ЦТП-3
Введение
По результатам технического обследования гидросистемы ЦТП-3 (г.Каменск-Уральский, ул. Войкова д.8) ООО «Синарские тепловые сети» было установлено, что для снижения динамических нагрузок на трубопроводы до допустимого уровня, повышения надёжности работы гидросистемы и обеспечения ее безаварийного функционирования при интенсивных возмущениях волнового характера, возникающих при аварийном отключении электропитания или пуске насосного агрегата на открытую задвижку, необходимо обеспечить не менее чем четырехкратное уменьшение амплитуд волновых процессов.
Для этого были разработаны и установлены два стабилизатора давления: СД 16-300 с тремя демпфирующими камерами в трубопровод обратной сетевой воды в помещении насосной станции, а также СД 16-400 с четырьмя демпфирующими камерами, в камере на выходе напорного трубопровода прямой сетевой воды из помещения насосной станции. Вышеуказанные СД, в соответствии с проектными расчетами, должны гарантированно обеспечить требуемую эффективность гашения волн давления.
После завершения монтажа СД были проведены испытания стабилизаторов с измерениями амплитудно-частотных характеристик волновых процессов по согласованной с заказчиком программе с целью подтверждения заявленных исполнителем характеристик.
Ниже приведены результаты исследований, проведенных до установки стабилизаторов давления, а также результаты, полученные при проведении приемо-сдаточных испытаний стабилизаторов давления и их сравнительный анализ.
1. Амплитудно-частотные характеристики волновых процессов на стационарных, переходных режимах работы гидросистемы ЦТП-3 до установки стабилизаторов давления и моделирование нештатных (аварийных) ситуаций
Состав гидросистемы ЦТП-3:
- Насосная группа, повышающая давление в прямом трубопроводе сетевой воды, оборудована двумя насосами 200Д-60 с подачей ~ 600 м куб./час и напором 3,5 бар и одним насосом типа СЭ800-55 с подачей до 800 м куб./ч, напором 5,5 бар;
- Насосная группа, повышающая давление в обратном трубопроводе сетевой воды, оборудована двумя насосами типа Д320-50 с подачей 320 м куб./ч каждый, напором 5,5 бар и одним насосом Д 800-57 с подачей 800 м куб./ час, напором 5,7 бар;
- Насосные группы оборудованы ручными задвижками и обратными клапанами.
Основными источниками возбуждения волновых и вибрационных процессов в гидросистеме являются насосные агрегаты, запорная арматура (задвижки и обратные клапаны). В стационарном режиме работы насосными агрегатами будут возбуждаться высокочастотные колебания давления на оборотной и лопаточной частотах. На переходных режимах колебания давления в гидросистеме будут возникать при открытии и закрытии напорных задвижек.
В качестве переходных процессов на насосной группе прямой сетевой воды исследовались следующие режимы:
- Штатное переключение с насоса 200Д-60 на насос СЭ800-55 (после пуска насоса СЭ800-55 идет открытие его напорной задвижки и одновременное закрытие напорной задвижки насоса 200Д-60, после завершения которого насос 200Д-60 отключается).
- В аналогичном режиме происходило переключение с насоса СЭ800-55 на насос 200Д-60.
- В качестве переходных процессов на насосной группе обратной сетевой воды рассматривалось штатное переключение с насоса Д 800-57 на насосы Д320-50 и обратно.
Ниже, на рис. 1.1. и 1.2., приведены характеристики наиболее интенсивных волновых процессов в напорных коллекторах гидросистемы на переходных режимах работы. На диаграммах по оси абсцисс приведено время в секундах, а по оси ординат давление в барах (1бар=0,1МПа).
Рис. 1.1. Изменение динамической составляющей давления в коллекторе прямой сетевой воды при переходных режимах:
Рис. 1.2. Изменение динамической составляющей давления в коллекторе обратной сетевой воды при переходных режимах:
Из приведенных выше экспериментальных данных следует, что при стационарной работе насоса в напорном коллекторе происходят высокочастотные колебания давления на насосной частоте, размах которых не превышает 0,15 бар. На штатных переходных режимах наиболее интенсивные колебания давления возникают при остановке работающего насоса после пуска резервного. При этом в напорном коллекторе происходит провал давления с последующим резким возрастанием после закрытия обратного клапана. Размах колебаний достигает 0,8 бар.
Математическое моделирование аварийного отключения по электропитанию двух работающих насосных агрегатов показало, что величина гидроудара составит не менее Ргу~5 бар, а суммарное давление в напорном трубопроводе прямой сетевой воды – Рмах=12 бар. Из проведенного расчета осевых и радиальных напряжений следует, что действующие динамические нагрузки на трубопроводы во время аварийного отключения электропитания в 3,8 раза превышают допустимые с точки зрения усталостной прочности, что свидетельствует о необходимости гашения пульсаций давления и гидроударов в гидросистеме не менее чем в 4 раза.
Для обеспечения безаварийного режима работы гидросистемы ЦТП-3 было рекомендовано установить два стабилизатора давления: СД 16-300 с тремя демпфирующими камерами в трубопровод обратной сетевой воды в помещении насосной станции, а также СД 16-400 с четырьмя демпфирующими камерами, в камере на выходе напорного трубопровода прямой сетевой воды из помещения насосной станции. Вышеуказанные СД, в соответствии с проектными расчетами, должны гарантированно обеспечить требуемую эффективность гашения волн давления.
2. Экспериментальное определение амплитудно-частотных характеристик волновых процессов на переходных режимах работы гидросистемы ЦТП-3 после установки стабилизаторов давления
Приемо-сдаточные испытания стабилизаторов давления типа СД 16-300 и СД 16-400 в составе гидросистемы ЦТП-3 проводились после их монтажа в напорные коллектора прямой и обратной сетевой воды гидросистемы ЦТП-3 в присутствии федерального инспектора Ростехнадзора РФ. Схемы гидросистемы прямой сетевой воды ЦТП-3, а также места установки датчиков динамического давления приведены на рис. 2.1. Фрагмент монтажа СД представлен на фотографии рис. 2.2.
Рис. 2.1. Схема гидросистемы прямой сетевой воды ЦТП-3:
Обозначения на схеме:
- 41, 42, 82, 97 - места установки датчиков давления во время проведения приемо-сдаточных испытаний стабилизаторов давления;
- СД – место установки стабилизатора давления типа СД 16-400.
Рис. 2.2. Фрагмент монтажа стабилизатора давления типа СД 16-400:
При проведении приемо-сдаточных испытаний стабилизатора давления типа СД 16-400 в соответствии с согласованной программой проводились измерения характеристик волновых процессов на различных режимах работы насосной станции. Датчики динамического давления устанавливались в патрубки за стабилизаторами давления и в импульсные трубы манометров установленных в напорных трубопроводах насосов №2 и №3.
В качестве переходных процессов на насосной группе прямой сетевой воды после установки СД исследовались следующие режимы:
- Включение насоса №1 в дополнение к работающему насосу №2.
- Выключение насоса №2.
Ниже на рис. 2.3. и рис. 2.4. приведены диаграммы изменения амплитуды колебаний давления на насосной группе прямой сетевой воды до и после стабилизатора давления при включении и отключении насосных агрегатов, из которых видно, что стабилизатор давления гасит амплитуду колебаний давления в 6 раз.
На диаграммах по оси абсцисс приведено время в секундах, а по оси ординат - давление в барах (1бар=0,1МПа).
Рис. 2.3. Диаграмма изменения динамической составляющей давления в напорном коллекторе при включении насоса №1:
Цвета линий на диаграмме: красный - до стабилизатора давления; зеленый - после СД 16-400
Рис. 2.4. Диаграмма изменения динамической составляющей давления при отключении насоса №2 и срабатывании обратного клапана:
Цвета линий на диаграмме: красный - до стабилизатора давления; зеленый - после СД 16-400
Схемы гидросистемы обратной сетевой воды ЦТП-3, а также места установки датчиков динамического давления приведены на рис. 2.5. Фрагмент монтажа СД представлен на фотографии рис. 2.6.
Рис. 2.5. Схема гидросистемы обратной сетевой воды ЦТП-3:
Обозначения на схеме:
- 41, 42, 82 – места установки датчиков давления во время проведения приемо-сдаточных испытаний стабилизаторов давления;
- СД – место установки стабилизатора давления типа СД 16-300.
Рис. 2.6. Фрагмент монтажа стабилизатора давления типа СД 16-300:
В качестве переходных процессов на насосной группе обратной сетевой воды после установки стабилизатора давления исследовались следующие режимы:
- Включение насоса №3 в дополнение к работающему насосу №1;
- Выключение насоса №1;
- Включение насоса №1;
- Выключение насоса №3.
Ниже на рис. 2.7., рис. 2.8. приведены диаграммы изменения амплитуды колебаний давления на насосной группе обратной сетевой воды при включении и отключении насосных агрегатов до и после стабилизатора давления, из которых видно, что СД гасит амплитуду колебаний давления в 6 раз.
Рис.2.7. Диаграмма изменения амплитуды колебаний давления при включении насоса №3:
Цвета линий на диаграмме: красный - до стабилизатора давления; зеленый - после СД 16-300
Рис.2.8. Диаграмма изменения амплитуды колебаний давления при отключении насоса №1:
Цвета линий на диаграмме: красный - до стабилизатора давления; зеленый - после СД 16-300
Анализ полученных экспериментальных данных по результатам испытаний стабилизаторов давления типа СД 16-300 и СД 16-400 в составе гидросистемы прямой и обратной сетевой воды ЦТП-3 позволяет сделать следующие выводы:
- Стабилизаторы давления, обеспечивая гашение высокочастотных колебаний давления на насосной частоте, полностью устраняют колебания давления в подающих теплопроводах на штатных режимах работы.
- На переходных режимах работы насосов размах колебаний давления в гидросистеме, а также частота колебаний и длительность переходных процессов уменьшаются почти в 6 раз, что обеспечивает безаварийную работу тепловой сети.
Таким образом, эффективность гашения волн давления стабилизаторами полностью обеспечивает безаварийную эксплуатацию тепловой сети даже в случае аварийного отключения электропитания насосных агрегатов, о чем свидетельствует опыт их эксплуатации в отопительный период 2007-2008 г.г., в течение которого происходили неоднократные сбои в электропитании оборудования ЦТП-3.
