Шум, щелчки и вибрация паропровода – знакомые большинству специалистов, эксплуатирующих пароконденсатные системы, симптомы гидроудара. Зачастую, данное явление ошибочно считают неизбежной проблемой пароконденсатных систем, а потому даже не пытаются с ним бороться. Между тем, закрывать глаза на проблему гидроудара не стоит: кажущиеся безобидными сегодня шумы и вибрации завтра могут обернуться разрушением арматуры, трубопроводов, утечками пара и угрозой безопасности труда. Предотвратить же возникновение гидроудара не так сложно, если разобраться в его причинах и следовать рекомендациям, которые будут приведены в данной статье.
Причины
Причины возникновения гидроудара в пароконденсатной системе:
- ошибочные действия эксплуатационного персонала при пусках паропроводов и во время текущей эксплуатации;
- отсутствие правильно спроектированного дренажа паропровода;
- неправильный выбор конденсатоотводчика и условного диаметра конденсатной линии;
- неправильный монтаж фильтров и другой арматуры;
- прогибы паропроводов;
- концентрические сужения паропровода;
- неправильное проектирование уклона паропровода;
- переменные режимы эксплуатации и резкие изменения нагрузок (скорости движения пара) по паропроводу.
Также гидроудары могут возникать в теплообменных аппаратах при наличии «точки застоя»1, когда давление в теплообменнике меньше противодавления в конденсатной линии.
Рассмотрим типичные процессы возникновения гидроудара:
1. Гидроудар возникает при попадании пара в трубопровод, заполненный охлажденным конденсатом. Пар, отдавая свое тепло конденсату и стенкам труб, мгновенно конденсируется, образуя вакуум (т.к. объем конденсата в несколько раз меньше объема пара). В результате резкого понижения давления в ограниченном объёме конденсат, окружавший паровую пробку, с большой скоростью стремится заполнить образовавшуюся пустоту (схлопывание). За счет повышения скорости и падения давления пара в области А (эффект Бернулли), образуется водяная пробка, которая и приводит к гидроудару (Рис.1).
2. Гидроудар появляется в результате столкновения водяной пробки с препятствием, например, изгибом трубы, Т-образным разветвлением или арматурой. Двигаясь с большой скоростью, конденсат обладает довольно значительной кинетической энергией (которая пропорциональна квадрату скорости). Когда происходит столкновение, кинетическая энергия преобразуется в энергию давления, и препятствие испытывает резкий удар.
Методы предотвращения
Многие ошибочно считают, что гидроудар неизбежен, и он обязательно присутствует в паровых системах. В действительности это не так: если система правильно спроектирована и эксплуатируется – вероятность возникновение гидроудара сводится к нулю.
Основные методы предотвращения гидроудара:
- установка узлов конденсатоотвода и пусковых дренажей каждые 30-50 м паропровода;
- установка дренажных карманов с узлами отвода конденсата в нижних точках перед подъемами и изгибами паропроводов;
- правильная трассировка паропроводов;
- своевременный ремонт трубопроводов пара и конденсата, включая изоляцию трубопроводов.
- обучение персонала безопасной и эффективной эксплуатации пароконденсатных систем3.
Предотвращение гидроударов позволяет обеспечить в первую очередь безопасную эксплуатацию, затем наиболее эффективное функционирование всей тепловой системы, а также повысить надежность и долговечность паропроводов и пароконденсатного оборудования.
История одного гидроудара
Продемонстрируем на примере ситуации, возникшей на одном крупном промышленном предприятии, причины и разрушительные последствия гидроудара
В связи с реконструкцией руководством было принято решение уменьшить диаметр магистрального паропровода (длиной 670 м), оснащенного узлами отвода конденсата и дренажными клапанами. Вначале при проведении работ по снятию теплоизоляции подача пара потребителям не прекращалась (Рис. 1). Однако высокая температура (75оС) и загрязненность воздуха привели к невозможности проведения работ, и подрядчиком было принято решение - отключать подачу пара с 12.00 ночи до 16.00 дня. В результате температура в канале к началу рабочего дня опускалась до 21оС.
Рисунок.1 Схема магистрального паропровода
Ежедневный пуск системы был строго регламентирован:
- открыть пусковые дренажи (удаление конденсата в течении 1 часа);
- плавное открытие задвижки подачи пара к потребителям.
Установленные правила пуска системы лишь частично соблюдались рабочими, не придававшими им особого значения. В день аварии ответственные за пуск системы решили, что при постепенном открытии задвижки подачи пара, без предварительного открытия пусковых дренажей, весь конденсат сдренируется через конденсатоотводчики, не повреждая паропровод.
Рисунок 2. Столкновение водяной пробки
Но рабочие не учли, что после снятия изоляции количество образующегося конденсата увеличится до такой степени, что пропускная способность конденсатоотводчиков не будет обеспечивать его отвод (Рис. 2).
Рисунок 3. Разрушенная задвижка с подъемом паропровода
В начале открытия клапана были слышны слабые щелчки и вибрация, со временем шумы только увеличивались. В определенный момент в месте подъема паропровода произошел гидроудар, разрушивший задвижку подачи пара (Рис. 3). Последствиями гидроудара стали пострадавшие рабочие, остановка технологического процесса, замена задвижки и ремонт паропровода.
Основная причина произошедшего – неправильная (с грубейшими нарушениями правил и инструкций) эксплуатация пароконденсатной системы. Всех этих проблем можно было бы избежать, если бы перед подачей пара были открыты пусковые дренажи.
Пароконденсатные системы в Казахстане
Источник: fabrikatepla.ru
