для 10-метрового з'єднання, може не підійти для 100-метрової лінії передачі.

Системи перекачування бітуму на великі відстані можуть вимагати:

• Більший діаметр трубопроводу
• Вищий перепад тиску насоса
• Покращена ізоляція
• Термомасляна оболонка
• Електричне обігрівання
• Міркування щодо проміжного нагрівання

Тому весь маршрут трубопроводу слід враховувати в розрахунку системи.

Чому бітумні трубопроводи потребують підігріву

Гідравлічний розрахунок та тепловий розрахунок не можна розділяти в системі з гарячим бітумом.

Навіть труба правильного розміру може стати непридатною для використання, якщо бітум усередині неї надмірно охолоне.

Поширені способи нагрівання включають:

Трубопровід з термомасляною оболонкою

Вторинна оболонка навколо труби продукту дозволяє гарячому термомаслу циркулювати по бітумній лінії.

Цей підхід зазвичай використовується там, де вже встановлена центральна система опалення термомаслом.

Електричне обігрівання

Електричний нагрівальний кабель можна встановити вздовж труби, а потім покрити теплоізоляцією.

Це може бути корисним для невеликих систем або установок, де немає термомасляної рідини.

Попередньо підігріта циркуляція

Деякі системи циркулюють гарячий бітум перед початком виробництва, щоб прогріти передавальний контур і стабілізувати робочу температуру.

Правильний метод залежить від розміру проекту, довжини трубопроводу, доступних комунікацій та графіка роботи.

Ізоляція така ж важлива, як і опалення

Нагрівання трубопроводу без належної ізоляції призводить до марнування енергії.

Ізоляція допомагає зменшити:

• Втрати тепла
• Витрата палива
• Споживання електроенергії
• Падіння температури бітуму
• Час розігріву

Товщину ізоляції слід вибирати відповідно до:

• Робоча температура бітуму
• Температура навколишнього середовища
• Вітрові умови
• Діаметр трубопроводу
• Ізоляційний матеріал
• Допустимі втрати тепла

Передавальні та циркуляційні лінії можуть потребувати різних діаметрів

Система зберігання бітуму може включати кілька різних типів трубопроводів.

Головна пересадочна лінія

Ця лінія переміщує бітум між резервуарами, плавильним обладнанням або асфальтним заводом.

Його діаметр зазвичай визначається необхідним потоком перекачування та часом перекачування.

Лінія циркуляції

Ця лінія повертає бітум до резервуара або системи для підтримки руху та температури.

Необхідний циркуляційний потік може відрізнятися від звичайного перехідного потоку.

Лінія завантаження та розвантаження

Ця лінія може потребувати перекачування великої кількості бітуму протягом короткого періоду розвантаження танкера.

Тому його необхідна витрата може бути значно вищою, ніж безперервне споживання в'яжучого матеріалу асфальтним заводом.

Кожне мито слід розраховувати окремо.

Пакетна передача може контролювати розмір трубопроводу

Розглянемо проект, який передбачає перевезення 25 тонн гарячого бітуму протягом 30 хвилин.

Використовуючи ілюстративну щільність 0,98 т/м³:

25 ÷ 0,98 ≈ 25,51 м³

Тридцять хвилин дорівнює 0,5 годинам.

Необхідний потік передачі:

25,51 ÷ 0,5 ≈ 51,0 м³/год

Це набагато вище, ніж витрата, необхідна багатьом асфальтним заводам під час звичайного безперервного виробництва.

Якщо один і той самий трубопровід використовується як для перекачування з резервуара, так і для постачання асфальтового заводу, кінцевий діаметр може впливати на більшу партію перекачування.

Модифікований бітум потребує додаткової уваги

Модифікований СБС бітум та модифікований гумою бітум можуть мати вищу в'язкість, ніж звичайний бітум проникного класу.

Це може значно збільшити втрату тиску.

Для модифікованих в'яжучих речовин інженер повинен оцінити:

• Фактична в'язкість
• Робоча температура
• Концентрація полімеру
• Вміст гумової крихти
• Розмір частинок
• Характеристики насоса
• Опалення трубопроводів
• Необхідний обіг

Трубопровід, розроблений для звичайного бітуму, не слід автоматично вважати придатним для кожного модифікованого в'яжучого.

Уникайте надмірної кількості згинань та обмежень

Кожен фітинг додає гідравлічний опір.

По можливості, бітумні трубопроводи слід проектувати з урахуванням:

• Короткі маршрути пересадки
• Менше ліктів
• Плавні зміни напрямку
• Доступні клапани
• Доступні фільтри
• Правильно підібрані точки дренажу

Простіша схема трубопроводів зазвичай зменшує втрати тиску та спрощує обслуговування.

Проектування дренажу та зупинки має значення

Однією з поширених експлуатаційних проблем є бітум, що залишається всередині трубопроводу після зупинки.

Якщо лінія охолоне, залишки матеріалу може бути надзвичайно важко перезапустити.

Таким чином, хороша система трубопроводів може включати:

• Точки зливу
• Зворотні лінії
• Можливість зворотного відкачування
• Повітряні або промивні з'єднання, де це доречно
• Безперервне нагрівання
• Стратегічний ухил трубопроводу

Процедуру вимкнення слід враховувати на етапі проектування, а не після встановлення.

Діаметр труби та вибір насоса повинні розраховуватися разом

Трубопровід не можна проектувати незалежно від насоса.

Робоча точка насоса залежить від опору всієї системи.

Правильна інженерна послідовність така:

Необхідна витрата → Попередній діаметр труби → Втрата тиску → Робочий режим насоса → Перевірка кривої насоса

Якщо розрахункова втрата тиску занадто висока, проектувальник може:

• Збільшення діаметра труби
• Зменште кількість непотрібних фітингів
• Покращення опалення
• Скоротіть маршрут
• Виберіть інший насос

Ці рішення слід приймати разом, а не окремо.

Діаметр труби також повинен відповідати системі зберігання

Трубопровід – це лише одна частина повного процесу обробки бітуму.

Резервуар-накопичувач повинен забезпечувати достатню кількість гарячого бітуму, підігрівач повинен підтримувати необхідну температуру, а насос повинен забезпечувати достатній тиск і витрату.

Таким чином, повну систему слід розглядати як:

Зберігання → Опалення → Перекачування → Трубопровід → Асфальтний завод

Щодо розміру сховища, прочитайте:

Як розрахувати місткість резервуара для зберігання бітуму для асфальтозмішувальної установки

Для розрахунків нагрівання термомасла див.:

Як розрахувати потужність термомасляного підігрівача для резервуарів для зберігання бітуму

Поширені помилки під час визначення розмірів бітумних трубопроводів

Вибір розміру труби лише на основі діаметра підключення насоса

Розмір вхідного або вихідного фланця насоса не визначає автоматично правильний діаметр трубопроводу.

Ігнорування в'язкості бітуму

Гідравлічні характеристики можуть суттєво змінюватися при зміні робочої температури.

Використання лише середньої витрати асфальтового заводу

Для перевантаження партій або розвантаження цистерни може знадобитися значно більша швидкість потоку.

Ігнорування довжини трубопроводу

Для довгих трубопроводів може знадобитися більший діаметр для контролю втрати тиску.

Встановлення занадто великої кількості колін

Кожен лікоть збільшує опір системи.

Ігнорування втрат тепла

Гідравлічно справний трубопровід все одно може вийти з ладу, якщо бітум надмірно охолоне.

Збільшення розміру без урахування витрат на тепло

Більша труба збільшує об'єм утримання бітуму та площу поверхні тепловтрат.

Ігнорування умов вимкнення

Трубопровід слід проектувати таким чином, щоб його можна було повторно нагрівати, забезпечувати циркуляцію, дренувати або спорожняти після експлуатації.

Інформація, необхідна для проектування трубопроводів

Під час запиту на проектування трубопроводу з гарячим бітумом або цінову пропозицію на обладнання, надайте:

• Необхідна витрата бітуму
• Тип і марка бітуму
• Робоча температура
• В'язкість бітуму, якщо є
• Загальна довжина трубопроводу
• Різниця висот по вертикалі
• Кількість ліктів
• Кількість і тип клапанів
• Конфігурація фільтра
• Необхідний час пересадки
• Модель насоса або режим роботи насоса
• Спосіб нагрівання
• Температура навколишнього середовища
• Вимоги до ізоляції
• Потреба в кровообігу
• Потреба у зворотному відкачуванні або дренажі

Ця інформація дозволяє разом оцінити роботу насоса, трубопроводу, системи опалення та системи зберігання води.

Поширені запитання

Який розмір бітумної труби потрібен для асфальтного заводу продуктивністю 160 т/год?

Немає єдиного фіксованого діаметра труби для асфальтного заводу продуктивністю 160 т/год.

При вмісті в'язкого матеріалу 5% установка споживає приблизно 8 т/год бітуму. Однак кінцевий діаметр труби також залежить від розрахункової швидкості, щільності бітуму, в'язкості, довжини трубопроводу, фітингів, тиску насоса та вимог до перекачування партії.

Чи можна використовувати розмір вихідного отвору насоса як діаметр трубопроводу?

Не автоматично.

Розмір підключення насоса та необхідний діаметр системної труби пов'язані між собою, але не обов'язково збігаються. Остаточний розмір трубопроводу слід визначити за допомогою гідравлічних розрахунків.

Чи завжди більша бітумна труба зменшує втрати тиску?

Як правило, збільшення діаметра труби може зменшити швидкість і втрати на тертя за тієї ж швидкості потоку.

Однак, труби більшого діаметра також збільшують вартість монтажу, об'єм утримання бітуму, потреби в опаленні та площу тепловтрат.

Чи потрібно нагрівати бітумні трубопроводи?

У більшості систем гарячого бітуму необхідний підігрів або теплообмінник для підтримки в'язкості, що піддається перекачуванню, та запобігання затвердінню під час роботи або очікування.

Чи може той самий трубопровід працювати з бітумом, модифікованим СБС?

Можливо, але трубопровід слід перевіряти, використовуючи фактичну в'язкість модифікованого бітуму та робочу температуру. ПМБ може створювати значно вищий гідравлічний опір, ніж звичайний бітум.

Чому мій бітумний насос забезпечує меншу витрату, ніж його номінальна потужність?

Звичайні причини включають високу в'язкість бітуму, надмірний опір трубопроводу, замалий діаметр труби, велику відстань передачі, засмічені фільтри, занадто велику кількість фітингів, погані умови всмоктування або недостатню температуру матеріалу.

Висновок

Діаметр бітумного трубопроводу слід розраховувати виходячи з фактичних умов проекту, а не вибирати лише на основі досвіду чи розміру фланця насоса.

Попередній інженерний процес такий:

Необхідний потік → Розрахункова швидкість → Попередній діаметр → Втрата тиску → Перевірка насоса

У остаточному проекті також необхідно враховувати:

• В'язкість бітуму
• Робоча температура
• Довжина трубопроводу
• Статична висота
• Клапани та фільтри
• Спосіб нагрівання
• Ізоляція
• Вимоги до пакетного перенесення
• Вимоги до обігу
• Процедура зупинки та дренажу

Правильно спроектований трубопровід зменшує навантаження на насос, підвищує надійність передачі гарячого бітуму та допомагає асфальтозмішувальній установці підтримувати стабільне виробництво.

FEITENG постачає комплексні системи обробки бітуму, включаючи резервуари для зберігання бітуму, плавильне обладнання, підігрівачі термомасляних матеріалів, насоси, клапани, підігрівані трубопроводи та системи подачі бітуму для асфальтних заводів.

Щоб отримати рекомендації щодо конкретного проекту, надішліть нам необхідну витрату бітуму, довжину трубопроводу, робочу температуру, тип бітуму, потужність асфальтного заводу та місце розташування проекту.

WhatsApp: +86 15335447006
Електронна пошта: [email protected]
Вебсайт: www.bitumenmachine.com