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

Самостабилизатор давления – безаварийная эксплуатация оборудования и трубопроводных систем

Инженеры ООО «ТехПромАрма» создали и успешно внедряют устройства противоаварийной защиты трубопроводов различного назначения – самостабилизаторы давления (ССД), представляющие собой пассивную систему снижения динамических нагрузок и защиты оборудования от износа и разрушения, выполненную в виде трубопроводной вставки. Безаварийная эксплуатация трубопроводов при использовании ССД обеспечивается за счет гашения гидроударов, колебаний давления, вибраций и резонансных явлений, возникающих в трубопроводах вследствие аварийных отключений и перебоев в энергоснабжении, сбоев систем автоматики и управления, срабатывания запорной трубопроводной арматуры, быстрых коммутационных переключений и ошибок обслуживающего персонала.

В соответствии с требованиями заказчика самостабилизатор давления может быть изготовлен либо в трубном, либо в камерном исполнении. Практические результаты эксплуатации ССД показывают, что применение устройства позволяет повысить коррозионно-усталостную долговечность трубопроводных систем, увеличить срок службы даже сильно изношенных трубопроводов более чем в 1,5-2 раза, а также сократить эксплуатационные затраты компаний, прямые и косвенные затраты на аварийно-восстановительные работы и расходы, связанные с экстренной заменой аварийных участков трубопроводов.

04.02.2018 Инженерная практика №12/2017
Крупышева Надежда Викторовна Ведущий инженер-конструктор ООО «ТехПромАрма»

Надежное и безопасное функционирование энергетических и промышленных установок обеспечивается путем своевременного и качественного выполнения комплекса технических и организационных мероприятий, включающих обеспечение внутренней самозащищенности установки, а также разнопринципных систем безопасности, предназначенных для предупреждения аварий и ограничения развития их последствий.

Один из действенных способов повышения надежности работы промышленного оборудования заключается в использовании пассивных элементов систем безопасности. К примеру, основными причинами аварий и отказов на предприятиях атомной промышленности становятся повышенные уровни вибрации трубопроводов и опор, возникающие вследствие высоких динамических нагрузок; дефекты при изготовлении оборудования; погрешности монтажа; коррозионный и другие виды износа; человеческий и другие внешние факторы.

Вибрации и гидроудары могут приводить к усталостным разрушениям трубопроводов и элементов реакторных установок, в результате которых нарушается проектная степень герметичности проточных трактов и появляются значительные течи теплоносителя.

Анализ различных аварийных ситуаций на объектах атомной и нефтяной промышленности показывает, что оснащение трубопроводных систем эффективным средством гашения вынужденных колебаний давления и гидравлических ударов очень важно для соблюдения допустимых пределов и условий их безопасной эксплуатации.

В настоящее время существует несколько способов гашения вибраций и гидроударов. Первый из них – это использование пассивных демпфирующих элементов, например, выносных камер с упругими элементами и аккумуляторов давления. Второй способ предусматривает внедрение специальных систем автоматического регулирования – датчиков давления и механизмов регулирования внешних источников энергии и нагревательных элементов для создания паровых фракций.

К недостаткам указанных методов можно отнести непродолжительный срок службы и изнашивание демпфирующих элементов и мембран, наличие ограничений по частоте пульсаций потока, высокие энергозатраты на поддержание системы в рабочем состоянии, а также возможный отказ автоматической системы.

С учетом этих недостатков инженеры нашей компании разработали специальное устройство – самостабилизатор давления (ССД), – представляющее собой трубопроводную вставку, в которой демпфирующим элементом служит сама перекачиваемая среда (ее сжимаемость). За счет этого энергозатраты при использовании ССД попросту отсутствуют. Также исключается износ демпфирующих элементов, характерный для других способов снижения динамических нагрузок.

Рис. 1. Варианты конструкции самостабилизатора давления
Рис. 1. Варианты конструкции самостабилизатора давления

Самостабилизаторы давления выпускаются как в трубном, так и камерном исполнении (рис. 1). Трубные ССД используются для подключения трубопроводов диаметром от 10 до 100 мм, камерные – для присоединения трубопроводов диаметром свыше 100 мм. В зависимости от диаметра трубопровода конструкция камерных стабилизаторов может включать от двух до девяти выносных камер.

В обоих случаях работа ССД не зависит ни от температуры, ни от давления в системе. ССД может применяться при температуре до +585°С и давлении до 45 МПа.

ПРИНЦИП РАБОТЫ САМОСТАБИЛИЗАТОРА ДАВЛЕНИЯ

Принцип действия ССД заключается в следующем: при установившемся режиме рабочая среда (жидкость, газ или их смесь) заполняет все внутреннее пространство самостабилизатора при этом давление во всех камерах устанавливается одинаковое, равное давлению в трубопроводе. Гашение давления происходит в результате того, что гидроударная волна, попадая в стабилизатор, рассеивается на группе прямых и косых отверстий (рис. 2).

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

Благодаря увеличению объема жидкости под корпусом, амплитуда волны снижается, а остаточное гашение рассеянных волн давления происходит в демпфирующих камерах за счет податливости поршня и сжимаемости самой среды.

НАЗНАЧЕНИЕ САМОСТАБИЛИЗАТОРА ДАВЛЕНИЯ

Применение ССД позволяет предотвратить крупные аварийные разрывы трубопроводов, выход из строя арматуры и насосных агрегатов по причине гидроударов, пульсаций давления и вибраций. За счет снижения амплитудно-частотных пульсаций на рабочих частотах насосных агрегатов и при переходных режимах увеличивается коррозионно-усталостная долговечность трубопроводов. С учетом накопленного износа и реальных условий эксплуатации срок службы трубопроводов при использовании ССД может быть увеличен на 50-70%.

В конструкции стабилизатора давления отсутствуют органы регулирования и элементы управления, поэтому при установке он не создает дополнительных нагрузок на систему, для которой он предназначается.

ОПИ САМОСТАБИЛИЗАТОРА ДАВЛЕНИЯ

Опытно-промышленные испытания ССД проводились на объекте ООО «ЛУКОЙЛ-Коми» – водоводе от ЦНС №3 Цеха подготовки и перекачки нефти (ЦППН) до водораспределительных блоков (ВРБ). По результатам этих испытаний была подтверждена эффективность работы устройства. Принципиальная схема участка для проведения ОПИ представлена на рис. 3. При работающем насосе №1 в сеть включался насос №3, в результате чего в трубопроводе возникали гидродинамические возмущения.

Рис. 3. Принципиальная схема участка для проведения испытаний самостабилизатора давления на объекте ООО «ЛУКОЙЛ-Коми»
Рис. 3. Принципиальная схема участка для проведения испытаний самостабилизатора давления на объекте ООО «ЛУКОЙЛ-Коми»

Эти возмущения (или пульсации давления) фиксировались датчиком №1 сначала без ССД. После установки ССД в систему этот же датчик при тех же условиях включения насоса фиксировал изменение давления в трубопроводе.

В ходе ОПИ были построены два графика изменения давления, которые наглядно показывают работоспособность ССД на трубопроводе, подверженном пульсациям давления, возникающим при включении насоса (рис. 4).

Рис. 4. Графики изменения давления в трубопроводе после включения насоса
Рис. 4. Графики изменения давления в трубопроводе после включения насоса

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ССД

Технологическая эффективность самостабилизатора при использовании на различных средах (вода, масло, нефть, конденсат и пароводяная смесь, химические растворы) проявляется по-разному. Но при этом гашение происходит на любой жидкотекучей среде, независимо от наличия в ней примесей. Исследование работоспособности самостабилизаторов на различных средах проводилось в специализированном программном комплексе (рис. 5).

Рис. 5. Результат расчетного исследования работоспособности ССД
Рис. 5. Результат расчетного исследования работоспособности ССД

Помимо гидродинамических исследований, специалисты ООО «ТехПромАрма» выполнили сопряженный анализ прочности трубопроводов. Рассматривались два расчетных случая: трубопровод без ССД и трубопровод, защищенный самостабилизатором давления. За один цикл нагружения принималось влияние гидроударной волны на стенки трубопровода до полного затухания колебаний давления.

Результаты анализа показывают, что трубопровод без ССД достигнет своего критического состояния (а именно появления микротрещин) после 135 циклов (гидроударов). При тех же условиях стенки трубопровода, защищенного самостабилизатором давления, достигнут своего критического состояния после 609 129 циклов (рис. 6).

Рис. 6. Сводная диаграмма по анализу прочности трубопроводов
Рис. 6. Сводная диаграмма по анализу прочности трубопроводов

Стоит отметить, что представленные результаты не учитывают другие накопленные повреждения трубопровода за время его эксплуатации, возникшие, например, при опрессовках, изменении температуры рабочей среды и др.

Таблица 1. Экономическая эффективность применения ССД
Таблица 1. Экономическая эффективность применения ССД

ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ССД

Также мы провели анализ экономической эффективности применения ССД на нефтепроводе. Было установлено, что за 30 лет работы нефтепровода (расчетный срок службы ССД) предполагаемое количество затрат на восстановление оборудования и окружающей среды составит около 126 млн рублей. При средней стоимости стабилизатора давления, равной 12 млн руб., экономическая эффективность его применения составляет порядка 114 млн рублей (см. таблицу).

СЕРТИФИКАЦИЯ И ПРИМЕРЫ ПРАКТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ ССД

К настоящему времени по результатам проведенных ОПИ получены все основные разрешающие документы и сертификаты на использование ССД на объектах энергетики. Среди них – международные сертификаты Системы менеджмента качества (СМК), маркировки СЕ (Conformité Européenne – «европейское соответствие»), сертификаты соответствия техническому регламенту Таможенного союза и сертификаты соответствия в области использования в атомной энергетике.

Сегодня самостабилизаторы давления поставляются для использования на различных промышленных объектах, включая системы закачки пластовых вод нефтяных месторождений, Ростовскую и Ленинградскую АЭС, Жодинскую ТЭЦ и др.

Разработана рабочая документация на установку ССД в систему Калининской АЭС (реакторный цех). Не так давно был подписан протокол об изготовлении и установке ССД в систему электростанции. Параллельно совместно с ПАО «Силовые машины» выполняется модернизация системы САРЗ с последующей установкой ССД в систему турбинного цеха Калининской АЭС.

Также ведутся переговоры с представителями ПАО «Мосэнерго», АО «Мосводоканал» и различных ТЭЦ на предмет внедрения устройства; прорабатываются различные схемы по обеспечению защиты трубопроводов от гидроударов.

Комментарии

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

Написать комментарий
Комментировать
Читайте далее
Обеспечение безопасной эксплуатации поврежденных трубопроводов с помощью усиливающих композиционных муфт SmartLock
Защита промысловых трубопроводов от коррозии и биокоррозии реагентами ООО «ФЛЭК»
Реклама
Свежий выпуск
Инженерная практика №05/2018

Инженерная практика

Выпуск №05/2018

Промысловые трубопроводыМеханизированная добыча
Особенности и нормативная база в области эксплуатации и ремонта подводных трубопроводовДиагностика, мониторинг и обеспечение безаварийной эксплуатации промысловых трубопроводов, защитные покрытияПроектирование, строительство и ремонт стальных и полимерных трубопроводовОПИ глубинно-насосного оборудования и НКТ с защитными покрытиями, эксплуатация неметаллических НКТРеагенты и внутрискважинное оборудование для механизированной добычи нефти в осложненных условияхПодготовка нефти. Внедрение ГИС
Ближайшее совещание
Механизированная добыча, Трубопроводный транспорт
Коррозия 2018
Международная производственно-техническая конференция

КОРРОЗИЯ – 2018: Эффективные методы работы с фондом скважин, осложненным коррозией, эксплуатация промысловых нефтегазопроводов и водоводов в условиях высокой коррозионной активности

27-29 августа 2018 г., г. Казань, конференц-зал «Габдулла Тукай»
Задачей Конференции является обмен опытом и определение наиболее экономически и технологически эффективных решений и технологий в области работы с фондом скважин, осложненных коррозионным фактором и анализ применения современных методов и технологий для сокращения аварийности промысловых трубопроводов различного назначения в условиях высокой коррозионной активности.
Ближайший тренинг
Капитальный ремонт скважин
Ловильный сервис – сентябрь 2018
Тренинг-курс

Ловильный сервис на нефтяных и газовых скважинах

10 – 14 сентября 2018 г., г. Пермь
ООО «Инженерная практика» от имени журнала «Инженерная практика» проводит набор группы специалистов для прохождения производственно-технического тренинга по программе «Ловильный сервис на нефтяных и газовых скважинах». Пятидневный тренинг - курс будет проводиться в г. Перми (отель «Урал») в рамках авторского курса С. Балянова.