3889

Научный журнал строительства и архитектуры

рата переточные окна. Там же расположена газораспределительная решетка, выполненная по типу жалюзи. Предусмотрена возможность изменения угла наклона лопаток в пределах от 20 до 40°. Подача воздуха в каждую камеру аппарата осуществлялась высоконапорными вентиляторами, а его расход измерялся осредняющими трубками с многопредельными микроманометрами с наклонной трубкой ММН-240. Универсальный терморегулятор ТРМ138 в связке с компьютером и термопарами типа ХК служил для измерения и сохранения в памяти температур воздуха в различных точках аппарата. Насадка представляла собой частицы из алюмоцинкового сплава (ρн = 2850 кг/м3, dэкв = 2,6; 2,9; 4,6; и 5 мм) и кварцевого песка (ρн =2650 кг/м3, dэкв = 2,7 и 3,2 мм). Для проведения различных опытов в диапазоне 0,5— 3,5 кг варьировалась масса насадки. Механическая форсунка, обеспечивающая расход воды 0,0004—0,0024 кг/с, увлажняла дисперсный материал. Гидравлическое сопротивление камер аппарата измерялось дифференциальными датчиками давления, подключенными к ТРМ-138. Общий вид экспериментального воздухоохладителя, установленного в научной лаборатории кафедры ТПТЭ ВГТУ, показан на рис. 2.

Рис. 2. Общий вид экспериментального воздухоохладителя

Экспериментальные исследования проходили следующим образом. Определенное количество насадки засыпалось в аппарат. Напорные вентиляторы приводились в действие. Для обеспечения надежного движения (циркуляции) дисперсного материала по камерам аппарата регулировали расходы обоих потоков воздуха. Далее при помощи форсунки при входе во «влажную» камеру выполнялось смачивание насадки водой. Измерение температур и расходов воздуха (основного и вспомогательных потоков, 12 точек), а также гидравлического сопротивления камер установки проводилось только после установления квазистатического режима. Всего было исследовано более 50 режимных параметров воздухоохладителя.

40

По результатам измерений вычисляли коэффициент тепловой эффективности:

tм — температура «мокрого» термометра; tв'' — средняя интегральная температура воздуха

на выходе из «сухой» камеры.

В результате анализа результатов получены основные параметры, определяющие тепловую эффективность воздухоохладителя. К ним относятся скорость воздуха в «сухой» камере аппарата и масса насадки. Аппроксимация методом наименьших квадратов, примененная к опытным данным, позволила получить эмпирическое уравнение для расчета коэффициента тепловой эффективности:

M — масса насадки в аппарате, кг.

На рис. 3 приведены некоторые результаты опытных и расчетных по (9) данных. Стандартное отклонение не превышает 3 %.

— wв = 5,13 м/с;

— wв = 3,06 м/с;

— расчет по (10)

Рис. 3. График зависимости коэффициента эффективности аппарата от массы насадки и скорости основного потока воздуха

— М = 3 кг;

— М = 2,5 кг;

— М = 2 кг;

— расчет по (11)

Рис. 4. График зависимости гидравлического сопротивления камер воздухоохладителя от скорости основного потока воздуха и массы насадки

41

Научный журнал строительства и архитектуры

Итогом последующей статистической обработки результатов эксперимента по гидравлическому сопротивлению аппарата было получение эмпирического уравнения:

На рис. 4 приведены результаты экспериментальных и расчетных по (10) данных. Стандартное отклонение не превышает 4 %.

Также оказалось, что гидравлическое сопротивление «влажной» камеры воздухоохладителя на 20 % выше рассчитанного по (10).

Вывод. Показана возможность повысить эффективность приточной вентиляции помещений в жаркое время года за счет использования воздухоохладителя испарительного типа. В статье подробно описана конструкция охладителя, разработанная авторами, в которой в качестве насадки служит псевдоожиженный слой в поле центробежных сил.

Проведены теоретические и экспериментальные исследования такого воздухоохладителя. Получены аналитические соотношения для определения времени движения насадки в «мокрой» камере аппарата, температуры охлажденного воздуха и температуры насадки в любом сечении контура циркуляции. Получены эмпирические соотношения для коэффициента эффективности охладителя и его гидравлического сопротивления.

Приведенные зависимости служат основой для разработки методики проектного расчета подобных воздухоохладителей.

Библиографический список

1.А. с. 1015234 СССР, МКИ F28C 3/12, F23L 15/02. Регенеративный теплообменник с кипящим слоем / Н. М. Баранников, Ю. Н. Агапов, А. В. Бараков (СССР). — № 3321506; заявл. 17.07.81; опубл. 30.04.83, Бюл. № 16. — 2 с.

2.Агапов, Ю. Н. Выбор и обоснование тепломассообменной поверхности аппарата испарительного охлаждения воздуха / Ю. Н. Агапов, А. В. Бараков, А. Е. Осташев // Теплоэнергетика: сб. науч. тр. — Воронеж: ВГТУ, 1995. — С. 133—142.

3.Бараков, А. В. Исследование гидродинамики регенератора с дисперсной насадкой / А. В. Бараков, В. Ю. Дубанин, Д. А. Прутских // Энергосбережение и водоподготовка. — 2009. — № 1. — С. 47—48.

4.Бараков, А. В. Исследование воздухоохладителя косвенно-испарительного типа с дисперсной насадкой / А. В. Бараков, В. Ю. Дубанин, Д. А. Прутских, А. М. Наумов // Промышленная энергетика. — 2010. —

№11. — С. 37—40.

5.Бараков, А. В. Утилизация теплоты вентиляционных выбросов промышленных зданий / А. В. Бараков, В. Ю. Дубанин, Н. Н. Кожухов, Д. А. Прутских // Научный журнал строительства и архитектуры. — 2019. — № 4 (56). — С. 46—56.

6.Бараков, А. В. Моделирование тепломассообмена в воздухоохладителе косвенно-испарительного типа / А. В. Бараков, В. Ю. Дубанин, Н. Н. Кожухов, Д. А. Прутских // Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура. — 2015. — № 4 (40). — С. 28—33.

7.Боев, С. В. Распределение температур теплоносителей при трехфазном псевдоожижении / С. В. Боев, Ю. Н. Агапов, В. Г. Стогней // Вестник Воронежского государственного технического университета. — 2011. — Т. 7, № 1. — С. 221—223.

8.Иванов, О. П. Выбор оборудования для утилизации тепла и холода в системах кондиционирования воздуха / О. П. Иванов // Холодильная техника. — 1986. — № 6. — С. 12—15.

9. Кокорин, О. Я. Энергосбережение в системах отопления, вентиляции, кондиционирования / О. Я. Кокорин. — М.: АСВ, 2013. — 256 с.

10.Королева, Н. А. Энергосбережение за счет косвенного испарительного охлаждения в системах вентиляции и кондиционирования воздуха / Н. А. Королева, М. Г. Тарабанов // Энергосбережение и водоподготовка. — 2015. — № 2 (94). — С. 39—42.

11.Наумов, А. М. Моделирование тепломассообмена в воздухоохладителе косвенно-испарительного типа: дис. … канд. техн. наук: 05.14.04: защищена 10.06.10: утв. 19.11.10 / Наумов Александр Михайлович. — Воронеж, 2010. — 110 с.

12.Пат. 59786 РФ, МПК F28D 15/00. Воздухоохладитель / Ю. Н. Агапов, А. В. Бараков, А. М. Наумов. —

№2006114868; заявл. 02.05.2006; опубл. 27.12.2006, Бюл. № 36. — 3 с.

13.Прутских, Д. А. Гидродинамика и теплообмен в регенераторе с дисперсной насадкой: дис. … канд. тех. наук: 05.14.04: защищена 26.02.09 / Прутских Дмитрий Александрович. — Воронеж, 2009. — 108 с.

42

14.Степаненко, М. Н. Использование теплоты вентиляционных выбросов в системах вентиляции зданий / М. Н. Степаненко, А. Я. Шелгинский // Надежность и безопасность энергетики. — 2014. — № 2 (25). — С. 42—45.

15.Табакова, А. С. Повышение эффективности теплопотребления здания при применении современных систем вентиляции / А. С. Табакова, О. В. Новикова // Неделя науки СПбПУ: материалы науч. форума с междунар. участием / Инженерно-экономический институт. Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Инженерно-экономический институт. — СПб, 2015. — С. 135—138.

16.Comino, F. Energy saving potential of a hybrid HVAC system with a desiccant wheel activated at low temperatures and an indirect evaporative cooler in handling air in buildings with high latent loads / F. Comino, M. Ruiz de Adana, F. Peci // Applied Thermal Engineering. — 2018. — Vol. 131. — P. 412—427.

17.Duan, Z. Indirect evaporative cooling: Past, present and future potentials / Z. Duan, C. Zhan, X. Zhang, M. Mustafa, X. Zhao, B. Alimohammadisagvand, A. Hasan // Renewable and Sustainable Energy Reviews. — 2012. — Vol. 16, Issue 9. — P. 6823—6850.

18.Kamel, E. State-of-the-Art Review of Energy Smart Homes / E. Kamel, AM Memari // Journal of architectural engineering. — 2019. — Vol. 25, Issue 1. — P. 1—26.

19.Rashad, M. The utilisation of useful ambient energy in residential dwellings to improve thermal comfort and reduce energy consumption / M. Rashad, N. Khordehgah, A. Żabnieńska-Góra, L. Ahmad, H. Jouhara // International Journal of Thermofluids. — 2021. — Vol. 9. — P. 125—135.

References

1.A. s. 1015234 SSSR, MKI F28C 3/12, F23L 15/02. Regenerativnyi teploobmennik s kipyashchim sloem / N. M. Barannikov, Yu. N. Agapov, A. V. Barakov (SSSR). — № 3321506; zayavl. 17.07.81; opubl. 30.04.83, Byul. № 16. — 2 s.

2.Agapov, Yu. N. Vybor i obosnovanie teplomassoobmennoi poverkhnosti apparata isparitel'nogo okhlazhdeniya vozdukha / Yu. N. Agapov, A. V. Barakov, A. E. Ostashev // Teploenergetika: sb. nauch. tr. — Voronezh: VGTU, 1995. — S. 133—142.

3. Barakov, A. V. Issledovanie gidrodinamiki regeneratora s dispersnoi nasadkoi / A. V. Barakov,

V.Yu. Dubanin, D. A. Prutskikh // Energosberezhenie i vodopodgotovka. — 2009. — № 1. — S. 47—48.

4.Barakov, A. V. Issledovanie vozdukhookhladitelya kosvenno-isparitel'nogo tipa s dispersnoi nasadkoi / A. V. Barakov, V. Yu. Dubanin, D. A. Prutskikh, A. M. Naumov // Promyshlennaya energetika. — 2010. — № 11. — S. 37—40.

5.Barakov, A. V. Utilizatsiya teploty ventilyatsionnykh vybrosov promyshlennykh zdanii / A. V. Barakov, V. Yu. Dubanin, N. N. Kozhukhov, D. A. Prutskikh // Nauchnyi zhurnal stroitel'stva i arkhitektury. — 2019. — № 4 (56). — S. 46—56.

6.Barakov, A. V. Modelirovanie teplomassoobmena v vozdukhookhladitele kosvenno-isparitel'nogo tipa / A. V. Barakov, V. Yu. Dubanin, N. N. Kozhukhov, D. A. Prutskikh // Nauchnyi vestnik Voronezhskogo GASU. Stroitel'stvo i arkhitektura. — 2015. — № 4 (40). — S. 28—33.

7.Boev, S. V. Raspredelenie temperatur teplonositelei pri trekhfaznom psevdoozhizhenii / S. V. Boev, Yu. N. Agapov, V. G. Stognei // Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. — 2011. — T. 7, № 1. — S. 221—223.

8.Ivanov, O. P. Vybor oborudovaniya dlya utilizatsii tepla i kholoda v sistemakh konditsionirovaniya vozdukha / O. P. Ivanov // Kholodil'naya tekhnika. — 1986. — № 6. — S. 12—15.

9. Kokorin, O. Ya. Energosberezhenie v sistemakh otopleniya, ventilyatsii, konditsionirovaniya /

O.Ya. Kokorin. — M.: ASV, 2013. — 256 s.

10.Koroleva, N. A. Energosberezhenie za schet kosvennogo isparitel'nogo okhlazhdeniya v sistemakh ventilyatsii i konditsionirovaniya vozdukha / N. A. Koroleva, M. G. Tarabanov // Energosberezhenie i vodopodgotovka. — 2015. — № 2 (94). — S. 39—42.

11.Naumov, A. M. Modelirovanie teplomassoobmena v vozdukhookhladitele kosvenno-isparitel'nogo tipa: dis. … kand. tekhn. nauk: 05.14.04: zashchishchena 10.06.10: utv. 19.11.10 / Naumov Aleksandr Mikhailovich. — Voronezh, 2010. — 110 s.

12.Pat. 59786 RF, MPK F28D 15/00. Vozdukhookhladitel' / Yu. N. Agapov, A. V. Barakov, A. M. Naumov. — № 2006114868; zayavl. 02.05.2006; opubl. 27.12.2006, Byul. № 36. — 3 s.

13.Prutskikh, D. A. Gidrodinamika i teploobmen v regeneratore s dispersnoi nasadkoi: dis. … kand. tekh. nauk: 05.14.04: zashchishchena 26.02.09 / Prutskikh Dmitrii Aleksandrovich. — Voronezh, 2009. — 108 s.

14.Stepanenko, M. N. Ispol'zovanie teploty ventilyatsionnykh vybrosov v sistemakh ventilyatsii zdanii / M. N. Stepanenko, A. Ya. Shelginskii // Nadezhnost' i bezopasnost' energetiki. — 2014. — № 2 (25). — S. 42—45.

15.Tabakova, A. S. Povyshenie effektivnosti teplopotrebleniya zdaniya pri primenenii sovremennykh sistem ventilyatsii / A. S. Tabakova, O. V. Novikova // Nedelya nauki SPbPU: materialy nauch. foruma s mezhdunar.

43

Научный журнал строительства и архитектуры

uchastiem / Inzhenerno-ekonomicheskii institut. Sankt-Peterburgskii politekhnicheskii universitet Petra Velikogo, Inzhenerno-ekonomicheskii institut. — SPb, 2015. — S. 135—138.

16.Comino, F. Energy saving potential of a hybrid HVAC system with a desiccant wheel activated at low temperatures and an indirect evaporative cooler in handling air in buildings with high latent loads / F. Comino, M. Ruiz de Adana, F. Peci // Applied Thermal Engineering. — 2018. — Vol. 131. — P. 412—427.

17.Duan, Z. Indirect evaporative cooling: Past, present and future potentials / Z. Duan, C. Zhan, X. Zhang, M. Mustafa, X. Zhao, B. Alimohammadisagvand, A. Hasan // Renewable and Sustainable Energy Reviews. — 2012. — Vol. 16, Issue 9. — P. 6823—6850.

18.Kamel, E. State-of-the-Art Review of Energy Smart Homes / E. Kamel, AM Memari // Journal of architectural engineering. — 2019. — Vol. 25, Issue 1. — P. 1—26.

19.Rashad, M. The utilisation of useful ambient energy in residential dwellings to improve thermal comfort and reduce energy consumption / M. Rashad, N. Khordehgah, A. Żabnieńska-Góra, L. Ahmad, H. Jouhara // International Journal of Thermofluids. — 2021. — Vol. 9. — P. 125—135.

DEVELOPMENT OF AN EVAPORATING TYPE AIR COOLER

FOR VENTILATION SYSTEMS

A. V. Barakov 1, V. Yu. Dubanin 2, D. A. Prutskikh 3, A. A. Nadeev 4

Voronezh State Technical University 1, 2, 3, 4

Russia, Voronezh

1D. Sc. in Engineering, Prof. of the Dept. of Theoretical and Industrial Heat Power Engineering, tel.: (473)243-76-62, e-mail: abarakov@cchgeu.ru

2Ph. D. in Engineering, Assoc. Prof. of the Dept. of Theoretical and Industrial Heat Power Engineering,

tel.: (473)243-76-62, e-mail: vdubanin@cchgeu.ru

3Ph. D. in Engineering, Assoc. Prof. of the Dept. of Theoretical and Industrial Heat Power Engineering, tel.: (473)243-76-62, e-mail: dprutskikh@cchgeu.ru

4Ph. D. in Engineering, Assoc. Prof. of the Dept. of Theoretical and Industrial Heat Power Engineering, tel.: (473)243-76-62, e-mail: anadeev@cchgeu.ru

Statement of the problem. The air supplied to the premises during the hot season must be cooled to comfortable temperatures. Due to the fact that additional energy consumption for this cooling is not provided, it is possible to use an evaporative-type air cooler. However, the currently known results of experimental and theoretical studies of such devices do not allow for their design, which prevents their spread. The structure of such an apparatus is considered and its theoretical

and experimental studies are carried out, the results of which can be used for engineering calculation and design of such apparatus.

Results. An evaporative-type air cooler designed by the authors for ventilation systems is described. A theoretical and experimental study of the air cooler has been carried out. Analytical relationships were obtained for determining the time of movement of the material checker in the «wet» chamber of the apparatus, the temperature of the cooled air and the temperature of the checker in any section of the circulation loop. Empirical relationships have been obtained for the efficiency coefficient of the cooler and its hydraulic resistance.

Сonclusions. The obtained dependencies will serve as the basis for the development of a methodology for the design calculation of indirect-evaporative air coolers with a moving fluidized bed in the field of centrifugal forces.

Keywords: ventilation systems, air cooler, centrifugal fluidized bed, time, temperature, efficiency coefficient, hydraulic resistance.

44

УДК 620.193.01; 622.691.48

DOI 10.36622/VSTU.2021.63.3.004

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЛИЧИНЫ КОРРОЗИОННОГО ЗАРАСТАНИЯ СТАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ

О. Н. Медведева 1, А. Ю. Чиликин 2, Т. Н. Сауткина 3

Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю. А. 1, 2, 3 Россия, г. Саратов

1Д-р техн. наук, проф. кафедры теплогазоснабжения, вентляции, водообеспечения и прикладной гидрогазодинамики, тел.: (8452)99-88-93, e-mail: medvedeva-on@mail.ru

2Аспирант кафедры теплогазоснабжения, вентляции, водообеспечения и прикладной гидрогазодинамики

3Канд. техн. наук, доц. кафедры теплогазоснабжения, вентляции, водообеспечения

и прикладной гидрогазодинамики, тел.: (8452)99-88-93, e-mail: angelanddiman@mail.ru

Постановка задачи. Опыт эксплуатации магистральных газопроводов и сетей газораспределения показывает, что, несмотря на практически полную защищенность газопроводов от коррозии пассивными и активными методами, свыше 55—60 % повреждений, выявляемых в процессе проведения диагностики, приходится на повреждения различного коррозионного характера. Актуальным вопросом в условиях ограниченного финансирования является нахождение остаточного ресурса трубопроводов. Целью исследования является проведение детального анализа статистических данных о внутренней коррозии газопроводов и оценка величины коррозионного зарастания бывших в эксплуатации газопроводов с использованием разработанного метода диагностики и оценки состояния труб с применением вероятностного подхода оценки риска.

Результаты. Приведены результаты экспериментального измерения величины коррозионного зарастания стальных газопроводов, получены закономерности изменения диаметра газопровода, величин выступов коррозии, численно оценена вероятность их появления и повторяемость. Обработка результатов измерений зарастания стальных газопроводов проводилась методами математической статистики, в результате были получены вероятностные численные характеристики исследуемых параметров газопровода.

Выводы. Гистограммы распределения амплитуд, построенные на основе экспериментальных данных, подтверждают, что модальные значения высот выступов коррозии сдвинуты в область малых величин. Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод о согласовании параметров коррозии с распределением вероятности Шарлье. При обследовании газопроводов значение коэффициента вариации, превышающее 75 %, указывает на уменьшение проходного сечения трубы, снижение качества эксплуатации и общего состояния газопроводов.

Ключевые слова: стальной газопровод, внутренняя коррозия, экспериментальные исследования, коррозионное зарастание, выступы коррозии, распределения Шарлье.

Введение. В настоящее время коррозия относится к числу основных причин повреждений и отказов газопроводов. В системе международной стандартизации (ИСО) приводится следующее определение коррозии: «Физико-химическое взаимодействие между металлом и окружающей средой, в результате которого изменяются свойства металла и часто происходит ухудшение функциональных характеристик металла, среды или включающей их технической системы».

Убытки, вызванные коррозией металлов, можно условно разделить на прямые (стоимость пришедших в негодность стальных газопроводов и оборудования) и косвенные (затраты на замену газопроводов, затраты на профилактику коррозии, вынужденные простои газораспределительной системы и т. д.).

© Медведева О. Н., Чиликин А. Ю., Сауткина Т. Н., 2021

45

Научный журнал строительства и архитектуры

Основная задача организации, эксплуатирующей опасные производственные объекты (ОПО), — обеспечение работоспособности и надежности функционирования системы газораспределения и газопотребления, снижение и предупреждение аварийности (в том числе подземных коммуникаций), поскольку эксплуатируемые в настоящее время инженерные сооружения в большинстве своем выработали ресурс, то есть срок их эксплуатации превышает установленный амортизационный срок, а их замена требует значительных капитальных вложений. В условиях оптимизации эксплуатационных расходов в нефтегазовой отрасли актуальным является решение следующих задач: определение технического состояния системы защиты от коррозии, определение основных параметров системы противокоррозионной защиты, разработка мониторинга технического состояния подземных стальных газопроводов, системы планирования плановых и предупреждающих противокоррозионных мероприятий и оценки приоритетности их финансирования [7—9, 16, 18, 21 и др.]. Целью работы является анализ проблемы коррозии стальных трубопроводов, обработка статистических данных о внутренней коррозии труб, оценка состояния бывших в эксплуатации газопроводов с помощью разработанного метода диагностики по риску зарастания газопровода во времени и фактическому сроку эксплуатации.

1. Анализ факторов, влияющих на работоспособность газораспределительной сис-

темы. Согласно данным Ростехнадзора, в настоящее время государственный надзор в области промышленной безопасности осуществляется в отношении 64021 ОПО, относящихся к газораспределительным системам. Комплексное диагностирование технического состояния объектов сетей газораспределения и газопотребления по выявлению основных типов дефектов и экспертиза промышленной безопасности регламентированы действующей нормативной документацией Ростехнадзора и стандартами СТО ГАЗПРОМ.

На сегодняшний день значительная часть сетей газораспределения и газопотребления отработала нормативный срок службы. Из-за процессов старения, износа и коррозии дальнейшая эксплуатация элементов системы, не отвечающих требованиям безопасности и надежности, может привести к увеличению числа отказов и возникновению аварийных ситуаций с последствиями различной степени тяжести. В связи с этим принятие целесообразных решений по эксплуатационному ресурсу газораспределительной системы возможно только после детальной оценки технического состояния, работоспособности и анализа экономической эффективности проведения дальнейшей модернизации и реконструкции.

Кнарушениям, снижающим надежность и напрямую влияющим на возможность дальнейшего функционирования газораспределительной системы в исправном и безопасном эксплуатационном состоянии в целом, относится в том числе неудовлетворительная организация производственного контроля за своевременным и качественным проведением технического обслуживания и планового ремонта. Помимо прочего, качество проведения экспертизы промышленной безопасности ОПО зависит от уровня оснащенности лаборатории неразрушающего контроля, квалификации специалистов, использования специализированных методов неразрушающего контроля [8, 12, 13].

По результатам технической диагностики сетей газораспределения можно выделить значительную часть повреждений, относящихся к категории монтажных из-за нарушений технологий прокладки газопроводов и монтажа газоиспользующего оборудования (например, подрезы и свищи в сварных швах, нарушение геометрии сварных соединений, переломы осей газопроводов, внутренние трещины, непровары, нескомпенсированные напряжения в сварных швах и др.) и вызванных дефектами эксплуатационного характера — утонение стенок газопроводов из-за эрозионных и механических воздействий, вмятины, задиры металла, потеря герметичности резьбовых и фланцевых соединений, усталостные трещины, деградация изоляционных покрытий и прочее [2, 10, 11, 15].

Косновным механизмам повреждения стальных подземных газопроводов также следует отнести носящую локальный и неоднородный характер коррозию (рис. 1).

46

Практика эксплуатации газопроводов больших диаметров свидетельствует о том, что для них наиболее опасна стресс-коррозия, возникающая вследствие явления наводороживания металла, происходящего при одновременном воздействии тока установки катодной защиты и механических напряжений и приводящего к охрупчиванию, коррозионному растрескиванию и, как следствие, разрушению газопровода и возникновению аварийных ситуаций.

Рис. 1. Поврежденные коррозией газопроводы (фото А. Ю. Чиликина)

Еще одной проблемой эксплуатации сетей газораспределения является обрастание (зарастание) — скопление нежелательного материала на твердой поверхности трубопроводов, оборудования и конструкций, приводящее к уменьшению проходного сечения и снижению подачи газа. Обрастание трубопроводов происходит тем быстрее, чем больше шероховатость их внутренней поверхности, при этом в результате зарастания гидравлическое сопротивление может увеличиваться в 8—9 раз по сравнению с расчетным значением [6].

Для повышения точности проведения гидравлических расчетов важно прогнозировать динамику роста шероховатости — совокупности неровностей — внутренней поверхности труб. Действительная (техническая) шероховатость труб вследствие физических особенностей способов образования является величиной нерегулярной из-за различия выступов как по высоте, так и по порядку расположения. В связи с этим для описания шероховатости следует использовать теоретико-вероятностные методы [1, 4, 5, 14].

47

Научный журнал строительства и архитектуры

В процессе эксплуатации увеличение шероховатости стенок газопровода можно определить по формуле А. Д. Альтшуля [1]:

где k0 — абсолютная эквивалентная шероховатость, мм, для труб в начале эксплуатации (новых труб); kt — то же, через t лет эксплуатации; — коэффициент, зависящий от материала труб, физико-химических свойств газа и характеризующий быстроту возрастания шероховатости, мм/год.

Одна из проблем выявления опасных дефектов заключается в том, что процессы коррозии подземных газопроводов визуально не выявляемы и требуют проведения специальных диагностических мероприятий [9, 15]. Таким образом, задача обнаружения и идентификации участков газопроводов, пораженных коррозией, в настоящее время весьма актуальна, поскольку своевременное обнаружение опасных участков позволит незамедлительно принять меры по устранению аварийных ситуаций.

Как показали исследования отечественных и зарубежных ученых, основными причинами коррозии являются состав и механические напряжения металла трубопровода, физикохимические свойства перекачиваемой среды и присутствующих в ней химических соединений, температурный режим, агрессивные свойства окружающего грунта и др. [12, 17, 19, 20, 22 и др].

2. Исследование величины зарастания (коррозии) газопроводов с использованием теории риска. Анализ текущего состояния сетей газораспределения позволяет получить некоторые численно выраженные во времени эксплуатационные характеристики газопроводов. На основании собранных и обработанных статистических данных о внутренней коррозии газопроводов можно получить закономерности изменения диаметра трубопровода в зависимости от периода эксплуатации, величины зарастания, а также численно оценить вероятность появления выступов коррозии и их повторяемость во времени [3, 9].

В качестве определяющего параметра зарастания газопровода принята толщина обрастания с учетом амплитуды ее значений. Величину коррозии (толщину корродированных стенок стальных газопроводов) можно измерить ультразвуковым толщиномером. Для обработки результатов измерений зарастания газопроводов используются методы математической статистики, позволяющие получить вероятностные численные характеристики исследуемых величин. Обработка статистических материалов проводится построением графика функции распределения случайной величины, в нашем случае величины выступов коррозии газопроводаh.

Исследования предусматривают теоретические — с использованием методов теории вероятностей и математической статистики, уравнений математической физики — и натурные измерения и расчеты в соответствии с действующими методиками. Для повышения точности обработка результатов натурных замеров выполняется двумя методами — мультипликативным и методом суммирования.

Согласно мультипликативному методу среднее значение высот зарастания внутренней стенки газопровода определяется по формуле:

где Ха — минимальная варианта выборки; d — ширина интервала; n — общее количество измерений; В — сумма произведения середины условного интервала на частоту.

Дисперсия измеренных характеристик газопровода:

где А — сумма произведения квадрата середины условного интервала на частоту.

48

По методу суммирования среднее значение, дисперсию и среднее квадратичное отклонение высот обрастания определяют по формулам (5), (6).

Среднее значение высот обрастания:

где Uk — нижняя варианта выборки; М — сумма величин частичной суммы. Дисперсия измеренных характеристик газопровода:

где Т — накопленная частота.

3. Экспериментальные исследования величины коррозионного зарастания труб.

Для изучения закона распределения величины выступов коррозии газопроводов была выполнена серия натурных измерений выступов шероховатости внутренней поверхности газопроводов различных диаметров и сроков службы.

В качестве примера в статье представлены результаты экспериментального измерения величины зарастания газопровода диаметром 60 мм после 16 лет эксплуатации (рис. 2).

Рис. 2. Труба диаметром 60 мм после 16 лет эксплуатации

Результаты измерений сведены в табл. 1.

49