Инженерная практика
Производственно-технический нефтегазовый журнал
+7 (903) 580-85-63 +7 (495) 371-01-74 info@glavteh.ru
Telegram Facebook

Противоаварийная система защиты трубопроводов и оборудования от гидроударов – стабилизатор давления (ССД)

Статистика показывает, что основными причинами аварий и разрушений трубопроводов наряду с коррозией и дефектами изготовления оказываются гидроудары и вибрации, возникающие вследствие динамических нагрузок. Вибрации и гидроудары могут стать причинами усталостных напряжений трубопроводов, в результате которых нарушается герметичность проточных трактов.

Анализ аварийных ситуаций показывает, что оснащение трубопроводов эффективным средством гашения гидроударов необходимо для обеспечения их безопасной эксплуатации. С этой целью специалисты ООО «ТехПромАрма» разработали и испытали специальное устройство – самостабилизатор давления (ССД), – представляющее собой вставку в трубопровод и позволяющее предотвратить любые виды гидроударов и пульсаций, возникающих при транспортировке среды в трубе. Применение ССД направлено на снижение аварийности трубопроводов, увеличение срока эксплуатации трубопроводных систем и оборудования, а также сокращение затрат на ремонтные и восстановительные работы.

08.11.2015 Инженерная практика №11/2015
Пестунов Виталий Альфредович Генеральный директор ООО «ТехПромАрма»

Гидроудар – это скачок давления, возникающий при резкой остановке потока и распространяющийся по трубопроводу с околозвуковой скоростью. К примеру, когда закрывается задвижка, жидкость останавливается, движущиеся слои натекают на уже остановившиеся и вся кинетическая энергия потока переходит в потенциальную (повышение давления) и в энергию упругого и пластического расширения трубопровода. Гидроудар наиболее опасен в местах установки задвижек и клапанов, при резких включении и отключении насоса и на участках поворотов и изгибов трубопровода. Чаще всего гидроудар происходит в жестких трубах, в местах сужения трубопровода и при высоких скоростях потока.

САМОСТАБИЛИЗАТОРЫ (ССД)

Существует несколько известных способов гашения гидроударов и пульсаций. В частности, это установка выносных камер с упругими элементами или систем автоматического регулирования. К недостаткам данных способов следует отнести быстрое изнашивание мембран, ограничение по частоте пульсаций потока, а также энергозатраты на поддержание активности системы и т.д.

Рис. 1. Самостабилизатор давления
Рис. 1. Самостабилизатор давления

С целью решения проблемы гидроударов и пульсаций при эксплуатации трубопроводов специалисты компании «ТехПромАрма» разработали не содержащие упругих элементов и мембран инновационные средства гашения, применение которых исключает энергозатраты и снимает ограничения частотного диапазона. Предлагаемые устройства называются самостабилизаторами давления (рис. 1).

Стабилизатор представляет собой элемент трубопровода (пассивная вставка) и изготавливается из той же марки стали, что и сама труба. Конструкция включает внутреннюю перфорированную трубу, две расширительные камеры и демпфирующую камеру.

Принцип работы ССД сводится к следующему. Гидроударная волна, попадая в стабилизатор, рассеивается на отверстиях и разделяется на две части. Далее поочередно каждая часть волны демпфируется на поршне с одной и с другой стороны. За счет этого происходит остаточное гашение гидроудара (рис. 2).

Рис. 2. Принцип работы самостабилизатора давления
Рис. 2. Принцип работы самостабилизатора давления

Таким образом, в стабилизаторе собраны все основные принципы гашения ударного давления: расширение в объеме, рассеивание на отверстиях и демпфирование на упругом элементе, в качестве которого используется подвижный поршень и среда.

Конструктивно самостабилизаторы подразделяются на трубные (диаметром от 6 до 100 мм) и камерные (диаметром от 100 до 2000 мм) (рис. 3). В обоих случаях ССД изготавливается в виде трубной вставки и не создает дополнительного сопротивления. Устройства рассчитаны на эксплуатацию в трубопроводах с давлением до 25 МПа и температурой среды до 500°С. Рабочей средой может быть нефть, вода или любая другая среда, в которой возможен гидроудар. Также по требованию заказчика самостабилизатор давления может быть разборным.

Рис. 3. Типы самостабилизаторов давления
Рис. 3. Типы самостабилизаторов давления

Поскольку гидроударный импульс распространяется со скоростью звука, процессы гашения волны в стабилизаторе происходят практически мгновенно. Так, при перекачке воды гашение происходит в пределах 0,0023 секунды (рис. 4). Таким образом, установленный стабилизатор срабатывает еще до того, как гидроудар окажет воздействие на трубопровод. То есть ССД устраняет не следствие, а саму причину его возникновения.

Рис. 4. Результат работы самостабилизатора давления на воде
Рис. 4. Результат работы самостабилизатора давления на воде

Эффективность действия самостабилизатора зависит от характера перекачиваемых сред. Но при этом гашение происходит на любой жидкотекучей среде, независимо от наличия в ней примесей (рис. 5).

Рис. 5. Графики скачков давления при гидроударах (максимальные значения)
Рис. 5. Графики скачков давления при гидроударах (максимальные значения)

ИСПЫТАНИЯ САМОСТАБИЛИЗАТОРОВ

Исследование работоспособности самостабилизаторов на различных средах проводилось в специализированном программном комплексе. На рис. 6 представлены результаты расчетов: давление доустановки стабилизатора при гидроударе и после установки (красная линия).

Рис. 6. Гидроудар до и после установки стабилизатора
Рис. 6. Гидроудар до и после установки стабилизатора

Также самостабилизаторы проходили испытания на стенде в ОАО «Научно-испытательный центр оборудования атомных электростанций» (ОАО «НИЦ АЭС» г. Кашира). Результаты испытаний практически полностью подтверждают математическую модель, созданную и рассчитанную в конечно-элементных программных комплексах.

Помимо этого, мы проводили испытания ССД на стенде, созданном ООО «ТехПромАрма» с использованием специального измерительного оборудования, сертифицированного в Ростехнадзоре (рис. 7).

Рис. 7. Испытания самостабилизатора на демонстрационном стенде
Рис. 7. Испытания самостабилизатора на демонстрационном стенде
Рис. 8. Схемы установки ССД в трубопроводе
Рис. 8. Схемы установки ССД в трубопроводе

СХЕМЫ УСТАНОВКИ СТАБИЛИЗАТОРОВ

Существует несколько вариантов установки ССД (рис. 8). Первый – в непосредственной близости, но не далее 10 м от запорной арматуры, насосов и других источников, создающих возмущение, в том числе быстродействующей (отсечной), регулирующей, обратной арматуры (с любым типом управления), таким образом, чтобы стрелка на корпусе ССД указывала в сторону арматуры.

Второй – после насосов, так, чтобы стрелка на корпусе стабилизатора указывала в сторону насоса. Третий – в системах, где насосы выполняют функцию устройств, увеличивающих давление в трубопроводе. В данном случае ССД устанавливаются перед насосами или после них, при этом стрелки на корпусе стабилизатора указывают в сторону насоса.

Четвертый – в местах возможного возникновения двухфазных режимов (пароводяные смеси). Пятый – на прямых участках трубопровода друг за другом, на расстоянии от 300 до 1000 метров.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СТАБИЛИЗАТОРОВ ДАВЛЕНИЯ

Применение самостабилизаторов позволяет снизить аварийность трубопроводов, увеличить срок эксплуатации трубопроводных систем и оборудования, сократить затраты на ремонтные и восстановительные работы.

ССД могут устанавливаться на трубопроводах, эксплуатируемых в электроэнергетической отрасли, ЖКХ, нефтегазовой, химической, металлургической и других отраслях промышленности (рис. 9).

Рис. 9. Изготовление ССД
Рис. 9. Изготовление ССД
Рис. 10. Применение ССД на Лачьельском участке недр для закачки пластовых вод НШУ «Яреганефть» (ООО «ЛУКОЙЛ-Коми»)
Рис. 10. Применение ССД на Лачьельском участке недр для закачки
пластовых вод НШУ «Яреганефть» (ООО «ЛУКОЙЛ-Коми»)

Так, три стабилизатора серии Ду-80 производства ООО «ТехПромАрма» были установлены на масляном контуре Ростовской АЭС. На Жодинской ТЭЦ сегодня применяются ССД серии Ду-500. Также для использования на водопроводах ПАО «ЛУКОЙЛ» были изготовлены и поставлены ССД серий Ду-300 и Ду-350 (рис. 10).

СЕРТИФИКАЦИЯ ССД

На данный момент нами получены соответствующие патенты на изобретение, а также лицензии и сертификаты Госстандарта России на стабилизаторы давления. Получен международный сертификат ISO 9001 системы менеджмента качества. Проводятся мероприятия по сертификации по системе таможенного союза, ОИТ и международным стандартам.

Показать выдержки из обсуждения

ВЫДЕРЖКИ ИЗ ОБСУЖДЕНИЯ

Вопрос: Виталий Альфредович, хотелось бы уточнить, с га- зом ваш стабилизатор будет работать? Если перекачивае- мая среда – это газ.
Виталий Пестунов: Если это просто газ, то смысла ставить стабилизатор нет, потому как в этом случае гидроударов не будет. Если перекачиваемая среда представляет собой га- зожидкостную смесь, то можно установить ССД. Работать он будет так же, как с нефтью или водой. Стабилизатор га- сит любые виды пульсаций, возникающие как от насоса, так и в результате гидроудара.
Вопрос: На какой срок службы рассчитаны ССД?
В.П.: Срок службы стабилизатора такой же, как у трубопро- вода, на котором он используется. Если труба работает 20 лет, к сожалению, и стабилизатор тоже проработает 20 лет
Вопрос: Какова протяженность стабилизатора?
В.П.: Примерно один метр.
Вопрос: Скажите, а исполнение у стабилизатора надземное или подземное? Его можно размещать под землей?
В.П.: Можно и под землей, но в этом случае необходимо обеспечить устройство дополнительной защитой, напри- мер, покрасить или нанести какое-то защитное покрытие. Поскольку ССД представляет собой кусок трубы и изготов- лен из той же марки стали, к нему применяются точно такие же требования, как и трубопроводу в целом.
Комментарии

Эту публикацию еще никто не прокомментировал. Станьте первым, поделитесь своим мнением.

Написать комментарий
Комментировать
Читайте далее
Оборудование для противокоррозионной защиты стальных трубопроводов и конструкций
Безгрунтовочное поликарбамидное напыляемое противокоррозионное толстослойное наружное покрытие «Петромаст 23»
Реклама
Свежий выпуск
Инженерная практика №05/2021

Инженерная практика

Выпуск №05/2021

Строительство и заканчиваете скважин. Нефтепромысловая химия. Механизированная добыча. Разработка месторождений. Трубопроводы
Бурение скважин с регулируемым давлением и через «малые толщины» в осложненных условиях на Большетирском месторожденииПовышение эффективности уплотняющего бурения на Верхнечонском месторождении за счет управления рискамиСтроительство горизонтальной скважины малого диаметра с заканчиванием при помощи селективной скважинной компоновкой для МГРПУправление механизированным фондом скважин, анализ и оптимизация систем заводненияЭффективное удаление шлама из горизонтального ствола, в том числе при заканчивании скважин с МГРП