Введение к работе
Актуальность работы. Диссертационная работа посвящена вопросам разработки технических методов и средств защиты окружающей среды путем обеспечения надежной и безаварийной работы систем водо-теплоснабжения, являющихся неотъемлемой частью любой городской инфраструктуры
Водо-теплоснабжение юрода - одна из самых экологически опасных отраслей хозяйствования Она отличается большой землеемкостью, значительной загрязняющей способностью и высокой пожаро- и взрывоопасностью промышленных объектов
Транспортировка воды опасна повышенной аварийностью выполняемых работ в связи с тем, что основные производственные процессы происходят под высокой температурой и давлением Оборудование и трубопроводные системы работают в агрессивных средах.
Вопросы обеспечения экологической безопасности трубопроводного транспорта, сокращения потерь природных ресурсов при транспортировке воды за счет снижения аварийности, повышения надежности и долговечности имеют большое значение для предприятий топливно-энергетического комплекса РФ
В настоящее время наблюдается тенденция увеличения аварийности на трубопроводном транспорте, рост количества аварий с разрывами трубопроводов, большими безвозвратными потерями транспортируемых сред и широкомасштабными загрязнениями окружающей природной среды По официальным данным только ежегодные потери воды из-за аварий при транспортировке по трубопроводам превышают 1 млн т Сложившееся положение в значительной мере связано с увеличением износа действующих трубопроводных систем, накоплением усталостных явлений в трубопроводах вследствие длительного воздействия динамических нагрузок, вызванных вибрацией и пульсациями давления в транспортируемых системах
Эффективность, надежность и безопасность работы трубопроводных систем также во многом зависит от функционирования системы контроля и автоматики, для чего необходимо обеспечить удовлетворительный съем показаний приборов контроля давления и расхода Пульсации давления и резонансные явления в безрасходных магистралях - импульсных трубах (ИТ) контрольно-измерительных приборов приводят к искажению показаний, сокращению срока службы регистрирующих приборов, ложным срабатываниям технологических защит, способствуя возникновению тяжелых аварийных ситуаций с серьезными экологическими последствиями, а также ошибками в учете количества транспортируемого продукта на узлах замера расхода Инциденты и аварийные ситуации, вызванные воздействием волновых процессов на ИТ приборов контроля и автоматики, происходят во всех отраслях промышленности, энергетике и трубопроводном транспорте
Традиционно используемые методы и средства борьбы с волновыми явлениями в импульсных трубах, например, змеевики и гасители камерного
\0
типа — неэффективны, о чем свидетельствует широкая распространенность ложных действий защит
К вышеуказанному следует добавить, что в материалах Международного бюро труда (г Женева) неисправности трубопроводных систем, систем контроля и автоматики названы одной из наиболее частых причин, приводящих к крупным аварийным ситуациям, нарушающим безопасную работу оборудования и вызывающих его повреждение.
Поэтому устранение влияния пульсаций давления и резонансных явлений в расходных и безрасходных магистралях на работу систем городского водо-теплоснабжения является актуальной задачей, решение которой позволит не только снизить дополнительные эксплуатационные затраты за счет продления срока службы трубопроводных систем .приборов контроля и импульсных труб, но и устранить ложные срабатывания аппаратуры технологической защиты, следствием чего явится экономия электроэнергии и топлива, снижение издержек при производстве и транспортировке за счет сокращения времени внепланового простоя оборудования, увеличения срока службы трубопроводов и повышения общей их надежности, что позволит снизить антропогенную нагрузку на окружающую среду
Целью работы является создание эффективных средств для устранения пульсаций давления и резонансных явлений в трубопроводах и безрасходных магистралях регистрирующих приборов автоматики и контроля, приводящих к ложным срабатываниям технологических защит, возникновению аварийных ситуаций с серьезными экологическими последствиями, ресурсосбережение и охрана окружающей среды за счет снижения дополнительных затрат электроэнергии и топлива при внеплановых остановках оборудования, увеличения срока службы и общей надежности трубопроводных систем и оборудования
Идея работы состоит в том, что поставленная цель достигается на основе решения следующих задач
обеспечение надежной, экономической и безаварийной работы трубопроводных систем необходимо предупреждение и устранение колебаний давления, расхода рабочей среды и связанных с ними вибраций трубопроводов, арматуры и оборудования, возникающих главным образом в результате периодического характера работы насосных установок,
исследования волновых процессов в системе водо-теплоснабжения и путей уменьшения их интенсивности за счет изменения параметров трубопроводной системы (податливости, приведенного гидравлического сопротивления, введения диссипативных элементов и предкамеры для расширения потока и з.д );
разработки математической модели, позволяющей осуществлять эффективный выбор технических принципов реализации средств гашения волновых и вибрационных процессов;
разработки принципиально новых средств борьбы с волновыми
процессами в расходных и безрасходных магистралях систем водо-
теплоснабжения - стабилизаторов давления (СД), оптимизации
параметров и исследования эффективности их работы
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались
методы интегрирования обыкновенных линейных дифференциальных
уравнений и дифференциальных уравнений в частных производных, обработки
результатов эксперимента, который проводился на экспериментальном стенде и
в реальных условиях эксплуатации.
Научные положения, выносимые на защиту и их новизна. На защиту выносятся следующие основные научные положения и разработки:
математическая модель для расчета динамических нагрузок в трубопроводах водо-теплоснабжения,
тепловая модель для расчета температурных полей в демпфирующей камере стабилизатора давления,
математическая модель волновых процессов в расходных и безрасходных магистралей систем водо-теплоснабжения без стабилизатора и со стабилизатором,
методика проектирования стабилизаторов и их основных конструктивных элементов (упругих элементов, распределенной перфорации, податливости и геометрических размеров),
результаты анализа экспериментального исследования волновых процессов в системах водо-іеплоснабжения в реальных условиях без стабилизатора и со стабилизатором, подтверждающие возможность обеспечения безопасной эксплуатации системы
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, полученных в диссертационной работе подтверждается удовлетворительной сходимостью результатов теоретических исследований волновых процессов в безрасходных магистралях, полученных с использованием современных математических методов и тех же результатов, полученных экспериментальным путем
Практическая значимость работы. Использование технических средств защиты трубопроводных систем, а также регистрирующих приборов систем автоматики и контроля давления и расхода в трубопроводных системах -стабилизаторов давления (СД), эффективно работающих в широком диапазоне рабочих давлений (0,1-30 МПа) и частот (до 200 Гц) позволяет значительно снизить интенсивность волновых процессов в импульсных трубах, полностью устранить резонансные явления и ложные срабатывания аппаратуры технологических защит, в результате чего продлевается срок службы трубопроводов и оборудования (в том числе регистрирующих приборов контроля), повышается общая надежность работы трубопроводных систем при одновременном снижении эксплуатационных затрат и антропогенной нагрузки на окружающую среду, а также экономии природных ресурсов Теоретическое обоснование, технические принципы реализации и методика определения основных параметров стабилизаторов давления являются универсальными и
могут быть применены для расходных и безрасходных магистралей, используемых в различных областях народногр хозяйства
Практическая реализация работы. Экспериментальные исследования эффективности работы стабилизаторов давления проводились на экспериментальном стенде, а в натурных условиях эксплуатации в цехах ЧЕРТАНОВСКОЙ НПС г. Москвы и ряде других объектов, о чем свидетельствуют акты внедрения устройств, имеющиеся в работе Научное значение работы заключается в том, что полученные зависимости между характеристиками возбудителей колебаний, характеристиками трубопроводных систем и требуемой эффективности гашения волновых, вибрационных и ударных процессов позволяют определить оптимальные значения параметров стабилизаторов давления и его элементов.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались
на Международной научно-практической конференции «Экология и безопасность жизнедеятельности» (г. Пенза, 2004 г.),
на Международной научно-практической конференции «Повышение качества среды жизнедеятельности города и сельских поселений архитектурно-строительными средствами» (г. Орел, 2005 г ),
на Международном семинаре «Проблемы безопасности сложных систем» (г Москва, 2006 г )
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 115 наименований Основное содержание изложено на 129 страницах, содержит 22 рисунка и 6 таблиц
Соискатель выражает благодарность своему учителю,заслуженному изобретателю России, академику МИА, дт.н., профессору Низамову X Н.,безвременно ушедшему из жизни, и консультанту академику МАЭП, МАНЭБ и АБОП, д т н , профессору РУДН Мусаеву В К
