Thiết kế đường ống và tuyến định lượng: Tính DN, vận tốc và tổn thất áp Hazen–Williams

Đối tượng đọc: kỹ sư công nghệ cần chọn đường kính ống (DN) cho tuyến bơm định lượng / process trước khi chọn lưu lượng kế. Thời gian đọc: ~6 phút. Công cụ liên quan: Thiết kế đường ống & tuyến định lượng · Cẩm nang thiết kế

Nguyên lý

Kích thước ống quyết định vận tốc dòng chảy và tổn thất áp ma sát. Vận tốc quá cao → xói mòn, tách khí, ồn; quá thấp → lắng cặn, vi sinh đệm. Chọn DN trước rồi mới chọn lưu lượng kế để dải đo (range) có ý nghĩa.

Công thức

Qd = Q·k (lưu lượng thiết kế = trung bình × hệ số đỉnh); Qs = Qd/86400; D = √(4·Qs/(π·v)); hf = 10,67·L·Qs^1,85 / (C^1,85·d^4,87) (Hazen–Williams).

Với Q = 2000 m³/d, k = 2,0 (trạm XLNT điển hình), v = 1,0 m/s, L = 50 m, C = 150 (UPVC/HDPE), nước sạch: Qd = 2000·2,0 = 4000 m³/d; Qs = 4000/86400 = 0,0463 m³/s; D = √(4·0,0463/(π·1,0)) = 0,243 m ≈ 243 mm → DN 250 (ISO 6708); v thực tế = 0,0463/(π·0,125²) = 0,94 m/s (trong dải 0,6–1,5 m/s ✓); hf ≈ 0,15 m trên 50 m.

Chọn lưu lượng kế

DN ≤ 300 → SE10A (từ tính, DN 10–300, 24 V DC, ±0,5 %); DN 2–2000 → SE11E; DN > 2000 → SE15 dạng chèn. Nên 2× (1 làm việc + 1 dự phòng) cho tuyến định lượng liên tục.

Dải thiết kế điển hình

Vận tốc: nước sạch / process 0,6–1,5 m/s; hóa chất 0,5–1,0 m/s. Hệ số Hazen–Williams C: UPVC/HDPE 150, thép không gỉ 140, gang xi măng 130, thép cũ 100. Luôn nhân hệ số đỉnh k (1,4–3,0) trước khi tính.

5 sai lầm thiết kế

1. Quên hệ số đỉnh k: tính theo Q trung bình → ống thiếu công suất giờ đỉnh.
2. v ngoài dải: > 1,5 m/s xói mòn; < 0,6 m/s lắng cặn.
3. Sai C vật liệu: dùng C=150 cho thép cũ → hf tính thấp, bơm thiếu áp.
4. Chọn lưu lượng kế sai DN: dải đo không phủ lưu lượng thực → sai số lớn.
5. Không tính hf: bơm không đủ cột áp → không đẩy được tuyến.

Kết luận

Tuyến định lượng: Qd = Q·k, D = √(4·Qs/π·v), hf = 10,67·L·Qs^1,85/(C^1,85·d^4,87); giữ v 0,6–1,5 m/s (nước), chọn DN chuẩn ISO 6708, ghép SE10A/SE11E và luôn có dự phòng.