Витік у трубопровідній мережі
Одним з найцікавіших і вимагаючих розгляду випадків нестаціонарної роботи НК, що потребує розгляду, є робота на систему з витоком. Оперативне виявлення витоків у трубопроводі є актуальним завданням при транспортуванні вуглеводнів, води і теплоносія, оскільки результати аварій призводять до серйозних екологічних наслідків для довкілля і значних витрат на відновлення нормальної роботи системи. Аналіз показав, що в середньому по Україні витоки і невраховані втрати води за рік складають 15–30 % від загального водоспоживання.
Встановлено, що раптова поява в гідросистемі витоку (рис. 1.43) призводить до зміни форм сигналів тиску та гідравлічної потужності [41–45]. Детальний розгляд і оцінка перехідних процесів при появі витоку (рис. 1.44) за допомогою енергетичного критерію (частотного аналізу сигналів гідравлічної потужності) дає можливість виділити інформаційні ознаки для визначення наявності і виявлення місця розташування витоку в трубопровідній мережі.
Відстань від контрольної точки трубопровідної мережі до місця витоку визначається залежністю [46]:
 ,
| (1.73) |
де 
– час проходження хвилі тиску від контрольної точки виміру до витоку і назад; 
– швидкість звуку в рідині.
а) б)
Рисунок 1.43 – Криві зміни тиску (а) і гідравлічної потужності (б)
при раптовій появі витоку в трубопровідній мережі
|
|
|
Дані положення є принципово важливими при побудові системи ідентифікації аварійних режимів у насосному комплексі для запобігання розвитку нештатних ситуацій і підвищення надійності роботи електрогідравлічного устаткування.
а) б)
Рисунок 1.44 – Криві зміни гідравлічної потужності при раптовій появі витоку на відстані 600 і 800 м від насоса (а) і їх амплітудні спектри (б)
Засоби гідрозахисту насосних комплексів
До складу НУ, крім насосних аґреґатів, входить комплекс обладнання, що забезпечує роботу насосів в необхідному режимі: всмоктувальні й напірні патрубки, запірна й регулювальна арматури, контрольно-вимірювальна апаратура керування й захисту. Режими роботи НУ необхідно безупинно змінювати через змінний характер роботи споживача, що залежить від технологічних умов функціонування підприємств, змінне в часі водоспоживання, приплив кар'єрних або стічних вод та ін.
При різкій зміні витрати з боку споживача, регулюванні вихідних параметрів НУ дроселюванням, через скупчення повітря в насосі й трубопроводі, раптовому відключенні енергоживлення насосів можлива поява нестаціонарних процесів, що призводять до аварійних ситуацій у технологічному обладнанні.
|
|
|
При швидкому закритті зворотного клапана на виході турбомеханізму через раптове припинення роботи насосів, швидкому закритті запірного органа наприкінці водоводу або тупика водогінної мережі, різкому закритті засувок на виході насосної станції й на лінії водоводів, розриві водяного стовпа у водоводі в результаті скупчення повітря у воді й наступному з'єднанні частин, що розірвалися, у трубопроводі відбувається раптова зміна швидкості руху води, що супроводжується неприпустимим перевищенням тиску і призводить до виникнення гідроудару в мережі.
Гідравлічний удар у трубопроводах порушує їх нормальну роботу, може призвести до руйнування труб, фланцевих або зварних з'єднань, запірно-запобіжної арматури; порушення роботи вимірювальних приладів, поломки насосів.
У зв'язку із цим застосовуються різні пристрої захисту НУ для обмеження неприпустимого перевищення подачі й напору в трубопровідній системі, зумовлених технологічними особливостями гідротранспорту.
Трубопровідна арматура класифікується за наступними видами [18]:
– запірна й регулювальна – крани пробкові й кульові, вентилі, засувки, поворотні затвори, поплавково-запірні й регулювальні клапани й ін.;
|
|
|
– запобіжна – приймальні, зворотні й запобіжні клапани, повітряні вантузи та ін.
Крани
Крани як запірні органи характеризуються наступними особливостями:
– швидко відкриваються (перехід від повного закриття до повного відкриття відбувається при повороті ключа на 90°);
– піддаються дії гідравлічного удару внаслідок швидкого відкривання;
– вимагають витрати значного зусилля для повороту пробки;
– малопридатні для регулювання кількості протікаючої рідини;
– мають малий гідравлічний опір;
– придатні для рідин, що містять зважені речовини;
– недостатньо придатні для пари й сильно нагрітих рідин.
Крани відкривають й закривають поворотом розташованої всередині корпусу конічної пробки з наскрізним отвором. Пробка при повороті ковзає по ущільнювальній поверхні корпусу. Поворот пробки не супроводжується пересуванням її вздовж вертикальної осі корпусу, тому ступінь натискання пробки на стінки корпусу залишається постійним, незалежно від кута, на який пробку повернуто. Поворот пробки зазвичай здійснюють за допомогою ключа, накладеного на квадратний хвіст пробки (рис. 1.45, 1.46).
|
|
|
Латунні пробко-спускні крани, які застосовують для води й пари при температурі до 225° на робочий тиск (для води) 10 кг/см2, зображені на
рис. 1.45. Напрямок ручки пробки крана відповідає напрямку проходу в пробці. У корпусі крана вздовж горизонтальної осі є отвір, заглушений ґвинтом-пробкою, для прочищення проходу.
|
|
Засувки
Засувки як запірні органи характеризуються наступними особливостями:
– мають малий гідравлічний опір;
– непридатні для роботи з рідинами, що містять зважені речовини, які здатні кристалізуватися;
– створюють труднощі для ремонту ущільнювальних поверхонь;
– мають високу вартість;
– зручні для регулювання витрати середовища;
– безпечні щодо гідравлічного удару порівняно з кранами.
Засувки складаються з наступних основних частин (рис. 1.47): корпусу 1 з кришкою 2, запірного диска 3 і шпинделя 4 із сальником 5.
Запірний диск і корпус обладнуються ущільнювальними кільцями з нержавіючого металу (латунь, бронза й ін.). Залежно від конструкції затвора, засувки поділяють на два основні типи: паралельні й клинові (клинкетні).
Клапани зворотні
Найчастіше зворотні клапани (рис. 1.47) застосовують на насосних станціях, щоб після зупинки насоса перешкодити зворотному протіканню через насос води, що перебуває в напірному трубопроводі. Це може викликати наступні небажані наслідки:
– спорожнювання напірних водогонів через насос;
– зворотне обертання насоса; у цьому випадку насос буде працювати як водяна турбіна, а електромотор перетвориться на генератор, який працює без навантаження, що небезпечно для цілісності насоса й мотора;
– пошкодження насоса дією гідравлічного удару за наявності приймального клапана на кінці всмоктувального трубопроводу.
Закриття зворотного клапана на насосній станції при раптовій зупинці насоса викликає гідравлічний удар у напірному трубопроводі, для боротьби з яким необхідно встановлювати запобіжні клапани. Зворотний клапан потрібно встановлювати між напірним патрубком насоса й засувкою. Це дозволяє відключати його від напірного водопроводу під час ремонту клапана.
На рис. 1.47 зображений литий зворотний клапан найпоширенішої конструкції. Клапан складається з корпусу, тарілки клапана й кришки корпусу. Для з'єднання із трубопроводом корпус має відповідні фланці. Монтаж тарілки клапана здійснюється через отвір у верхній частині корпусу, який закривається кришкою. Тарілка клапана має приплив – важіль, за допомогою якого вона шарнірно з'єднується із кришкою корпусу. Для ущільнення зазору в сідлі клапана застосовують шкіряну прокладка або два ущільнювальні кільця із бронзи. Під дією води, що рухається, тарілка повертається на важелі відносно його осі, і вода проходить через клапан. При роботі клапана у зворотному напрямку тарілка під впливом власної ваги, а також тиску води з боку напірного водогону відпускається, і клапан закривається.
Клапани запобіжні пружинні 
При підвищенні у водогоні тиску вище за припустимий стискається пружина й клапан відкривається, скидаючи частину води, що зменшує дію гідравлічного удару. Припинення випуску води після закривання клапана викликає новий гідравлічний удар, але меншої сили. При цьому клапан може вдруге відкритися й скинути воду.
На рис. 1.48 зображений пружинний запобіжний клапан діаметром D=50÷150 мм промислового виготовлення.
При підвищенні тиску у водогоні вище за припустимий вода піднімає клапан 1, останній за допомогою з'єднаного з ним штока 2 стискає пружину 3, і вода викидається в отвір, що відкрився, через патрубок 4 назовні. Після зниження тиску в трубопроводі клапан під дією пружини сідає на місце, і викид води припиняється.
Гасники удару
Прилади цього типу влаштовані таким чином, що після припинення подачі струму й раптового вимикання насосів, тобто коли тиск у водогонах падає, вони відкриваються, і до початку ударної хвилі встановлюється злив води з водогону. Потім клапан повільно закривається. Час закривання клапана розраховується таким чином, щоб викликане закриттям клапана підвищення тиску не перевищувало припустимої межі.
Робота гасника полягає в наступному (рис. 1.49). При нормальній роботі насосної станції засувка під гасником 1, а також вентилі повністю відкриті. Поршні розподільника займають верхнє положення, при якому циліндр гасника трубкою з'єднаний з водогоном до зворотного клапана. Робочий тиск передається на поршень і клапан гасника. Через те що площа поршня більша за площу клапана, різниця зусиль на поршень і клапан утримує гасник у закритому положенні. При раптовому вимиканні насосів тиск у водогоні падає, і зворотний клапан закривається. Надалі тиск на насосі (тобто у водогоні до зворотного клапана), а отже, і в циліндрі гасника продовжує спадати, а у водогоні він починає підніматися. При відкритті гасника вода з його циліндра через розподільник і трубку 6 видавлюється у водогін до зворотного клапана. З відкриттям гасника поршень масляного гальма швидко рухається вгору, і масло, віджимаючи клапан, проходить через великі отвори.
При підвищенні тиску у водогоні під дією різниці зусиль на поршні розподільника відбувається їх повільне перемикання в нижнє положення. Повільне перемикання поршнів забезпечується оливним гальмом розподільника. Після перемикання поршнів у нижнє положення циліндр гасника з'єднується з водогоном після зворотного клапана, й гасник починає закриватися. При цьому клапан масляного гальма гасника сідає на місце, перекриває отвір, унаслідок чого масло проходить у верхню частину циліндра тільки через ніпель, завдяки чому посадка масляного гальма, а отже, і закриття гасника відбувається повільно й не викликає додаткового удару.
Після закриття гасника поршні розподільника залишаються в нижньому положенні до пуску насосної станції. З пуском насосів і відкриттям напірної засувки вода під робочим тиском надходить до розподільника. Зусилля від робочого тиску на поршень з двох боків урівноважуються, а зусилля на поршень, з'єднаний з одного боку через вікно в кришці з атмосферою, переміщає поршні у верхнє положення.
Циліндр гасника виявляється з'єднаним через розподільник і трубку 6 з водогоном – до зворотного клапана. Гасник знову готовий до дії.
Трубка повинна обов'язково підключатися до напірного водогону між пусковою засувкою й першим зворотним клапаном з установлених на насосній станції. Вентилі встановлюють для налагодження й контролю роботи гасника удару.
Відомі засоби захисту насосної станції від перевищення тиску, що передбачають установлення запобіжних клапанів на виході насосних аґреґатів чи у колодязях біля будівлі станції (у комбінації зі зворотним клапаном), у тупиках мережі, перед засувками. Поряд з цим застосовують профілактичні заходи: установлення вантузів для звільнення трубопроводу від скупчення в ньому повітря чи для впуску повітря в трубопровід для попередження появи вакууму. При підвищенні у водоводі тиску, більшого за припустимий, використовуються пружинні запобіжні клапани і діафрагми, що можуть бути встановлені в будь-якому місці трубопровідної мережі, а також на насосних станціях; у випадку припинення подачі струму і раптового вимикання насосів, коли тиск у водоводах різко падає, застосовуються гасники удару, що встановлюються в насосних станціях з відцентровими насосами відразу ж за зворотним клапаном і на водоводах.
Узагальнюючи наведене вище, можна віднести до недоліків відомих засобів гідрозахисту такі: відкривання запобіжних клапанів починається лише після того, коли тиск піднімається вище за допустимий (для пружинних клапанів) і при падінні тиску нижче за статичний (для гасників удару); час спрацьовування запірно-запобіжної арматури більший, ніж час наростання піка тиску; кількості води, що випускається клапаном, недостатньо для повного гасіння удару; почергове відкривання і закривання клапана сприяє підтримці ударного тиску; ускладнення в експлуатації через корозію, послаблення з часом пружин.
Дата добавления: 2019-02-13; просмотров: 201; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!