افت فشار ناشی از سرعت، اصطکاک و هرگونه محدودیت در خط لوله است.
اندازه لوله باید در شرایط واقعی چگالی و جریان نیتروژن بررسی شود، به طوری که لوله و اتصالات مستقیم در یک مدل افت فشار لحاظ شوند.
افت فشار در لولهکشی کمپرسور نیتروژن، فشار مکش موجود برای دستگاه را کاهش میدهد یا فشار تخلیهای را که کمپرسور باید برای رضایت کاربر تولید کند، افزایش میدهد. هر دو اثر هزینه عملیاتی را افزایش میدهند و میتوانند ظرفیت را تغییر دهند. اولین تخمین مهندسی برای اصطکاک لوله مستقیم، رابطه دارسی-ویسباخ است، DeltaP = f(L/D)(rho v^2/2). در اینجا f ضریب اصطکاک دارسی، L طول لوله، D قطر داخلی، rho چگالی گاز و v سرعت متوسط است. شیرها، زانوییها، فیلترها، خنککنندهها، جداکنندهها و سایر اجزا، تلفات جزئی یا تجهیزاتی را اضافه میکنند که میتوان آنها را با ضرایب تلفات، طول معادل یا دادههای افت فشار فروشنده نشان داد. چگالی گاز با فشار و دما تغییر میکند، بنابراین خطوط طولانی یا تغییرات فشار زیاد ممکن است به جای یک مسیر با چگالی ثابت، نیاز به محاسبه جریان تراکمپذیر داشته باشند. محاسبه باید به بخشهای مکش و تخلیه تقسیم شود زیرا نتیجه متفاوت است: تلفات مکش مستقیماً چگالی ورودی کمپرسور را کاهش میدهد، در حالی که تلفات تخلیه فشار خروجی مورد نیاز کمپرسور را افزایش میدهد.
متغیرهای افت فشار
- قطر لوله
- قطر داخلی واقعی مورد استفاده برای محاسبه مساحت و سرعت جریان.
- سرعت گاز
- سرعت متوسط نیتروژن که از جریان حجمی واقعی در فشار و دمای محلی بدست آمده است.
- ضریب اصطکاک
- ضریب اصطکاک دارسی بدون بعد بر اساس عدد رینولدز و زبری نسبی برای شرایط لوله.
- طول معادل
- روشی برای بیان تلفات اتصالات به صورت طول اضافی لوله مستقیم با اثر اصطکاک مشابه.
- چگالی گاز
- چگالی نیتروژن موضعی که در عبارت فشار دینامیکی استفاده میشود، در امتداد یک خط تراکمپذیر تغییر میکند.
- ضررهای جزئی
- افت فشار از اتصالات، شیرها، ورودیها، لولههای انبساطی و تجهیزات فراتر از اصطکاک دیواره لوله مستقیم.
۱. جریان نرمال شده را به جریان واقعی محلی تبدیل کنید
سرعت به جریان حجمی واقعی درون لوله بستگی دارد، نه به خودی خود به Nm3/h. از قانون گاز برای تبدیل مقدار نیتروژن مورد نیاز به فشار و دمای محلی استفاده کنید. در یک خط تخلیه با فشار بالا، حجم واقعی میتواند بسیار کمتر از حجم نرمال شده باشد؛ در یک خط مکش با فشار کم، میتواند بسیار بزرگتر باشد. از آنجا که فشار در طول خط تغییر میکند، یک محاسبه دقیق ممکن است چگالی و جریان واقعی را از طریق بخشها بهروزرسانی کند. برای یک غربالگری اولیه، از شرایط مقطع نمونه استفاده کنید و بررسی کنید که آیا افت فشار حاصل به اندازه کافی کوچک است که اصلاح، تصمیم را تغییر ندهد.
۲. اصطکاک لوله مستقیم را با واحدهای ثابت محاسبه کنید
قطر داخلی لوله را از روی جدول لوله واقعی تعیین کنید، سطح مقطع و سرعت را محاسبه کنید، سپس عدد رینولدز و ضریب اصطکاک مناسب را ارزیابی کنید. L، D، rho و v را در Darcy-Weisbach وارد کنید. واضح باشد که ضریب اصطکاک Darcy با ضریب Fanning یکسان نیست؛ ترکیب قراردادها خطای بزرگی ایجاد میکند. در صورت لزوم، زبری متناسب با ماده و شرایط را لحاظ کنید. از واحدهای SI یا امپریال به طور مداوم استفاده کنید. یک صفحه گسترده باید مقادیر سرعت و چگالی متوسط را نشان دهد تا بررسیکننده بتواند قبل از اینکه به یک تصمیم در مورد اندازه لوله تبدیل شود، یک نتیجه غیرممکن را بدست آورد.
۳. اضافه کردن شیرآلات، اتصالات و افت فشار تجهیزات
یک خط کمپرسور کوتاه میتواند از طریق شیر کنترل، شیر یکطرفه، فیلتر یا خنککننده، فشار بیشتری نسبت به لوله مستقیم از دست بدهد. در صورت امکان، دادههای افت فشار فروشنده را برای تجهیزات اصلی در جریان واقعی گاز دریافت کنید. برای اتصالات استاندارد، از ضرایب افت یا طول معادل از یک مبنای مهندسی مناسب استفاده کنید. به جای فرض اینکه هر شیر یک اتصال کاملاً باز است، شیرهای کنترل نیمه باز را در موقعیت عملیاتی مورد انتظار خود در نظر بگیرید. در لولهکشی مکش، یک فیلتر کثیف یا رگولاتور کوچک میتواند به ویژه آسیبزا باشد زیرا افت فشار حاصل، چگالی ورودی را کاهش داده و نسبت تراکم را افزایش میدهد.
وقتی پوشش فرآیند پایدار باشد، سایت افت فشار کمپرسور نیتروژن این صفحه یک مرجع کاربردی برای تجهیزات مورد نیاز برای مرحله بعدی انتخاب ارائه میدهد. بررسی متقابل در اینجا به محاسبه افت فشار در لولهکشی کمپرسور نیتروژن مربوط میشود.
۴. افت فشار مکش شایسته بررسی دقیقتری است
وقتی فشار مکش بوستر فقط چند بار باشد و کمپرسور نزدیک به حد ظرفیت خود اندازهگیری شده باشد، چند دهم افت فشار میتواند قابل توجه باشد. حداقل فشار منبع را محاسبه کنید، افتهای خط و تجهیزات را کم کنید و از فشار فلنج باقیمانده برای انتخاب کمپرسور استفاده کنید. در صورت امکان، خطوط مکش را کوتاه و با اندازه بزرگ نگه دارید، اما از قوانین سرعت دلخواه که طرحبندی و ضربان را نادیده میگیرند، اجتناب کنید. کمپرسورهای جابجایی مثبت میتوانند نوسانات فشار دینامیکی ایجاد کنند، بنابراین ممکن است برای لولهکشی نهایی در دستگاههای بزرگتر، تجزیه و تحلیل آکوستیک یا ضربان لازم باشد. محاسبات اصطکاک استاتیک لازم است اما همیشه کافی نیست.
۵. افت فشار تخلیه باعث کار اضافی کمپرسور میشود
اگر این فرآیند در یک کاربر دوردست به 30 بار فشار نیاز داشته باشد و سیستم توزیع در اوج جریان 2 بار از دست بدهد، کمپرسور باید فشار تخلیه کافی برای غلبه بر آن اتلاف تأیید شده تولید کند و در عین حال در محدوده مجاز خود باقی بماند. این فشار اضافی، نسبت و توان را افزایش میدهد. اتلاف زیاد در توزیع میتواند توسعه لوله را از نظر اقتصادی جذاب کند. هزینه انرژی سالانه فشار اضافی را با هزینه نصب یک خط بزرگتر مقایسه کنید. صرفاً به دلیل کمبود فشار کاربر، نقطه تنظیم کمپرسور را افزایش ندهید. ابتدا مشخص کنید که آیا محدودیت مربوط به اندازه لوله، گرفتگی فیلتر، موقعیت شیر یا یک وضعیت غیرعادی موقت است یا خیر.
۶. مدل را با اندازهگیریهای فشار در جریان پایدار اعتبارسنجی کنید
نقاط فشار را در بالادست و پاییندست بخشهای کلیدی نصب یا استفاده کنید. در طول راهاندازی، جریان، فشار و دما را در یک بار پایدار ثبت کنید و افت اندازهگیری شده را با محاسبه مقایسه کنید. اگر افت اندازهگیری شده بسیار بیشتر باشد، موقعیت شیرها، وضعیت فیلتر، کالیبراسیون ابزار دقیق و پیکربندی واقعی لوله را بررسی کنید. اگر کمتر باشد، ممکن است در محاسبه از زبری محافظهکارانه یا فرضیات اتصالات استفاده شده باشد. یک مدل افت فشار معتبر زمانی ارزشمند میشود که ظرفیت بعداً افزایش یابد، زیرا تیم میتواند پیشبینی کند که کدام بخش محدودکننده خواهد شد، نه اینکه فقط از روی اندازه خط حدس بزند.
حسابرسی محاسبات لولهکشی
| مورد | سوال مهندسی | سیگنال تأیید یا تصمیم |
|---|---|---|
| جریان واقعی | نیتروژن در فشار و دمای خط لوله محلی چه حجمی را اشغال میکند؟ | سرعت بر اساس شرایط واقعی لوله محاسبه میشود. |
| لوله مستقیم | آیا قطر داخلی، طول، زبری و ضریب اصطکاک دارسی ثبت شده است؟ | نتیجه اصطکاک پایه را میتوان بازتولید کرد. |
| اتصالات و تجهیزات | آیا شیرآلات، فیلترها، خنککنندهها و جداکنندهها شامل میشوند؟ | خطوط کوتاه، تلفات بزرگ اجزا را پنهان نمیکنند. |
| اعتبارسنجی | آیا میتوان فشار را در بخشهای مهم با جریان مشخص اندازهگیری کرد؟ | مدل طراحی را میتوان با سیستم نصبشده مقایسه کرد. |
| مبنای نهایی را در درخواست استعلام قیمت (RFQ)، پرونده راهاندازی یا سوابق تعمیر و نگهداری ثبت کنید تا مهندس دیگری بتواند تصمیم را بازتولید کند. | ||
برگه تأیید پروژه
«نقشهبرداری از طول مستقیم و اتصالات» را به عنوان یک آزمایش کوچک راهاندازی در نظر بگیرید. حالت شروع را تعریف کنید، قطر لوله را مشاهده کنید، فقط متغیر مورد نیاز برای آزمایش تأیید شده را تغییر دهید و پاسخ را در ضریب اصطکاک مشاهده کنید. اقدام «تبدیل جریان نیتروژن مورد نیاز به جریان حجمی واقعی در هر ناحیه فشار» باید سابقهای از شرایط اولیه، مداخله، شرایط نهایی و هرگونه پاسخ هشدار یا کنترل را ثبت کند. این زمانی مفید است که چندین قطعه میتوانند علائم یکسانی ایجاد کنند. با تغییر یک عامل در یک زمان و نگه داشتن کمپرسور در محدوده تأیید شده آن، تیم میتواند علت را از تصادف جدا کند و از تعویض سختافزاری که مسئول نبوده است، جلوگیری کند.
برای هماهنگی تدارکات، الزامات شرح داده شده در اینجا را با الزامات سایت مقایسه کنید. کمپرسور صنعتی N2 ارائه میدهد به جای اینکه به یک رتبهبندی عمومی کمپرسور تکیه کند. بررسی متقابل در اینجا به محاسبه افت فشار در لولهکشی کمپرسور نیتروژن مربوط میشود.
برای قابلیت اطمینان بلندمدت، عبارت «از قطر داخلی واقعی لوله و طول کل مستقیم استفاده کنید» را به یک خط مبنا برای سرعت گاز متصل کنید. این خط مبنا را زمانی ثبت کنید که نصب تمیز، پایدار و از سلامت آن مطمئن هستید، سپس طول معادل و بار عملیاتی را نیز در آن بگنجانید تا قرائتهای بعدی بتوانند نرمالسازی شوند. مفهوم بررسی «تخمین سرعت» باید یک ماشه تعریفشده برای بررسی داشته باشد، حتی زمانی که مقدار مطلق به هشدار نرسیده باشد. انحراف تدریجی از یک خط مبنای تکرارپذیر اغلب هشدار بیشتری نسبت به یک قرائت مجزا میدهد. اگر پیکربندی فرآیند تغییر کند، به جای مقایسه حالتهای عملیاتی متفاوت، یک خط مبنای مستند جدید ایجاد کنید.
در طول بررسی مهندسی، با ردیابی مسیر فیزیکی مرتبط با ضریب اصطکاک و چگالی گاز، فرض پشت «اعمال دارسی-ویسباخ» را به چالش بکشید. مسیر گاز، گرما، نیرو، سیگنال کنترل یا نشت را از منبع تا مقصد دنبال کنید و هر مؤلفهای را که میتواند نتیجه را تغییر دهد، شناسایی کنید. سپس «اصطکاک دارسی-ویسباخ را با قرارداد صحیح ضریب اصطکاک محاسبه کنید» را در نقطهای که واقعاً تصمیم گرفته میشود، نه در راحتترین گیج، تکمیل کنید. هرگونه افت فشار، اختلاف دما، تأخیر کنترل یا یافته بازرسی را که رفتار را توضیح میدهد، ثبت کنید. این بررسی مبتنی بر مسیر، از تفسیر اندازهگیریهای محلی بدون در نظر گرفتن زمینه سیستم جلوگیری میکند.
تأیید «افتهای شیر، اتصالات، فیلتر، خنککننده و جداکننده اضافه» را در طول بررسی خطای آینده قابل استفاده کنید. طول معادل، افتهای جزئی، وضعیت کمپرسور، وضعیت تقاضا و زمان مشاهده را در یک رکورد ثبت کنید. آن رکورد را به هدف طراحی «شامل شیرها و خنککنندهها» پیوند دهید و توجه داشته باشید که کدام نقشه، کتابچه راهنما، مشخصات فرآیند یا ابزار کالیبره شده، پذیرش را تأیید کرده است. اگر مقدار خوانده شده طبیعی باشد، به عنوان مرجع در نظر گرفته میشود. اگر غیرطبیعی باشد، اقدامات اصلاحی را مستند کنید و در همان شرایط دوباره آزمایش کنید. سوابق منسجم، وسوسه جبران یک مشکل غیرقابل توضیح با افزایش محدودیتهای فشار، سرعت، دما یا تنظیمات نامربوط را کاهش میدهد.
«چگالی تکرار برای سرویس تراکمپذیر» را در مرزی که پیامد آن ظاهر میشود، تأیید کنید. چگالی گاز را در منبع و قطر لوله در سمت گیرنده مشاهده کنید، سپس «چگالی را دوباره محاسبه کنید یا از روشهای جریان تراکمپذیر در صورت تغییر فشار قابل توجه استفاده کنید» را در حالی که جریان و فشار مربوطه پایدار هستند، تکمیل کنید. اطلاعات کافی را برای تشخیص تغییرات عادی فرآیند از فرسودگی تجهیزات ثبت کنید. هنگامی که محدودیتهای دقیق پذیرش به مدل انتخاب شده بستگی دارد، از اسناد فعلی سازنده یا مشخصات پروژه تأیید شده استفاده کنید. صرفاً به این دلیل که سرویس مشابه به نظر میرسد، مقداری را از کمپرسور دیگری منتقل نکنید. ثبت مرز به مرز، عیبیابی بعدی را بسیار سریعتر میکند.
حلقه «اندازهگیری افت فشار در جریان پایدار برای اعتبارسنجی مدل پس از نصب» را با مستندسازی علت، پاسخ و پذیرش ببندید. با «بررسی افت فشار مجاز» شروع کنید، رفتار مورد انتظار افتهای جزئی را شناسایی کنید و مشاهده دوم مربوط به سرعت گاز را انتخاب کنید که بتواند همان نتیجه را به طور مستقل تأیید کند. بررسی را بدون بایپس کردن دستگاههای محافظ یا فراتر رفتن از محدوده عملیاتی تأیید شده انجام دهید. اگر دو سیگنال با هم مغایرت داشتند، قبل از تصمیمگیری در مورد اینکه کدام قطعه نیاز به تعمیر دارد، دقت ابزار دقیق، وضعیت شیر، افت فشار، آلودگی، نشتی یا منطق کنترل را بررسی کنید. تأیید مستقل زمانی ارزشمند است که خاموش کردن یا تعویض دستگاه گران باشد.
بررسی مفید بعدی، بررسی سایت است کمپرسور نیتروژن برای جداسازی هوا مواد، به ویژه هنگامی که فشار، خلوص و الزامات کار مداوم با هم در تعامل هستند. بررسی متقابل در اینجا به محاسبه افت فشار در لوله کشی کمپرسور نیتروژن گره خورده است.
مرز ایمنی و تأیید
لولهکشی گاز پرفشار حاوی انرژی ذخیرهشدهی قابلتوجهی است. شیرهای فشار، کنتورهای جریان موقت و شیلنگهای آزمایش باید برای سرویس درجهبندی شده و تحت یک رویه تأیید شده نصب شوند. در حالی که خط لوله تحت فشار است، برای «بررسی فشار» درپوشها یا ابزارها را جدا نکنید. هرگونه تغییر فشار پیشنهادی برای جبران افت لولهکشی باید در محدوده تأیید شده کمپرسور، مخازن، شیرها و سیستم توزیع باقی بماند.
مراحل محاسبه افت فشار
- جریان نیتروژن مورد نیاز را به جریان حجمی واقعی در هر ناحیه فشار تبدیل کنید.
- از قطر داخلی واقعی لوله و طول مستقیم کل استفاده کنید.
- اصطکاک دارسی-وایسباخ را با استفاده از قرارداد صحیح ضریب اصطکاک محاسبه کنید.
- تلفات شیر، اتصالات، فیلتر، خنککننده و جداکننده را اضافه کنید.
- وقتی تغییر فشار قابل توجه است، چگالی را دوباره محاسبه کنید یا از روشهای جریان تراکمپذیر استفاده کنید.
- برای اعتبارسنجی مدل پس از نصب، افت فشار را در یک جریان پایدار اندازهگیری کنید.
سوالات مربوط به افت فشار لوله کشی
آیا میتوانم از یک سرعت گاز برای کل خط استفاده کنم؟
فقط به عنوان یک صفحه نمایش خشن. حجم و سرعت واقعی با تغییر فشار و دما، به ویژه در محدوده فشار زیاد، تغییر میکند.
چرا افت فشار مکش بیشتر از آنچه به نظر میرسد مضر است؟
این باعث کاهش چگالی ورودی و افزایش نسبت فشار کمپرسور میشود. این امر میتواند علاوه بر افت فشار، ظرفیت را کاهش داده و دما را افزایش دهد.
آیا باید فقط فشار تخلیه کمپرسور را افزایش دهم تا بر افت فشار خط لوله غلبه کنم؟
تنها پس از تأیید اینکه افت فشار مورد انتظار است و فشار بالاتر در محدوده مجاز همه تجهیزات قرار دارد، میتوان این کار را انجام داد. اغلب، یک مانع، فیلتر کثیف یا لوله با قطر کوچک، مشکل بهتری برای رفع است.
قانون افت فشار
افت فشار لولهکشی نیتروژن را از جریان واقعی محلی، هندسه لوله، اصطکاک و هر محدودیت مهم محاسبه کنید. افت مکش و تخلیه را جداگانه در نظر بگیرید زیرا آنها به طور متفاوتی بر کمپرسور تأثیر میگذارند. برای خطوط طولانی یا فشار بالا، تحلیل را برای جریان تراکمپذیر اصلاح کنید و نتیجه را با اندازهگیریهای فشار در یک نقطه عملیاتی شناخته شده تأیید کنید.
