Эффективность стабилизаторов давления

Согласно официальной статистике только на трубопроводных системах жилищно-коммунального комплекса России происходит:

  • 180 аварий на 100 км. теплосетей;
  • 70 аварий на 100 км. водопроводов / сетей канализации.

По данным Минрегионразвития РФ уровень износа коммунальных сетей и оборудования, в среднем, составляет 65%.


Согласно эксплуатационному опыту причинами разрыва трубопроводов являются:

  • 60% – гидроудары, перепады давления и вибрации;
  • 25% – коррозионные процессы;
  • 15% – природные явления и форс-мажорные обстоятельства.

Сложившееся положение связано с отсутствием в тепловых сетях надежных и высокоэффективных средств защиты от гидроударов и пульсаций давления, хотя их установка и предусмотрена нормативными документами: СНиП, РД, ПТЭ. Для борьбы с этими негативными явлениями, как правило, используются такие технологии как клапаны сброса рабочей среды, разрывные мембраны, а также гидрозатворы-периливы, системы частотного регулирования приводов насосных агрегатов и стабилизаторы давления.

Использование стабилизаторов давления в качестве средств противоаварийной защиты обеспечивает полное гашение или снижение до безопасного уровня амплитуд гидроударов, колебаний давления и связанных с ними вибраций трубопроводов, при этом полностью устраняются аварийные ситуации с разрывами труб от внутрисистемных возмущений транспортируемой среды, а общая аварийность трубопроводов и оборудования снижается на 85%.

Стабилизаторы давления обладают минимальными массогабаритными характеристиками. Они технологичны в изготовлении, энергонезависимы, обладают мгновенным быстродействием (не более 0,005 сек.), не создают дополнительного гидросопротивления и не требуют технического обслуживания в процессе эксплуатации, легко монтируются в трубопровод. Отличительной особенностью стабилизаторов давления является то, что данные устройства одинаково эффективно гасят гидроудары, волновые и вибрационные процессы как в аварийном, так и в штатном режиме работы гидросистемы, реагируя как на провалы давления, так и на гидравлические удары.

Ниже представлены типовые диаграммы динамического давления, иллюстрирующие эффективность работы стабилизаторов давления (СД).

Скачок давления при пуске насоса на открытую задвижку

Провал давления при останове насоса и гидроудар при срабатывании обратного клапана

Практические результаты использования стабилизаторов давления:

  • Снижение аварийности трубопроводов и оборудования на 60-80 %;
  • Продление срока эксплуатации даже сильно изношенных трубопроводных систем в 1,5 – 2 раза от остаточного ресурса;
  • Сокращение прямых и косвенных затрат на аварийно-восстановительные работы;
  • Снижение эксплуатационных затрат трубопроводных систем;
  • Обеспечение ремонтов трубопроводных систем в планово-предупредительном режиме;

Стабилизаторы давления окупаются в течение первого года работы, гарантийный срок эксплуатации – от трех до восьми лет.


Краткая характеристика других технологий противоаварийной защиты

Предохранительные клапаны сброса недостаточно надежны (имеется в виду наличие металлических движущихся элементов арматуры, подверженных влиянию процессов внутренней деградации трубопровода), обладают большим запаздыванием (быстродействие сбросного устройства – 0,5 сек. и более), что не позволяет препятствовать распространению гидроудара по трубопроводу (скорость ударной волны – до 1300 м/с), и требуют значительных по объему резервуаров для сброса рабочей среды, а также дополнительной инфраструктуры для обслуживания этих систем. К тому же, сбросные клапаны настраиваются на давление, значительно превышающее рабочее давление гидросистемы и, поэтому, не действуют при провалах давления и гидроударах по причине остановки и последующего пуска насосных агрегатов и не гасят пульсации давления на рабочих частотах насосов. Максимально возможный диаметр проходного сечения предохранительных клапанов российского производства – Ду 300 мм, что затрудняет их использование в системе магистральных трубопроводов большого диаметра.

В случае с разрывными мембранными устройствами к вышеуказанным недостаткам добавляется необходимость замены мембраны после каждого срабатывания устройства, что делает его практически бесполезным в случае серии провалов или коротких замыканий в системе электропитания насосов. Также необходимо отметить, что резкий сброс значительных объемов транспортируемой среды сам по себе вызывает интенсивные волновые колебания, которые носят характер провалов давления, прямых и обратных гидроударов. На наш взгляд использование подобных устройств наиболее целесообразно в тех местах системы теплоснабжения, где основным фактором повышения давления сверх допустимого являются перепады высот по трассе (геодезические отметки), а скорость увеличения давления соизмерима со скоростью срабатывания данных устройств и не носит характер гидроудара.

Использование частотного регулирования при пуске и остановке насосных агрегатов, позволяет уменьшить колебания давления на переходных режимах, но не спасает от постоянно действующих пульсаций давления на насосной частоте и гидравлических ударов при аварийных отключениях электропитания насосных групп. Основное предназначение частотно-регулируемого привода электродвигателей – контроль и гибкое изменение производительности насосов в зависимости от графиков потребления, и, как следствие, экономия электроэнергии и требуемая степень автоматизации процессов управления технологическими параметрами.

Также хотелось бы отметить гидрозатворы-переливы, которые обеспечивая определенную степень гашения волновых возмущений, не нашли широкого применения на объектах теплоэнергетики РФ по причине весьма значительных массогабаритных характеристик этих устройств. К примеру, в системе теплоснабжения с рабочим давлением Рраб=10 бар (1 МПа) высота гидрозатвора составит не менее 120 м., что не отменяет необходимость установки емкостей сброса и дополнительных насосов для подачи теплоносителя обратно в систему.

Результаты использования
60-80%
снижение аварийности трубопроводов и оборудования