Жилищно-коммунальное хозяйство

Проблемы трубопроводных гидросистем
Жилищно-комунального хозяйства (ЖКХ).

   Одной из самых острых проблем городского жилищно-комунального хозяйства является проблема «случайных» разрушений (порывов) трубопроводов.
   Эти разрушения в большинстве случаев связаны с гидроударами (около 60% аварий), коррозионными процессами и линейными термическими расширениями трубопроводов.
   Проведенный анализ этих проблем позволяет сформулировать четыре задачи, решение которых коренным образом изменит статистику порывов трубопроводов в лучшую сторону.
     • пульсирующих режимов источников гидропитания с центробежными насосами;
     • гидроударов в магистральных трубопроводах;
     • коррозионных процессов (в данной записке проблема не рассматривается);
     • термических расширений трубопроводов.

   Но прежде чем предложить решения этих задач осветим некоторые статистические данные, связанные с разрушениями (порывами) на трубопроводах.

   По данным интернет-ресурсов:

   Общая протяженность трубопроводов в ЖКХ:
     • 17 млн. км. внутридомовых трубопроводов;
     • 1 млн. км. магистральных трубопроводов, из них:
         - 528 тыс. км. водопроводов;
         - 176 тыс. км. канализации;
         - 369 тыс. км. тепловых сетей;

   Количество аварий и инцидентов на трубопроводах ЖКХ:
     • на всех системах ЖКХ - более 1 млн. в год, из них:
         - около 170 аварий на каждые 100 км. теплосетей;
         - около 80 аварий на каждые 100 км. водопроводов / сетей канализации.

   Экономические потери при авариях на трубопроводах ЖКХ:
     • в среднем затраты на ликвидацию последствий каждого аварийного случая в условиях современного города составляют от 0,3 до 10 млн. руб.;
     • совокупный ущерб от утечек горячей воды в системе ЖКХ оценивается около 90 млрд. руб. в год.

     Причины гидроударов и вибраций.

   Теоретически причиной гидроударов и вибраций является «рассогласован-ность спроса и предложения» транспортируемой среды возникающей в гидросистемах в силу:
     • переходных процессов при пусках, остановах и изменениях подачи источниками гидропитания;
     • вероятностного разбора воды потребителями.

   Рассмотрим эти вопросы подробней.
Характеристика зависимости расхода от давления центробежного насоса.
   На рис.1. приведена характеристика представляющая зависимость Q от P любого центробежного насоса. Из характеристики видно наличие точки Ркр. (критическое давление) достигнув которой кривая идёт влево.
   Когда давление Р в системе поднимается до критической точки, происходит мгновенное прекращение подачи насоса, которая возобновляется, когда давление в системе упадет до величины Р0-ΔР, причем в этот момент подача жидкости насосом возникает мгновенно (скачком) до величины Q0. Это характерные особенности центробежных насосов и если их не учитывать при проектировании гидросистем то гидроудары будут неизбежными.
   Для исключения пульсаций и гидроударов в источниках гидропитания с центробежными насосами мы предлагаем применять клапаны устойчивости гидромсистемы (См.рис.2). Такие клапаны разработаны в ООО «НПФ «Гидромеханика».



Рис.1. Характеристика зависимости Q от P
              центробежного насоса.


     Клапан устойчивости источника гидропитания с центробежным насосом.

Клапаны устойчивости.    Клапан устойчивости источника гидропитания устанавливается по классической схеме, но отличается тем, что защищает систему не от перегрузок, а от неустойчивости благодаря тому, что в нужный момент стравливает количество жидкости в объёме Qкр+ΔQ не допуская в характеристике условий неустойчивости Ркр.+ ΔР.
   Клапан устойчивости представляет собой специальный пневмогидравлический аккумулятор, разделительный поршень которого совмещен с сервораспределителем. Газовая часть клапана заряжается воздухом на давление Р0, при увеличении подачи насоса поршень аккумулятора сжимает газ до давления Ркр.+ ΔР, соединенный с разделительным поршнем сервораспределитель обеспечивает при этом слив жидкости в объёме Qкр. +ΔQ тем самым нарушая условия неустойчивости. Клапан устойчивости, являясь одновременно аккумулятором позволяет также гасить любой возникающий гидроудар в трубопроводе. Установленный к насосу на гидравлическую        Рис.2. Клапан устойчивости.                                    магистраль, в которой наблюдались гидроудары, пульсации и т.д., кардинальным образом улучшает ситуацию, так как в отличие от обычного аккумулятора или клапана являющихся колебательным звеном по определению, гасит любое возмущение (за счет встроенного сервозолотника) за один полупериод колебания.
   ООО «НПФ «Гидромеханика» изготавливает весь ряд клапанов устойчивости для центробежных насосов.


     Компенсатор гидроударов.

Внешний вид компенсатора гидроударов для трубопроводов диаметром Dy500мм    Решение вопроса устойчивости источников гидропитания позволяет существенным образом снизить количество гидроударов, но всетаки на дос-таточно протяженных системах, в местах их ветвления и распределения необходима ещё установка так называемых компенсаторов гидроударов.
   Компенсатор гидроударов, это газогидравлический аккумулятор трубного исполнения. Разделителем сред «воздух-вода» в этом аккумуляторе является специальной формы полимерный мешок (мат)
    Рис.3. Компенсатора гидроударов для трубопроводов Dy500.    накачанный воздухом на рабочее давление гидро-системы. Нет нужды описывать принцип действия такого компенсатора-аккумулятора, он широко известен из технической литературы.


     Результаты установки компенсатора гидроударов.

   На осциллограмме рис.4. показаны две частотные характеристики поведения жидкости в гидросистеме, до и после (красным цветом) установки компенсатора гидроударов.

                 Частотные характеристики поведения жидкости в гидросистеме, до и после установки компенсатора гидроударов.
    Рис.4. Частотные характеристики поведения жидкости в гидросистеме, до и после установки средств компенсации, разработанных ООО "НПФ "Гидромеханика".

   Использование компенсаторов гидроударов в местах трубопроводов выявленных аналитически позволяет достигнуть нижеприведенных результатов:
     • Снижение количества аварий и отказов трубопроводов и оборудования на 85%;
     • Сокращение затрат на ликвидацию аварий (включая затраты на ликвидацию экологических и социальных последствий, а также потери от вынужденного простоя основного производственного оборудования);
     • Увеличение в 1.5-2 раза долговечности трубопроводов за счет снижения уровня динамических нагрузок;
     • Повышение надежности работы и увеличение срока службы аппаратуры автоматики, управления и контроля в 2-3 раза;
     • Уменьшение эксплуатационных затрат на 25% - 30% за счет сокращения количества ремонтов;
     • Снижение прямых потерь транспортируемой среды и косвенных затрат на подготовку среды (подготовка, нагрев, транспортировка и т.д.);
     • Обеспечение планово-предупредительных режимов ремонтов трубопроводов.
   ООО «НПФ «Гидромеханика» изготавливает компенсаторы для всех диаметров труб применяемых в ЖКХ.


     Компенсаторы термических расширений трубопроводов.

Внешний вид компенсаторов термических расширений трубопроводов.    Широкая гамма компенсаторов термических расширений трубопроводов (см. рис.5.) имеется в продаже и должна широко применяться для решения проблем «случайных порывов трубопроводов» . В процессе аналитических работ оценивается (рассчитывается) потенциальное термическое расширение каждой ветки трубопровода и в соответствии с этими данными используется тот или иной компенсатор.




                                                                                             Рис.5. Rомпенсаторов термических расширений трубопроводов компании
                                                                                                                                                                                                    ЗАО «Сплав-Спецтехнология».



     Заключение.

   Специалисты ООО «НПФ «Гидромеханика» гарантируют решение проблем разрушения трубопроводов в случае проведения аналитических работ, по результатам которых будут использованы вышеприведенные технические средства.