Trong các nhà máy công nghiệp, chúng ta thường thảo luận về những gì được truyền tải trong đường ống như một chức năng của thiết kế hệ thống. Cách thức hoạt động của vật liệu liên quan đến khả năng chống ăn mòn và nhiệt độ khi tiếp xúc với các chất lỏng khác nhau là một yếu tố quan trọng cần cân nhắc trong quá trình thiết kế hệ thống.

Tầm quan trọng gần như ngang nhau là cách chất lỏng di chuyển qua đường ống. Tốc độ dòng chảy đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định tuổi thọ của hệ thống cũng như mức tiêu thụ năng lượng hàng ngày của hệ thống.

Hiểu được hiệu quả mà chất lỏng có thể đi qua vật liệu đường ống là một bước quan trọng để đảm bảo độ tin cậy lâu dài và khả năng tiết kiệm chi phí của một số vật liệu nhất định.

Động lực học chất lỏng: Điều khoản quan trọng

Khi thảo luận về hiệu quả của chất lỏng chạy qua đường ống, điều quan trọng là phải thiết lập trước các định nghĩa của một số thuật ngữ:

Vận tốc dòng chảy: Vận tốc là thuật ngữ đơn giản nhất, vì nó là tốc độ trung bình của chất lỏng chảy qua đường ống. Hãy nghĩ về vận tốc dòng chảy giống như bạn xem xét tốc độ của chiếc xe của bạn. Ngoại trừ, thay vì ghi tốc độ dòng chảy bằng MPH hoặc km/h, chất lỏng thường được tính bằng m/s hoặc ft/s.

Tốc độ dòng chảy: Đây là thể tích chất lỏng đi qua đường ống trong một đơn vị thời gian, được ghi bằng m ³ /s hoặc ft ³ /s.

Như phương trình dưới đây cho thấy, tốc độ dòng chảy có mối tương quan thuận với vận tốc – khi tốc độ của chất lỏng tăng lên, lượng (hoặc thể tích) chất lỏng đi qua đường ống trong một khoảng thời gian nhất định cũng tăng lên.
Áp suất chất lỏng (Đầu chất lỏng): Về mặt kỹ thuật, áp suất là lượng năng lượng bên trong chất lỏng do áp suất đặt lên nó. Điều này phù hợp nhất khi xem xét tổn thất áp suất và độ giảm áp suất tương ứng.

• Tổn thất áp suất (tổn thất áp lực): Điều này đề cập đến mức độ mà các lực—bao gồm vòng quay, van và ma sát từ thành ống—giảm áp suất.
• Giảm áp suất: Đây là sự chênh lệch áp suất chất lỏng giữa hai điểm trong hệ thống do áp suất hoặc tổn thất cột áp.

Những yếu tố nào ảnh hưởng đến tốc độ dòng chảy?

Một yếu tố phổ biến trong thiết kế tốc độ dòng chảy là kích thước của hệ thống đường ống. Để giảm chi phí vốn, một số kỹ sư có thể giảm kích thước đường ống để tăng tốc độ dòng chảy. Ngược lại, tốc độ dòng chảy cao hơn có thể làm giảm tuổi thọ của hệ thống kim loại do xói mòn và áp suất tăng có thể xảy ra.

Trong nhựa, sự xói mòn thường không phải là vấn đề đáng lo ngại. Đúng hơn, có những mục tiêu thiết kế cần được xem xét dựa trên loại nhựa.

Để tối ưu hóa tốc độ dòng chảy, một số kỹ sư cố gắng giảm thiểu lượng áp suất bị mất trong toàn hệ thống hoặc mức giảm áp suất từ ​​điểm này sang điểm khác.
Ma sát (f): Ma sát chống lại dòng chất lỏng là lãng phí năng lượng. Hệ số ma sát không thể thay đổi bởi cấu hình hoặc thiết kế hệ thống và là hằng số cho từng vật liệu trong phương trình này.

Chiều dài ống (L). Ma sát đẩy dòng chảy, dẫn đến tổn thất áp suất khi chiều dài đường ống tăng lên. Chiều dài ống cũng ảnh hưởng đến phụ kiện, làm tăng đầu vào “chiều dài” cho phương trình.

Vận tốc của chất lỏng (v): Khi tốc độ dòng chảy tăng, tổn thất áp suất cũng tăng và hiệu suất giảm. Nguyên tắc chung là duy trì vận tốc dưới 5 ft/s (1,5 m/s).

Trọng lực (g) và độ dốc của đường ống. Độ dốc tăng làm giảm áp suất do trọng lực.

Đường kính ống (D): Đường kính ống càng lớn thì tốc độ dòng chảy sẽ càng chậm. Tốc độ dòng chảy tối ưu có thể được duy trì mà không cần tăng vận tốc , nếu chỉ định đường ống lớn hơn.

Tại sao áp suất, tốc độ và vận tốc dòng chảy lại quan trọng đối với các ứng dụng công nghiệp?

Nói chung, các kỹ sư cố gắng thiết kế các hệ thống cân bằng giữa chi phí với hiệu quả và độ tin cậy. Nói cách khác, hệ thống cụ thể nào sẽ (a) phù hợp với ngân sách nhưng không (b) làm tăng mức tiêu thụ năng lượng và cũng không (c) yêu cầu sửa chữa và bảo trì quá mức trong tương lai.

Hiệu quả
Việc lựa chọn vật liệu đường ống và thiết kế hệ thống phù hợp sẽ kiểm soát tốc độ và vận tốc dòng chảy theo cách giảm thiểu chi phí năng lượng. Lý do cho việc này:

• Chất lỏng chảy nhanh hơn dẫn đến tổn thất ma sát lớn hơn, làm tăng áp lực lên máy bơm. Nhiều năng lượng sẽ được tiêu thụ hơn và có thể cần phải lắp đặt các máy bơm lớn hơn.
• Một số vật liệu, chẳng hạn như kim loại, sẽ bị ăn mòn nhanh hơn ở tốc độ cao. Vật liệu bị ăn mòn kém mịn hơn và do đó tạo ra nhiều tổn thất ma sát hơn.

Độ tin cậy và tuổi thọ dịch vụ
Giảm vận tốc chất lỏng trong hệ thống đường ống công nghiệp không chỉ cải thiện hiệu quả mà còn có thể làm giảm khả năng hư hỏng đường ống.

Chất lỏng chuyển động nhanh tạo ra nguy cơ tiềm ẩn đối với độ tin cậy và tuổi thọ của hệ thống đường ống kim loại:

• Vì vận tốc chất lỏng cao hơn có thể thúc đẩy sự ăn mòn nên đường ống có thể cần được sửa chữa hoặc thay thế sớm hơn dự kiến.
• Tương tự, đường ống bị mài mòn và xói mòn có thể gây ra hư hỏng sớm.
• Tại những khúc cua và khúc cua, chất lỏng chuyển động nhanh có thể làm hỏng hệ thống và dẫn đến rỗ và các vấn đề khác.
• Sốc thủy lực, hay búa nước, xảy ra do vận tốc chất lỏng thay đổi đột ngột và áp suất tăng liên quan sẽ có sức tàn phá lớn hơn ở tốc độ cao hơn.

Nói chung, vận tốc chất lỏng cao hơn dẫn đến hiệu quả kém hơn—tăng chi phí năng lượng—và làm giảm độ tin cậy của hệ thống—vì khả năng hư hỏng đường ống cao hơn.

Chi phí trả trước
Các yếu tố chính quyết định chi phí đường ống là loại vật liệu, kích thước ống, lượng vật liệu và lắp đặt.

Nếu tiền không phải là vấn đề thì một hệ thống có thể được thiết kế quá mức đáng kể với những đường ống rất lớn. Điều này sẽ giữ cho chất lỏng chuyển động chậm và chịu rất ít tổn thất ma sát, nhưng sẽ rất tốn kém để mua và lắp đặt.

Đây là lý do tại sao mối quan hệ giữa dòng chất lỏng, chi phí vận hành và chi phí trả trước là một hành động cân bằng.

CPVC tối ưu hóa quy trình hệ thống công nghiệp như thế nào

Để so sánh vật liệu đường ống này với vật liệu đường ống khác nhằm tối ưu hóa tốc độ dòng chảy, độ nhẵn của bên trong đường ống từ khi lắp đặt cho đến thời gian sử dụng của nó là yếu tố phù hợp nhất.

Hệ số được sử dụng để so sánh các vật liệu là Hazen Williams C-Factor—hệ số càng cao thì dịch vụ đường ống càng mượt mà. Công thức sau đây được sử dụng để tính toán vận tốc nước, tổn thất cột nước và độ giảm áp suất, trong đó “C” là Hệ số C Hazen Williams của vật liệu.

CPVC có Hệ số C là 150 khi lắp đặt và độ mịn đó duy trì khá ổn định trong suốt vòng đời của nó. Tuy nhiên, thép không gỉ có hệ số C là 130 khi lắp đặt, nhưng hệ số này có thể giảm đáng kể trong suốt thời gian sử dụng của nó.
Kim loại có nhiều khả năng mất đi độ mịn và tính nhất quán theo thời gian do tính chất vốn có của nó dễ bị co giãn và ăn mòn.

Xem CPVC so sánh với kim loại như thế nào

Tối ưu hóa tốc độ dòng chảy của hệ thống đường ống công nghiệp là một yếu tố quan trọng đối với một hệ thống hiệu quả. Trong bài viết tài nguyên, Hệ thống đường ống Metal v. CPVC – CPVC có thể hoạt động tốt hơn đường ống kim loại trong các ứng dụng công nghiệp không?, nhóm chuyên gia kỹ thuật và sản phẩm của chúng tôi so sánh đường ống CPVC với kim loại về nhiệt độ, áp suất và khả năng chống ăn mòn, chi phí và độ an toàn.

https://www.corzan.com/blog/how-to-design-an-industrial-piping-system-for-ideal-flow-rate-and-velocity