Автор: О.М. Долгирев (ООО «ИНТРА ПРОЕКТ»).
Опубликовано в журнале Химическая техника №9/2015
В процессе разработки проектов по строительству трубопроводов часто появляется необходимость выбора трассировки труб из нескольких вариантов. Еще большую актуальность задача приобретает при коллективной работе над проектом. Данная статья поможет найти простые и понятные критерии, которые могут быть использованы в процессе обсуждения и при выборе правильного решения.
Для сравнительного анализа при выборе лучшего варианта разводки трубопровода в качестве критериев могут быть использованы следующие:
- общая масса трубопровода;
- длина прямых участков трубопровода;
- число элементов трубопровода (отводы, тройники, переходы и др.);
- число сварных швов;
- величина, обратная площади свободного сечения трубопровода;
- общая масса наплавленного металла;
- площадь наружной поверхности трубопровода.
Экономическая обоснованность выбранного варианта является одним из критериев эффективного инженерного подхода. В связи с этим критерии сравнительного анализа должны отражать, в том числе, стоимость проведения работ.
Однако не стоит забывать и про другие величины, характеризующие проектируемый трубопровод: потери гидравлического давления среды, тепловые потери, исполнительная толщина стенки трубопровода и т.п.
Уменьшить число критериев можно объединением части из них. Например, критерий «длина трубопровода» можно объединить с критерием «число элементов трубопровода», складывая получившуюся длину труб с величиной, равной произведению развернутой длины элемента трубопровода (например, отвода) на коэффициент местного гидравлического сопротивления. Таким образом, величина «эквивалентная длина трубопровода» будет служить одним из комплексных критериев оценки энергетических затрат на транспортировку среды и затрат на монтаж трубопровода. Формула для вычисления данного критерия тогда выглядит следующим образом:
где Lтр.э – эквивалентная длина трубопровода (является критерием для сравнения), м; n – общее число прямых участков трубопровода; li – длина i-го прямого участка трубопровода, м; m – общее число элементов трубопровода; lразв.j – развернутая длина j-го элемента трубопровода, м; ξj – коэффициент местного гидравлического сопротивления j-го элемента трубопровода (принимается на основе данных, приведенных, например, в работе [1]).
Приведенные критерии могут быть подробно рассмотрены. Например, два проектировщика предложили свои варианты трассировки трубопровода из точки А в точку Б.
Руководитель принял чертежи обоих вариантов для проведения сравнительного анализа (см. рисунок).
Исходные данные для сравнительного анализа
| Вариант 1 | Вариант 2 | |
| Размер трубопровода (DнxS), мм | 108×4 | 133×5 |
| Число крутоизогнутых (90°) отводов | 2 | 1 |
| Общая длина прямых участков трубопровода, м | 89,4 | 89,6 |
В обоих вариантах приняты крутоизогнутые отводы по ГОСТ 17375–2001 со средним радиусом гиба, равным 1,5 номинального диаметра трубопровода. Для таких отводов коэффициент местного сопротивления ξ = 0,18 [1].
Развернутая длина отводов для каждого варианта разная: для варианта 1 – 235,5 мм (при радиусе отвода R = 150 мм); для варианта 2 – 298,3 мм (R = 190 мм).
В целях упрощения сравнительного анализа объединяем часть вычисляемых критериев. Длину прямых участков трубопровода и число элементов трубопровода (в нашем случае отводов) заменяем комплексным критерием (см. выше) – эквивалентной длиной трубопровода (1).
Вместо критериев «число сварных швов» и «общая масса наплавленного металла» используем только один – «общая масса наплавленного металла» как наиболее характерный показатель трудоемкости сварочных работ.
Для вычисления числа сварных швов на прямых участках труб задаемся средней длиной поставляемых труб.
В нашем случае среднюю длину поставляемых труб примем равной 8 м. Каждый отвод требует двух сварных швов. Поскольку диаметры трубопровода у каждого из вариантов различны, для корректного сравнения добавляем критерий, равный обратной величине площади сечения трубопровода, – эквивалент скорости потока среды в трубе. Полученные значения заносим в таблицу.
Результаты расчета критериев сравнительного анализа
| Вариант 1 | Вариант 2 | Отношение | |
| Общая длина трубопровода, м | 89,5 | 89,7 | ~1 |
| Эквивалент скорости потока среды, 1/м2 | 127,4 | 84,2 | 1,51 |
| Общая масса трубопровода, кг | 953 | 1470 | 0,65 |
| Общая масса наплавленного металла, кг | 0,36 | 0,88 | 0,41 |
Из результатов сравнительного анализа видно, что преимущество у варианта 1 (более низкая трудоемкость монтажа). У варианта 2 – меньшие затраты мощности на перекачку среды. Если потери давления не играют большой роли, то определяющим является трудоемкость монтажа: вариант 1 будет предпочтительнее.
Для проведения вычислений можно использовать стандартные средства известных программ автоматизированного проектирования (AutoCAD, КОМПАС и т.п.).
Дополнительно рекомендуется составить таблицы значений произведения развернутой длины на коэффициент местного гидравлического сопротивления наиболее ходовых элементов трубопровода. Подобные таблицы наиболее удобно составлять в Microsoft Excel. Рекомендуется использовать не более трех или четырех критериев – это значительно упростит подготовку к сравнительному анализу.
В дельнейшей работе над проектами строительства и трассировки трубопроводов может быть полезным ведение статистики лучших удельных показателей для тех или иных критериев, они могут быть хорошими ориентирами, особенно для молодых инженеров.
Список литературы
- Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлением. Под ред. М.О. Штейнберга. 3-е изд., переработанное и дополненное. М:. Машиностроение, 1992.
