(488 Кб)

ИННОВАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
ВОЛНОВОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ ДАВЛЕНИЯ
И ПРОТИВОАВАРИЙНОЙ ЗАЩИТЫ
ТРУБОПРОВОДОВ
1
Мы предлагаем для применения в трубопроводных системах объектов
любой отраслевой принадлежности уникальные высоконадежные технологии
и устройства, исключающие аварии этих систем вследствие протекающих в них
гидродинамических процессов.
Предлагаемые технические решения основаны на запатентованной
технологии стабилизации давления перекачиваемых жидкостей (в т.ч. с
твердыми включениями).
Предлагаемые технологии и устройства внедрены и эксплуатируются
более чем на 20 объектах водо и теплоснабжения снабжения промышленных
предприятий и ЖКХ.
2
Проблема аварийности трубопроводов и её решение
с помощью технологии волновой стабилизацией давления
Пульсации давления в перекачиваемых жидкостях на рабочих частотах насосных
агрегатов, вибрации, переходные процессы (переключения, включения, отключения
насосов), гидроудары, неизбежно возникающие при эксплуатации гидросистем, усиливают
их механическую деградацию, многократно ускоряют скорость внутренних коррозионных
процессов, способствуют накоплению усталостных характеристик материала в местах
концентрации напряжений (сварные швы, задиры и т.п.), что является основным фоном
возникновения аварийных ситуаций на трубопроводах.
Гидродинамические процессы являются источником
70% всех аварий и инцидентов на трубопроводах.
Гидродинамические
процессы
сопровождаются
высокоскоростным
распространением волн повышенного давления, носящим характер гидравлического удара.
В результате подобного удара возникают порывы в наиболее ослабленных местах
трубопроводной системы, которая, вследствие износа, не способна выдержать ударной
динамические нагрузки.
Типичные причины возникновения гидроударов: прекращение энергоснабжения,
сбои в системах автоматики и контроля, аварийные остановы или повторные пуски насосных
агрегатов, внезапное включение мощных потребителей, ложное срабатывание
технологических защит, закрытие (открытие) быстродействующей запорно-регулирующей
арматуры.
Технология волновой стабилизации давления реализуется за счёт диссипативного и
упругодемпфирующего воздействия на поток перекачиваемой среды с помощью
специально разработанных технических устройств - стабилизаторов давления.
Стабилизаторы давления предназначены для использования в трубопроводных
системах диаметром от 10 до 1200 мм и с рабочим давлением до 25 МПа.
Стабилизаторы давления - это модульные, энергонезависимые устройства
пассивного типа, которые не требуют обслуживания в процессе длительной эксплуатации.
Стабилизаторы изготавливаются из типовых материалов в виде модульной вставки в
трубопровод. Монтаж стабилизаторов давления целесообразно проводить вблизи группы
насосных агрегатов.
Стабилизаторы давления:
эффективно и многократно гасят амплитуды гидравлических ударов, пульсаций
давления и значительно снижают вибрацию трубопроводных систем;
мгновенно (за сотые доли секунды) восстанавливают провалы давления в
трубопроводах;
работают в широком диапазоне частотных колебаний и предотвращают
возникновение резонансных волн;
увеличивают коррозионно-усталостную долговечность трубопроводов;
исключают возможность ложного срабатывания технологических защит и влияние
ошибок обслуживающего персонала.
3
Эксплуатационная эффективность применения стабилизаторов давления
Проявляется в снижении износа трубопроводов и оборудования, а также в
повышении надёжности их работы за счёт волновой стабилизации потока на рабочих
частотах насосов и при переходных эксплуатационных режимах.
Многократно замедляются скорости деградации трубопроводов, особенно в местах
концентрации усталостных напряжений металла. Конкретный эксплуатационный эффект
зависит от исходного состояния труб и параметрических характеристик действующего
оборудования, однако срок службы даже изношенных трубопроводных систем с
применением волновой технологии стабилизации увеличивается практически вдвое.
Экономическая и экологическая эффективность применения стабилизаторов
давления.
Проявляется в полном исключении крупных аварийных разрывов трубопроводов и
выхода из строя арматуры и насосных агрегатов, требующих масштабных затрат на своё
восстановление.
Энергонезависимость
стабилизаторов
давления,
отсутствие
необходимости в их постоянном техническом обслуживании, исключение
потерь
рабочей среды в результате протечек и аварий также повышают их экономическую и
экологическую эффективность.
Области применения стабилизаторов давления
Области применения стабилизаторов давления включают любые трубопроводные
системы ЖКХ, электроэнергетики, нефтегазовой отрасли, металлургической и химической
промышленности.
• В ЖКХ:
Стабилизаторы давления могут применяться в трубопроводных системах и насосноперекачивающих станциях холодного и горячего водоснабжения, теплоцентралях,
отопительных котельных и центральных тепловых пунктах, на насосных станциях напорной
канализации.
• В электроэнергетике:
Стабилизаторы давления могут применяться на тепловых энергетических станциях (ТЭЦ и
ГРЭС), атомных энергетических станциях (АЭС) и гидроэлектростанциях (ГЭС): в
магистральных трубопроводах и насосно-перекачивающих станциях, в трубопроводных
системах
пожарно-технического
водоснабжения,
в
системах
маслопроводов
гидростатического подъема роторов турбин и т.д.
• В нефтегазовой промышленности:
Стабилизаторы давления могут применяться во внутрипромысловых и технологических
системах, в системах горячего и холодного водоснабжения, в системах транспортировки
водо-нефтегазовых смесей от скважин до систем подготовки, в системах поддержания
пластового давления, в системах транспортировки нефти от мест добычи до товарных
парков, в насосных станциях нефтеперерабатывающих заводов, в нефтеналивных
терминалах, в магистральных трубопроводах транспортировки нефти и газа.
• В других отраслях промышленности (металлургия, химия):
Стабилизаторы давления могут применяться в трубопроводных системах чистого цикла, в
системах технологического и пожарного водоснабжения, в технологических трубопроводах,
в т.ч. и для агрессивных и полуагрессивных сред с твердыми включениями.
4
Техническое описание стабилизатора давления
Функционирование стабилизаторов давления основано на распределенном по длине
трубопровода диссипативном и упругодемпфирующем воздействии на поток
перекачиваемой среды.
Стабилизатор давления для жидких сред состоит (рис 1.) из корпуса, содержащего
участок перфорированной по длине и периметру трубы и демпфирующих камер,
гидравлические полости которых соединены посредством патрубков с корпусом
стабилизатора.
Стабилизатор давления для жидких сред с твердыми включениями состоит (рис 2.) из
корпуса, имеющего сегментированный по длине участок трубы, и демпфирующих камер,
имеющих гидравлический демпфера и демпфирующее устройство.
Рис.1. Стабилизатор давления
для жидких сред
Рис.2. Стабилизатор давления для жидких сред
с твердыми включениями
Принцип работы стабилизатора давления для жидких сред
При возникновении в основном трубопроводе волновых процессов (гидроудары,
вынужденные колебания давления и т.д.) происходит прямое и обратное перетекание
жидкости через отверстия перфорации центрального трубопровода в кольцевую
предкамеру между внутренней поверхностью корпуса и внешней поверхностью
центрального перфорированного трубопровода, в результате чего изменяется давление в
гидравлической полости демпфирующей камеры. Скачок давления вызывает деформацию
упруго-демпфирующего
материала
этой
камеры
(эластомера
с
заданными
характеристиками) и приводит к изменению объёма жидкости, перетекающего в
демпфирующую камеру.
Такое последовательное взаимодействие жидкости с упругими элементами
демпфирующих камер обеспечивает стабилизацию давления потока за счёт высокой
податливости эластомеров демпфирующих камер и диссипации энергии колебаний на
отверстиях перфорации и демпфирующих элементах.
Принцип работы стабилизатора давления для жидких сред с твердыми включениями
При возникновении в основном трубопроводе волновых процессов (гидроудары,
вынужденные колебания давления и т.д.) происходит прямое и обратное перетекание
жидкости через сегментное отверстие центрального трубопровода в предкамеру,
образованную внутренней поверхностью корпуса демпфирующей камеры и внешней
поверхностью центрального сегментированного трубопровода, в результате чего изменяется
давление в гидравлическом демпфере камеры.
5
Скачок давления вызывает упругую деформацию упруго-демпфирующего элемента
камеры (эластомера с заданными характеристиками), что приводит к изменению давления
жидкости в гидравлическом демпфере и гашению энергии колебаний в камере.
Такое последовательное взаимодействие жидкости с гидравлическими демпферами и
упругими элементами демпфирующих камер обеспечивает стабилизацию давления потока
за счёт высокой податливости демпфирующих элементов камер и диссипации энергии
колебаний на отверстиях распределённой перфорации.
В обоих случаях диссипация энергии на отверстиях распределённой перфорации
создаёт условия, препятствующие дальнейшему распространению волнового процесса за
счёт компенсации скачков и провалов давления (рис. 3).
Рис.3. Механизм волновой стабилизации давления
Варианты исполнения стабилизаторов давления
Микростабилизатор давления СД 16-10
(L=260 мм; h=60мм; m=2 кг)
6
7
Охранные документы и сертификаты соответствия на стабилизатор
давления
Технологии и устройства стабилизации давления защищены тремя патентами РФ,
сертифицированы в системы ГОСТ Р и на соответствие СанПиН 2.1.4.1074-03.
Опыт внедрения и эксплуатации стабилизаторов давления
Технология волновой стабилизации давления успешно применяется для
противоаварийной защиты трубопроводов и оборудования более 60-ти крупных
предприятий России и стран СНГ в различных отраслях: в ЖКХ, электроэнергетике,
нефтегазовой, химической и металлургической промышленности, трубопроводном
транспорте.
Ниже показаны варианты установки стабилизаторов давления на некоторых
предприятиях-потребителях.
СД-16-150, установленный в системе водоснабжения п.ВИР (филиал «Юго-Западный
водоканал» ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга»)
СД-16-200, установленные в системе водоотведения КНС "Крылатское" (МГУП
«Мосводоканал»)
8
СД-16-350, установленный в системе пожарно-технического водоснабжения (филиал
«Костромская ГРЭС» ОАО «ОГК-3»)
СД-25-1000, установленный в системе охлаждения валков и машин чистовой группы
(ЛПЦ-2 ОАО «Северсталь»)
СД-16-600, установленный в системе водоснабжения
(Деснинский ВЗУ МУП «Водоканал» г. Подольск)
9
Практические результаты эксплуатации стабилизаторов давления:
• Снижение аварийности трубопроводов и оборудования на 85 %.
• Увеличение коррозионно – усталостной долговечности трубопроводных систем.
• Продление срока эксплуатации даже сильно изношенных трубопроводных систем в
1,5 – 2 раза.
• Сокращение прямых и косвенных затрат на аварийно-восстановительные работы,
связанные с экстренной заменой аварийных участков.
• Снижение эксплуатационных затрат трубопроводных систем.
• Организация ремонтов трубопроводных систем в планово-предупредительном
режиме.
• Окупаемость стабилизаторов давления в течение нескольких месяцев.
• Минимальный срок службы стабилизатора до его замены - не менее 12 лет.
Награды и признания
Стабилизаторы
давления
получили
признание
и
медали
следующих
специализированных выставок:
золотая медаль 49-ой международной выставки исследований и инноваций «Eureka!»
(Брюссель);
большая золотая медаль и диплом первой степени «За создание и внедрение
технологий противоаварийной защиты трубопроводов и оборудования» выставки «Неделя
высоких технологий и инноваций» (Россия, Санкт-Петербург);
золотая медаль и диплом участника 5-ой международной выставки «Трубопроводные
системы. Строительство, эксплуатация и ремонт» (Россия, Москва);
золотая медаль «За инновационные технологии противоаварийной защиты
трубопроводов и оборудования» и диплом участника 3-й выставки «ЖКХ Промэкспо»
(Россия, Екатеринбург);
серебряная медаль и диплом участника специализированной выставки
«Энергосбережение. Отопление. Вентиляция. Водоснабжение. ЖКХ» (Россия, Екатеринбург).
Порядок внедрения и установки стабилизаторов давления
в трубопроводных системах организаций-заказчиков
Внедрение стабилизаторов давления является поэтапным процессом, включающим
следующие шаги.
1. Проект внедрения начинается с проведения обязательного технического
обследования гидросистемы с целью сбора параметрических характеристик, анализа их
конструктивно-технологических особенностей.
Техническое обследование включает:
анализ
конструктивно-технологических
особенностей
гидросистемы
и
проведение консультаций со специалистами организации-заказчика;
проведение исследований и измерений амплитудно-частотных характеристик
волновых и вибрационных процессов на переходных и стационарных режимах работы
гидросистемы с целью определения источников волновых и вибрационных возмущений,
оценки их интенсивности;
анализ параметрических характеристик волновых и вибрационных процессов в
гидросистеме, математическое моделирование вероятных аварийных ситуаций;
10
определение допустимого уровня динамических нагрузок на трубопроводы и
оборудование для их безаварийной эксплуатации;
определение требуемой эффективности гашения волновых и вибрационных
процессов в гидросистеме на различных режимах её работы;
определение конструктивных характеристик стабилизаторов давления,
рациональных мест их установки в трубопроводной системе с учётом конфигурации обвязки,
компоновки оборудования и других условий.
По результатам технического обследования объекта гидросистемы составляется отчет,
включающий:
Результаты анализа конструктивно-технологических особенностей гидросистемы.
Результаты исследований и расчетного моделирования амплитудно-частотных
характеристик волновых процессов на стационарных и переходных режимах работы
гидросистемы, а также при вероятных аварийных ситуациях.
Результаты определения допустимого уровня динамических нагрузок на
трубопроводы и оборудование, а также требуемой эффективности гашения волновых
процессов в гидросистеме на различных режимах её работы.
Конструктивные характеристики стабилизаторов давления, их количество и
рациональные места установки в гидросистеме с учётом особенностей компоновки
оборудования и трубной обвязки.
Графические материалы: внешний вид, массогабаритные характеристики
стабилизаторов давления, эскизные схемы монтажа стабилизаторов давления.
2. После проведения технического обследования осуществляется проектирование
модели стабилизатора давления в соответствии с выбранными схемами и разработка
конструкторской документации.
3. Третьим этапом является производство и поставка стабилизаторов давления.
4. На четвёртом этапе проводятся шеф-монтаж и приемо-сдаточные испытания
проставленных стабилизаторов давления.
5. На этапе сервисного обслуживания осуществляются работы по гарантийному
ремонту и плановой замене отдельных элементов стабилизаторов давления в пределах
установленных сроков их эксплуатации.
11