MiHicTepcTBo освiти i науки УкраiЪи
HAIцOHAJIЬI]IЦZ УHIBEP ситЕт
(
одЕськА морськА АкАдЕмUI)
кафедра <Технiчна експлуатацiя флоту>
ПРИЧИНИ ПОШКОДЖЕНЬ ТА ПЦВИЩЕННЯ НАДIЙНОСТI
СУДНОВИХ ТРУБОПРОВОДIВ
Методичнi вказiвки до практичних занять Jфб
Затверджено на засiданнi кафедри
ТЕФ
як методичнi вказiвки для виконання
практичних занять з дисциплiни
<Надiйнiсть суднових технiчних
комплексiв
i
магiстрами за
спецiа-пьнiстю 27| <Рiчковий та
морський транспорт)), спецiалiзацiя
систем>>
27|.02 <Управлiння
судновими
технiчними системами i комплексами))
Протокол
Одеса
-202t
Jtlb
2 вiд (07> сiчня 2021р.
змIст
1.
вступ.
стор. З
2.
приlIини зниNtЕ ННЯ НЛДIЙ{ОСТI СУДНОВИХ
стор.
З
ТРУБОПРОВОДIВ
J.
кАвIтлцUI.
4.
зАБЕзпЕчЕн}UI нАдIIh{о
5.
список використАнноi лtтврлтури.
стор. 7
с TI
сушов |м систЕм
стор. 10
стор. 14
вступ
Трубопроводи являються одним iз головних елементiв Bcici конструкцiТ
судна, адже за
iх
допомогою з'еднанi Bci ключовi вузли судна, по ним
переправляються рiдини
за допомогою яких
забезпечуеться загапом вся
працездатнiстъ судна i його безпека.
Виходячи з таких поглядiв, до Bcix без винятку суднових трубопроводiв
мае вестись безперервний контроль
i
пiдтримка
в робочому
причини якi можуть призвести до Тх пошкодження
i
cTaHi. Знаючи
зниження надiйностi,
можна запобiгти аварiйним ситуацiям i виходу судна з експлуатацii.
приtIини знижЕнItя нАдIЙнос
TI
суднових тр}rБопров одIв
(Jсновними
основними негативними фlзико-хlмlчними
фiзико-хiмiчними процесами при ексILпуатац1l
суднових трубопровiдних систем являються гiдроудари, корозiя, ерозiя i
кавi,гацiя.
Вiдмiчаютъся наступнi ocHoBHi вiдмови, xapaKTepHi для металiчних
трубопроводiв при ix експJryатацii: розриви трубопроводiв, корозiйно-ерозiйний
знос матерiалу труб i захисних шарiв внаслiдок наступних причин:
високi швидкостi ру"у робочих середовищ всерединi труб;
ма_пi
радiуси гнучких труб
i
рiзкi переходи прохiдних розрiзiв
труб,
особливо в мiсцях встановлення рiзноманiтноi арматури;
порушення захисних шарiв, через складнiсть
Тх
нанесення;
змiна експлуатацiйних параметрiв рiдин;
напружено-корозiйне утворення трiщин, якому пiддаються cTaJIeBi труби,
в яких спостерiгаеться присутнiсть пшогенiв (хлорид, бромiд i т.д.), що
пiдсилюс спiльну дiю корозii з механiчними напруженнями
i
вологiстю.
Зокрема, Bci aycTeHiTHi нержавiючi ста-гti, особливо при температурi вище
50 " С, i ферритнi нержавiючi cTarri не схильнi до цъого тиtý/ корозiI i вона
може виникнути лише випадково в ферритно-аустенiтних стzLпях.
Аналiз досвiду експлуатацii суднових систем
покЕ[зав,
що причинами
розриву трубопроводiв с:
. гiдроудари, перепади тиску i вiбрацii - 60% випадкiв;
. корозiйнi процеси -
25О/о;
. аварiйнi i експлуатацiйнi обставинп -
15О/о.
Ознакою корозiТ е те, що вона зазвичай з'являеться
областях, без повного утворення iржi,
i
в
локалiзованих
швидко поширюеться, приводячи до
трiщин в металi. Таким чином, основним недолiком суднових трубопроводiв
е
корозiя, на iнтенсивнiсть якоi в трубопроводах великий вплив мають насryпнi
фактори:
. матерiал труб i захисних покриттiв;
. мiсцевi опори трубопроводiв;
, гiдродинамiчнi характеристики потоку (турбулiзацiя, швидкiсть, чистота
обробки внутрiшнъоТ поверхнi, товщина прикордонного шару та iH.). Так,
90Ой
руйнувань трубопроводiв складають круто загнутi колiна, приваренi вiдростки,
фланцевi з'еднання. Зазвичай корозiя спостерiгасться
трiйникiв, колiн, розподiльних колекторiв,
в мiсцях
фланцевих
зварювання
перехiдникiв i
криволiнiйних дiлянок, тому бiльшою надiйнiстю володiють прямолiнiйнi литi
конструкцii;
4
В даний час широко застосовуються
центраJIънi системи охоподження
забортноТ води, що значно зменшують протяжнiсть трубопроводiв забортноi
води. Встановлюються один центрzllrьний охолоджувач i насос забортноТ води, в
яких вiдбуваеться охолодже}Iня прiсноТ води внутрiшнiх KoHTypiB Bcix суднових
систем.
Вiдмови KoHTypiB прiсноi
i
забортноТ води систем охолодження мають
насryтrний характер:
.
корозiйно-ерозiйнi руйнування MaTepialry ст€Lлевих неоцинкованих
трубопроводiв (мiсцева вир€tзкова корозiя призводитъ
до
наскрiзного
руйнування cTiHoK), зростаючi при пiдвищеннi температури води до 60 .;. 80 " С
i швидкостi води до 2,5... 3,0 м l с;
. негерметичнiсть запiрних органiв систем;
. вiдмови HacociB (ерозiйне руйнування робочих колiс i пiдвищений знос
ущiльнень сапьникiв) i теплообмiнноi апаратури;
.
вiдмови контролъно-вимiрювапьних приладiв
i
елементiв системи
автоматики. Витрати на усунентш вiдмов систем забортноТ води становлять IаYо
вiд загальноi
BapTocTi ремонry судна. Ерозiя
в
трубопровiдних системах
проявляеться на внутрiшнiй поверхнi труб внаслiдок ударiв водяних бульбаlтrок,
пiску та iнших твердих частинок. Якщо тверлi частинки потрапляютъ в потiк
при високих швидкостях, ерозiя виника€
швидко, особливо на вигинах труб.
Таким чином, високi швидкостi в системах можуть застосовуватися тiльки там,
де можливий пiсок, глина або iншi тверлi частинки. Для
трубопроводiв
дiаметром менше 50 мм граничне значення швидкостi становить |,2 м / с, дтя
труб дiаметром бiльше 50 мм граничне зменшення тиску становить 400 Па на
м
подirry труби.
У
1
будь-якому випадку для обмеження ерозiТ, шryмiв i
гiдравлiчних ударiв в трубопроводах швидкiоть не повинна перевищувати 4,6 м
/ с. Значення максимаlrьноI швидкостi для мiнiмiзацii ерозii в трубопровiднiй
системi наведенi в табл. 1.З.
Приведемо деякi з них по обмеженню швидкостi до Т,2 м/с для труб
дiаметром до 500 мм i падiнню тиску на 400 Па на 1 м довжини трубопроводу.
Щеякi контрольттi клапани зменш)rютъ шум який утворюсться при pyxoBi рiдини
i
в трубах
apMarypi. При рiзкому зупиненню руху рiдини в
приросту тиску рiдини
ф,Пц
трубi
величина
може бути визначена по формулi
Ap:p.Cr.W,
де р
cs -
- щiльнiстъ рiдини,
кг/мЗ;
швидкiсть звуку в рiдинi,
йс
(для води вона скJIадае 14З9 м/с,);
w - швидкiсть рiдини, м/с.
Приклад. Визначити величину збiльшення тиску
в
трубопроводi при
негайному зачиненнi клапану, якщо швидкiсть руху води в трубi piBHa З м/с.
Вирiшення. Збiльшення тиску буд. складати Ар
МПа.
:
1000 .|4З9 .З = 4,З2
T-*fi.]titl{a 1,З
fi*l лус,r}thtьl*
Fý
рtзя*лlнI
зн
а1
*т gл ь
Ёt*fiт*ъf
чён
нfi
ы-
*1
J{ ;ъ{а
lir
*ть pafr *ты
гшд
l,5tjt}
эфг}fi
Jfffrfr
4*frfi
**fi*
l.{fut
al l ь bttз Ёt Ёкt]pt}*,tт{
в
r,p
убltx
Сtt*р**ть ж*дьr* м/с
4.,6
АА
/.t,fi
i/
]{l
кАвIтАцlя
Кавiтацiя
(<<kavitas>),
греч. <<rryстота>) негативний фiзичний процес, гriд
якип4 розумiсться порушення суцiльностi потоку рiдини, обумовлене появою в
нiй бульбашок або порожнин, заповнених парою або газом. Кавiтацiя виникае
при падiннi тиску нижче тиску насичення при температурi
середовищ4 в результатi чого рiдина закипае, утворюеться пар
i
робочого
видiляеться
цi процеси вiдбуваються одночасно. Тиск,
при якому виникае кавiтацiя, заlrежить вiд фiзичних властивостей рiдини:
розчинений
у рiдинi газ.
темпераryри, тиску
i
Зазвичаiт
швидкостi руку рiдини. На практицi рiдина швидко
rrроходить через область зниженого тиску i газ не встигас видiлитися. В такому
випадку спостерiгасться парова кавiтацiя. Порожrrини або бульбашки, заповненi
паром, несуться потоком в область пiдвищеного тиску, де пара конденсуеться i
порожнини, загIовненi паром, замикаються.
У лопастном Hacoci парова кавiтацiя виникас на тильних сторонах лопатей
поблизу вхiдних кромок, де внаслiдок мiсцевого збiльшення швидкостi потоку
тиск мiнiмально. Тиск рiдини на тильнiй cTopoHi бiля вхiдноТ кромки лопастi
заlrежить вiд тиску
у
всмоктуючому патрубку насоса, гiдравлiчних втрат в
пiдводi i мiсцевоi швидкостi рiдини.
ГIри конДенсацiТ бульбашrок пара частинки рiдиrти, rцо отоII)/ють lt)lхирець,
знаходяться
пiд дiею
зростаючоТ рiзницi тиску рiдини
i
тиску всерединi
бульбашКи i рухаЮться З прискоренняМ до йогО центру. При повнiй конденсацii
бульбашок вiдбувасться зiткнення частинок, Що супроводжуеться миттевим
мlсцевим пlдвищенням тиску. Якщо конденсацiя бульбашки вiдбувасться на
вищерблювання матер
iа_гrу
cTiHoK канаJIу, зване кав iтацiЙною
ер
озiею.
Негативнi наслiдки кавiтацii:
.
руйнування - ерозiя cTiHoK канчLлу;
. поява шуму, TpicKy, ударiв
i
вiбрацii установки внаслiдок коливань
рiдини, якi викликанi замиканням порожнин, заповнених паром;
. зменшенЕя подачi, напору, поryжностi i ККЩ насоса;
'
ПОЯВа ШУМУ, ВiбРацii, Ударiв, TpicKa установки
i, в кiнцевому пiдсумку,
руйнування робочих колiс внаслiдок коливань рiдини
заповнених паром;
i
замикання порожнин,
, обмеження висоти всмоктування насоса. Тиск всмоктування бiля входу в
насос 1,
i, отже, в роооче
робоче колесо тим менше, чим бiлъше висота всмоктування i
гiдравлiчний опiр у всмокryючому трубопроводi i менше тиск в спорожняеться
cMHocTi. ПРИ ДОситъ великiЙ висотi всмоктування
i опорi
всмоктуючого
ТРУбОПРОВоДУ або дуже мztлому тиску в спорожнюсться баку тиск бiля входу в
робоче колесо насоса стае настiлъки м€UIим,
що виникае
кавiтацiя.
значення тиску, на яке повний напiр рiдини у вхiдному патрубку насоса
ПеРеВИЦ{Уе напiр, вiдповiдниЙ
тиску il'насичених парiв, називають кавiтацiйним
ЗаПасоМ. Зпценшення негаl-ивI]их tlас:riдкiв KaBiтariii \4о)ке буi,и досягнуте за
допомогою виконання наступних дiй:
'
ВИкОрисТання спецiальних робочих колiс,
що мають
пiдвищенi
кавiтацiйнi властивостi внаслiдок розширення вхiдноТ частини колеса,
Застосування деяких MaTepiarriB
i
покриттiв поверхонъ, змiна конryру робочоТ
поверхнi, якi дозволяють зменшити кавiтацiйну ерозiю;
'
ВИКОРИСТаННя лопатеЙ
подвiЙноi кривизни, витягнутих
в
сторону
всмоктування;
УСТаНОВка на входi першого ступеня колеса з лопостями, окресленими fIо
'
гвинтовоТ поверхнi, так званого вкJIюченого шнека;
'
перехiд на знижену частоту обертання, що дозволяс icToTHo полегшити
робоry насоса (установка перетворювачiв частоти обертання на приводний
електродвиryн);
Гiдравлiчний удар, часто виникае в рiзних гiдравлiчних системах,
СУПроВоджуеться звуком, схожим на <qудари молотка)>, викJIикаючи ерозiю
внутрiшнiх поверхонь труб
i,
вiдповiдно, передчасний
ik
вiдмову.
Величина шуму з€Lпежить вiд наступних факторiв: ryрбулентностi потоку,
кавiтацii,
вид€tпення
розчиненого повiтря, впуску
/
випуску
рiдини.
це серiя
ПУлъсацiЙ тискiв рiзноi величини вище
РiДИни в трУбопроводi. Амплiтуда
i
i
нижче норм€tльного
робочого тиску
перiод tryльсацiй за;rежать вiд швидкостi
рiдини, розмiрiв, матерiалу i довжини труби.
Щля мiнiмiзацiТ виникнення гiдравлiчних ударiв необхiдно викJIючити
швидке закриття клапанiв в гiдравлiчних системах. Якщо потiк зупиняеться, то
тиск збiльшуеться незалежно вiд величини робочого тиску
в
системi.
Розроблено рекомендацii за розмiрами труб i обмеження шуму клапанiв.
ЗАБЕЗПЕЧЕНШI НАДIИНОСТI СУДНОВИХ СИСТЕМ
,Щля
пiдвищення надiйностi охолоджуючих систем рекомендU/ються TaKi
заходи: , конструктивне спрощення систем, скорочення довжини трубопроводiв
i
кiлькостi армаryри на трубопроводах охолодження масла, прiсноТ води, якi
caМi охолоджуються забортноТ водою (застосування центр€Lпьних систем
охолодження;
, застосування часткового охолодження прiсноi води безпосередньо через
обшивку корпусу судна (в деяких випадках);
,
застосування труб iз захисним цинковим покриттям, труб з латунi i
мiдно-нiкелевих сплавiв.
.Щля
пiдвищення надiйностi систем стисненого повiтря
рекомендуеться проведення насryпних заходiв
,
резервування елементiв повiтряних систем: компресорiв, балонiв,
Фiльтри-масловологовiддiлювачi
,
:
;
перiодичне продування повiтряних ба_llонiв
i
трубопроводiв для
видЕLпення вiдстою вологи i масла, який може привести до небезпечного вiдмови
- вибуху масляних вiдкладень
i парiв масла в пускових трубопроводах
дизелiв,
зумовленого зносом ЩГIГ повiтряних компресорiв i закидання масла в повiтряну
систему, а також застосуванням для зматцення компресорiв неякiсного або
внесення несанкцiонованих заводською iнструкцiсю сорти масла;
. перiодичне освiдчення балонiв iнспекцiею з котлоцагляду;
. установка балонiв з нахилом в корму,
10
'
НаНеСеННя анТикорозiЙного покриття на внутрiшнiЙ поверхнi. Надiйнiстъ
ТРУб сТисненого повiтря забезпечустъся застосуванням стаJIевих безшовних або
бiмета_rrевих труб.
При появi витоку робочоi рiдини з водопровiдноi або будь*який iнший
Магiстралi через трiщини, ваяtливо
iT
усувати, викоЕуючи ремонт дуже швидко
i
ефективно, щоб максимчlJIъно обмежити перiоди перебоiЪ в дiТ трубопроводу.
БiЛЬШiСть трiщин з'явлfrотъся раптово. Torury необхiдно,
ОбЛаДНання було багатоцiльовим, унiверсальним
i
Ma_rro
щоб
ремонтне
великi допуски. Бiльш
ТоГо, основною вимогою при проведеннi peMoHTiB е нескJIадний, швидкий i
ЯКiСНИЙ Монтаж.
Для усунення Bcix видiв трiщин на найпоширенiших
матерiалах трубних систем призначенi рiзнi спол1.,rнi тчryфти i хомути Трiщини
ВИНИКаЮТЬ На трУбах, виготовлених з рiзних матерiалiв (наприклад, сама тицова
трiщина з ковкого чавуну - поздовiкня) викJIикана катодного корозiею,
можJIивий також поздовжнiй розрив труби).
ЗВИчайноЮ практикою
е висвердлювання невеликих oTBopiB по кiнцях
трiщини, щоб зупинити iТ просування, а потiм встановити на трубу ремонтний
хомут. При пошкодженнi трубопроводу вирiзають пошкоджену трубну дiлянку,
ЗаМiНЮЮЧи iT
на нову, безпосередньо приварюючи методом оIuIавлення; при
НеЗнаЧних пошкодженнях можна застосовувати peMoHTHi хомути з нержавiючоi
СТаЛi.
У
системах газопроводiв найтиповiшi трiщини по окружностi можна
ремонтува,гизадопомогою
Ir4уфт з
сiрого ковкого чавуну.
Щля УсУнення трiщин по колу в водопровiдних системах застосовуються
PeMoHTHi ХОМУТи
АVК з ковкого чавуну. У системах питноi води i стiчних
вод
для усунення трiтцин, що утворюються як уздовж, так i по колу через
НаПРУжениЙ на трубi, наЙкращим способом ремонту с вирiзка потрiсканого
дiлянки труби
ПХВ i його
замiна новим.
11
Ёlt*- 1.24, ЕнеLлниii Еllд ё*ёýllнliтёльнtlх tlуфт а реF"лi]нтных x4il!T*E
Для пiдвищення надiйностi систем подачi повiтря до
дизелiв
газовипускних систем рекомендуеться проведення наступних заходiв:
.
установка вологовiддiлюв€Lпьних
пристроiЪ
;
. знижеЕня цryму (установка заглушаючих пристроiЪ);
.
замiна болтових з'сднанъ додатковим зварюванням щоб уникнути ik
самовiддачею;
.
установка компенсаторiв
системи на суднi
дJuI
i
зниження негативного впливу вiбрацiТ (часто через вiбрацii
мае мiсце руйнування болтових
щiльностi в результатi витоку
.
еластичних крiплень окремих елементiв
i
г€Lзу або
зварних з'еднань,
а також
порушення
води з утилiзацiйного котла);
установка метЕIпо ловлячих фiльтрiв.
У
конденсатно-живипъних
системах на iнтенсивнiстъ корозiТ трубопроводiв впливають TaKi чинники:
. тиск
робочого середовища;
12
. BMicT кисню в живилънiй водi;
.
розчинений у водi вуглекислий газ.
Torury
в цих
системах для забезпечення надiйностi необхiдно строго
дотримув а,гися основних правил технiчноТ експлryатацii щодо водопiдготовки та
деаерацii живильноi води,
а також
застосуваншI матерiалiв
з
пiдвищеною
корозiйною стiйкiстю дпя арматури системи.
OcHoBHi напрямки пiдвищення надiйностi суднових систем СЕУ:
. скорочення загапъноТ довжини трубопроводiв;
. агрегатувaHHl{ комппектуючого обладнання;
. зменшення числа мiсцевих огrорiв;
. збiльшення довжини rтрямих дiлянок труб;
. деаерацiя води.
13
список використлнноi лtтврдтури
1. Макаров В.Г., Ситченко Л.С. Надежность трубопроводов судовых систем
Учебное пособие. Л.: ЛКИ 1985 - 118 с.
2. Судовые системы * Костылев,И.И., Пецrхов, В.А. СПб.: Изд-во ГМА
адм. С.О. Макарова
-
им.
420 стр. [2010]
3. Коркош С.В., Образцов Б.М., Яндушкин К.Н. Сулостроение Ленинград
|92 стр. [1978]
14
-
