Dimensionnement des conduites de vapeur — vitesse et perte de charge

Dimensionnement des conduites de distribution de vapeur selon la vitesse, la perte de charge et les tableaux de capacité.

steampipesizingCalculatrice

Vue d'ensemble

Le dimensionnement des tuyaux de vapeur équilibre la pression disponible contre les pertes par friction et les pertes dues aux raccordements pour fournir une pression de vapeur adéquate au point d'utilisation. La pression disponible pour la distribution est égale à la différence entre la pression de sortie de la chaudière et la pression minimale requise chez le consommateur. Cette pression disponible doit surmonter à la fois les pertes majeures (friction dans les tuyaux) et les pertes mineures (raccordements, vannes, coudes) dans tout le système.

Un dimensionnement approprié évite une chute de pression excessive qui priverait les équipements d'utilisation finale, tout en maintenant les vitesses dans les limites recommandées pour prévenir l'érosion et le bruit.

Formules clés

Chute de pression disponible

$p = p_j - p_k$

Le budget de pression pour l'ensemble du système de distribution — la différence entre la pression initiale de la chaudière et la pression finale requise chez le consommateur de vapeur.

Chute de pression totale du système

$p_t = p_{major} + p_{minor}$

La perte totale est la somme des pertes par friction dans les tuyaux droits et des pertes localisées dues aux raccordements.

Perte majeure — Friction par unité de longueur

$p_a = \text{friction resistance per unit length of pipe}$

Pour la vapeur basse pression, la chute de pression empirique par 100 ft de tuyau est :

$p_{a\text{-}100} = \frac{0.01306 \; q^2 \left(1 + \dfrac{3.6}{d_i}\right)}{3600 \; \rho \; d_i^{\,5}}$

Perte mineure — Raccordements

$p_{minor} = \zeta \cdot \frac{\rho \, v^2}{2}$

Alternativement, les pertes mineures peuvent être exprimées comme une longueur équivalente de tuyau droit, simplifiant les calculs combinés :

$p_t = p_a \left( l + l_e \right)$

où $l$ est la longueur réelle du tuyau et $l_e$ est la longueur équivalente totale de tous les raccordements.

Variables

Symbole	Descriptif	Typical Unit
$p$	Available pressure drop	Pa, psi
$p_j$	Initial (boiler) pressure	Pa, psi
$p_k$	Final (consumer) pressure	Pa, psi
$p_t$	Total system pressure drop	Pa, psi
$p_{major}$	Friction pressure loss in pipes	Pa, psi
$p_{minor}$	Pressure loss in fittings	Pa, psi
$p_a$	Friction resistance per unit length	Pa/m, psi/ft
$p_{a\text{-}100}$	Pressure drop per 100 ft pipe	psig / 100 ft
$q$	Steam mass flow rate	lb/h
$d_i$	Pipe inside diameter	in
$\rho$	Steam density	lb/ft³
$\zeta$	Loss coefficient for fitting	—
$l_e$	Equivalent length of fittings	m, ft

Vitesses typiques de la vapeur

3 lignes

Vitesses recommandées des tuyaux de vapeur pour équilibrer la chute de pression et le risque d'érosion.
Type de vapeur	Vitesse (m/s)	Vitesse (ft/s)
Exhaust steam	20 – 30	70 – 100
Saturated steam	30 – 40	100 – 130
Superheated steam	40 – 60	130 – 200

Source: engineeringtoolbox.com

Calculateur de chute de pression par friction

Chute de pression par 100 ft — Vapeur basse pression

Débit (q)(lb/h)

Diamètre intérieur (d_i)(in)

Densité de la vapeur (ρ)(lb/ft³)

Convertisseur d'unités

Convertisseur d'unités pour le dimensionnement des tuyaux à vapeur

Pression(psi)

Longueur du tuyau(ft)

Débit de vapeur(lb/h)

Vitesse(ft/s)

Diamètre intérieur du tuyau(in)

Signaux de calculateur source

La page source en cache contient un formulaire partagé et 58 éléments d'entrée, y compris les contrôles de recherche/mise en page d'Engineering ToolBox et du convertisseur d'unités. Ce ne sont pas 59 calculateurs de dimensionnement de tuyaux à vapeur distincts. La fonctionnalité source substantielle est préservée avec le calculateur de chute de pression, le tableau de vitesse de vapeur typique, les formules de longueur équivalente et le convertisseur d'unités ci-dessus.

Notes de conception

Pression disponible est égale à la différence entre la pression de la chaudière et la pression de livraison minimale requise au consommateur le plus éloigné. Ce budget détermine la sélection du diamètre du tuyau.
Une règle empirique courante est de limiter la chute de pression totale à 5–10 % de la pression manométrique initiale par 100 m de longueur de tuyau équivalente.
Le surdimensionnement des tuyaux réduit le frottement mais augmente le coût en capital et les pertes de chaleur due à une plus grande surface. Le sous-dimensionnement provoque une pénurie aux points d'utilisation finale.
La formule empirique pour $p_{a\text{-}100}$ est valable pour les systèmes de vapeur basse pression. Pour la vapeur haute pression ou surchauffée, utilisez Darcy-Weisbach avec des facteurs de frottement appropriés et des données sur les propriétés de la vapeur.
Les tableaux de longueur équivalente sont couramment utilisés en pratique pour convertir les raccords (coudes, tés, vannes) en équivalents de tuyaux droits, permettant un seul calcul de frottement pour l'ensemble du parcours.
Vérifiez toujours que les vitesses résultantes restent dans les plages recommandées pour éviter l'érosion des tuyaux et le bruit excessif.
Tenez compte du condensat dans la ligne — l'écoulement diphasique augmente la chute de pression effective au-delà des calculs monophasiques.

Références

Dimensionnement des tuyaux à vapeur — Engineering ToolBox

Source: engineeringtoolbox.com