Гидродинамические компенсаторы в противоаварийной защите трубопроводов

Использование гидродинамических компенсаторов в трубопроводах обусловлено тем, что трубопроводные системы с постоянной рабочей средой, как правило, подвергаются воздействию температурных расширений и давления, а также различного рода вибрациям. Согласно исследованиям, 60% аварий в трубопроводах происходит вследствие гидроударов, перепадов давления и вибраций.

Возникновение пульсации давления на рабочих частотах оборудования, переходные процессы, гидроудары при эксплуатации гидросистем неизбежны. Все эти воздействия ускоряют деградацию механизмов, внутренние коррозионные процессы, способствуют накоплению усталостных характеристик материала в местах концентрации напряжений (сварные швы, задиры и т.п.) и являются основным фактором возникновения аварийных ситуаций.

Рассмотрим наиболее опасное последствие вибрации – гидроудар. Причиной возникновения гидроударов могут стать: прекращение энергоснабжения насосов, короткое замыкание или сбой 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.

Вибрация как основной фактор риска системы трубопровода

Согласно исследованиям, которые проводились специалистами на местах крупнейших техногенных катастроф и аварий на территории России и стран СНГ, можно говорить о вибрации и пульсации давления как о возможной причине случившихся катастроф. Так, очевидцы Чернобыльской катастрофы говорили о том, что во время изменения режима турбин началась вибрация, рост амплитуды которой завершился сейсмическим толчком. Непосредственно взрыв реактора произошел только через 20 секунд после этого толчка. Еще одни пример: железнодорожная авария, случившаяся с «Николаевским экспрессом» в 2007 году на территории Новгородской области. Пассажиры, описывая случившиеся, говорили о «тряске» и последующем хлопке. И самый свежий пример – это трагедия, которая случилась 19 августа 2009 года на Саяно-Шушенской ГЭС. 19 августа на одном из форумов появилось сообщение: «Со слов одного из работников СШ ГЭС, который в момент аварии находился в соседнем помещении: "Время где то 8-12... Сильная вибрация... хлопок, звуки метала, еще хлопок, звук воды...". Таким образом, самой аварии предшествовала сильная вибрация.

Предотвратить подобные аварии возможно на любом производстве в различных отраслях промышленности. Для грамотного решения этой задачи необходим комплексный подход из трех составляющих:

• измерение, анализ и оценка вибрационного состояния оборудования на объектах;
• разработка мероприятий по защите оборудования;
• установка необходимого оборудования.

Компания «Кронштадт» предлагает услугу, которая включает в себя все три вышеперечисленные этапа. Вот уже 12 лет мы поставляем на рынки России и стран СНГ самое современное и высокотехнологичное оборудование от ведущих мировых производителей. Наша главная задача - реализация программы по модернизации промышленных комплексов России и стран СНГ. Мы работаем совместно со специализированной научно-исследовательской инженерной фирмой «ЦКТИ-Вибросейсм», основанной в 1992 году. Фирма была создана на базе первой (1978 г.) в бывшем СССР Лаборатории сейсмостойкости и динамической надежности энергетического оборудования АЭС и ТЭС в НПО ЦКТИ им. И.И. Ползунова. С 1992 года фирма ЦВС занимается вопросами обеспечения безопасности и надежности атомных и тепловых электростанций, объектов химической, нефтяной и тяжелой индустрии, расположенных на территории бывшего СССР, в Европе, Азии и США. Значительный опыт в изучении, анализе, антисейсмическом проектировании и тестировании как новых, так и действующих энергетических объектов, механического оборудования и распределительных систем позволяют «ЦКТИ-Вибросейсм» проводить уникальные обследования оборудования в любых отраслях промышленности.

Компания оказывает следующие услуги:

• Измерение, анализ и оценка вибрационного состояния оборудования на объектах;
• Сейсмическая квалификация существующих АЭС с применением процедуры анализа граничной сейсмостойкости, адаптированной к нормам ПиНАЭ. Проведение станционных обходов (Walkdown) оборудования и трубопроводов АЭС для установления запасов прочности и сейсмостойкости по процедуре GIP;
• Динамический анализ конструкций на импульсные и экстремальные нагрузки, вызванные природными явлениями или связанные с деятельностью человека (техногенные воздействия);
• Анализ и разработка мероприятий по защите оборудования атомных объектов, связанных с безопасностью, от противоправных действий;
• Расчет напряженно-деформированного состояния оборудования и трубопроводов при различных видах динамического воздействия (вибрация, сейсмическое и ветровое воздействия, гидроудар, разрыв трубопровода, небаланс роторов вращающихся машин);
• Определение мест постулированных разрывов высокоэнергетических трубопроводов. Разработка мероприятий по защите трубопроводов от разрывов;
• Разработка мероприятий и рекомендаций по обеспечению вибрационной надежности и прочности оборудования и трубопроводов, подверженных различным видам динамических воздействий с учетом нормативных критериев и требований заказчика;
  Все работы выполняются по программам качества, разработанным с учетом требований ГАН РФ и ISO 9001.

Как защитить трубопроводную систему?

Для предотвращения вибраций и возникающих гидроударов в трубопроводных системах необходима установка на трубопроводы гибких элементов, которые будут способствовать компенсации вибраций, предотвращая повреждения труб.

Гидродинамические компенсаторы (ГДК) являются оптимальным решением в случаях, когда система трубопроводных линий не способна компенсировать воздействие различного рода вибраций и температурных расширений. Компания «Кронштадт» предлагает гидродинамические компенсаторы от одного из ведущих производителей компенсаторов фирмы BELMAN (Дания). Гидродинамические компенсаторы для трубопроводов берут на себя функцию гибкого звена в трубопроводной системе, а потому позволяет движения и расширения в трубопроводах во время их эксплуатации.

Принцип работы, свойства и применение гидродинамических компенсаторов

ГДК обеспечивает безаварийную эксплуатацию оборудования и трубопроводных систем путем гашения в 5-10 раз гидроударов, колебаний давления, вибраций и резонансных явлений, возникающих в трубопроводах вследствие аварийных отключений и провалов энергоснабжения, сбоев систем автоматики и управления, срабатывания запорной трубопроводной арматуры, быстрых коммутационных переключений и ошибок обслуживающего персонала.

Основные характеристики гидродинамических компенсаторов:

• Коррозийностойкость
• Жаростойкость
• Гибкость
• Технологичность
• Прочность
• Легкость в очистке
• Долгостойкость.

ГДК обладают мгновенным быстродействием (менее 0,005 сек.) и обеспечивают временной фазовый сдвиг и гашение волновых, вибрационных и температурных процессов до безопасного уровня. Данное оборудование энергонезависимо и не содержит регулирующих механизмов управления, легко в монтаже (монтируется путем врезки в трубопровод) и не требует обслуживания в процессе эксплуатации. Одной из главных характеристик ГДК является отсутствие потерь рабочей среды.

Проводимые среды гидродинамических компенсаторов:

• пресная и морская вода;
• нефтепродукты;
• пар, газы;
• криогенные продукты.

Принцип работы гидродинамических компенсаторов

При возникновении в основном трубопроводе волновых процессов (гидроудары, вынужденные колебания давления и т.д.) происходит перетекание жидкости через сегментное отверстие центрального трубопровода в предкамеру, образованную внутренней поверхностью корпуса демпфирующей камеры и внешней поверхностью центрального сегментированного трубопровода или наоборот, в результате чего изменяется давление в гидравлическом демпфере камеры. Это вызывает упругую деформацию упругодемпфирующего элемента демпфирующей камеры (с заданными техническими характеристиками) и приводит к изменению давления жидкости в гидравлическом демпфере, а энергия колебаний гасится в демпфирующей камере.

Такое последовательное взаимодействие жидкости с гидравлическими демпферами и упругими элементами демпфирующих камер позволяет обеспечить высокую эффективность работы устройства за счёт высокой податливости демпфирующих элементов камер в динамическом режиме, и диссипации энергии колебаний на отверстиях распределённой перфорации, что приводит к ее невосполнимым потерям, создавая условия препятствующие дальнейшему волновому распространению и компенсируя провалы давления.

Техническая модель гидродинамических компенсаторов

Применение компенсаторов

Применение ГДК возможно на электростанциях и производственных предприятиях, нефтеперерабатывающих заводах, металлургических комбинатах, химических производствах, в целлюлозно-бумажной промышленности, системах отопления и в судостроении. Гидродинамические компенсаторы подходят для трубопроводов диаметром от 10 до 1200 мм и рабочим давлением до 25 МПа систем ЖКХ, электроэнергетики, нефтегазовой отрасли, металлургической и химической промышленности.

В ЖКХ: в трубопроводных системах и насосно-перекачивающих станциях (НПС) холодного и горячего водоснабжения, теплоцентралях, отопительных котельных и центральных тепловых пунктах, на насосных станциях напорной канализации.

В электроэнергетике: на магистральных трубопроводах и НПС, а также в трубопроводных системах пожарно-технического водоснабжения, системах маслопроводов гидростатического подъема роторов турбин тепловых энергетических станций (ТЭЦ и ГРЭС), атомных станциях (АЭС) и гидроэлектростанций (ГЭС).

В нефтегазовой промышленности: на внутрипромысловых и технологических системах, НПС горячего и холодного водоснабжения, а также транспортировки водо-нефтегазовых смесей от скважин до систем подготовки. На системах поддержания пластового давления, системах транспортировки нефти от мест добычи до товарных парков, насосных станциях нефтеперерабатывающих заводов, нефтеналивных терминалах, магистральных трубопроводах транспортировки нефти и газа.

В других отраслях промышленности (металлургия, химия): в трубопроводных системах чистого цикла, технологического и пожарного водоснабжения, технологических трубопроводах, в т.ч. и для агрессивных и полуагрессивных сред с твердыми включениями.

Применения гидродинамических компенсаторов позволяет:

• снизить общую аварийность на 50 %
• увеличить коррозионно-усталостную долговечность трубопроводов в 10 и более раз (продлить срок службы даже сильно изношенных трубопроводов в 2-3 раза)
• осуществлять замену изношенных трубопроводных систем в планово-предупредительном режиме (что в 3-4 раза дешевле, чем экстренная замена)
• снизить потери транспортируемой среды и затраты на ее предварительную подготовку
• полностью исключить непредсказуемые финансовые потери и значительно сократить затраты, связанные с ликвидацией последствий аварий.