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)

1.17 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.

Рисунок 1.45 – Кран пробко-спускний із зігнутим спуском

Рисунок 1.46 – Паралельна засувка із висувним шпинделем