Размещено на http://www.allbest.ru/

Сравнительный анализ эффективности работы МСУ и стабилизатора давления при защите трубопроводов от воздействия на них гидроударов и пульсаций давления

1. Энергонезависимость

МСУ - мембранное сбросное устройство, оснащенное автоматикой, которая требует обслуживания, может выйти из строя, гидропривод может засориться. Таким образом, при отключении электроэнергии, отключается автоматика клапана, следовательно, реакции на сброс волны, образующейся при гидроударе, не происходит и существует угроза его разрушения; необходимость периодического обслуживания и подготовки персонала.

СД - энергонезависимое устройство, не требующее специального обслуживания и подготовки эксплуатирующего персонала.

2. Экологичность

При установке МСУ сброс горячей воды осуществляется в атмосферу или по трубопроводу в бак. При сбросе воды в бак может произойти вторичный гидроудар. Также при сбросе горячей воды в бак происходит неконтролируемый отвод теплоносителя. После прекращения отвода происходит резкая остановка сбрасываемого потока, разрыв колонны водного столба и вскипание теплоносителя, что является довольно критичным, с точки зрения аварийности. Как результат - потеря рабочей среды и нарушение экологии, разрушение трубопровода.

СД полностью исключает потерю рабочей среды и обеспечивает гашение всех гидроударов (их динамической и квазистатической составляющей - в зависимости от типа СД), снижение вредных пульсаций давления и вибраций до безопасного для трубопровода уровня.

3. Быстродействие

Время срабатывания МСУ - 0,5 сек, на практике может быть больше. Следовательно, при длине трубопровода до 500 м МСУ пропустит первую волну гидроудара (полпериода гидроудара - 2х500/1000м/сек=0,5 сек), и, т.к. за волной повышения давления идет волна понижения давления, то МСУ в этом случае вообще не сработает.

Пример расчета пропускной способности МСУ-300 для участка НС-1,4 - НС-7 (от ТЭЦ-1 Курской РГ).

Длина участка = 793 м, Ду 800, расход=2706 м3/ч=0,75 м3/с, скорость воды =1,5 м/с. Величина гидроудара составляет 15 атм. Для его гашения необходимо сбросить 0,3 м3 воды за 2х793/1000=1,58 сек. Пропускная способность МСУ = 500м3/ч=0,138м3/с. За 1,58 сек. будет сброшено 1,58х0,138=0,218 м3, остальной объем воды при гидроударе уйдет в трубопровод. Таким образом, гидроудар не будет ослаблен полностью, а в течение 0,5 сек он будет распространяться с полной амплитудой по трубопроводу и успеет пройти 500 м.

СД срабатывает мгновенно (скорость реакции менее 0,005 сек.) и в рассматриваемом случае погасит гидроудар полностью.

4. Снижение пульсаций давления, динамической составляющей гидроудара, замедление коррозии и проление срока службы изношенных трубопроводов мембранный трубопровод устройство

МСУ не влияет на величину гидроударов, не превышающую рабочее давление от 2 до 3 бар. В то же время, гидроудары величиной 1,5 - 3 бара и пульсации давления, возникающие вследствие таких гидроударов оказывают наибольшее влияние на разрушение изношенных трубопроводов (раскрытие свищей, трещин, образование повышенной коррозии).

Результаты технического обследования ТНС-6, ТНС-8 и ЦТП-2 ООО «Удмуртские коммунальные системы» (замеры проводились на трубопроводах после МСУ). ТНС №6 Режим перехода с насоса № 4 на насос № 3

Рис.1. Диаграмма изменения избыточного давления в подающем трубопроводе обратной сетевой отопительной воды при переходе с насоса 4 на насос 3.

Рис.2. Диаграмма изменения избыточного давления в напорном трубопроводе обратной сетевой отопительной воды при переходе с насоса 4 на насос 3.

Переход с насоса № 3 на насос № 4

Рис.3. Диаграмма изменения избыточного давления в подающем трубопроводе обратной сетевой отопительной воды при переходе с насоса 3 на насос 4.

Рис.4. Диаграмма изменения избыточного давления в напорном трубопроводе обратной сетевой отопительной воды при переходе с насоса 3 на насос 4.

ТНС №8 Переход с насоса № 3 на насос № 2

Рис.5. Диаграмма изменения избыточного давления в подающем трубопроводе обратной сетевой отопительной воды при переходе с насоса 3 на насос 2.

Рис.6. Диаграмма изменения избыточного давления в напорном трубопроводе обратной сетевой отопительной воды при переходе с насоса 3 на насос 2.

Переход с насоса № 2 на насос № 3

Рис.7. Диаграмма изменения избыточного давления в подающем трубопроводе обратной сетевой отопительной воды при переходе с насоса 2 на насос 3.

Из анализа представленных диаграмм изменения динамического давления следует, что при штатных переключениях с насоса на насос в трубопроводе обратной сетевой отопительной воды происходят колебания давления с амплитудой до 1,1 бар. Дополнительно, из консультаций с обслуживающим персоналом ООО «Удмуртских коммунальных сетей» было установлено, что сбросные (предохранительные) клапана МСУ, установленные на подающих трубопроводах обратной сетевой отопительной воды на ТНС№6 и ТНС№8, настроены на срабатывание при превышении давления в трубопроводе сверх рабочего на 2 бара.

Вследствие этого, при прохождении гидроударов с амплитудой превышения динамического давления относительно рабочего менее 2 бар, МСУ не способны реагировать на них. В свою очередь, необходимо отметить, что именно такие всплески давления, возникающие на режимах штатных переходов с насоса на насос, оказывают серьезное разрушающее воздействие на трубопровод вследствие накопления усталости металла и увеличения скорости коррозии из-за образования микротрещин. С учетом частоты (постоянства во времени), с которой происходят выше названные процессы, можно сделать вывод о том, что подобные колебания и пульсации давления в значительной степени снижают срок службы изношенных трубопроводов обследуемой гидросистемы и являются главной причиной аварийных ситуаций с порывами труб и утечками теплоносителя.

4. Стоимость

Цена на МСУ в 10 раз ниже цены на СД, что, на первый взгляд, является неоспоримым преимуществом перед СД.

Однако, с учетом сравнительных характеристик МСУ, отмеченных в пп. 1-3 возможные затраты на ликвидацию последствий аварий на участках трубопроводов, защищаемых МСУ, могут превысить (по опыту практической эксплуатации СД и данным ООО «Удмуртские коммунальные системы») и превышают данную разницу в несколько раз.

Выводы по эффективности МСУ:

1. При определенных условиях (большие перепады высот, протяженность трубопровода более 5 км и т.п.) установка МСУ может быть целесообразна исключительно в магистралях обратной сетевой воды при квазистатическом и статическом (при сбросе воды в атмосферу) повышении давления. При динамическом изменении давления МСУ является малоэффективным устройством, а при небольших до 500 м участков трубопровода, небольших величинах гидроударов (до 3 бар), а также на понижение давления вообще не работает.

2. Срабатывание МСУ на трубопроводах обратной сетевой воды, вследствие резкого местного сброса давления вызывает в трубопроводе волну пониженного давления, которая при взаимодействии с волной разряжения, возникающей при гидроударе вследствие резонанса, может привести к еще более серьезным последствиям. При определенных значениях температуры и давления в трубопроводе может добавиться еще и эффект вскипания теплоносителя.

3. Отсутствует опыт применения МСУ на трубопроводах больших диаметров и анализ его воздействия на снижение амплитудно-частотных характеристик гидросистемы.

4. Зависимость результатов эксплуатации МСУ от электроэнергии, подготовки обслуживающего персонала (человеческий фактор), функционирования автоматики клапана (обязательное периодическое обслуживание) делает работу МСУ бесполезной при полном отключении электропитания насосов, и возможность появления «сбоев» в работе при несвоевременном техническом обслуживании.

5. При применении МСУ требуется установка емкостей для сброса рабочего тела объемом не менее 5 м3 в отдельном, изолированном помещении.

Выводы

1. Выбор типов защитных устройств для предотвращения воздействия гидроударов и вредных пульсаций давления на трубопроводную инфраструктуру зависит от целого ряда факторов: протяженности теплосетей, амплитудно-частотных характеристик волновых процессов на различных режимах работы насосного оборудования, запорной и другой арматуры, перепадов высот, разветвленности сети, стабильности энергообеспечения и др.

2. Для решения проблемы защиты трубопроводов длиной до 2,5-3 км от гидроударов как на прямой, так и на обратной магистралях сетевой отопительной воды, вредных пульсаций давления и вибраций целесообразно применение исключительно стабилизаторов давления.

3. При отсутствии на теплосетях случаев с отключением и перебоями в электропитании насосного оборудования главным фактором аварийности являются динамические составляющие гидроудара и вредные пульсации давления, которые негативно влияют, прежде всего, на изношенные трубопроводы и оборудование. В данном случае объем теплоносителя, который требуется погасить при гидроударах, не превышает 1,5-1,8 м3, и наиболее эффективным будет применение стабилизаторов давления, обладающих способностью снять все указанные воздействия на гидросистему.

4. При наличии случаев отключения и перебоев в электропитании насосного оборудования главным фактором аварийности является квазистатическое (а иногда статическое) повышение давления. В этом случае оптимальным вариантом защиты гидросистем от аварий является совместное применение СД, МСУ и КВЗВ (клапанов запуска и защемления воздуха).

Размещено на Allbest.ru