08.11.2015 Инженерная практика №11/2015

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.

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).

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.

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.

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).

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).

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).

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).

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.