Станислав Горобченко - Курс «Применение трубопроводной арматуры». Модуль «Применение поворотной арматуры в энергетике»

Пульсации могут возникать и в связи с изменением характера движения среды по трубопроводу, расслоением и осаждением взвесей. В качестве примера можно привести изменение профиля скоростей и концентраций течения жидкости при течении через колена и сужения. Образующаяся турбулентность увеличивает пульсации концентраций по сечению трубопровода и приводит к неравномерной по времени нагрузке на запирающие элементы клапанов.

Пульсации, усиленные неравномерным распределением скоростей по сечению трубопровода, приводят к быстрому выходу клапана из строя. Так, неправильная установка и монтаж поворотной заслонки перпендикулярно продольной оси колена за насосом без учета особенностей распределения скоростей и задаваемой пульсации, быстро приводит к потере герметичности или расшатыванию всех соединений и протечкам.

Пульсации концентрации и давления серьезным образом воздействуют на всю систему гидротранспорта. Причины и последствия воздействия пульсаций на трубопроводы в технологических схемах приведены в табл. 2.15.

Табл. 2.15. Причины и последствия пульсаций в трубопроводах

Как видно из таблицы, все причины появления волн давления и гидроударов в системе связаны с открытием или закрытием клапанов.

В технологических схемах особенным образом выступает и поведение потока при быстром открытии линии. В этом случае из-за особенностей т.н. «стержневого течения» поток может двигаться с нарастающим ускорением в виде пробки. Если в трубопроводе при этом был только воздух, то, как правило, не избежать сильного гидравлического удара в системе и в основном по следующему по ходу движения потока элементу. Частая технологическая ошибка состоит в том, что клапаны открываются или закрываются в соответствии с внезапно возникшей производственной задачей, без соблюдения технологического регламента пуска или останова.

Пульсации особенным образом воздействуют на клапаны. Известны случаи, когда при неправильно подобранном запирающем элементе с креплением болтами за незначительное время происходило вывинчивание таких болтов и заклинивание клапана даже при незначительном сроке эксплуатации. Сильные пульсации в совокупности с гидроударом могут приводить к вылету штока из запирающего элемента и нанести существенный вред жизни и здоровью обслуживающего персонала.

Источником пульсаций и волн давления является и сам клапан. В соответствии с характеристикой изменения момента сил при закрытии, максимальная волна давления, отдаваемая в поток, происходит в момент, когда угол закрытия составляет примерно 85-95%. Это особенно выражено у всех видов шиберных задвижек и поворотных заслонок. Чтобы избежать слишком сильной волны давления необходимо медленно закрывать клапан на последнем участке и тем самым избежать резкого гидроудара в системе.

Плохая калибровка позиционера, неправильная задача командного сигнала со стороны системы управления приводит к разгону клапана и работе в режиме автоколебаний. Вынужденные автоколебания задают регулярные пульсации потока. Из-за особенностей реологических свойств и течения сложных смесей пульсации концентрации могут сохраняться на всем протяжении трубопроводной части до следующего технологического элемента.

ТРЕБОВАНИЯ К КЛАПАНАМ И АРМАТУРЕ

Фактор пульсаций, как связанный с надежностью и работоспособностью клапанов, пока не учитывается в их основных спецификациях. Только у нескольких фирм можно встретить информацию о характеристиках работы клапанов в условиях повышенных пульсаций, в частности, данные по ограничениям вибрации или по рекомендованным конструкциям для повышения надежности клапана.

Чтобы сгладить воздействие пульсаций и гидроударов и «мягких» гидроконцентрационных ударов на работу клапанов необходимо использовать специальную конструкцию клапана. Так для сглаживания волн давления, расхода или концентрации должно учитываться следующее:

– Клапаны, работающие в условиях гидроудара, должны предусматривать специальные решения для повышения надежности в условиях мало и высокоцикловой нагрузки.

– Надежность в условиях гидроудара должна учитываться в конструкции клапана.

– Для исключения образования пульсаций собственно от закрытия\открытия клапана, в нем должны быть предусмотрены предохранительные схемы сглаживания давления при помощи дополнительных устройств.

– Время срабатывания при открытии и закрытии клапана должно соответствовать требованиям образования или затухания волны давления и пульсаций для устранения гидравлического удара. Открывание и закрывание клапана должно происходить, как правило, медленно.

– Время реакции клапана на сигнал должно быть минимальны.

ПРИМЕНЕНИЕ КЛАПАНОВ ДЛЯ РАБОТЫ В УСЛОВИЯХ ГИДРОУДАРОВ

Гидроудары могут появляться в системе нерегулярно или периодически. Предсказуемыми являются только те, которые связаны с задаваемой работой технологического оборудования. К ним относятся, например:

– пуск\останов насоса

– быстрое опорожнение\заполнение емкости, технологического узла

– автоматическое перекрытие линии клапанами.

Непредсказуемыми являются процессы пульсаций, возникающие из-за отклонений в технологическом процессе. Они могут приводить к:

– кавитации

– повышенной виброактивности

– нарушению работоспособности.

Для условий пуска \останова насосов выбираются обычные клапаны с возможностью, как отсечки, так и регулирования.

Для условий быстрого опорожнения линии, а также в варианте предохранительного клапана для быстрого опорожнения линии клапаны должны иметь следующие особенности:

– Высокие коэффициенты пропускной способности клапанов (Кv): для обеспечения защиты трубопровода от волн давления потребуются меньшие размеры и (или) меньшее число таких клапанов. Этим обеспечивается снижение расходов на установку и снижение веса систем защиты трубопроводов.

– Быстродействие – быстрое открытие и плавное закрытие клапанов позволяют своевременное реагирование на изменение давления в системе жидкости.

– Дополнительный резерв по пропускной способности позволяет справляться с непредвиденными, более высокими, чем расчетные, скачками давления систем.

– Жесткость конструкции, исключает такие проблемы, как утечку среды через сальниковые уплотнения, разрыв элементов и их деформацию, что обычно приводит к выходу из строя клапанов.

– Простота обслуживания и надежность конструкции.

Для условий работы при автоматическом перекрытии линии автоматическими клапанами при условии возникновения гидроудара и пульсаций, клапаны должны иметь элементы повышения надежности. К ним относятся несколько основных элементов. Это такие элементы как: