Содержание

минимальные и максимальные показатели в системе водопровода, какие приборы для п и регулировки существуют

В физике и в быту используется одно и то же понятие давления воды, но смысл в него вкладывается разный. Иногда его путают с напором. Однако, это все-таки разные понятия.

Давление воды характеризуется потенциальной энергией. Это та сила, с которой водяной поток действует на препятствие, которое возникло на его пути.

В текущей воде давления нет, но есть напор, который характеризуется кинетической энергией.

Определение

Если же говорить о давлении воды в водопроводной системе, то этот показатель отражает расстояние, на которое можно поднять водяной столб над уровнем грунта до точки водоразбора.

Выражается он в барах (или в атмосферах, на практике они почти идентичны). В общем виде можно сказать, что 1 бар давления означает, что воду можно поднять на высоту, равную 10 м.

Это  будет верно и для водяных насосов, которые поднимают воду с глубины. При этом учитываются потери на преодоление сопротивления труб, по которым течет вода.

От чего зависит?

С точки зрения физики, этот показатель зависит от ее плотности и высоты водяного столба. В целом каждые 10 м высоты соответствуют давлению в 1 кг/кв.см.

Однако, когда речь идет о давлении воды в водопроводной системе, то на этот показатель также влияют:

  • сопротивление, оказываемое стенками трубы;
  • наличие подъемов и уклонов на определенных участках сети;
  • разница в диаметрах труб, использованных для прокладки системы;
  • наличие засоров и возможных отложений, в том числе загрязнение очистных фильтров.

Виды

В технической и научной литературе встречаются такие термины для описания разных типов давления воды:

  1. Гидростатическое. Означает давление водяного столба над условным уровнем – практически над любой частью плоскости.
  2. Абсолютное. Это, по сути, любое давление по отношению к нулевому (его эталоном считается уровень в безвоздушном пространстве).
  3. Дифференциальное. Оно означает разницу между двумя показателями давления, то есть то, что в быту называют перепадами.
  4. Избыточное. Это разница между абсолютным и атмосферным давлением. Его также называют манометрическим.
  5. Осмотическое. Это то избыточное гидростатическое давление, которое вода оказывает на раствор, от которого ее отделяет мембрана (осмос). Показатель описывает явление, при котором давление уравновешивает концентрации по обе стороны мембраны.

Минимальные и максимальные показатели

Для технических целей нужно знать наименьшее и наибольшее значение показателей в системе водоснабжения.

В данном случае минимум для давления составляет 1 атмосферу. Именно такого уровня достаточно для того, чтобы обеспечить «самотек», то есть движение за счет одной только гравитации.

Максимальное давление в водопроводной системе ограничено техническими характеристиками ее компонентов, например, производительностью насосов.

В магистральных водопроводах в городских условиях этот показатель составляет 7-10 атмосфер, но в квартире он будет ниже – 6-7 атмосфер, и примерно столько же – в загородных домах.

Физические свойства

У давления воды есть разные физические свойства. Какие?

На глубине

При погружении на глубину давление воды будет расти. Здесь используется такая формула:

Р = ρ × g × h, причем:
  1. ρ – это плотность воды,
  2. g – средний показатель ускорения для свободного падения, который принимают равным 9,81 с/ кв.с (или даже 10 – для грубых подсчетов),
  3. h – глубина, для которой и выполняются расчеты.

Обо всех показателях давления на глубине наша статья по ссылке.

Температура замерзания воды под давлением

В целом с повышением давления температура замерзания падает, вплоть до отрицательных температур. Например, при показателе в 2 атм вода замерзает уже не при 0°С, а при –2°С, а при давлении 3 атм – при –4°С.

Сила

Из школьного курса известно, что это понятие отражает такое явление, как силу, которое вода, налитая в сосуд, оказывает на его дно. То есть сила считается как вес водяного столба определенной высоты с площадью основания такой же, как у этого сосуда.

Детально о силе давления читайте здесь.

Как зависит расход h3O от напора и диаметра трубы

Формула зависимости достаточно сложна. Но в общих чертах можно сказать, что чем меньше диаметр трубы, тем выше сопротивление ее стенок и тем ниже давление.

Таким образом, при большем диаметре водопроводных труб вода транспортируется быстрее и с меньшей потерей напора, но и расход получается выше.

Приборы и устройства для измерения или регулировки

Для измерения и регулировки давления воды в различных системах и насосных станциях могут использоваться различные приборы.

Манометр

Этот прибор необходим непосредственно для измерения давления воды. Принцип его работы основан на том, что измеряемый показатель уравновешивается специальной мембраной или пружиной.

Полный обзор прибора ищите здесь.

Реле

Это устройство, которое необходимо для автоматического включения/отключения оборудования насосной станции в случаях, когда меняется напор воды.

В реле предусмотрены нижний и верхний пороговый показатель, при котором оно срабатывает.

Если давление воды падает до нижней границы, то реле замыкает контакты и работает для подачи питания к насосу.

Если давление достигает верхнего значения, то контакты реле размыкаются, подача питания отключается.

Для этого в реле имеется гибкая мембрана, под действием давления она изгибается. А для противодействия давлению есть специальная пружина. Степень ее сжатия регулируется гайкой, которая используется и для регулирования реле в целом.

Более детальная информация представлена в этой статье.

Стабилизатор

Этот прибор похож на регулятор давления, представляет собой перекрывающий кран, управляемый электрическим приводом. Стабилизирует давление в системе.

О стабилизаторе подробно мы рассказали в этой статье.

Ограничитель

Ограничитель – это, в принципе, то же самое, что редуктор, поскольку прибор не только стабилизирует, но и снижает давление.

Полную информация об ограничителях давления воды читайте здесь.

Редуктор/регулятор

Редуктор представляет собой компактное устройство в металлическом корпусе, которое подключается к водопроводной сети для стабилизации и уменьшения давления. Он может быть электронным или автоматическим. Принцип его работы основан на выравнивании усилия пружины и диафрагмы.

Более детально можете почитать здесь.

Насос для повышения уровня

Этот прибор повышает давление воды в квартире или в частном доме.

Это гидравлический прибор, который преобразует энергию мотора в энергию потока h3O и повышает давление.

Бытовые насосы бывают циркуляционными и самовсасывающими. Часто они устанавливаются в систему вместе с гидроаккумулятором.

О видах и принципах работы насосов читайте нашу подробную статью.

Датчик

Это прибор, который измеряет и контролирует давление воды, регулируя работу системы в целом. По сути, описанное выше реле выполняет те же функции.

Клапан

Это устройство, которое повышает безопасность использования водопроводной системы. Оно по принципу работы похоже на описанный выше редуктор.

Полная информация о приборе и его установке читайте в нашей статье по ссылке.

Напор в жилых домах

И в квартире, и в частном доме напор воды регулируется одним и тем же СНиП 2.04.01-85. Только нужно учитывать, что в многоквартирных домах есть еще определенные отклонения от нормы в зависимости от этажа.

В квартире

Для горячей воды, если квартира расположена на первом этаже, нормой считается 4-4,5 бара. Для холодной воды нормой считается показатель в 4,5-5 бар.

Об уровне давления воды в квартире более подробно здесь.

В частном доме

Для горячей воды норматив будет практически таким же, как для квартиры – 4-4,5 бара.

С учетом того, что в домах часто стоят насос относительно небольшой мощности, то для ХВС нормальным считается и значение 2,8-3,5 бара.

Но если водопроводная система используется и для полива участка, то ставят более мощный насос, и тогда уровень напора воды может достигать 6 бар.

Как узнать показатель давления?

Определить показатели в системе можно как с помощью манометра, так и без использования прибора.

При помощи манометра

Существуют два варианта измерения напора в водопроводе. Первый вариант – постоянный контроль. Он предполагает стационарную установку манометра во вводном узле. Для этого устанавливают манометры на трубах горячего и холодного водоснабжения.

Еще один важный момент – манометры подключают после грубого очистного фильтра. Если владелец жилья хочет поставить еще фильтры тонкой очистки, то стоит поискать устройства, уже оснащенные манометрами. И еще – эти приборы устанавливают перед счетчиками расхода.

Второй вариант – это периодический контроль. Для этого нужно:

  1. Приобрести необходимое оборудование. В данном случае — это бытовой манометр, насадка на кран (с одной из сторон она должна быть оснащена штуцером), подходящий по диаметру резиновый шланг.
  2. Насадка устанавливается на кран, шланг подсоединяется к штуцеру одним концом, а второй должен быть подключен к входному отверстию измерительного прибора.
  3. Все соединения, имеющиеся в этой схеме, нужно надежно затянуть с помощью хомутов, чтобы не было прорыва под сильным напором.
  4. Открывают кран на максимум, чтобы измерить напор, и фиксируют полученный показатель.

Можно ограничиться упрощенной схемой. Для этого надо снять лейку с душевой смесителя и подключить к шлангу манометр.

Без манометра

Справиться с измерением можно и без манометра. Для этого понадобиться только шланг из прозрачного ПВХ.

Алгоритм такой:

  • Шланг с одной стороны подключают к интересующей владельца точке водоразбора и фиксируют так, чтобы он был направлен вертикально.
  • Открывают кран, и шланг начинают заполнять водой, пока она не достигнет уровня, соответствующего нижней точке крана. Одновременно верхнее отверстие герметично закрывают.
  • Водопроводный кран открывают на максимум.
  • Измеряют высоту водяного столба от уровня, установленного как нулевой до начала воздушной пробки. Высоту пробки тоже нужно измерить.

Складывают высоту столба с высотой пробки и делят на высоту пробки. Полученное значение нужно умножить на атмосферное давление, но оно в данном случае принимается равным 1 атм.

Подробная статья об измерении давления без прибора здесь.

Что делать в случае снижения напора?

Падение напора воды может быть связано с серьезными поломками, но иногда – все дело в длительном отключении электроэнергии или каких-то бытовых проблемах. Так что начинать нужно с тщательного осмотра системы.

В газовом котле

Падение давления в газовом котле приводит к остановке его работы. Современное оборудование обычно оснащено автоматикой, которая отключает котел при прекращении подачи воды.

Владельцу дома нужно:

  1. Осмотреть котел, чтобы убедиться, что нет повреждений.
  2. Проверить всю отопительную систему, чтобы выявить течь.

    Иногда проблемы возникают из-за того, что стыки между трубами не выдерживают давления, возникает протечка, и напор снижается. Выявленную течь нужно устранить.

  3. Зафиксировать показания манометра. Если он показывает значение на уровне 1 атм., можно попробовать открыть кран подпитки и добавить воду в ручном режиме.

    Если это не дало результата, следует вызывать мастера из сервисной службы. Специалист сможет выявить причину поломки и устранить ее, что гораздо безопаснее собственных усилий.

Причины падения давления в газовом котле при включении горячей воды описаны здесь.

В квартире

Если снизился напор в квартире, нужно:

  • Проверить, нет ли засора в трубах.
  • Проверить на предмет загрязнения аэратор. Если будут обнаружены засоры, устранить их.
  • Если после устранения засора ситуация не изменилась, нужно установить дополнительно проточный насос (это разновидность циркуляционного оборудования). Преимуществом такого насоса является то, что он не требует получения дополнительных разрешений. Напор в этом случае можно контролировать вручную или автоматически.
  • Прибор подбирают так, чтобы его мощность и производительность соответствовали потребностям в подаче воды. Например, если есть три точки водоразбора, то 3,5 кубометра/час – это нормальный показатель, напора хватит для работы приборов.

Регулировка

В частных домах для регулирования уровня напора только проточного насоса недостаточно. Требуется насосная станция или гидроаккумулятор. В этих приборах проводят настройку реле давления воды.

В насосной станции

Здесь за регулировку отвечает реле, которое отключает или включает устройство так, как было описано выше.

Главные его элементы – это закрепленные на металлическом основании контакты.

Чаще всего для работы устройства используются две разные по размеру пружины и мембрана.

У реле часто уже бывают выставлены фабричные настройки.

Для включения это показатель в 1,5-1,8 атмосфер,  а для отключения – уровень 2,5-3 атмосферы. И есть максимальный предел в 5 атмосфер, но на практике его не всякое реле выдерживает. В большинстве случаев заводские настройки обеспечивают нормальную работу. Если нет – надо выставить их вручную.

Сначала проверяют работу системы и уровень напора воздуха в гидроаккумуляторе. После запуска станции давление восстанавливается, его измеряют и фиксируют, питание оборудования отключают, воду из системы спускают. Иногда нужно уменьшить давление.

С реле снимают пластиковый корпус, затягивают гайку большой пружины, закручивая ее по направлению движения часовой стрелки, пока пружина не сожмется до соответствующего уровня.

Вращение маленькой гайки в том же направлении увеличивает разрыв между параметрами для включения и выключения. Положение фиксируют, корпус возвращают на место.

В гидроаккумуляторе

Бак, который используется в насосной станции, называется гидроаккумулятором. Помимо всего прочего, он обеспечивает определенный запас воды. Его работа регулируется реле. За уровнем воды в гидроаккумуляторе следит поплавковый датчик.

Реле здесь устроено так же, как в насосной станции. И настраивают его точно так же. То есть сначала проверяют работу системы, измеряют напор с помощью манометра, затем воду сливают, снимают корпус с устройства, с помощью гаек подстраивают показатели.

Вся информация по регулировке здесь.

В стиральной машине

Установка любой техники, потребляющей воду, требует хорошего напора. Но для стиральных машин это особенно важно.

Каждый производитель старается выпускать такую технику, которая может работать и при снижении напора.

Например, для брендов Samsung и Electrolux нормальным считается показатель в 0,3-0,4 бар. Для Atlant и Bosch он гораздо выше – 0,5-0,6 бар. Некоторые модели требуют до 0,8 бар напора.

Более подробно о силе давления, необходимого для стиральных машин, читайте в этой статье.

Как устранить течь в трубе под давлением?

Устранение течи в трубе под давлением – это всегда временная мера, поскольку после нее все равно необходим полноценный ремонт. Существует несколько популярных методов:

  1. Установка металлического хомута. Он используется тогда, когда заварить свищ в трубе не получается. При этом хомут стоит достаточно долго, хватит времени на то, чтобы подготовить замену. На место течи устанавливается резина или медицинский жгут, сверху – хомут, который затягивается с помощью болтов.
  2. Применение аварийного клея на основе эпоксидных смол, содержащих вдобавок металлическую пыль. Клей достаточно надежен, но только если течь небольшая, поскольку иначе будет тяжело подготовить поверхность.
  3. Наложение бинта, каждый слой которого пересыпается солью. В итоге получается довольно плотная «повязка». Соль в ней не растворяется, а как бы каменеет, но ненадолго. Такого ремонта хватит только на несколько дней.
  4. Установка самореза – не лучший вид ремонта. Его не хватает надолго, и он очень ненадежен, подойдет он только в том случае, если другого выхода нет.

Еще более детально об устранении течи ищите по ссылке.

Заключение

Под давлением воды понимают зависимость ее массы от силы тяготения Земли. При помощи определенного оборудования показатель этот можно регулировать, однако подбирается оно в зависимости от технических условий.

Как вычислить давление в трубе

В каждом современном доме одним из основных условий комфорта есть водопровод. А с возникновением новой техники, требующей подключения к водопроводу, его роль в доме стала крайне важной. Многие люди уже не воображают, как возможно обойтись без стиральной машины, бойлера, посудомоечной машины и т.д. Но любой из этих аппаратов для верной работы требует определенного давления воды, поступающей из водопровода. И вот человек, решивший установить новый водопровод у себя дома, вспоминает о том, как вычислить давление в трубе, дабы все сантехнические устройства прекрасно работали.

Требования современного водопровода

Современный водопровод обязан отвечать всем характеристикам и требованиям. На выходе из крана вода обязана литься плавно, без рывков. Следовательно, в системе не должно быть перепадов давления при разборе воды. Идущая по трубам вода не должна создавать шума, иметь примеси воздуха и других посторонних накоплений, каковые пагубно воздействуют на керамические краны и другую сантехнику. Дабы не было этих неприятных казусов, давление воды в трубе не должно падать ниже своего минимума при разборе воды.

Совет! Минимальное давление водопровода должно составлять 1,5 атмосферы. Для того чтобы давления достаточно для работы посудомоечной и стиральной машины.

Нужно учитывать еще одну ответственную чёрта водопровода, связанную с расходом воды. В любом жилом помещении находится не одна точка разбора воды. Исходя из этого расчет водопровода обязан всецело снабжать потребность воды всех сантехнических устройств при одновременном включении. Данный параметр достигается не только давлением, но и объемом поступающей воды, которую может пропустить труба определенного сечения. Говоря несложным языком, перед монтажом требуется выполнить некоторый гидравлический расчет водопровода, с учетом давления и расхода воды.

Перед расчетом давайте поближе ознакомимся с двумя такими понятиями, как расход и давление, чтобы выяснить их сущность.

Давление

Давление воды в водопроводе: в чем измеряется и какое должно быть по СНиП. Как повысить?

О давлении воды в водопроводе никто не задумывается до тех пор, пока оно не напомнит о себе: течет вода из крана, и, кажется, неплохо течет, но спустя пару минут поток уже напоминает тонкую нитку. Тогда-то встревоженные жильцы многоэтажек начинают выяснять друг у друга, что случилось с напором воды и каким оно должно быть в нормальных условиях.

Как измерить давление воды в системе

Вопрос отпадает, если у вас уже установлен манометр на входе в систему. Если нет, то потребуется 5 минут времени и следующие полезные вещи:

  1. Манометр для воды.

  2. Штуцер с резьбой 1/2 дюйма.

  3. Шланг подходящего диаметра.

  4. Червячные хомуты.

  5. Сантехнический скотч.

Шланг одним концом надеваем на манометр, вторым на штуцер. Фиксируем хомутами. Идем в ванную. Откручиваем душевую лейку и на ее место определяем штуцер. Несколько раз переключаем воду между режимами душ-кран, чтобы выгнать воздушную пробку. Если стыки подтекают, то заматываем соединение сантехническим скотчем. Готово. Взгляните на шкалу манометра и узнайте давление в водопроводе.

Вариант со шлангом универсален. Однако, вместо шланга с хомутами можно использовать переходники с выходом на

1/2 дюйма. Необходимая резьба переходника на входе зависит от резьбы конкретного манометра (метрическая, 3/8, 1/4).

Единицы измерения давления: таблица перехода физических величин

Существуют такие физические величины, прямо или косвенно связанные с давлением жидкости:

  • Величина водяного столба. Внесистемная единица измерения давления. Равна гидростатическому давлению столба воды высотой 1 мм, оказываемому на плоское основание при температуре воды 4 °С при нормальных показателях плотности. Используется для гидравлических расчетов.

  • Бар. Примерно равен 1-й атмосфере или 10 метрам водяного столба. Например, для бесперебойной работы посудомоечной и стиральной машин необходимо, чтобы давление воды составляло 2 бара, а для функционирования джакузи — уже 4 бара.

  • Техническая атмосфера. За нулевую точку берется значение атмосферного давления на уровне Мирового океана. Одна атмосфера равна давлению, которое возникает при приложении силы в

    1 кг на площадь 1 см².

Как правило, давление измеряется в атмосферах или барах. Эти единицы различаются по своим значениям, но вполне могут быть приравнены друг к другу.

Но есть и другие единицы:

  • Паскаль. Единица измерения из международной системы единиц физических величин (СИ) давления, знакомая многим из школьного курса физики. 1 Паскаль это сила в 1 ньютон на площади в 1 м².

  • PSI. Фунт на квадратный дюйм. Активно применяется за океаном, но в последние годы входит в обиход и в нашей стране. 1 PSI = 6894,75729 Па (смотрите таблицу ниже). На автомобильных манометрах часто шкала деления размечена в PSI.

Таблица перехода единиц измерения выглядит так:

Паскаль (Pa, Па) Бар (bar, бар) Техническая атмосфера (at, ат) Миллиметр ртутного столба (мм рт. ст., mm Hg, Torr, торр) Метр водяного столба (м вод. ст., m H2O) Фунт-сила на кв. дюйм (psi)
1 Па 1 Н/м2 10−5 10,197×10−6 7,5006×10−3 1,0197×10−4 145,04×10−6
1 бар 105 1×106 дин/см2 1,0197 750,06 10,197 14,504
1 атм 98066,5 0,980665
1 кгс/см2 735,56 10 14,223
1 атм 101325 1,01325 1,033 760 10,33 14,696
1 мм рт. ст. 133,322 1,3332×10−3 1,3595×10−3 1 мм рт. ст. 13,595×10−3 19,337×10−3
1 м вод. ст. 9806,65 9,80665×10−2 0,1 73,556 1 м вод. ст. 1,4223
1 psi 6894,76 68,948×10−3 70,307×10−3
51,715 0,70307 1 lbf/in2

Согласно СНиП и Постановлению Правительства РФ «О порядке предоставления коммунальных услуг гражданам», допустимое верхнее значение давления в водопроводной системе не должно превышать 6 атмосфер, а нижнее — не менее 0,2 атмосферы. Большее давление может разорвать старые трубы, а при меньшем не будет работать и кран.

Оптимальное

давление воды в водопроводе должно быть таким, чтобы обеспечивать каждую квартиру независимо от этажности. Приемлемые условия, это когда можно одновременно пользоваться несколькими точками водозабора. Например, принимать душ и мыть овощи на кухне.

Давление воды при входе во внутреннюю сеть каждой квартиры должно составлять от 0,3 до 4,5 атмосферы, или бар, для горячей воды, и от 0,3 до 6,0 атмосфер для холодной.

Почему давление в водопроводе бывает слабым?

Низкое давление воды в водопроводе доставляет неудобства при пользовании многими бытовыми приборами и не дает совершать водные процедуры с использованием душа.

Низкое давление, или слабый напор воды, если говорить народным языком, может возникнуть в водопроводной системе в следующих случаях:

  • Увеличенный забор воды на линии. Это наблюдается в большей степени летом и осенью, когда начинается пора садово-огородных работ и заготовки запасов на зиму, поскольку у некоторых горожан, особенно в провинции, земельные наделы могут быть устроены непосредственно во дворах многоквартирных домов.

  • Неисправность насоса. На распределительной станции может выйти из строя насос, в результате темпы подачи воды многократно снизятся.

  • Нехватка электричества на насосной станции. Наверняка жители многоквартирных домов замечали, что при отключении электроэнергии перестает подаваться и вода.

  • Засорение водопроводных труб. Возможно, в систему попала окалина и прочий мусор, закупоривший внутреннее сечение.

  • Утечка воды. Из-за прорыва трубопровода давление в системе резко падает и не восстанавливается вплоть до устранения аварии.

  • Несколько проблем одновременно. Беда не приходит одна. Причины могут пересечься в самый неподходящий момент.

Кто виноват и что делать?

Дачники могут решить проблему низкого давления в водопроводе довольно просто: при помощи различных насосных станций или использования автономного водоснабжения.

Жильцам многоэтажных домов придется потрудиться. Для этого необходимо составление коллективного письма в управляющую организацию с требованием предоставления услуг в надлежащем виде согласно договору, и требование о перерасчете оплаты за некачественную услугу.

Для составления бумаг нужно официально зафиксировать показатели давления воды на этой линии.

Как поднять давление воды?

Повысить давление воды в отдельно взятой квартире можно так:

  • Обратиться в ЖЭК или ДЭЗ или ТСЖ и управляющую организацию. Как показывает практика, это все же стоит делать коллективно. Так увеличатся шансы на своевременное решение вопроса. При отсутствии помощи со стороны государственных органов следует самостоятельно попробовать повысить давление воды в квартире

  • Установить самовсасывающий насос. Однако, он будет забирать всю воду из стояка, обделяя тем самым жильцов нижних и верхних этажей.

  • Выполнить монтаж насоса. Прибор способен повысить давление в системе.

  • Установить накопительную емкость. К ней можно подключить бытовые приборы, поскольку давление возрастет. Хоть и не сильно.

Последний вариант особенно подходит жильцам многоэтажек в районах с отключениями воды по установленному четкому графику. Такое оборудование работает в автоматическом режиме.

Прежде чем самостоятельно увеличивать давление воды в водопроводе с помощью специальных приборов, рекомендуем попробовать решить эту проблему «мирным путем». Как правило, это дает результат.

в чем измеряется, какое должно быть давление воды в трубопроводе квартиры, как рассчитать

Содержание:

Система водоснабжения выходит из строя по трем основным причинам – воздействие коррозии, наслоение различных отложений или слишком высокое внутреннее давление. Фактор коррозии в свете последних тенденций можно не рассматривать, поскольку в частном строительстве на сегодняшний день используются преимущественно полимерные изделия, не поддающиеся коррозионному воздействию. Остается лишь две причины, из-за которых водопровод может выйти из строя.


Одной из этих причин является высокое давление в трубах водоснабжения. При покупке труб нужно обязательно изучить приложенную к ним документацию, чтобы знать, при каком рабочем уровне давления их можно эксплуатировать. Помимо риска повреждения труб, превышение давления тесно связано с повышенным расходом воды, поэтому финансовые затраты тоже увеличатся.

Давление воды в водопроводе

Систему водоснабжения можно прокладывать так и самостоятельно, так и при помощи специалистов. Большинство фирм, занимающихся строительством, предлагают свои услуги по монтажу водопровода. Прежде чем согласиться на такой вариант, стоит узнать, насколько качественно были выполнены предыдущие работы этих специалистов.

В любом случае, кто бы ни занимался прокладкой водоснабжения, результат в итоге должен получиться одинаковым – а для этого нужно знать, какое давление должно быть в трубах водоснабжения. Среднее давление, необходимое для работы водопроводных кранов, составляет 0,5 бар. Разумеется, эта величина может слегка варьироваться в зависимости от различных факторов – например, тип трубопровода и материал изготовления труб сильно влияют на давление в системе.


Чтобы система водоснабжения могла нормально функционировать, перед ее обустройством нужно разобраться в принципах ее работы и требованиях, предъявляемых к данному виду систем. Кроме того, нужно точно знать, в чем измеряется давление воды в трубах и как проводить расчет водопроводной системы.

Гидроаккумуляторы и расширительные баки

Проектируя частный дом или жилье на загородном участке, нужно учитывать массу систем помимо водоснабжения. Например, обязательно потребуется система отведения стоков, водопровод с горячей водой, система пожаротушения и прочие. Кроме того, на загородных участках зачастую прокладывается отдельная ветка водопровода, позволяющая поливать сад и огород. О необходимости установки отопления можно вообще не говорить – без нее комфортная жизнь в доме попросту невозможна.

Для функционирования водоснабжения, пожаротушения и фильтрационной системы требуются гидроаккумуляторы, а для остальных систем необходимы расширительные баки. В местах забора воды и на выходе разогретой воды из отопительного оборудования также требуются расширительные баки, которые смогут компенсировать возникающие в системах гидроудары.


Расширительный бак, подключенный к водопроводу с горячей водой, выполняет функцию предохранителя – лишнее давление будет стравливаться именно в него, защищая систему от повреждений. Система пожаротушения использует гидроаккумулятор, да и цель другая – в нем содержится резервная вода, необходимая для тушения пожара. Стандартные бытовые гидроаккумуляторы выдерживают давление до 6 бар.

Особняком стоит отопительная система частного дома. Теплоноситель, находящийся в трубах, проходит путь от выхода из котла до входа через обратный контур. Находясь в котле, теплоноситель разогревается, увеличиваясь в объеме. Как правило, в качестве теплоносителя используется вода, которая при разогреве до рабочей температуры увеличивается в объеме более чем на 3%.

Тепловое расширение жидкости обязательно приведет к повреждению трубопровода, вплоть до полной потери им работоспособности. Чтобы этого не произошло, а также чтобы не возникало падение давления в трубопроводе, систему необходимо дополнительно оснащать расширительным баком, который компенсирует увеличившийся объем теплоносителя.

Разновидности расширительных баков водоснабжения

Существует два вида расширительных баков:

  1. Открытые. При использовании таких баков получается открытая отопительная система, работающая в условиях низкого давления. Соединение с атмосферой позволяет теплоносителю свободно выходить из системы и повышает влияние коррозии на металлический трубопровод. Открытые расширительные баки крайне не рекомендуется использовать в отопительных системах.
  2. Закрытые. Данный вид расширительного бака, в отличие от предыдущего, можно подключать к трубопроводу в любом месте, поэтому его не нужно утеплять. Все остальные недостатки устройств открытого типа в данном случае неактуальны, поэтому закрытые устройства используются практически повсеместно.


Расширительные баки, подключенные к водоснабжению, обеспечивают конструкции надежную защиту от гидроудара, обычно возникающего в результате аварийного отключения насоса или при резком открытии водозаборного крана. Такая динамическая нагрузка может в несколько раз превысить обычное давление, стабильно находящееся в системе.

Классификация гидроаккумуляторов выглядит точно так же – есть открытые и закрытые устройства. Отрицательные качества открытых баков свойственны и открытым гидроаккумуляторам. Сами по себе гидроаккумуляторы, как следует из их названия, содержат в себе запас жидкости, которую при необходимости можно запустить в систему.

Устройство гидроаккумуляторов

Главным рабочим элементом любого гидроаккумулятора является мембрана, а само устройство работает по следующему принципу:

  • В мембранной камере бака находится воздух, который при запуске насоса во время заполнения камеры водой уменьшается в объеме, то есть его давление увеличивается;
  • Созданное давление передается на реле, обеспечивающее запуск и отключение насоса;
  • Когда давление в системе становится избыточным, реле отключает насос, тем самым останавливая процесс повышения давления;
  • Вода в трубопроводе водоснабжения постепенно забирается, и давление стабилизируется, в результате чего реле автоматически запускает насос;
  • Нарушение герметичности трубопровода и сопутствующее ему постоянное снижение давление не позволит реле запустить насос заново, а при слишком высоком давлении насос будет отключаться.


При выборе гидроаккумулятора нужно отталкиваться в первую очередь от его объема. Дело в том, что этот показатель напрямую влияет на долговечность устройства – чем чаще приходится срабатывать мембране, тем раньше гидроаккумулятор выйдет из строя.

Как показывает практика, для водопровода, к которому подключено три водозаборных точки, вполне хватает одного гидроаккумулятора объемом 24 л, а для всех остальных случаев подойдет 50-литровый бак. Впрочем, лучше всего перед выбором бака рассчитать его объем, который зависит от количества сантехнических устройств, потребляющих воду. Читайте также: «Почему гудят водопроводные трубы – причины и способы устранения шума».

Расчет давления воды в трубах

Для расчета водопровода нужно знать, в чем измеряется давление воды в трубопроводе и какие используются обозначения. Максимальное и минимальное значение давления в баке обозначаются как Pmax и Pmin. Разность между этими величинами всегда имеет прямую зависимость от объема воды, которая поступает в систему из гидроаккумулятора. Высокое значение разности двух давлений говорит о том, что КПД бака достаточно высок, но при этом слишком большая разность создает вероятность прорыва мембраны.

Расчет максимального и минимального давления в трубах водоснабжения осуществляется в соответствии со следующими правилами:

  1. Усилие в мембранной камере должно быть достаточным для подъема воды на максимальную высоту расположения труб в здании. Например, для системы высотой 10 м требуется давление, равное 1 бар. Чтобы насос запускался, к расчетной величине Pmin нужно прибавлять 0,2 бар, то есть в результате минимальное давление будет равняться 1,2 бар.
  2. Чтобы достичь нормального водозабора, нужно измерить расстояние между расположением верхней водозаборной точки и гидроаккумулятором. С учетом перепада давления в кранах, который должен составлять не менее 0,5 бар, получается, что минимальное давление для системы высотой 10 м составляет 1,5 бар.
  3. Максимальное давление высчитывается в зависимости от эксплуатационных показателей насоса, гидравлического сопротивления в трубах водоснабжения и стабильности электросети, которая также оказывает влияние на работу насоса.


Такая методика расчета не отличается простотой, но ее можно упростить. Достаточно знать, что разность давления в трубопроводе загородного дома должна находиться в пределах 1-1,2 бар. Если знать это правило, то рассчитать давление в трубопроводах водоснабжения становится очень просто – к минимальному значению прибавляется разность давлений (в рассматриваемом случае итоговое значение максимального давления составляет 2,7 бар).

Специалисты в области прокладки водопроводных сетей советуют при расчете максимального значения давления в системе учитывать мощность насоса, которая должна быть на 30% больше Pmax. То есть, достаточно подобрать насос, который обеспечит минимальный напор воды.


Чтобы измерить давление в трубах водоснабжения, используется обычный манометр. Измерения лучше всего проводить в динамике, когда вода движется по трубам. Для обеспечения корректности замеров стоит открыть хотя бы два крана до упора.

Если динамическое давление на протяжении суток серьезно меняется, то можно говорить о нарушении работы водопровода. Также нужно знать, что значения, полученные при измерении системы горячего водоснабжения, могут сильно отличаться от показаний водопровода, транспортирующего холодную воду.

Немаловажным является и погрешность устройств, используемых для проведения замеров. Достаточно хорошим является класс прибора 0,6, погрешность которого составляет 0,6%. Впрочем, для бытового использования вполне подойдет устройства класса 1,5.

Эксплуатация труб водоснабжения

Любой водопровод требует качественного и регулярного обслуживания. Первым делом система проверяется на герметичность. После устранения протечек, если таковые имеются, необходимо измерить давление в системе при помощи манометра. При замерах должно получиться значение, равное Pmin.

Если результат измерений на 10% ниже, чем минимальное расчетное значение давления, то нужно воспользоваться компрессором и увеличить давление до значения, необходимого для запуска насоса. Когда насос выключился, нужно снова измерить давление, но на этот раз его нужно сравнивать с Pmax при той же погрешности. Остается только открыть и закрыть кран, чтобы удостовериться в корректной работе системы водоснабжения.

Гидравлические удары в трубах водоснабжения

Вода, транспортируемая по трубам, имеет определенную инерцию, поэтому при резкой остановке жидкость начинает уплотняться в результате давления, оказываемого той частью воды, которая продолжает движение. В результате появляется сильная ударная волна, направленная в противоположную току воды сторону.

Для разных материалов скорость распространения ударной волны будет отличаться, но эта величина всегда достаточно опасна. Например, в том случае, если насос прекратил подачу воды в расположенный над ним резервуар, вода устремится вниз и тем самым создаст зону повышенного давления.


Эта зона рано или поздно все же достигнет резервуара, но отразится им в сторону насоса, который из-за гидравлического удара может начать работать в обратную сторону. Даже если установить обратный клапан, проблема все равно будет возникать – уплотненная вода все равно ударит в одну из слабых точек системы.

Чтобы такое явление не возникало, необходимо использовать обратный клапан, время срабатывания которого зависит от времени перемещения воды к резервуару и от него. Получится формула вида T = 2L/V, в которой L – расстояние между насосом и резервуаром, а V – скорость движения ударной волны.

Используя эту формулу и известные значения скорости распространения ударной волны, можно нивелировать воздействие гидроударов на систему водоснабжения. Для уменьшения скорости срабатывания обратных клапанов используются дополнительные клапаны-гасители, за счет которых и обеспечивается защита системы.

Заключение

Правильное давление в трубах водоснабжения – это один из важнейших параметров данной системы, напрямую влияющий на ее эффективность и долговечность. Рассчитывать давление в трубах водоснабжения в квартире и частном доме необходимо, чтобы снизить вероятность повреждения системы и последующего ремонта.  


Давление подачи воды в чем измеряется

Единицы измерения давления в водопроводе: как повысить напор до соответствия со СНиП

Оглавление:

О давлении воды в водопроводе никто не задумывается до тех пор, пока оно не напомнит о себе: течет вода из крана, и, кажется, неплохо течет, но спустя пару минут поток уже напоминает тонкую нитку. Тогда-то встревоженные жильцы многоэтажек начинают выяснять друг у друга, что случилось с напором воды и каким оно должно быть в нормальных условиях.

Как измерить давление воды в системе

Вопрос отпадает, если у вас уже установлен манометр на входе в систему. Если нет, то потребуется 5 минут времени и следующие полезные вещи:

Манометр для воды.

Штуцер с резьбой 1/2 дюйма.

Шланг подходящего диаметра.

Червячные хомуты.

Сантехнический скотч.

Шланг одним концом надеваем на манометр, вторым на штуцер. Фиксируем хомутами. Идем в ванную. Откручиваем душевую лейку и на ее место определяем штуцер. Несколько раз переключаем воду между режимами душ-кран, чтобы выгнать воздушную пробку. Если стыки подтекают, то заматываем соединение сантехническим скотчем. Готово. Взгляните на шкалу манометра и узнайте давление в водопроводе.

Вариант со шлангом универсален. Однако, вместо шланга с хомутами можно использовать переходники с выходом на 1/2 дюйма. Необходимая резьба переходника на входе зависит от резьбы конкретного манометра (метрическая, 3/8, 1/4).

Единицы измерения давления: таблица перехода физических величин

Существуют такие физические величины, прямо или косвенно связанные с давлением жидкости:

Величина водяного столба. Внесистемная единица измерения давления. Равна гидростатическому давлению столба воды высотой 1 мм, оказываемому на плоское основание при температуре воды 4 °С при нормальных показателях плотности. Используется для гидравлических расчетов.

Бар. Примерно равен 1-й атмосфере или 10 метрам водяного столба. Например, для бесперебойной работы посудомоечной и стиральной машин необходимо, чтобы давление воды составляло 2 бара, а для функционирования джакузи — уже 4 бара.

Техническая атмосфера. За нулевую точку берется значение атмосферного давления на уровне Мирового океана. Одна атмосфера равна давлению, которое возникает при приложении силы в 1 кг на площадь 1 см².

Как правило, давление измеряется в атмосферах или барах. Эти единицы различаются по своим значениям, но вполне могут быть приравнены друг к другу.

Но есть и другие единицы:

Паскаль. Единица измерения из международной системы единиц физических величин (СИ) давления, знакомая многим из школьного курса физики. 1 Паскаль это сила в 1 ньютон на площади в 1 м².

PSI. Фунт на квадратный дюйм. Активно применяется за океаном, но в последние годы входит в обиход и в нашей стране. 1 PSI = 6894,75729 Па (смотрите таблицу ниже). На автомобильных манометрах часто шкала деления размечена в PSI.

Таблица перехода единиц измерения выглядит так:

Паскаль (Pa, Па)Бар (bar, бар)Техническая атмосфера (at, ат)Миллиметр ртутного столба (мм рт. ст., mm Hg, Torr, торр)Метр водяного столба (м вод. ст., m H2O)Фунт-сила на кв. дюйм (psi)
1 Па1 Н/м 210 −510,197×10 −67,5006×10 −31,0197×10 −4145,04×10 −6
1 бар10 51×10 6 дин/см 21,0197750,0610,19714,504
1 атм98066,50,9806651 кгс/см 2735,561014,223
1 атм1013251,013251,03376010,3314,696
1 мм рт. ст.133,3221,3332×10 −31,3595×10 −31 мм рт. ст.13,595×10 −319,337×10 −3
1 м вод. ст.9806,659,80665×10 −20,173,5561 м вод. ст.1,4223
1 psi6894,7668,948×10 −370,307×10 −351,7150,703071 lbf/in 2

Согласно СНиП и Постановлению Правительства РФ «О порядке предоставления коммунальных услуг гражданам», допустимое верхнее значение давления в водопроводной системе не должно превышать 6 атмосфер, а нижнее — не менее 0,2 атмосферы. Большее давление может разорвать старые трубы, а при меньшем не будет работать и кран.

Оптимальное давление воды в водопроводе должно быть таким, чтобы обеспечивать каждую квартиру независимо от этажности. Приемлемые условия, это когда можно одновременно пользоваться несколькими точками водозабора. Например, принимать душ и мыть овощи на кухне.

Давление воды при входе во внутреннюю сеть каждой квартиры должно составлять от 0,3 до 4,5 атмосферы, или бар, для горячей воды, и от 0,3 до 6,0 атмосфер для холодной.

Почему давление в водопроводе бывает слабым?

Низкое давление воды в водопроводе доставляет неудобства при пользовании многими бытовыми приборами и не дает совершать водные процедуры с использованием душа.

Низкое давление, или слабый напор воды, если говорить народным языком, может возникнуть в водопроводной системе в следующих случаях:

Увеличенный забор воды на линии. Это наблюдается в большей степени летом и осенью, когда начинается пора садово-огородных работ и заготовки запасов на зиму, поскольку у некоторых горожан, особенно в провинции, земельные наделы могут быть устроены непосредственно во дворах многоквартирных домов.

Неисправность насоса. На распределительной станции может выйти из строя насос, в результате темпы подачи воды многократно снизятся.

Нехватка электричества на насосной станции. Наверняка жители многоквартирных домов замечали, что при отключении электроэнергии перестает подаваться и вода.

Засорение водопроводных труб. Возможно, в систему попала окалина и прочий мусор, закупоривший внутреннее сечение.

Утечка воды. Из-за прорыва трубопровода давление в системе резко падает и не восстанавливается вплоть до устранения аварии.

Несколько проблем одновременно. Беда не приходит одна. Причины могут пересечься в самый неподходящий момент.

Кто виноват и что делать?

Дачники могут решить проблему низкого давления в водопроводе довольно просто: при помощи различных насосных станций или использования автономного водоснабжения.

Жильцам многоэтажных домов придется потрудиться. Для этого необходимо составление коллективного письма в управляющую организацию с требованием предоставления услуг в надлежащем виде согласно договору, и требование о перерасчете оплаты за некачественную услугу.

Для составления бумаг нужно официально зафиксировать показатели давления воды на этой линии.

Как поднять давление воды?

Повысить давление воды в отдельно взятой квартире можно так:

Обратиться в ЖЭК или ДЭЗ или ТСЖ и управляющую организацию. Как показывает практика, это все же стоит делать коллективно. Так увеличатся шансы на своевременное решение вопроса. При отсутствии помощи со стороны государственных органов следует самостоятельно попробовать повысить давление воды в квартире

Установить самовсасывающий насос. Однако, он будет забирать всю воду из стояка, обделяя тем самым жильцов нижних и верхних этажей.

Выполнить монтаж насоса. Прибор способен повысить давление в системе.

Установить накопительную емкость. К ней можно подключить бытовые приборы, поскольку давление возрастет. Хоть и не сильно.

Последний вариант особенно подходит жильцам многоэтажек в районах с отключениями воды по установленному четкому графику. Такое оборудование работает в автоматическом режиме.

Прежде чем самостоятельно увеличивать давление воды в водопроводе с помощью специальных приборов, рекомендуем попробовать решить эту проблему «мирным путем». Как правило, это дает результат.

Частично решить проблему поможет монтаж обратных клапанов — полезные функции обратных клапанов для воды.

Источник

Давление воды в водопроводе частного дома и квартиры

Автор Монтажник На чтение 14 мин. Просмотров 7.2k. Обновлено

Один из важнейших показателей в сетях коммунального и индивидуального водоснабжения – водный напор, призванный обеспечить удобство пользователя санитарными приборами и функционирование бытовой техники, водонагревательного оборудования. Давление воды в водопроводе должно поддерживаться на определенном уровне, регламентированном нормативами в многоквартирных коммунальных домах (МКД) и устанавливаемом самостоятельно собственниками индивидуальных жилых домов.

Знание нормативов может быть полезно при отклонениях напорных характеристик от стандартизированных норм в жилых МКД, создающее проблемы при пользовании холодной и горячей водой. В этом случае при самостоятельном или с помощью специалистов замерах можно добиться официального принятия мер по нормализации установленных нормативными документами напорных параметров водоподачи, перерасчета коммунальных платежей.

Рис. 1 Манометры в бытовых автономных водопроводах

Что это и единицы измерения давления воды

Любая жидкость, обладая собственной массой и находясь в открытом резервуаре, действует на его поверхность с одинаковым усилием во все стороны, пропорционально своему весу и площади растекания. Данная закономерность в свойствах жидкостей впервые были замечена и проанализирована опытным путем Блезом Паскалем в 1653 г, поэтому единица измерения давления столба жидкости в статическом (неподвижном состоянии) на условном уровне также получила аналогичное наименование Паскаль.

Паскаль относят к международной системе измерений СИ и принимают равным давлению, которое оказывает сила в 1 Ньютон на площадь поверхности в один квадратный метр (1 Па = 1Н/м2).

Так как Паскаль по техническим меркам является слишком малой измерительной единицей (создает на поверхности усилие, равнозначное 1 кг вещества, рассыпанного по площади 1 квадратный метр), то в государственных стандартах и техдокументации пользователь чаще сталкивается со следующими более крупными единицами измерений:

Мегапаскаль (Мпа) – популярная техническая единица измерения давления, равная 106 Па, приблизительно равна 100 м водяного столба и связана с атмосферой следующими соотношениями: 1 атм. = 0,1 МПа или 1 МПа = 10 атм. Мегапаскаль широко применяется в нормативных документах (госстандарты, санитарные нормы и правила) для указания технических характеристик рабочей среды, труб, арматуры, оборудования.

Метр водяного столба – величина на четыре порядка больше Паскаля (1,0197⋅104 Па), наиболее удобная с практической точки зрения. Она показывает, на какую высоту может быть поднята вода температурой + 4 °С при приложении данного усилия.  Метр водяного столба на порядок меньше одной атмосферы или бара, показатель часто используют в технических характеристиках водонасосного оборудования (погружные скважинные и колодезные электронасосы, поверхностные станции).

Потребитель при приобретении электронасоса в случае указания его напорных параметров в метрах, сразу имеет полное представление, на какую высоту агрегат может поднять воду из колодца или скважины. Также метрами водяного столба весьма удобно пользоваться при расчетах протяженности водоподающих магистралей, оставляя неизменной длину вертикальных участков и переводя расстояния горизонтальных отрезков в стандартное соотношение 1 к 10 при трубном внутреннем диаметре в 1 дюйм.

В техдокументации иногда указывают единицу гидростатического давления в миллиметрах водяного столба мм. вод. ст., редко используемую в практических областях гидротехники.

Рис. 2 Таблица взаимосвязи измерительных единиц

Атмосфера. Техническая (10,197⋅104 Па) или физическая (9,8692⋅104 Па) атмосфера показывают силу воздействия 1 кг воды (кгс) на площадь размером в квадратный сантиметр. Атмосфера используется практически во всех технических областях: нормативных документах, физических характеристиках гидравлического оборудования, арматуры, рабочей среды.

Бар – измерительная единица, ровно на 5 порядков меньше Паскаля, вместе с атмосферой широко применяются для указания гидравлических характеристик насосного, водонагревательного оборудования, различных типов арматуры и приборов автоматики.

Килограмм-сила на сантиметр квадратный (кгс/см²) – измерительная единица, присутствующая практически во всех санитарных нормах и правилах, а также в государственных стандартах, чаще других проставляется в таблицах.

Из приведенных значений измерительных единиц можно сделать вывод, что три из них – бары, атмосферы, и килограмм сила на кв. см. примерно равны между собой. Практически при любых упрощенных бытовых расчетах незначительную разницу в показаниях приведенных единиц можно не учитывать.

Высота водяного столба приблизительно в 10 раз меньше предыдущих перечисленных измерительных единиц, а один мегапаскаль наоборот, примерно в 10 раз больше.

Рис. 3 Нормативы из постановления РФ от 6 мая 2011 г N 354

Какое давление воды в водопроводе многоквартирного дома

В правительственном постановлении РФ от 6 мая 2011 г № 354, регламентирующем порядок предоставления коммунальных услуг гражданам, проживающих в МКД или использующих в них помещения для различных целей, оговорено максимальное и минимальное давление в магистрали горячего (ГВС) и холодного (ХВС) водоснабжения.

Общепринятым считается напор холодной воды в точке водозабора от 0,03 МПа (0,3 кгс/см2, атм., бар) до 0,6 МПа (6 кгс/см2, атм. бар).

Для водоразборных колонок, которыми могут пользоваться жильцы при отсутствии водопроводных коммуникаций, установлен минимальный напор в 0,1 Мпа (1 кгс/см2).

Для горячего водоснабжения существующие нормативы в водоразборной точке чуть ниже ХВС и находятся в границах от 0,03 Мпа (0,3 кгс/см2) до 0,45 Мпа (4,5 кгс/см2).

Приведенные нормативы распространяются на часы максимального забора утром с 7.00 до 9.00 и вечером с 19.00 до 22.00., то есть в то время, когда объемы потребления из магистрали имеют наивысший показатель.

Рис. 4 Нормы расхода на одного жильца домов квартирного типа по СНиП 2.04.01-85*

Свободный напор

Понятно, что давление во внутреннем квартирном водопроводе многоэтажек напрямую связано с его параметрами на входе, в СНиП 2.04.02-84 регламентированы его значения в наружных водоносных сетях, основные пункты документа:

  • Согласно нормативам, давление в городском водопроводе населенных пунктов с учетом максимальных объемов потребления для хозяйственных и питьевых нужд на входе в здания принимают минимум 10 м (1 атм.). При расчетах требуемого напора на входе многоэтажек к каждому этажу прибавляют по 4 м.
  • Если имеется возможность регулировки давления в магистральной сети на входе в здание, то допустимо принимать его добавление на каждый этаж по 3 м. Здания при этом должно быть оснащено резервуарами для хранения водных запасов.
  • Если к наружным водопроводным сетям подключены здания разной этажности или построенные на возвышенностях, допустимо устанавливать местное насосное оборудование для увеличения напора в многоэтажках и сооружениях, возведенных на высотах.
  • Так как водоразборные колонки подключены к наружным водоносным сетям и находятся на высоте домовых вводов, размещенных на уровне земли, минимальный напор в них принимают равным 10 м.
  • Предельный показатель входного напора в здания для водоподающих сетей хозяйственного и питьевого назначения не должен быть выше 60 м.
  • Если к наружной водопроводной сети с давлением в трубах 60 м подключают отдельные здания или районы, для компенсации избыточного напора используют регуляторы или систему водоподачи разбивают на зоны.
  • Помимо водоподающих сетей для хозяйственно-бытовых нужд и питьевого назначения, в населенных пунктах прокладывают противопожарные линии низкого и высокого давления.
  • Для противопожарных трубопроводов низкого давления принимают напор не менее 10 м. Если ветви хозяйственно-питьевого и противопожарного назначения объединяют, максимальный уровень напора не должен быть выше 60 м.

Рис. 5 Схемы водозабора из колодца и скважины

Статья по теме:

Схема водоснабжения частного дома от скважины с гидроаккумулятором. В отдельной статье даются схемы подключения гидроаккумулятора, рассказывается про монтаж водоснабжения из скважины с погружным и поверхностным насосом.

Давление в системе водоснабжения частного дома

Загородные жилые дома коттеджного типа могут подключаться как к централизованным магистралям подачи горячей и холодной воды, так и к линии автономного водоснабжения.

Обычно емкостями для водозабора хозяйственно-питьевой воды при индивидуальном водоснабжении являются колодезные и скважинные источники, из которых водные ресурсы направляются в дом.

Наиболее распространенная схема водоподачи реализуется при помощи погружных электронасосов или поверхностных насосных станций, которые из колодезного или скважинного источника отправляют воду по ПНД трубам в здания. При этом вода постоянно находится во внутреннем водопроводе, а насос автоматически отключается, если водные ресурсы не используются и включается при водопотреблении.

Иногда при автономном водоснабжении возникают ситуации, когда дебит скважинного или колодезного источника невелик и он не может обеспечить водозабор в нужных объемах в течении длительного времени. В этой ситуации выходом служит использование накопительной емкости, которую устанавливают как можно выше (на верхнем этаже или чердаке здания) и наполняют водой при помощи электронасоса.

Рис. 6 Схема и вид водоснабжения с гидроаккумулятором

Основное оборудование для автономного водоснабжения

Стандартная система автономного водоснабжения включает в себя водоподающий агрегат (погружной или поверхностный электронасос), реле давления и при необходимости сухого хода, гидроаккумулятор, манометр. При водозаборе насос наполняет водой внутренний трубопровод и расширительный бак, а гидрореле в водопроводной сети является основным прибором автоматики. Оно отключает подачу питания на насосный агрегат при достижении в линии определенного напора.

Верхняя и нижняя граница включения и отключения электронасоса устанавливаются вручную при настройке реле, каждый из предлагаемых на рынке приборов имеет свой диапазон и пограничные значения давлений.

Оптимальное давление при типовой схеме водоподачи

Стандартное реле для работы в водоподающей системе одноэтажного дома рассчитано на рабочее давление в водопроводной сети примерно от 1,5 до 3 бар (в популярные модели реле включены заводские настройки рабочего диапазона от 1,4 до 2,8 бар). Стоит отметить, что показатель в 3 бара примерно равен среднему значению между установленными нормативами для многоквартирных домов показателей от 0,3 до 6 атм.

Рис. 7 Схема водоснабжения с водозабором из скважины с накопительным баком

Если индивидуальный дом имеет высоту в два и более этажей, по аналогии с напорными показателями многоэтажного дома к каждому этажу добавляют по 0,5 бар. Учитывая, что внутренний водопровод индивидуального жилого дома имеет намного большую протяженность, чем в городских квартирах, и соответственно в нем выше гидропотери, показатель в 0,5 бар иногда увеличивают до 1.

То есть на входе внутреннего трубопровода ХВС в частный дом при наиболее часто встречающийся высоте в два – три этажа вполне может быть установлено реле с порогом срабатывания примерно от 3,5 до 5 бар и соответственно напор на наружном вводе может доходить до 50 м.

Норма давления при использовании накопительной емкости Накопительный резервуар, размещенный на верхнем этаже или чердаке загородного дома, создает напор, равный высоте его нахождения над уровнем земли. Водный объем для наполнения емкости обеспечивают погружной электронасос или насосная станция с забором из колодца или скважины.

Если в двухэтажном доме расстояние между подвалом и чердаком может достигать 10 м, что равнозначно давлению в 1 бар и вполне достаточно для работы самотечной системы отопления, то в случае потребления воды сантехприборами и водонагревательным оборудованием этой величины может не хватить для их нормального функционирования. Собственнику придется принимать меры по повышению гидронапора, обычно для этих целей в трубопроводный контур встраивают специальный повысительный электронасос.

Рис. 8 Зависимость срока службы полипропиленовых труб от их температурных и напорных параметров

Возможно будет полезным почитать про охранную зону водопровода

Разновидности давлений трубопроводов

Любой пользователь, самостоятельно занимающийся водоснабжением, нередко сталкивается с различными терминами, определяющими давление в водопроводе, основные из них (по ГОСТ 356-80 (СТ СЭВ 253-76):

Номинальное PN. Приобретая на строительном рынке трубы для монтажа водопровода, часто сталкиваются с указанием срока их службы, у изделий из различных материалов он разный и колеблется в диапазоне от 20 лет для сталей и 50 лет для полимеров.

Пользователю следует знать, что показатель PN означает, что труба при данном наибольшем избыточном напоре может функционировать указанный эксплуатационный срок при единственном условии – температура рабочей среды не должна превышать порога в + 20 °С.

Рабочее Рр. Известно, что при повышении температуры транспортируемой среды, эксплуатационный срок любых трубопроводов снижается. В контуре отопления температура теплоносителя обычно не выходит за границы диапазона 50 – 70 °С для радиаторов и 35 – 50 °С для теплых полов, то есть номинальный PN для этих труб не актуален.

Поэтому для трубопроводов дополнительно устанавливают рабочее давление в системе водоснабжения, равное наибольшего избыточному, при котором труба может функционировать отведенный ей срок службы в заданном эксплуатационном режиме. Обычно Рр рассчитывается при подаче рабочей среды определенной температуры (обычно выше + 20 °С) или отличных от нейтральных водных ее физико-химических характеристиках.

Пробное Рпр. Указывает избыточное нормативное давление, которое устанавливают при проведении гидравлических испытаний трубопроводов и арматуры на прочность и герметичность соединений в стандартизированном диапазоне температур от + 5 до + 70 °С.

Рис. 9 Редуктор и его конструктивное устройство

Как уменьшить давление

С проблемой высокого давления обычно сталкиваются жильцы нижних этажей многоэтажек, где для обеспечения нужного диапазона 0,3 – 6 атм. вверху приходится подавать воду с повышенным напором снизу. Чрезмерный напор в контуре приводит к ускоренному износу трубопроводной арматуры, неудобствам при пользовании смесительными приборами и санитарной техникой (повышенный шум в кранах).

Проблема в МКД решается довольно просто – чтобы снизить давление, вентилями на входе в квартиру от стояков ХВС или ГВС уменьшают сечение проходного канала.

Если в системе наблюдаются резкие перепады давления, для его снижения или стабилизации можно использовать редуктор. На приборе имеется регулятор, позволяющий понизить давление, выставив предельно допустимый напор на входе в квартиру (к примеру, показания в 2 или 3 атм.), пороговое значение которого не может быть превышено.

В автономном водоснабжении загородных домов проблема слишком высокого напора решается на этапе монтажа – на гидрореле подкручивают регулировочный винт, который понижает верхний порог его срабатывания.

Рис. 10 Повысительные насосы повышающие давление воды в водопроводе и их использование

Как повысить напор

В квартире или доме коттеджного типа напор в трубопроводе можно повысить единственным способом – установкой в магистраль специального повысительного насоса.

Агрегат своими лопастями рабочего колеса будет проталкивать воду по трубам с повышенной скоростью, создавая при этом в магистрали повышенное давление.

В многоэтажках МКД может возникнуть ситуация, когда применение повысительного электронасоса в квартире приведет к откачиванию воды из стояков потребителей вышерасположенных или нижних этажей. Чтобы избежать жалоб от соседей и возможных неприятностей один из вариантов – установить в квартире накопительную емкость. В нее монтируют поплавковый выключатель, имеющий внутри связанный с рычагом автоматический запорный клапан и подсоединяют входной патрубок к водопроводу. После наполнения резервуара водой поплавок поднимается и перекрывает водоподачу (принцип работы аналогичен системе наполнения унитазов).

Так как накопительная емкость не всегда может обеспечить требуемый напор в квартире, в линию дополнительно монтируют повысительный насос, автоматически включающийся при напоре в трубопроводе 0,2 или 0,3 бара.

Рис. 11 Замер напора в квартире

Нормы давлений для работы сантехники и оборудования и способы его определения

Стоит отметить, что нижний порог напора воды в трубопроводах в 0,3 бара был выбран не случайно – подавляющее большинство сантехнических приборов нормально функционируют при данных параметрах.

Если устанавливается водонагревательное оборудование (электрические бойлеры, газовые колонки, котлы на различных типах топлива) нормативы рабочего давления на их входе бывает намного выше установленного минимального предела в 0,3 бара, показатель может доходить до 1 бара.

Для агрегатов нагрева воды, размещаемых в индивидуальных домах, это не играет большой роли – необходимый напор устанавливают самостоятельно на реле давления. При использовании водонагревательного оборудования в квартирах следует быть внимательным и перед установкой изучить технические характеристики в отношении рабочего давления воды на входе прибора.

При измерении давления в магистрали обычно используют манометр, но так прибор имеется не у каждого пользователя и для его правильного подключения к трубопроводу требуются специальные фитинги, рабочее давление в трубах водоснабжения некоторые потребители пытаются определить другими методами.

Рис. 12 Таблица замеров с банкой

Самый простой и общеизвестный способ узнать, какое давление в водопроводе – подсчитать время наполнения водой трехлитровой банки. Из таблицы на рис. 12 видно, что если временной интервал заполнения трехлитровой банки превышает 8 секунд, то в водопроводе напор меньше нижнего порога в 0,3 бара.

Стоит отметить, что данный способ замеров (в большей степени некорректные данные из приведенной таблицы) является абсолютно необъективным, так как само давление не имеет линейной связи с расходом. Если наполнять банку из смесителя – он имеет узкий проходной канал и эксперимент с банкой покажет по таблице пониженное значение давления.

Приведенные табличные данные стоит увеличивать примерно в 10 раз – фактически при измерениях специалистами ЖЭС на выходе стояка показаниям манометра в 1,3 бар соответствует наполнение банки за 20 секунд.

Если исходить из санитарных норм расхода, приведенных в таблице рис. 13, трехлитровая банка из крана должна наполняться за 30 секунд при напоре в системе 0,2 бара и минимальном внутреннем диаметре подводки в 10 мм. Это значение выше в 3 раза табличных данных из рис. 12, но также не является корректным.

Так что самый объективный способ определения давления в квартире – измерение его при помощи манометра на входном вентиле от стояков горячего или холодного водоснабжения.

Рис. 13 Расходы и свободные напоры санитарных приборов по СНиП 2.04.01-85*

Поддержание рабочего значения давления воды в системе водоснабжения многоквартирного или индивидуального дома является одной из основных задач соответственно коммунальных служб или собственника. Для точного определения его параметров в случае предъявления претензий в жилищно-коммунальные службы или регулировки порогов срабатывания системы индивидуального водоснабжения, используют только манометр.

Динамическое давление морского дна вокруг подземных трубопроводов на мелководье

Из-за очевидного нелинейного эффекта, вызванного мелкими волнами, нелинейные волновые нагрузки имеют большое влияние на подземные трубопроводы на мелководье. Чтобы обеспечить их устойчивость, необходимо тщательно учитывать силы, действующие на трубопроводы в результате нелинейных волн. Основываясь на теории консолидации Био и приближенной теории кноидальных волн первого порядка, в данной статье впервые получены аналитические решения для давления поровой воды вокруг подземных трубопроводов на мелководье, вызванного волнами.В лаборатории исследуется динамический отклик морского дна вокруг трубопроводов на воздействие нерегулярных волн, и результаты сравниваются с аналитическими. Эксперименты показывают, что максимальное значение порового давления воды находится в верхней части трубопроводов, а значение в нижней части трубопроводов — минимальное. Амплитуда порового давления воды в верхней половине морского дна, возникающая из-за волн, имеет большие колебания, а амплитуда в нижней половине остается стабильной.Для песчаного морского дна поровое давление воды на одной и той же глубине изменяется с течением времени с колеблющейся амплитудой, и теоретические значения хорошо согласуются с результатами испытаний.

1. Введение

Прокладка подводных трубопроводов является одним из ключевых проектов в деятельности по эксплуатации нефтяных и газовых ресурсов океана. Подводный трубопровод, который называют «спасательным кругом» морских нефтегазовых месторождений, постепенно стал артерией транспортировки энергии по мере ускорения темпов разведки и добычи нефти на шельфе.Режимы прокладки подводных трубопроводов в основном можно разделить на два типа: закладка (глубокая и мелкая) и прямая укладка. Из-за высокой стоимости и сложности строительства глубоко заглубленных трубопроводов и уязвимости к внешним нагрузкам при прямом размещении трубопроводов, режим неглубоких заглублений в основном применяется в процессе строительства трубопроводов. Как правило, морские проекты на мелководье сильно подвержены волновым нагрузкам.

Волновое давление на поверхность морского дна периодически изменяется по мере распространения волны, и это вызывает избыточное давление поровой воды и эффективное напряжение, когда она передается на морское дно.Таким образом, изменяется распределение эффективного напряжения на морском дне. Для рациональной оценки устойчивости подводных трубопроводов под воздействием волн и, следовательно, обеспечения их нормальной работы, следует учитывать влияние порового давления воды на морское дно вокруг трубопроводов, вызванного волнами. На основе результатов предыдущих исследований и с учетом сжимаемости поровой воды и морского дна аналитические решения по давлению поровой воды вокруг заглубленных трубопроводов при нелинейных волновых нагрузках получены методом разделения переменных на основе метода Био. консолидация и приближенная теория кноидальных волн первого порядка.Лабораторные испытания проводятся для проверки теории.

2. Общие сведения

Динамическому отклику морских почв уделялось большое внимание с 1940-х годов. Ранние теории основывались на предположении о жестком каркасе грунта и несжимаемой поровой жидкости, и также предполагалось, что поток поровой воды соответствует закону Дарси, а распределение избыточного давления поровой воды удовлетворяет формулировке Лапласа [1–5]. Последующие аналитические подходы предполагают, что поровая вода является сжимаемой, а морское дно не деформируется [6–8].Подходы третьего этапа учитывали сжимаемость поровой воды и предполагали, что поток поровой воды соответствует закону Дарси. Согласно теории Био, эти подходы предполагают, что скелет морских грунтов представляет собой изотропное упругое тело, что означает, что механические свойства морского дна при небольшой деформации обратимы, линейны и изотропны, а течение поровой воды соответствует закону Дарси. Принимая во внимание зависимость напряжения от деформации и движения поровой воды и каркаса грунта, динамический отклик упругих морских грунтов конечной или бесконечной глубины под действием линейных прогрессивных волн был изучен с использованием аналитических подходов близкой формы.Многие исследователи [9–12] приняли такой подход и достигли различных результатов.

При заглублении трубопровода на морское дно следует учитывать взаимодействие между трубопроводами, грунтом и волнами. Как следствие, проблема плавных потоков в пористом проницаемом морском дне и распределения избыточного давления поровой воды становится более сложной. Ранее исследователи не учитывали сжатие поровой воды и деформацию каркаса почвы. Аналитические решения фильтрационного давления вокруг заглубленных трубопроводов в морских грунтах с конечной или бесконечной глубиной были получены в предположении, что грунты являются твердым телом, на основе теории потенциального потока [13–15].В предположении проницаемости твердого морского дна некоторые исследователи изучали распределение избыточного порового давления воды вокруг заглубленных трубопроводов на морском дне, используя методы конечных разностей, конечных элементов и граничных интегралов [16–18]. Затем, используя теорию консолидации Био, некоторые исследователи проанализировали распределение избыточного порового давления воды вокруг заглубленных трубопроводов под действием волн [19–27].

Теории, упомянутые выше, основаны на теории линейных волн.Нелинейность волн на мелководье очевидна и требует внимательного рассмотрения. В последнее время ученые в основном использовали теорию консолидации Био, метод конечных элементов и теорию волн Стокса для изучения динамического отклика морского дна и трубопроводов [28–30]. Что касается применения волновых теорий, Ле Мехо [31] считал, что теория волн Стокса применима для глубоководных вод. Кроме того, теория уединенных волн и теория кноидальных волн больше подходили для мелководья [32]. В последние годы многие ученые начали интересоваться взаимодействием уединенных волн и морских структур [33–35].Основываясь на теории дифракции уединенной волны и теории консолидации просачивания волн Био, Li et al. [35] вывели математическое решение поля фильтрационного давления на морском дне с помощью метода собственных функций, а также оценили фильтрационные нагрузки на дне вертикального цилиндра, покоящегося на пористом морском дне. Сяо и Хуанг [36] создали трехмерную численную модель и проанализировали взаимодействие между уединенными волнами и цилиндрическими сваями в прибрежной зоне прибоя. Некоторые выводы теории уединенных волн отличаются от естественных условий.Поэтому при исследовании нелинейного влияния волн на мелководье более уместна теория кноидальных волн. На основе теории кноидальных волн первого приближения Sun и Qiu [37] получили аналитическое решение волновых сил на подземных трубопроводах под действием нелинейных волн на мелководье с использованием метода изображений. Основываясь на теории кноидальных волн, Xu et al. [38] и Zhou et al. [39] рассчитали волновое давление на поверхность морского дна под действием волн в прибрежной области, а также изучили реакцию порового давления на морское дно на действие кноидальных волн путем анализа параметров.Согласно их заключению, было обнаружено, что проницаемость морского дна и сжимаемость поровой воды имеют большое влияние на реакцию порового давления на морское дно.

3. Управляющие уравнения и граничные условия

Как показано на Рисунке 1, предполагается, что морское дно бесконечно глубокое, а трубопровод с радиусом закопан в морское дно, а глубина заглубления составляет. Волны распространяются в направлении, перпендикулярном трубопроводу, то есть по оси -оси, а направление оси-оси — вертикально вверх.Основываясь на теории консолидации Био, основные уравнения для грунтов могут быть выражены как [40] где — модуль сдвига грунтов; обозначает двумерный оператор Лапласа; обозначает смещение почвы по направлению; — коэффициент Пуассона почв; обозначает объемную деформацию; давление поровой воды; обозначает горизонтальную ось координат, как показано на рисунке 1; — смещение грунта по направлению; глубина в почве, как показано на рисунке 1; коэффициент проницаемости; — весовая плотность морской воды.


Чтобы упростить анализ динамической реакции вокруг подводных трубопроводов под действием волн с помощью теории консолидации Био, приняты следующие допущения.

(1) Почвы морского дна изотропны и однородны. (2) Коэффициент сжатия скелета грунта морского дна и поровой воды постоянен. (3) Деформация каркаса грунта морского дна подчиняется закону Гука. (4) Поровая вода представляет собой несвязную жидкость. (5) Водоносный горизонт над морским дном несжимаемый.(6) Волновое поле над морским дном является безвихревым. (7) Закон Дарси выполняется при просачивании с морского дна. (8) Коэффициент проницаемости грунтов морского дна постоянен. (9) Материалы стенки трубы непроницаемы. (10) Потери энергии при распространении волн не учитываются. Движение морского дна, вызванное волнами, является микроколебаниями в состоянии гидростатического равновесия, поэтому приведенные выше предположения являются разумными.

Для сжимаемой жидкости в сжимаемой среде основное уравнение движения может быть записано как [41] где — пористость, а — объемный модуль упругости воды ().

Трудно решить связанные уравнения (1) и (2), поэтому член смещения исключается, и основное уравнение для давления поровой воды может быть записано как [42] в котором.

Предполагается, что морское дно бесконечно глубокое, а грунты являются однородной средой и удовлетворяют следующим граничным условиям: где

Оценка падения давления вдоль трубопроводов

Самый простой способ перекачки жидкости в замкнутой системе из точки А в Точка B — через канал или трубу (, рис.1 ).

  • Рис. 1 — Система потока жидкости (любезно предоставлена ​​AMEC Paragon).

Конструкция трубопровода

Минимальные базовые параметры, которые требуются для проектирования системы трубопроводов, включают, помимо прочего, следующее.

  • Характеристики и физические свойства жидкости.
  • Требуемый массовый расход (или объем) транспортируемой жидкости.
  • Давление, температура и высота в точке А.
  • Давление, температура и высота в точке Б.
  • Расстояние между точками A и B (или длина, которую должна пройти жидкость) и эквивалентная длина (потери давления), вносимые клапанами и фитингами.


Эти основные параметры необходимы для проектирования системы трубопроводов. Предполагая установившийся поток, существует ряд уравнений, основанных на общем уравнении энергии, которые можно использовать для проектирования системы трубопроводов. Переменные, связанные с жидкостью (т.е. жидкость, газ или многофазный) влияют на поток. Это приводит к выводу и развитию уравнений, применимых к конкретной жидкости. Хотя конструкция трубопроводов и трубопроводов может быть сложной, подавляющее большинство проектных проблем, с которыми сталкивается инженер, можно решить с помощью стандартных уравнений потока.

Уравнение Бернулли

Основным уравнением, разработанным для представления стационарного потока жидкости, является уравнение Бернулли, которое предполагает, что полная механическая энергия сохраняется для устойчивого, несжимаемого, невязкого, изотермического потока без теплопередачи или работы.Эти ограничительные условия могут быть характерны для многих физических систем.

Уравнение записано как
(уравнение 1)
где

Z = перепад высот, фут,
п. = давление, psi,
ρ = Плотность, фунт / фут 3 ,
В = скорость, фут / сек,
г = гравитационная постоянная, фут / сек 2 ,
и
H L = потеря напора, фут.


На рис. 2 представлена ​​упрощенная графическая иллюстрация уравнения Бернулли.

  • Рис. 2 — Набросок четырех уравнений Бернулли (любезно предоставлено AMEC Paragon).


Уравнение Дарси дополнительно выражает потерю напора как
(уравнение 2)
и
(уравнение 3)
, где

H L = потеря напора, фут,
f = Коэффициент трения по Муди, безразмерный,
л = длина трубы, фут,
D = диаметр трубы, фут,
В = скорость, фут / сек,
г = гравитационная постоянная фут / сек 2 ,
Δ П = перепад давления, psi,
ρ = Плотность, фунт / фут 3 ,
и
г = внутренний диаметр трубы, дюйм.

Число Рейнольдса и коэффициент трения Муди

Число Рейнольдса — это безразмерный параметр, который полезен для характеристики степени турбулентности в режиме потока и необходим для определения коэффициента трения Муди. Он выражается как
(уравнение 4)
, где

Вязкость
ρ = Плотность, фунт / фут 3 ,
D = внутренний диаметр трубы, фут,
В = скорость потока, фут / сек,
и
мкм =, фунт / фут-сек.


Число Рейнольдса для жидкостей может быть выражено как
(уравнение 5)
где

мкм = вязкость, сП,
г = внутренний диаметр трубы, дюйм,
SG = удельный вес жидкости по отношению к воде (вода = 1),
Q л = Расход жидкости, B / D,
и
В = скорость, фут / сек.


Число Рейнольдса для газов может быть выражено как
(уравнение 6)
где

мкм = вязкость, сП,
г = внутренний диаметр трубы, дюйм,
S = удельный вес газа при стандартных условиях относительно воздуха (молекулярный вес, деленный на 29),
и
Q г = Расход газа, млн куб. Футов / сут.


Коэффициент трения Муди, f , выраженный в предыдущих уравнениях, является функцией числа Рейнольдса и шероховатости внутренней поверхности трубы и задается как Рис. 3 . На коэффициент трения Moody влияет характеристика потока в трубе. Для ламинарного потока, где Re <2000, протекающая жидкость перемешивается слабо, а скорость потока параболическая; Коэффициент трения Moody выражается как f = 64 / Re.Для турбулентного потока, где Re> 4000, происходит полное перемешивание потока, и скорость потока имеет однородный профиль; f зависит от Re и относительной шероховатости (Є / D ). Относительная шероховатость — это отношение абсолютной шероховатости, Є, показателя дефектов поверхности к внутреннему диаметру трубы, D . Таблица 9.1 перечисляет абсолютную шероховатость для нескольких типов материалов труб.

  • Рис. 3 — Таблица коэффициента трения (любезно предоставлено AMEC Paragon).


Если вязкость жидкости неизвестна, Рис. 4 может использоваться для вязкости сырой нефти, Рис. 5 для эффективной вязкости смесей сырая нефть / вода и Рис. 6 для вязкость природного газа. При использовании некоторых из этих цифр необходимо использовать соотношение между вязкостью в сантистоксах и вязкостью в сантипуазах
(уравнение 7)
где

γ = кинематическая вязкость, сантистокс,
ϕ = абсолютная вязкость, сП,
и
SG = удельный вес.
  • Рис. 4 — Стандартные графики вязкости / температуры для жидких нефтепродуктов (любезно предоставлены ASTM).

  • Рис. 5 — Эффективная вязкость смеси масло / вода (любезно предоставлено AMEC Paragon).

  • Рис. 6 — Вязкость углеводородного газа в зависимости от температуры (любезно предоставлено Western Supply Co.).

Падение давления для потока жидкости

Общее уравнение

Ур.3 можно выразить через внутренний диаметр трубы (ID), как указано ниже.
(уравнение 8)
где

г = внутренний диаметр трубы, дюйм,
f = Коэффициент трения по Муди, безразмерный,
л = длина трубы, фут,
Q л = Расход жидкости, B / D,
SG = удельный вес жидкости по отношению к воде,
и
Δ П = Падение давления, фунт / кв. Дюйм (полное падение давления).

Уравнение Хейзена Вильямса

Уравнение Хазена-Вильямса, которое применимо только для воды в турбулентном потоке при 60 ° F, выражает потерю напора как
(уравнение 9)
, где

H L = потеря напора из-за трения, фут,
л = длина трубы, фут,
С = коэффициент трения постоянный, безразмерный ( таблица 2 ),
г = внутренний диаметр трубы, дюйм.,
Q л = Расход жидкости, B / D,
и
галлонов в минуту = Расход жидкости, гал / мин.


Падение давления можно рассчитать по
(уравнение 10)

Падение давления для потока газа

Общее уравнение

Общее уравнение для расчета расхода газа указано как
(Ур.11)
где

w = расход, фунт / сек,
г = ускорение свободного падения, 32,2 фут / сек 2 ,
А = Площадь поперечного сечения трубы, футы 2 ,
V 1 = удельный объем газа на входе, фут 3 / фунт,
f = коэффициент трения, безразмерный,
л = длина, фут,
D = диаметр трубы, фут,
п. 1 = давление на входе, psia,
и
п. 2 = давление на выходе, фунт / кв.


Допущения: работа не выполняется, поток установившийся и f = постоянный как функция длины.

Упрощенное уравнение

Для практических целей трубопровода Ур. 11 можно упростить до
(уравнение 12)
, где

п. 1 = давление на входе, psia,
п. 2 = давление на выходе, psia,
S = удельный вес газа,
Q г = Расход газа, млн. Куб. Футов / сут,
Z = коэффициент сжимаемости газа, безразмерный,
т = температура протока, ° Р,
f = Коэффициент трения по Муди, безразмерный,
г = ID трубы, дюйм.,
и
л = длина, фут.


Коэффициент сжимаемости Z для природного газа можно найти в рис.7 .

  • Рис. 7 — Сжимаемость низкомолекулярных природных газов (любезно предоставлено Natl. Gas Processors Suppliers Assn.).


Для расчета расхода газа в трубопроводах можно использовать три упрощенных производных уравнения:

  • Уравнение Веймута
  • Уравнение Панхандла
  • Уравнение Шпицгласа

Все три эффективны, но точность и применимость каждого уравнения находятся в определенных диапазонах расхода и диаметра трубы.Далее формулируются уравнения.

Уравнение Веймута

Это уравнение используется для потоков с высоким числом Рейнольдса, где коэффициент трения по Муди является просто функцией относительной шероховатости.
(уравнение 13)
где

Q г = Расход газа, млн.куб. Фут / сут,
г = внутренний диаметр трубы, дюйм,
п. 1 = давление на входе, psia,
п. 2 = давление на выходе, psia,
л = длина, фут,
Т 1 = Температура газа на входе, ° Р,
S = удельный вес газа,
и
Z = Коэффициент сжимаемости газа, безразмерный.
Уравнение Panhandle

Это уравнение используется для потоков с умеренным числом Рейнольдса, где коэффициент трения Муди не зависит от относительной шероховатости и является функцией числа Рейнольдса в отрицательной степени.
(уравнение 14)
где

КПД
E = (новая труба: 1,0; хорошие условия эксплуатации: 0,95; средние условия эксплуатации: 0,85),
Q г = Расход газа, млн.куб. Фут / сут,
г = ID трубы, дюйм.,
п. 1 = давление на входе, psia,
п. 2 = давление на выходе, psia,
L м = длина, миль,
Т 1 = Температура газа на входе, ° Р,
S = удельный вес газа,
и
Z = Коэффициент сжимаемости газа, безразмерный.
Уравнение шпицгласа


(уравнение 15)
где

Q г = Расход газа, млн.куб. Фут / сут,
Δ h W = потеря давления, дюймы водяного столба,
и
г = ID трубы, дюйм.


Допущения:

f = (1+ 3,6 / д + 0,03 г) (1/100),
т =520 ° R,
п. 1 = 15 фунтов / кв. Дюйм,
Z = 1.0,
и
Δ П = <10% от P 1.

Применение формул

Как обсуждалось ранее, существуют определенные условия, при которых различные формулы более применимы. Далее дается общее руководство по применению формул.

Упрощенная формула газа

Эта формула рекомендуется для большинства приложений общего использования.

Уравнение Веймута

Уравнение Веймута рекомендуется для труб меньшего диаметра (обычно 12 дюймов.и менее). Он также рекомендуется для сегментов меньшей длины (<20 миль) в производственных батареях и для ответвлений сборных линий, приложений среднего и высокого давления (от +/– 100 фунтов на кв. Дюйм до> 1000 фунтов на кв. Дюйм) и высоких чисел Рейнольдса.

Уравнение Panhandle

Это уравнение рекомендуется для труб большего диаметра (12 дюймов и больше). Он также рекомендуется для протяженных участков трубопровода (> 20 миль), таких как магистральные газопроводы, и для умеренных чисел Рейнольдса.

Уравнение шпицгласа

Уравнение Spitzglass рекомендуется для вентиляционных линий низкого давления диаметром <12 дюймов (Δ P <10% от P 1 ).

Инженер-нефтяник обнаружит, что общее уравнение газа и уравнение Веймута очень полезны. Уравнение Веймута идеально подходит для проектирования ответвлений и магистральных трубопроводов в промысловых системах сбора газа.

Многофазный поток

Режимы потока

Жидкость из ствола скважины в первую часть производственного оборудования (сепаратор) обычно представляет собой двухфазный поток жидкость / газ.

Характеристики горизонтальных многофазных режимов потока показаны на рис. 8 . Их можно описать следующим образом:

  • Пузырьки: Возникают при очень низком соотношении газ / жидкость, когда газ образует пузырьки, поднимающиеся к верху трубы.
  • Пробка: Возникает при более высоких соотношениях газ / жидкость, когда пузырьки газа образуют пробки среднего размера.
  • Стратифицированный: По мере увеличения соотношения газ / жидкость пробки становятся длиннее, пока газ и жидкость не потекут в отдельные слои.
  • Волнистый: По мере дальнейшего увеличения соотношения газ / жидкость энергия текущего газового потока вызывает волны в текущей жидкости.
  • Пробка: По мере того, как соотношение газ / жидкость продолжает увеличиваться, высота волны жидкости увеличивается до тех пор, пока гребни не соприкасаются с верхней частью трубы, создавая пробки жидкости.
  • Распылитель: При чрезвычайно высоком соотношении газ / жидкость жидкость диспергируется в потоке газа.
  • Фиг.8 — Двухфазный поток в горизонтальном потоке (любезно предоставлен AMEC Paragon).


Рис. 9 [1] показывает различные режимы потока, которые можно ожидать при горизонтальном потоке, в зависимости от приведенных скоростей потока газа и жидкости. Поверхностная скорость — это скорость, которая существовала бы, если бы другая фаза отсутствовала.

  • Рис. 9 — Карта горизонтального многофазного потока (по Гриффиту). [1]


Многофазный поток в вертикальной и наклонной трубе ведет себя несколько иначе, чем многофазный поток в горизонтальной трубе.Характеристики режимов вертикального течения показаны на Рис. 10 и описаны далее.

  • Рис. 10 — Схема двухфазного потока в вертикальном потоке (любезно предоставлено AMEC Paragon).

Пузырь

Если соотношение газ / жидкость небольшое, газ присутствует в жидкости в виде маленьких случайно распределенных пузырьков переменного диаметра. Жидкость движется с довольно равномерной скоростью, в то время как пузырьки движутся вверх через жидкость с разными скоростями, которые определяются размером пузырьков.За исключением общей плотности композитной жидкости, пузырьки мало влияют на градиент давления.

Пробковый поток

По мере увеличения соотношения газ / жидкость высота волны жидкости увеличивается до тех пор, пока гребни не соприкасаются с верхней частью трубы, создавая пробки жидкости.

Переходный поток

Текучая среда переходит из непрерывной жидкой фазы в непрерывную газовую фазу. Жидкие пробки практически исчезают и уносятся в газовую фазу.Влияние жидкости по-прежнему значимо, но преобладает влияние газовой фазы.

Кольцевой поток тумана

Газовая фаза является непрерывной, и основная часть жидкости увлекается газом. Жидкость смачивает стенку трубы, но влияние жидкости минимально, поскольку газовая фаза становится контролирующим фактором. Рис. 11 [2] показывает различные режимы потока, которые можно ожидать при вертикальном потоке, в зависимости от приведенных скоростей потока газа и жидкости.

  • Рис. 11 — Карта вертикального многофазного потока (по Taitel et al. ). [2]

Двухфазный перепад давления

Расчет перепада давления в двухфазном потоке очень сложен и основан на эмпирических соотношениях для учета фазовых изменений, которые происходят из-за изменений давления и температуры вдоль потока, относительных скоростей фаз и сложных эффектов возвышения. изменения. Таблица 3 перечисляет несколько коммерческих программ, которые доступны для моделирования перепада давления. Поскольку все они в какой-то степени основаны на эмпирических отношениях, их точность ограничена наборами данных, на основе которых были построены отношения. Нет ничего необычного в том, что измеренные перепады давления в поле отличаются на ± 20% от рассчитанных по любой из этих моделей.

Упрощенная аппроксимация падения давления на трение для двухфазного потока

Ур.16 дает приблизительное решение проблемы падения давления на трение в двухфазных задачах потока, которое соответствует заявленным предположениям.
(уравнение 16)
где

Δ П = Падение давления на трение, psi,
f = Коэффициент трения по Муди, безразмерный,
л = длина, фут,
Вт = расход смеси, фунт / час,
ρ M = Плотность смеси, фунт / фут 3 ,
и
г = ID трубы, дюйм.


Формула расхода смеси:
(уравнение 17)
где

Q г = Расход газа, млн.куб. Фут / сут,
Q L = Расход жидкости, B / D,
S = удельный вес газа при стандартных условиях, фунт / фут 3 (воздух = 1),
и
SG = удельный вес жидкости по отношению к воде, фунт / фут 3 .


Плотность смеси определяется как
(уравнение 18)
где

п. = рабочее давление, psia,
R = Соотношение газ / жидкость, футы 3 / баррель,
т = рабочая температура, ° Р,
SG = удельный вес жидкости по отношению к воде, фунт / фут 3 ,
S = удельный вес газа при стандартных условиях, фунт / фут 3 (воздух = 1),
и
Z = Коэффициент сжимаемости газа, безразмерный.


Формула применима, если выполняются следующие условия:

  • Δ P меньше 10% входного давления.
  • Пузырь или туман.
  • Нет перепадов высот.
  • Нет необратимой передачи энергии между фазами.

Падение давления из-за изменения высоты

Есть несколько примечательных характеристик, связанных с падением давления из-за перепадов высоты в двухфазном потоке.Характеристики потока, связанные с изменениями высоты, включают:

  • В нисходящих трубопроводах поток становится расслоенным, поскольку жидкость течет быстрее газа.
  • Глубина жидкого слоя подстраивается под статический напор и равна падению давления на трение.
  • В нисходящей линии нет восстановления давления.
  • При низком расходе газа / жидкости поток на участках подъема может быть «полным» жидкостью при малых расходах. Таким образом, при малых расходах полное падение давления представляет собой сумму падений давления для всех подъемов.
  • При увеличении расхода газа общий перепад давления может уменьшиться, поскольку жидкость удаляется с участков подъема.


Падение давления при низких расходах, связанное с изменением высоты подъема, может быть аппроксимировано уравнением Eq. 19 .
(уравнение 19)
где

Δ P Z = Падение давления из-за увеличения высоты сегмента, psi,
SG = удельный вес жидкости в сегменте относительно воды,
и
Δ Z = увеличение высоты сегмента, фут.


В этом случае общее падение давления можно приблизительно определить как сумму падений давления для каждого участка подъема.

Падение давления из-за клапанов и фитингов

Одним из наиболее важных параметров, влияющих на падение давления в трубопроводных системах, является потеря давления в фитингах и клапанах, встроенных в систему. Для трубопроводных систем на производственных объектах падение давления через арматуру и клапаны может быть намного больше, чем на прямом участке самой трубы.В протяженных трубопроводных системах падение давления через арматуру и клапаны часто можно не учитывать.

Коэффициенты сопротивления

Потери напора в клапанах и фитингах могут быть рассчитаны с помощью коэффициентов сопротивления как
(уравнение 20)
, где

H L = потеря напора, фут,
К r = коэффициент сопротивления, безразмерный,
D = внутренний диаметр трубы, фут,
и
В = скорость, фут / сек.


Общая потеря напора представляет собой сумму всех K r V 2 /2 г .

Коэффициенты сопротивления K r для отдельных клапанов и фитингов приводятся в табличной форме в ряде отраслевых публикаций. Большинство производителей публикуют табличные данные для всех размеров и конфигураций своей продукции. Один из лучших источников данных — это Crane Flow of Fluids , технический документ No.410. [3] Ассоциация поставщиков переработчиков природного газа. (NGPSA) Справочник технических данных [4] и Справочник технических данных компании Ingersoll-Rand Cameron по гидравлическому оборудованию [5] также являются хорошими источниками справочной информации. Некоторые примеры коэффициентов сопротивления приведены в Таблицах 4 и 5 .

Коэффициенты расхода

Коэффициент расхода для жидкостей, C V , определяется экспериментально для каждого клапана или фитинга как расход воды в галлонах / мин при 60 ° F для перепада давления через фитинг на 1 фунт / кв. Дюйм.Взаимосвязь между коэффициентами расхода и сопротивления может быть выражена как
(уравнение 21)
В любом фитинге или клапане с известным C V падение давления может быть рассчитано для различных условий потока и жидкости. свойства с Eq. 22 .
(уравнение 22)
где

Q L = Расход жидкости, B / D,
и
SG = удельный вес жидкости по отношению к воде.


Опять же, CV опубликован для большинства клапанов и фитингов, и его можно найти в Crane Flow of Fluids, [3] Engineering Data Book, [4] Cameron Hydraulic Data Book, [5] , а также технические данные производителя.

Эквивалентные длины

Потери напора, связанные с клапанами и фитингами, также можно рассчитать, рассматривая эквивалентные «длины» сегментов трубы для каждого клапана и фитинга. Другими словами, рассчитанная потеря напора, вызванная прохождением жидкости через задвижку, выражается как дополнительная длина трубы, которая добавляется к фактической длине трубы при расчете падения давления.

Все эквивалентные длины, обусловленные клапанами и фитингами внутри сегмента трубы, должны быть сложены вместе для вычисления падения давления для сегмента трубы. Эквивалентная длина L e может быть определена из коэффициента сопротивления K r и коэффициента расхода C V , используя следующие формулы.
(уравнение 23)

(уравнение 24)
и
(уравнение.25)
где

K r = коэффициент сопротивления, безразмерный,
D = диаметр трубы, фут,
f = Коэффициент трения по Муди, безразмерный,
г = внутренний диаметр трубы, дюйм,
и
C V = Коэффициент расхода жидкостей, безразмерный.


В таблице 6 показаны эквивалентные длины труб для различных клапанов и фитингов для ряда стандартных размеров труб.

Номенклатура

Вязкость
Z = перепад высот, фут,
п. = давление, psi,
ρ = Плотность, фунт / фут 3 ,
В = скорость, фут / сек,
г = гравитационная постоянная, фут / сек 2 ,
H L = потеря напора, фут.
f = Коэффициент трения по Муди, безразмерный,
л = длина трубы, фут,
D = диаметр трубы, фут,
Δ П = перепад давления, psi,
мкм =, фунт / фут-сек.
SG = удельный вес жидкости по отношению к воде (вода = 1),
Q л = Расход жидкости, B / D,
S = удельный вес газа при стандартных условиях относительно воздуха (молекулярный вес, деленный на 29),
Q г = Расход газа, млн куб. Футов / сут.
γ = кинематическая вязкость, сантистокс,
ϕ = абсолютная вязкость, сП
Q л = Расход жидкости, B / D,
Вт = расход, фунт / с
п. 1 = давление на входе, фунт / кв. Дюйм
п. 2 = давление на выходе, фунт / кв.
Δ h W = потеря давления, дюймы водяного столба,
Вт = расход смеси, фунт / час,
ρ M = Плотность смеси, фунт / фут 3
P = рабочее давление, psia,
R = Соотношение газ / жидкость, футы 3 / баррель,
т = рабочая температура, ° Р,
Δ P Z = Падение давления из-за увеличения высоты сегмента, psi,
Δ Z = увеличение высоты сегмента, фут.
H L = потеря напора, фут,
К r = коэффициент сопротивления, безразмерный
C V = Коэффициент расхода жидкостей, безразмерный.
К r = коэффициент сопротивления, безразмерный,

Ссылки

  1. 1.0 1,1 Гриффит П. 1984. Многофазный поток в трубах. J Pet Technol 36 (3): 361-367. SPE-12895-PA. http://dx.doi.org/10.2118/12895-PA.
  2. 2,0 2,1 Тайтель, Ю., Борнеа, Д., и Дуклер, А.Э. 1980. Моделирование переходов режимов течения для установившегося восходящего потока газа и жидкости в вертикальных трубах. Айше Дж. 26 (3): 345-354. http://dx.doi.org/10.1002/aic.6304.
  3. 3,0 3,1 Крановый поток жидкостей, Технический документ № 410.1976 г. Нью-Йорк: Crane Manufacturing Co.

5 Гидравлическая целостность | Системы распределения питьевой воды: оценка и снижение рисков

Кларк, Р. М., и С. Г. Бухбергер. 2004 Реагирование на угрозу заражения в сети питьевой воды: потенциал для моделирования и мониторинга. Пп 9.1-9.26 В: Безопасность систем водоснабжения. Л. В. Мэйс (ред.). Нью-Йорк: Макгроу-Хилл.

Кларк, Р.М., В. М. Грейман, С. Г. Бакбергер, Ю. Ли и Д. Дж. Хартман. 2004. Системы распределения питьевой воды: обзор. Пп 4.1-4.2 В: Безопасность систем водоснабжения. Л. В. Мэйс (ред.). Нью-Йорк: Макгроу-Хилл.

Кларк Р. М. и В. М. Грейман. 1998. Моделирование качества воды в системах распределения питьевой воды. Денвер, Колорадо: AWWA.

Кларк Р. М., С. Пангулури и Р. К. Хот. 2004. Дистанционный мониторинг и сетевые модели: их потенциал для защиты водоснабжения США.Стр. 14.1–14.22 В: Безопасность систем водоснабжения. Мэйс, Л. У. (ред.). Нью-Йорк: Мак Гроу-Хилл.

Кромвель, Дж., Дж. Нестель и Р. Албани. 2001. Финансово-экономическая оптимизация программ замены магистральных водопроводов. Денвер, Колорадо: AwwaRF.

Деб, А.К., Дж. К. Снайдер, Дж. Дж. Челиус и Д. К. О’Дей. 1990. Оценка существующих и развивающихся практик реабилитации водопроводных магистралей. Денвер, Колорадо: AwwaRF .

Эллисон, Д., С. Дж. Дюранно, С. Ансель, Г.Дигл и Р. Маккой. 2003. Исследование методов очистки труб. Денвер, Колорадо: AwwaRF.

Estrand, C., A. Hicatt, and J. Ludwidg. 1995. Процесс химической очистки водопроводных систем. В : Материалы конференции по гидравлике трубопроводов, ASCE, Феникс, Аризона.

М. Фридман, Л. Раддер, С. Харрисон, Д. Хауи, М. Бриттон, Г. Бойд, Х. Ван, Р. Гуллик, Д. Вуд и Дж. Функ. 2004. Проверка и контроль переходных процессов давления и проникновения в распределительные системы.Денвер, Колорадо: AwwaRF.

Готье В., К. Розен, Л. Матье, Ж. М. Портал, Дж. К. Блок, П. Ша и Д. Гатель. 1997. Характеристика рыхлых отложений в системах распределения питьевой воды. In: Proceedings of the AWWA Water Quality Technology Conference. Денвер, Колорадо: AWWA.

Грейман, В. М., Л. А. Россман, К. Арнольд, Р. А. Дейнингер, К. Смит, Дж. Ф. Смит и Р. Шнипке. 2000. Моделирование качества воды хранилища распределительной системы s .Денвер, Колорадо: AwwaRF.

Гуллик Р. В., М. В. ЛеШевалье, Р. К. Свиндланд и М. Дж. Фридман. 2004. Возникновение кратковременных пониженных и отрицательных давлений в распределительных системах. J. Amer. Водопроводные работы доц. 96 (11): 52–66.

Hasit, Y. J., A. J. DeNadai, H.M Gorill, S. B. McCammon, R. S. Raucher, J. Whitcomb. 2004. Анализ затрат и выгод промывки. Денвер, Колорадо: AwwaRF.

Карим М., Аббасзадеган М. и М. В. ЛеШевалье. 2003. Возможность проникновения патогенов во время переходных процессов давления.J. Amer. Водопроводные работы доц. 95 (5): 134–146.

Кирмейер, Дж. Дж., М. Фридман, К. Мартель, Д. Хауи, М. ЛеШевалье, М. Аббасзадеган, М. Карим, Дж. Функ и Дж. Харбор. 2001. Проникновение патогена в систему распространения. Отчет №. Денвер, Колорадо: AwwaRF и AWWA.

Лэнси, К. Э. и П. Ф. Булос. 2005. Всеобъемлющее руководство по анализу качества воды для распределительных систем. Пасадена, Калифорния: MWH Soft Pub.

ЛеШевалье, М. В., Р. В. Гуллик, М. Р. Карим, М.Friedman, J. E. Funk. 2003. Потенциал риска для здоровья от проникновения загрязняющих веществ в распределительные системы из-за скачков давления. Jour. Здоровье воды 1 (1): 3–14.

Левенспайл, О. 2002. Моделирование в химической технологии. Химическая инженерия 57: 4691–4696.

Махмуд, Ф., Дж. Г. Пимблетт, Н. О. Грейс и В. М. Грейман. 2005. Оценка характеристик смешивания воды в резервуарах распределительной системы. J. Amer. Водопроводные работы доц. 97 (3): 74–88.

4 Поддержание целостности морской трубопроводной сети | Повышение безопасности морских трубопроводов

к платформам) следует периодически проверять и проверять, чтобы гарантировать его правильную реализацию и эффективность.Во время этих упражнений следует проводить критический анализ, чтобы можно было определить области, требующие улучшения. Кроме того, по мере того, как трубопроводы передаются от одного оператора к другому, должны быть включены средства обновления всех уведомлений о разливах и номеров аварийного реагирования. Обновление телефонных номеров должно осуществляться одновременно с переходом права собственности. Объемы разливов можно уменьшить, а усилия по локализации разливов и очистке улучшить с помощью оптимизированной и надежной системы оповещения о разливах.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Коррозия, хотя и является наиболее частой причиной отказов трубопроводов, представляет относительно небольшой риск для окружающей среды или безопасности человека. Утечки из-за коррозии на море, как правило, невелики и возникают в предсказуемых местах в трубопроводах. Операторы используют множество дополнительных методов мониторинга и контроля для ограничения коррозии.

Умные скребки имеют большие перспективы, но большинство морских трубопроводов не подходят для их использования физически или с точки зрения эксплуатации.Точность «умных» скребков в обнаружении дефектов также довольно низкая, а штрафы за неточное обнаружение дефектов на море намного выше, чем на суше, из-за гораздо большей стоимости доступа к трубопроводу.

Комбинация дополнительных систем обнаружения утечек, подходящих для отдельной трубопроводной системы, является наиболее эффективным подходом.

Лицо, обнаружившее утечку на поверхности воды, часто не имеет возможности своевременно идентифицировать и уведомить ответственных операторов трубопровода.Нужны более совершенные системы уведомлений.

ССЫЛКИ

Альварадо, А., Дж. Дэниэлс, С. Ледет и К. Уокер. 1991. Расследование утечки в трубопроводе «Шелл офшор инк. Хоббит», блок 281, 24 января 1990 г. Отчет OCS MMS 91-0025. Новый Орлеан: Служба управления полезными ископаемыми, региональный офис OCS в Мексиканском заливе.

Bowles, J. 1992. Презентация менеджера по борьбе с коррозией Tenneco, Inc. Заседание комитета. Хьюстон, Техас.2 декабря.

Каллен, достопочтенный лорд. 1990. Общественное расследование катастрофы Piper Alpha. Отчет Государственного секретаря по энергетике по приказу Ее Величества перед парламентом. Лондон: Канцелярские товары Ее Величества. Ноябрь.

Дарвин Р. С. 1992. Презентация нефтяной компании Shell, Системы управления трубопроводом. Заседание комитета. Хьюстон, Техас. 2 декабря.

Исследования и разработка Х. О. Мора. 1989. Очистка трубопровода: современное исследование. Хьюстон, Техас.Октябрь.

Хьюстон, Дж. 1992. Презентация менеджера подразделения морских трубопроводов Transco Energy. Заседание комитета. Хьюстон, Техас. 2 декабря.

Говард Д., Дж. Гидри, В. Хаузер и Дж. Лизи. 1991. Расследование утечки из трубопровода компании Exxon в США, блок 314 острова Юджин, 6 мая 1990 г. Отчет OCS MMS 91-0066. Новый Орлеан: Служба управления полезными ископаемыми, региональный офис OCS в Мексиканском заливе.

ноября

Джолли, В. Д., Т. Б. Морроу, Дж. Ф. О’Брайен, Х. Ф. Спенс и С.J. Svedeman. 1992. Новые методы быстрого обнаружения утечек в морских трубопроводах. Заключительный отчет, подготовленный для Службы управления недрами. Договор 14-35-0001-3-613. Сан-Антонио, Техас: Юго-западный научно-исследовательский институт. Апреля.

Служба управления полезными ископаемыми. 1991a. Отчет об аварии на трубопроводе Платформа Эдит 17 июня 1991 г. Черновик. Херндон, Вирджиния: Министерство внутренних дел США.

Служба управления полезными ископаемыми. 1991b. Расследование аварии: прорыв трубопровода нефти / воды / газовой эмульсии Джина-Мандалай 10 мая 1991 г.Херндон, Вирджиния: Министерство внутренних дел США. 17 июня.

Служба управления полезными ископаемыми. 1992. Регион Мексиканского залива, OCS, отчеты о пробеге трубопровода. Жители Нового Орлеана. 24 ноября.

Управление исследований и специальных программ. 1992. Приборные устройства для внутреннего контроля (исследование, санкционированное P.L. 100-561). Вашингтон, округ Колумбия: Министерство транспорта США.

Робинсон, Дж. Т. 1992. Презентация Комитета морских операторов. Заседание комитета. Хьюстон, Техас.2 декабря.

Влияние, которое он может оказать на работу помпы

Пример из практики:

Предположим, у нас есть старая система трубопроводов для навозной жижи; нам нужно изменить следующее:

  1. Диаметр трубы из-за требования большего расхода
  2. Длина трубы в связи с перемещением оборудования
  3. Материал трубы из-за износа существующей трубы

Теперь, прежде чем мы подробно рассмотрим, что эти изменения сделают с существующей насосной и трубопроводной системой, мы рассмотрим математически, как жидкости взаимодействуют с различными конфигурациями труб.

1) Основное соотношение между расходом жидкости и диаметром трубы:

Расход = внутренний диаметр трубы x скорость жидкости

2) Фундаментальное соотношение между потерями на трение в трубе или падением давления и диаметром трубы и длиной трубы составляет:

Коэффициент трения трубы x длина трубы x скорость жидкости 2
Падение давления = —————————————————————————————-
Внутренний диаметр Труба x Гравитационная сила

3) Фундаментальное соотношение энергии, требуемой по отношению к расходу жидкости и давлению, составляет:

Расход x давление
Мощность насоса, л.с. = ————————————
Коэффициент преобразования x КПД

Теперь, если мы хотим получить более высокий расход при сохранении той же скорости:

  1. Согласно 1-му соотношению нам нужно увеличить внутренний диаметр трубы.
  2. При увеличении диаметра трубы падение давления или потери на трение в трубе будут меньше, что приведет к увеличению расхода.
  3. Однако, если поток увеличивается, мощность насоса должна быть увеличена, чтобы соответствовать предыдущей скорости трубопровода меньшего диаметра.

Теперь, если нам нужно увеличить длину трубы при сохранении других параметров:

  1. Согласно 2-му соотношению, падение давления или потери на трение в трубе увеличиваются.
  2. Если падение давления увеличивается, мощность насоса необходимо увеличить, чтобы учесть увеличенные потери на трение.

Теперь, если нам нужно изменить материалы трубы, оставив другие параметры такими же:

  1. Коэффициент трения трубы будет меняться в зависимости от материала. Кроме того, падение давления или потери на трение в трубе также изменятся, если другие параметры останутся неизменными.
  2. Если падение давления изменится, изменится и количество энергии, необходимое для эффективного перемещения материала по трубопроводу.

Таким образом, в нашем вышеупомянутом случае изменение трубопровода в середине эксплуатации может быть дорогостоящим решением, влияющим на:
• Стоимость проекта:
Проектирование, материалы, изготовление / изготовление, строительство / монтаж и ввод в эксплуатацию.
• Эксплуатационные расходы:
Затраты на электроэнергию — электричество, топливо и т. Д., Затраты на рабочую силу — оператор, рабочая сила и т. Д., А также увеличенные затраты на коммунальные услуги — вода, газы, масло, смазки и т.д. ., Материалы — запчасти, смазка, масло и др., и связанные с ними утилиты.

Глава 3

3 КАПИЛЛЯРНОЕ ДАВЛЕНИЕ. 3-2

Что Причины капиллярного давления ?. 3-2

3.1 ВЫРАЖЕНИЯ ДЛЯ КАПИЛЛЯРНОГО ДАВЛЕНИЯ ПРИ СТАТИЧЕСКОМ ДАВЛЕНИИ УСЛОВИЯ. 3-3

3.1.1 П в По радиусу капиллярной трубки. 3-3

3.1.2 П в По высоте столба жидкости. 3-4

3.1.3 П в По радиусам закругления интерфейса. 3-7

3.1.4 Применение к параллельным пластинам. 3-8

3.2 ПРИМЕНЕНИЕ ВЫРАЖЕНИЙ КАПИЛЛЯРНОГО ДАВЛЕНИЯ В ПОРИСТЫЕ СМИ 3-11

3.2.1 Приложение для получения статического распределения жидкости в пористой среде. 3-11

3.2.2 Пористый СМИ моделируются как пучок капилляров. 3-12

3.2.3 Пористый СМИ смоделированы как упаковка однородных сфер. 3-14

3.3 Лаборатория методы измерения капиллярного давления. 3-16

3.3.1 Центробежный Метод. 3-18

3.3.2 Меркурий Метод впрыска. 3-18

3.3.3 Пористый Диафрагменный метод. 3-19

3,4 Другое методы. 3-20

3.4.1 Поле Метод: 3-20

3.4.2 Капилляр Гистерезис. 3-20

3.4.3 Пояснения для капиллярного гистерезиса. 3-21

3.4.4 влияние распределения пор по размерам на кривую капиллярного давления. 3-22

3.4.5 Преобразование от лабораторных капиллярных данных до капиллярных данных коллектора.3-22

3.4.6 Расчет Средняя водонасыщенность. 3-23

3,5 Усреднение Кривые капиллярного давления. 3-25

3.5.1 Леверетт J-функция. 3-26

3.5.2 Как используйте J-функцию Леверетта для расчета средней водонасыщенности. 3-28

3.5.2.1 Случай 1: Для каждого образца известны проницаемость, пористость и высота над уровнем моря. 3-29

3.5.2.2 Правильный метод. 3-29

3.5.2.3 Ошибки из-за с использованием средних значений и .. 3-31

3.5.2.4 Случай 2: Проницаемость и пористость в зависимости от высоты неизвестны. Расстояние от до (расстояние от уровень свободных грунтовых вод) известен. 3-31

Водохранилище горная порода обычно содержит несмешивающиеся фазы: нефть, воду и газ. Силы которые удерживают эти жидкости в равновесии друг с другом и с породой, выражения капиллярных сил. Во время заводнения эти силы могут действовать вместе с силами трения, чтобы противостоять потоку масла.Поэтому это полезно понять природу этих капиллярных сил.

Определение : Капилляр давление — это перепад давления, существующий на границе раздела две несмешивающиеся жидкости.

Если если смачиваемость системы известна, капиллярное давление всегда будет быть положительным, если оно определяется как разница между давлениями в фазы несмачивания и смачивания.То есть:

Таким образом для водомасляной системы (влажная вода)

Для система газ-нефть (oil-wet)

Капилляр давление возникает в результате межфазного натяжения, существующего на границе раздела. разделение двух несмешивающихся жидкостей.Само межфазное натяжение вызвано дисбаланс в молекулярных силах притяжения, испытываемый молекулы на поверхности, как показано ниже.

Для молекул в интерьере:

нетто force = 0, так как вокруг достаточно молекул, чтобы уравновеситься.

Для молекул на поверхности:

нетто результатом силы является притяжение внутрь, вызывающее тангенциальное натяжение на поверхность.

чистый эффект межфазного натяжения состоит в том, чтобы попытаться минимизировать межфазное область аналогично натяжению натянутой мембраны. Чтобы сбалансировать эти силы и чтобы поддерживать границу раздела в равновесии, давление внутри интерфейс должен быть выше, чем снаружи.

Силы уменьшение интерфейса обусловлено: а) Межфазное натяжение

б) Внешнее давление

эффект межфазного натяжения заключается в сжатии несмачивающей фазы относительно фаза смачивания.Сила, создаваемая внутренним давлением, уравновешивает его.

3.1.1 P c По радиусу капилляра трубка

С интерфейс находится в равновесии, сила может быть сбалансирована на любом участке. В межфазные силы устраняются, если взять за свободное тело ту часть интерфейс не находится в прямом контакте с твердым телом. Баланс сил даст:

(внутренний давление — Внешнее давление) * Площадь поперечного сечения = Межфазное натяжение * Окружность

Таким образом,

Следовательно,

А поскольку по определению , имеем:

Для система воздух-вода, воздух — несмачивающая фаза и

Это уравнение называется уравнением Лапласа в некоторые тексты.

3.1.2 P c По высоте столба жидкости.

потому что нет капиллярное давление через горизонтальную границу раздела.

но

следовательно,

С , затем

Масло-водяная система

потому что ни на одном горизонтальном интерфейсе нет капилляров.

Начиная с , значит,

Следовательно,

Это есть,

два выражения для капиллярного давления в трубке, одно через высоту столб жидкости, а другой по радиусу капиллярной трубки может быть объединены, чтобы дать выражение для высоты столба жидкости с точки зрения радиус трубки следующий:

Следовательно для системы воздух-вода,

Аналогично, для системы масло-вода,

Эти два уравнения показывают обратную зависимость между высотой жидкости и капилляром радиус.Чем меньше радиус, тем выше высота столба жидкости. будет.

Пример 3.1

а) Выведите выражение для давления на дне капиллярной трубки содержащие масло и воду и подверженные воздействию атмосферы, как показано ниже.

б) Если , , и , а радиус трубки равен 1 см. В чем ценность давление внизу трубки ?

.

Решение

Рассмотреть точки (1) и (2) на границах раздела воздух / масло и вода / масло соответственно.

(1)

(2)

с. получаем

С,

Решение для Р корова дает;

(3)

б) Подстановка значений,

3.1.3 P c По радиусам кривизны интерфейс

зависимость от кривизны интерфейс анализируется со ссылкой на рисунок ниже. Эта фигура представляет собой небольшой сегмент изогнутой границы раздела, содержащий точку p. В точка находится в центре сегмента, который имеет приблизительно квадратную форму. Края сегмента имеют длину каждый. Углы и соответствуют углам каждая дуга половинной длины на ортогональных плоскостях перпендикулярно сегменту в точке p, с радиусами кривизны R 1 и R 2 соответственно.

ПРИМЕЧАНИЕ: и — радиусы кривизна самого интерфейса и не имеет ничего общего с радиусом любой трубки.

Автор уравновешивающие силы

следовательно,

Это общее выражение для капиллярного давления, применимое ко всем системы независимо от формы. Например, это применимо к случаю двух параллельные пластины, стоящие в воде.

3.1.4 Нанесение на параллельные пластины

Рассмотреть две параллельные стеклянные пластины, разделенные промежутком для жидкости, стоящей в воде.В выражение для капиллярного давления и высоты, на которую жидкость поднимется между пластинами можно получить из общего выражения для капиллярной давление по радиусам границы раздела:

В общий,

Для корпус параллельных пластин, и

Следовательно,

Это равно , где — угол контакта.

Пожалуйста обратите внимание, что хотя это уравнение похоже на уравнение трубки, знаменатели не совпадают. В этом случае b — расстояние между пластинами, а не радиус какой-либо трубки.

высота, на которую поднимется жидкость, может быть получена приравниванием двух выражения:

Следовательно,

Пример 3.2

Рассмотреть три капиллярные трубки, имеющие соответственно:

а) круглого сечения

б) квадратное сечение

в) прямоугольное сечение с одной стороной, имеющей дважды измерение другого.

Если все три трубки имеют одинаковую площадь поперечного сечения и одинаковую смачиваемость, что в трубке будет самый высокий капиллярный подъем?

Решение

Используемая формула: … (а)

Для круглое сечение ,

Так как радиус трубки = = , то

(б)

Для квадратное сечение , длина каждой стороны

(в)

Для прямоугольного сечения , начиная с ,

Замена на R 1 и R 2 в общем уравнении (уравнение (a)) дает:

.. (г)

Поскольку все три имеют одинаковые площадь поперечного сечения ,

Подставляя в уравнения (c) дает:

для квадрата

Аналогичным образом замена в уравнении (d) дает:

для прямоугольника

соответствующие уравнения теперь:

С и

Таким образом, прямоугольник будет иметь самый высокий капиллярный подъем, за ним следует квадрат и круг последний.

3.2.1 Приложение для получения статического распределения жидкости в пористой среде

3.2.2 Пористая среда в виде пучка капилляров

Один самого раннего и простого изображения пористой среды представлял собой пучок капиллярных трубок произвольно различных диаметров. От применяя применимое одно из уравнений:

или

различная высота воды в такой системе показана на рисунке ниже где, если количество пробирок было большим, получится плавная кривая, как показано на нижнем рисунке.Это значение для трехфазной системы газ-нефть-вода. В рисунки также показывают разницу между водонефтяным контактом (WOC) и уровнем свободной воды. В WOC — это глубина, на которой начинается (перемещение вниз), а уровень свободных вод — глубина, на которой .

3.2.3 Пористая среда в виде упаковки однородных сфер

An еще более реалистичной моделью является изображение пористой среды как упаковки равномерные сферы. Применяя два выражения для капиллярного давления в терминах радиусов границы раздела и высоты столба жидкости, мы иметь для этой системы:

От который,

В полевые подразделения,

К сожалению, и невозможно измерения в пористой среде и поэтому обычно определяются эмпирически из других измерения в пористой среде.По этой причине удобнее точно измерить капиллярное давление и использовать приведенное ниже уравнение для расчета высота столба жидкости.

Пример 3.3

Использование кривой дренажного капиллярного давления Venango Core (показано ниже). На сколько футов выше уровня свободных грунтовых вод находится вода / нефть связаться? (1 фут = 30,48 см)

Решение

От На рисунке капиллярное давление на контакте вода-масло можно прочитать как 4 см.

С

Тогда,

=

Три общепринятые методы измерения капиллярного давления в лаборатории являются:

а) Пористая диафрагма (или восстановленное состояние) Метод

б) Центробежный метод

в) Метод впрыска ртути

Все три испытания проведены на пробках керна, вырезанных из цельных образцов керна коллектора.Буровые растворы, жидкости для отбора керна, процедура отбора керна, обращение с керном и транспортировка, хранение и экспериментальные процессы могут изменить естественное состояние ядра. Поэтому необходимы особые меры предосторожности, чтобы избежать изменения естественное состояние ядра. Если бы естественное состояние насыщения сердечника было был изменен, то он должен быть восстановлен до его естественного состояния перед проведением любые испытания капиллярного давления.

Свежее ядро:

Образцы из керна, взятого с консервируемыми буровыми растворами на водной или масляной основе (с проникшие жидкости) и впоследствии испытаны без очистки и сушки . называются свежие ядра.

Собственный Состояние Ядра:

Образцы из керна, извлеченного с помощью арендованной сырой нефти или специальных жидкостей на нефтяной основе, которые, как известно, имеют минимальное влияние на смачиваемость керна, испытанные как свежие образцы, называются Родным государством. Эти ядра находятся в исходном состоянии (то есть без проникновения жидкостей). Такие ядра поступают из над переходной зоной должно быть одинаковое количество и распределение вода как в резервуаре.Эти образцы предпочтительны для вытеснения воды. тесты.

Восстановленные ядра:

Образцы керна, очищенные и высушенные перед испытанием, передаются на рассмотрение как восстановленные ядра. Преимущество состоит в том, что воздухопроницаемость и пористость доступны для помощи в выборе образца. Недостатком является то, что ядро смачиваемость и пространственное распределение поровой воды может не соответствовать резервуар.

следующие меры предосторожности могут быть полезны при получении репрезентативных ядер, если позволяют условия бурения.

1. Используйте буровой раствор на нефтяной основе для минимизации набухания глины

2. Используйте неокисленную лизинговую нефть в качестве флюида для отбора керна.

3. Подходящие процедуры хранения включают погружение в дегазированную воду и Консервация саровой фольгой и воском.

Масло рафинированное по сравнению с сырой нефтью

Очищенный масла подходят для большинства испытаний и предпочтительны при испытаниях при температуре окружающей среды. условия.

сырая масла, которые будут использоваться в испытаниях окружающей среды, следует отбирать из не добывающих воду колодцы перед химическими очистителями или нагревательными установками.

Сырая нефть масла часто осаждают парафин или асфальтены в условиях окружающей среды, в результате чего в неверных тестовых данных.

Водохранилище испытание условий с использованием живой сырой нефти при пластовых давлениях и температурах часто преодолевают трудности, возникающие с сырой нефтью в условиях окружающей среды.

Водохранилище Пробы жидкости для специальных испытаний керна могут быть отобраны с забоя методы отбора проб или рекомбинации из проб газа и нефти сепаратора.

3.3.1 Центробежный метод

1. Вращайте с фиксированной постоянной скоростью. В центробежная сила вытесняет жидкость, которая может можно прочитать в окне с помощью стробоскопа. Таким образом можно получить насыщенность.

2. Скорость вращения преобразуется в капиллярное давление с использованием соответствующих уравнений.

3. Повторить для нескольких скоростей и построить капиллярное давление с насыщением.

3.3.2 Метод впрыска ртути

1. Поместите образец керна в камеру и эвакуируйте его.

2. Заставить ртуть под давлением. В количество введенной ртути, разделенное на поры объем — насыщение несмачивающей фазы. Капиллярное давление — это давление впрыска.

3. Продолжить для нескольких значений давления и построить график. давление против насыщения ртутью.

Преимущества: 1.Пост (минут)

2. Нет порогового давления ограничение

Недостаток: 1. Можно использовать только для фасонных стержней.

3.3.3 Метод с пористой диафрагмой

1. Насыщение как образец керна, так и диафрагма с перемещаемой жидкостью.

2. Поместите сердечник в аппарат как показано

3. Приложите уровень давления, подождите, пока ядро ​​достигнет статического равновесия.

Капиллярное давление = высота столб жидкости + приложенное давление

Производство

4.Увеличьте давление и повторите шаг (3)

5. Постройте график зависимости капиллярного давления от насыщенность

Недостатки: 1. Работать в пределах порога. давление диафрагмы

2. Принимает тоже долго, чтобы достичь равновесия, поэтому полная кривая занимает от 10-40 дней

Меркурий Инъекционная техника была разработана, чтобы сократить это время.

динамический метод:

1.Одновременный устойчивый поток двух жидкостей установлен в ядре

2. Используя специальные обтаченные диски, измеряется давление двух жидкостей в активной зоне.

Разница = капиллярное давление

3. Измените скорость одной жидкости и изменения насыщенности

4. График в зависимости от насыщенности.

3.4.1 Полевой метод:

Длинный столб пористой среды положен находится в контакте со смачивающей жидкостью у своего основания и взвешивается в земле гравитационное поле.Осталось достичь равновесия. Образцы взяты в разная высота и капиллярное давление, рассчитанное с использованием

Недостаток: достижение равновесия может занять очень много времени.

3.4.2 Капиллярный гистерезис

3.4.3 Пояснения к капиллярному гистерезису

1. Контакт наступающего и удаляющегося углы разные. Если контактный угол во время впитывания увеличивается угол смачивания, отличается от угла смачивания дренажом (отступающим). Это может объясните явление гистерезиса.

2. «Эффект бутылки с чернилами

Для пористая среда, смоделированная как пучок трубок с различные диаметры, данное капиллярное давление показывает более высокую жидкость насыщение на кривой дренажа, чем на кривой впитывания.

3.4.4 Влияние распределения пор по размерам на капилляр кривая давления

чем равномернее размеры пор, тем ровнее переходная зона капилляра кривая давления.

3.4.5 Преобразование лабораторных капиллярных данных в Данные о капиллярах резервуара

Вода (рассол) — данные капиллярного давления масла трудно измерить в лаборатория.Обычно вместо этого измеряются данные воздух — рассол или воздух — ртуть. и возникает необходимость преобразовать эти данные в эквивалентные данные по нефти и воде. представитель пластовых флюидов. Если мы обозначим или как , а как , преобразование уравнение может быть получено следующим образом:

Из получаем

Из получаем

Предполагая что одна и та же пористая среда применяется как в лаборатории, так и в полевых условиях, мы приравниваем получить,

без учета углов смачивания,

An идентичное уравнение можно получить, исходя из двух уравнений:

Предполагая радиусы кривизны в лаборатории такие же, как и в резервуаре, RHS можно приравнять и :

3.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *