Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Разработка средств предупреждения аварий на трубопроводном транспорте и исследование эффективности их работы

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Разработка средств предупреждения аварий на трубопроводном транспорте и исследование эффективности их работы"

Ни правах рукописи

ПРИМЕНКО ВЛАДИМИР НИКОЛАЕВИЧ

РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ АВАРИЙ НА ТРУБОПРОВОДНО.,1 ТРАНСПОРТЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИХ РАБОТЫ.

) 1.00.11 - охрана окружающей среды и рациональное ис! ользование природных ресурсов;

01.02.06 •динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры,

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1996 г.

Работа выполнени на кифедро промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности Российского Университета дружбы народов.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Х.Н. Низамов;

Официальные оппоненты: доктор технических ниук,

профессор Е.А. С')М"ц""я'г-

киндндит технических наук И.В. Игнитович.

Ведущая организация: Центр нелинейной волновом механики н технологии РАН.

Защита состоится " ■• • * ь 1 1996 г. в ^■' часов на заседании диссертационного совета К 053.22.2iS в Российском Университете дружбы народов по адресу: 117302, г.Москва, ул.Орджоникндзе, д.З.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Российского университета дружбы народов (117198, г.Москва, ул.Миклухо-Маклая, д.6).

Автореферат разослан 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат химических наук, доцент . —'' В.Н. Чистохвалов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Вопроси обеспечения экологической безопасности трубопроводного транспорта, сокращения потерь природных ресурсов при транспортировке за счет снижения аварийности, повышения его надежности и долговечности имеют большое значение для всего хозяйственного комплекса Российской Федерации,

Протяженность трубопроподных систем различного назначения непрерывно увеличивается, и в нистоящес время суммарная длина только магистральных гизо-нефгепродуктопроводои, трубопроводов жшшшно-коммужтьного хозяйства и мелиоративных систем в РФ превышает 2 млн.км. Если учесть технологические трубопроводы различных отраслей промышленности, то эта цифра многократно возрастет.

Вместе с тем наблюдается устойчивая тенденция увеличения аварийности на трубопроводном транспорте (до 7 % в год), рост количества аварий с разрывами трубопроводов, большими безвозвратными потерями транспортируемых сред и широкомасштабными загрязнениями окружающей среды. По официалльным данным только ежегодные потери нефти из-за аварий при транспортировке по магистральным трубопроводам превышают 1 млн. т., а потери питьевой воды из-за разрывов водоводов составляют от 10 до 20 % всего объема или 9-18 км'. 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 средах.

Колебания давления, вибрации и гидроудары возникают в результате периодического характера работы нагнетательных установок, изменения режима их работы, срабатывания запорной арматуры, аварийных отключений электропитания, ошибочных действий обслуживающего персонала и являются внутрисистемными возмущениями, присущими трубопроводному транспорту. Традиционно используемые средства для гашения волновых и вибрационных процессов, такие как воздушные колпаки, ресиверы, аккумуляторы давления, дроссельные шайбы малоэффективны, и поэтому не получили широкого распространения.

В связи с изложенные,- теоретическая разработка новых высокоэффективных средств защиты от волновых и вибрационных процессов, создание на их базе практических устройств дают возможность уменьшить количество аварий на трубопроводах, улучшить экологическую обстановку и сократить потерн природных ресурсов при транспортировке.

Диссертация выполнена в рамках Федеральной Целевой Комплексной науч-но-тегчической программы "Экологичгская безопасность России" (1993 - 1995 гг.) и Программы "Конверсия и высокие технологии" научное направление "Экология" (1994-1996 гг.).

Цель работы. Повысить экологическую безопасность трубопроводного - транспорта и сократить безвозвраные потери природных ресурсов при транспортировке путем разработки средств предупреждения аварий Разработать средства

предупреждения аварий вследствие волновых и вибрационных явлений, возни-_

кающих при эксплуатации трубопроводных систем. Исследовать эффективность их работы в различных условиях эксплуатации

Идея работь; заключается в том, что поставленная цель достигается на основе решения следующих основных задач:

- исследование гидроупругих процессов в трубопроводных системах и путей уменьшения их интенсивности за счет целенаправленного изменения параметров системы (податливости, введения диссипативных элементов);

- выбора технических принципов реализации средств гашения волновых и вибрационных процессов - стабилизаторов давления (СД);

- оптимизация их параметров;

• разработка практических устройств и исследование эффективности их работы.

Методы исследования. Для решения ппстаипвннит чяпяи цгппп^чяпц>ч, методы интегрирования обыкновенных линейных дифференциальных уравнений и дифференциальных уравнений в частных производных, теории функции комплексного переменного, теории подобия.

Экспериментальные исследования эффективности' работы стабилизаторов давления проводились на специально разработанных стендах и в реальных условиях эксплуатации. . ..".-*.-,

Научные положения, выносимы? на защиту и их новизна^ Проведем юмавз воздействий аварий в трубопроводном транспорте на окружающую среду, потерь природных ресурсов в различных отраслях промышленности и причин их возникно- . ьекня.

Проь.лена классификация средств гашения волновых и вибрационных явлений по конструктивным признакам и разработаны новые конструктивные решения стабилизаторов давления для т рубопроводных систем различного назначения.

Разработана математическая мидель динамики стабилизаторов давления (СД> для волновых процессов различной природы и модель процессов, протекающих в трубопроводных системах со стабилизаторами.

Установлены аналитический зависимости между эффективностью гашения -волновых процессов в трубопроводной системе и основными лроектными характеристиками СД, получены зависимости для определения их рациональных значений.

Проведены исследования эффективности разработанных конструкций стабилизаторов давления на экспериментальных стендах и в реальных условиях эксплуатации и сравнение полученных результатов с результатами теоретических исследований.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается удовлетворительной сходимостью ( расхождение в пределах 7-10 %) результатов расчета эффективности гашения волновых процессов в трубопроводной системе и результатов экспериментального определения эффективности с использованием современных технических средств и методов обработки.

Практическая значимость. Разработанные конструктивные решения технические принципы их реализации н практические устройства - стабилизаторы давления -позволяют практически полностью исключить аварии на трубопроводном транспорте от внутрисистемных возмущений, вызванных работой нагнетательных установок, изменением режима их работы, срабатыванием запорной арматуры, аварийными отключениями электропитания, ошибочными действиями обслуживающего персонала.

Теоретическое обоснование, технические принципы реализации и- методика определения основных характеристик СД носят универсальный характер и могут быть применены для трубопроводных систем различного назначения, что подтверждается результатами эксплуатации стабилизаторов.

Практическая реализация работы. Разработанные стабилизаторы давления эксплуатируются на Калининской АЭС, Новомосковской АК "Азот", в системе теплоснабжения Российской государственной библиотеки, Великолукском МП "Водоканал", ПОЭиЭ Татэнерго" и других предприятиях.

Апробация рабочы. Основные положения диссертационной работы докладывались на конференции "Конверсия вузов * за.дяте окружающей среды" (г.Екатеринбург, 1994 г.), Международной конференции "Вода, экология и технология" (г.Москва, 1994 г.), конференции по экологии (г.Новочеркасск, 1994 г.), первой межвузовской конференции "Актуальные проблемы экологии" (г.Москва, 1995г.), конференции "Геоэкологии в нефтяной и газовой промышленности" (г.Москва, 1995 г.), на заседании Научно-технического совета "Татэнерго" (г.Казань, 1995 г.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 17 печатных работ, получено 7 патентов РФ н авторских свидетельств на изобретения и б положительных решений на выдачу патента.

CJPXKIУГлLliJIlQJ'^^LДUlV^'Пlil-lЛШll Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы .мфиложония. ООщий объем работы 150 страниц машинописного текста, 33 рисунка, 3 таблицы н приложение на Ю страницах. Список литературы насчитывает 86 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Шл'Д<-'!!1К содержит общую характеристику проблемы аварийности на трубопроводном транспорте, анализ основных причин возникновения аварий и ежегодного возрастания их количества. Здесь же обосновывается актуальность проводимых исследовании, определяется их цель и способы ее достижения.

Первая глава , состоящая из четырех разделов посвящена анализу особенностей трубопроводного транспорта, выделяющих его в особую категорию транспортных средств, и воздействия аварий с разрывами трубопроводов на окружающую среду. Здесь же приводен обзор теоретических исследований неустановившегося движения жидкостей и газа в трубопроводах и существующих методов и средств борьбы с волновыми и вибрационными явлениями в трубопроводных системах. Определены перспективные средства гашения волновых процессов - стабилизаторы давления, рассмотрен принцип их действия, основанный на комплексном во: • действии на волновую энергию и заключающийся в том, что транспортируемые среды теряют ее за счет диссипативных свойств и податливости указанных устройств. В последнем, четвертом разделе, определяются задачи, которые должны быть решены для достижения поставленной цели.

Вторая глава посвящена выбору новых конструктивных решений стабилизаторов давления (СД) для трубопроводов различного назначения. Для этого проведена классификация СД по конструктивным признакам и определены основные факторы, которые необходимо учитывать при выборе того или иного технического решения.

В первом разделе главы дается описание двух новых типов запатентованных пневмостабилизаторов, т.е. стабилизаторов, упругая податливость которых осуществляется за счет сжимаемости газа в газовых полостях СД. Первый стабилизатор предназначен для работы в жидких средах, содержащих различные твердые включения (пульпа, бумажная масса, промышленные и бытовые сточные воды и т.п.). Второй СД может быть использован для обеспечения безкавитационной работы центробежных насосов в момент их пуска или при резком уменьшении давления на входе в насос при его стационарной работе.

и

Во втором разделе приведено описание четырех новых типов СД с упругими камерами, не требующих в процессе эксплуатации источника сжатого газа. Это стабилизатор с цилиндрическими упруго-податливыми элементами, предназначенный для работы на промысловых и магистральных нефтепроводах, водоводах и т.д., стабилизатор с резино-металлическим упругим элементом, стабилизатор давления с разделением потока и упругими камерами, имеющими эллиптическое поперечное сечение, и стабилизатор давления с упругими эллиптическими элементами, работающими под действием внешнего давления. Последние три типа СД предназначены дня работы в гидросистемах высокого давления.

В третьем разделе описан стабилизатор давления для газовых сред, состоящий из корпуса, внутри которого соосно расположены перфорированные просгавкн. Гашение пульсаций давчения в нем осуществляется за счет большой сжимаемости газа и диссипации энергии колебаний при перетекании газа через отверстия перфорации.

Все конструктивные решения, рассмотренные во второй главе, не имеют аналогов и защищены авторскими свидетельствами и патентами РФ.

Третья глава состоит из трех подразделов и посвящена разработке теоретических методов определения эффективности и основных проектных параметров стабилизаторов давления.

В первом подразделе приводится математическая модель волновых процессов в трубопроводах со стабилизатором давления и без него. Рассматривается система "насосный агрегат (или запорная арматура) - стабилизатор - трубопровод длиной Ь". Связь между расходом в и давлением Р жидкости в каком-либо сечении х трубопровода описывается с помощью линеаризованной системы уравнений неустановившегося движения вязкой жидкости Л.И.Чарного.

Граничные условия при х = 1 и I > 0 представлены в вгае:

в 0) = <3н(0 -с^), (I)

где бет- расход жидкости в стабилизаторе давления, <3н(0 - изменение расхода на выходе насоса либо запорной задвижки.

Для определения величины Сст(0 стабилизатор представлен в виде корпуса, имеющего упруго-податливую полость, соединенную посредсгвом отверстий перфорации с основным трубопроводом (рис.1). Движение жидкости в СД описывается с помощью уравнений:

Остр) = е Рп-р ц,

тет е + кд-е+ кст Рпе - Рп-Рн^) = О

(2)

где Шст - масса жидкости в камере СД; Fn - суммарная площадь отверстий перфорации; р - плотность жидкости; ц - коэффициент расхода отверстий перфорации; кд -коэффициент эквивалентного вязкого демпфирования; кст - коэффициент, характеризующий жесткость СД (кст = p-Fn/П, где П - массовая податливость СД); е - смещение частиц жидкости в отверстиях перфорации; Pii(t) - изменение давления на выходе насоса, задвижки.

Решения уравнения (2) имеют вид:

. г Г -ki -t 1

О -Fn -ц •р с I kj -е I

G(t) =--Ii---cos (wert + ф!) I , (3)

I o>cr I

Fmcrkj L J

если GH(t) =Gt, и

Gcr(t) = -Fn-p -ц- Ai-co sin (ш-t - ф "» (4)

если Gn(t) = Go -cos at, г

где ki= kjjlma; kj= ker -Fn / nicr; ц - коэффициент расхода отверстий перфорации;

Г - -2 1 Г -з 1

|2к,-ш/к, I I к, I / — 2 — j

. ф|= arctg!-1 ; фг= arctgl-1 ;cocr = V кг-к|

I 2-, I I -2 I

L 1 - и /к J L кг-сист J

Go- с

А =-

1 / 2 2 2 2 Р^(кг-о) ) + 4к1 • «а

После решения системы уравнений неустановившегося двкжешм жидкости для трубопровода со стабилизатором и без него (Ссг(0=0) получены следующие зависимости для определения эффективности гашения пульег 1ий давления и гидроударов при установке СД:

Р 1

К =-=--(5)

Рсд 2 Г -к|-Ь 1 Рл ц р с ) кг-е I 1---1 1---совесть + фг)!

. 2 I ост I

1з -Р-тсткг |_ 1

при линейном изменении расхода и

/Г

Кэф = "| /|-

I / I - I /

с -FnJ -р 'Ц-ш

» Ы-г 2> -а 2 V I кг-тст W V kj - со ) + 4 кг и

■ sin ((III + COStyl (6)

j

для периодического изменения расхода. Здесь Р, Per - изменение давления в гидросистеме до и после установки СД; ti - время, в теченне которого происходит изменение расхода.

Уравнения (5) и (6) позволяют определить эффективность гашения гидроударов и вынужденных колебаний давления в зависимости от основных проектных характеристик СД - массовой податливости, суммарной площади распределенной перфорации и коэффициента эквивалентного вязкого демпфирования, зависящего . -г конструктивного решения СД.

Аналогичная зависимость получена и для СД, предназначенных для без-раадодпых магистралей (импульсных труб контрольно-измерительной аппаратуры):

и-1 к-П

з-1 ш ( I

-•sin-—I

с с I

0)

I I

(7).

Во втором подразделе приведена методика определения основных характеристик конструктивных элементов СД в зависимости от параметров гидросистемы и требуемой эффективности гашения волновых процессов для рассмотренных во второй главе конструктивных решений стабилизаторов давления и способы аналитического определения эквивалентного вязкого демпфирования для различных кон-с грукгивных элементов СД и всей конструкции в целом.

Четвертая глава посвящена экспериментальным исследованиям эффективности работы стабилизаторов давления и содержит пять подоазделов. В первом из них определены методы определения эффективности и требования, предъявляемые к измерительной аппаратуре, необходимой для проведения исследований, приведены возможные решения по составу измерительного комплекса.

Во втором подразделе приводится описание экспериментальных установок, которые использовались. для проведения лабораторных исследований эффектив-неччн СД. Эго установка с аксиально-поршневым насосом, имитирующая работу

с

гидросистем торцевого уплотнения компрессоров высокого давления и имеющая давление на выходе насос-i до 32 МП а и экспериментальный стенд для испытания стабилизаторов давления для безрасходных магистралей (рабочее давление до 3 МПа, частота пульсаций давления от 0,75 Гц до 100 Гц).

В третьем подразделе представлены результаты исследований эффективности гашения пульсаций давления на разработанных установках. На установке с аксиально-поршневым насосом испытывалнсь два ti.па СД:

- с разделением потока и упругими эллиптическими камерами, нагружаемыми внешним давлением;

- с упругими эллиптическими элементами, работающими под дейст-' вием внешнего давления.

Рабочее давление Ро менялось от 2,0 МПа до 8 МПа. В ходе испытаний измерялись динамические составляющие давления до стабилизатора и после i .то. Полученные амплитудно-частотные характеристики показывают, что частота пульсаций давления после стабилизатора не изменяется, а амплитуда уменьшается от 3 раз при Ро = 1 МПа до 6 раз для СД с разделением потока и 14 раз для СД с упругими элементами, работающими на сжатие при Ро = 8 МПа. Увеличение эффективности работы СД < ростом рабочего давления объясняется тем, что упругие элементы стабилизаторог проектировались на рабе iee давление 8... 10 МПа.

Здесь же приведены результаты исследования эффективности СД с резино-металлическим упругим элементом для импульсных труб (ИТ) КИП при рабочих давлениях от 1 до 4 МПа и частотах пульсаций Гот 0,75 до 10,0 Гц.

Полученные данные показывают, что с увеличением рабочего давления и ростом частоты пульсаций давления в основной магистрали эффективность гашения пульсаций давления в ИТ со стабилизатором увеличивается от 6 раз (при Ро = 1 МПа и f = 0,75 Гц) до 10 раз (при Ро = 3 МПа и f = 100 Гц). Дальнейшее увеличение частоты пульсаций приводит к возрастанию эффективности.

В четвертом подразделе представлены результаты исследований эффектив-' ности волновых процессов в реальных условиях эксплуатации на различных предприятиях.

На Калининской АЭС СД испытывалнсь в составе системы гидростатического подъема роторов турбин типа К-1000-60/1500 с основными параметрами:

- номинальное рабочее давление Ря = 8 ... 9 МПа;

- максимальное рабочее давление Рмах = 12 МПа;

- рабочая жидкость - иасло минеральное с температурой 70°С;

- диаметр проходного сечения трубопровода Dy= 80 мм;

- насос - поршневой типа НРЗ 1250/32 с основной частотой работы f = 98,5 Гц.

До установки СД размах пульсации давления на основной частоте работы насоса составляла 1,4 МПа при Рн = 8 МПа, а виброскорость трубопроводов достигала величины 80 мм/с, что значительно выше аварийного уровня. После установки стабилизаторов давления пульсации давления уменьшились в 10 раз, а вибрации уменьшались более чем в 8 раз и достигли допустимых значений.

По результатам испытаний определены экспериментальные зависимости коэффициента гашения пульсаций давления от частоты колебаний в диапазоне 0,5... 200

том по методике, изложенной в третьей главе, которое свидетельствует о хорошей сходимости (в пределах 7... 10 %) теоретических оценок и результатов эксперимента.

Исследования СД для поршневых компрессоров проводились в Саратовском ПО "Нитрон" и Повомосковскон АК "Азот". Стабилизаторы устанавливались в коллектор азотных компрессоров и линии нагнетания компрессорной установки 30513П30/8. Диаграммы изменения давления до . и после установки СД показывают, что амплитуда пульсаций в коллекторе азотных компрессоров уменьшилась в 3,5 раза, а в трубопроводе нагнетания компрессорной установки - в 7 раз.

Испытания СД для системы водоснабжения, проведенные в Великолукском МП "Водоканал" показали, что стабилизатор позволяет уменьшить величину гидроудара, возникающего в трубопроводе на переходных режимах работы центробежного насоса в 4 - 4,5 раза.

Пятая глава состоит из четырех подразделов. В первом приведены результаты внедрения СД для поршневых компрессоров, гидросистем с поршневыми и центробежными насосами на Новомосковском АК "Азот", Калининской АЭС, ПО "Нитрон", в системе теплоснабжения РГБ, ПОЭиЭ "Татэнерго" и других преприяти-ях, которые позволяют сделать следующие выводы:

- СД обладают высокой эффективностью гашения волновых и вибрационных процессов, что позволяет 'ракгически полностью предотвратить аварийные ситуации по причине внутрисистемных возмущений (гудроудары, вынужденные колебания давления и связанные с ними вибрации, ложные срабатывания технологических защит, ошибочные действия обслуживающего персонала);

- Стабилизаторы просты и технологичны в изготовлении, обладают высокой надежностью и практически не требуют технического обслуживания при эксплуатации.

Во втором и третьем подразделах приведены технико-экономические и экологические показатели и оценки эффекта от широкомасштабного использования СД в различных отраслях промышленности.

гидросистем торцевого уплотнения компрессоров высокого давления и имеющая давление на выходе насос! до 32 МПа и экспериментальны!! стенд для испытания стабилизаторов давления для безрасходных магистралей (рабочее давление до 3 МПа, частота пульсаций давления от 0,75 Гц до 100 Гц).

В третьем подразделе представлены результаты исследований эффективности гашения пульсаций давления на разработанных установках. На установке с аксиаль-но-поршиевым насосом испытывались два типа СД:

- с разделением потока и упругими эллиптическими камерами, нагружаемым)! внешним давлением;

- с упругими эллиптическими элгментами, работающими под действием внешнего давления.

Рабочее давление Ро менялось от 2,0 МПа до 8 МПа. В .ходе испытаний измерялись динамические составляющие давления до стабилизатора и после I ;го. Полученные амплитудно-частотные характеристики показывают, что частота пульсаций давления после стабилизатора не изменяется, а амплитуда уменьшается от 3 раз при Ро = 2 МПа до 6 раз для СД с разделением потока и 14 раз для СД с упругими элементами, работающими на сжатие при Ро = 8 МПа. Увеличение эффективности работы СД < ростом рабочего давления объясняется тем, что упругие элементы стабилнзаторог проектировались на рабе ¡ее давление 8 ... 10 МПа.

Здесь же приведены результаты исследования эффективности СД с резино-мегаллинеским упругим элементом для импульсных труб (ИТ) КИП при рабочих давлениях от I до 4 МПа и частотах пульсаций Г от 0,75 до 10,0 Гц.

Полученные данные показывают, что с увеличением рабочего давления и ростом частоты пульсаций давления в основной магистрали эффективность гашения пульсаций давления в ИТ со стабилизатором увеличивается от 6 раз (при Ро = 1 МПа и Г= 0,75 Гц) до 10 раз (при Ро = 3 МПа и 100 Гц). Дальнейшее увеличение частоты пульсаций приводит к возрастанию эффективности.

В четвертом подразделе представлены результаты исследований эффективности волновых процессов в реальных условиях эксплуатации на различных предприятиях.

На Калининской АЭС СД испытывались в составе системы гидростатического подъема роторов турбин типа К-1000-60/1500 с основными параметрами:

- номинальное рабочее давление Рн = 8... 9 МПа;

- максимальное рабочее давление Рмах = 12 МПа;

- рабочая жидкость - г.асло минеральное с температурой 70"С;

- диаметр проходного сечения трубопровода Оу= 80 мм;

- насос - поршневой типа НРЗ (250/32 с основной частотой работы-Г = 98,5 Г».

:----1С___

Д;! установки СД размах пульсаций давления на основной частоте рабоТБгнасо-— си составляла 1,4 МПа при Рн = 8 МПа, а виброскорость трубопроводов достигала величины 80 мм/с, что значительно выше аварийного уровня. После установки стабилизаторов давления пульсации давления уменьшались в 10 раз, а вибрации уменьшились более чем в 8 раз н достигли допустимых значений.

По результатам испытаний определены экспериментальные зависимости коэффициента гашения пульсаций давления от частоты колебаний в диапазоне 0,5 ... 200 Гц. Проведено их сравнение с теоретическими зависимостями, подученными расчетом по методике, изложенной в третьей главе, которое свидетельствует о хорошей сходимости (в предела* 7 ... !0"! о) теоретических оценок н результатов эксперимента.

Исследования СД для поршневых компрессоров проводились в Саратовском ПО "Нитрон" и Новомоскозской АК "Азот". Стабилизаторы устанавливались в коллектор азотных компрессоров и липни нагнетания компрессорной установки 3051)П30/3. Диаграммы изменения давления до . и после установки СД показывают, что амплитуда лульсаШп! в коллекторе азотных компрессоров уменьшилась в 3,5 раза, а п трубопроводе нагнетания компрессорной установки - в 7 раз.

Испытания СД для системы водоснабжения, проведенные в Великолукском МП "Водоканал" показали, что стабилизатор позволяет уменьшить величину пшроудара, возникающего в трубопроводе на переходных режимах работы центробежного насоса в 4 - 4,5 раза.

Пятая глава состоит из четырех подразделов. В первом приведены результаты внедрения СД для поршневых компрессоров, гидросистем с поршневыми и центробежными насосам« на Новомосковской АК "Азот", Калининской АЭС, ПО "Нитрон", в системе теплоснабжения РГБ, ПОЭиЭ "Татэнерго" и других препрнятн-ях, которые позволяют сделать следующие выводы:

- СД обладают высокой эффективностью гашения волновых и вибрационных процессов, что позволяет практически полностью предотвратить аварийные ситуации по причине внутрисистемных возмущений (грдроудары, вынужденные колебания давления и связанные с ними вибрации, ложные срабатывания технологических защит, ошибочные действия обслуживающего персонала);

- Стабилизаторы просты н технологичны в изготовлении, обладают высокой надежностью и практически не требуют технического обслуживания при эксплуатации.

Во втором и третьем подразделах приведены технико-экономические и экологические показатели и оценки эффекта от широкомасштабного использования СД в различных отраслях промышленности.

II

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

На основе полученных в работе результатов можно сделать следующие основные выводы:

1. Предложены принципиально новые типы конструкций стабилизаторов давления, защищенных 7-ю авторскими свидетельствами и патентами РФ (пневмостабилизаторы, стабилизаторы с упругими камерами и стабилизаторы давления для газовых сред), позволяющие повысить экологическую безопасность трубопроводного транспорта

2. Разработаны математические модели нестационарного движения жидкость в стабилизаторе давления и в трубопроводной системе со стабилизатором давления для динамических процессов различной природы: вынужденные колебания давления, гидравлические удары и резонансные явления.

3.Получены аналитические зависимости, устанавливающие связь между эффективностью гашения волновых процессов в трубопроводной системе и основными проектными параметрами стабилизаторов давления (податливостью, суммарной площадью распределенной перфорации и коэффициентом эквивалентного вязкого демпфирования). Разработаны методики расчета характеристик элементов стабилизаторов для предложенных типов конструкций и эквивалентного вязкого демпфирования, вносимого отдельными элементами конструкции СД. '

4. Созданы образцы новых типов конструкции стабилизаторов давления и проведены исследования эффективности гашения волновых процессов на экспериментальных стендах и в реальных условиях эксплуатации, которые показали, что СД позволяют:

- уменьшить амплитуды гидравлических ударов в 5 и более раз;

-уменьшить амплитуды вынужденных колебаний давления от 5 до 12 раз;

- уменьшить амплитуды пульсаций давления при резонансных явлениях в гидр магистралях в 6... 10 раз и более.

Проведенное сравнение экспериментальных результатов с результатами теоретического определения эффективности СД свидетельствует об их удовлетворительной сходимости (расхождение не превышает 7 - 10%).

5.Результаты внедрения разработанных стабилизаторов давления на промышленных предприятиях показывают, что:

-после установки стабилизаторов давления в гидросистему уменьшаютсяие только пульсации давления, но и вибрации трубопроводов (в 5... 8 раз), что позволяет полностью исключить аварии с разрывами трубопроводов от внутрисистемных возмущении и предотвратить загрязнения окружающей среды и безвозвратные потери природных ресурсов._

- стабилизаторы просты и технолог!.чны в изготовлении, что позволяет организовать их выпуск на базе любого машиностроительного завода или вспомогательного производства заказчика;

- в процессе эксплуатации стабилизаторов давления практически не требуется их регламентное и техническое обслуживание.

(¡.Использование новых типов стабилизаторов давления позволяет:

- значительно (до 70 Ч „) уменьшить потери транспортируемых сред за счет предотвращения разрывов трубопроводов и уменьшения утечек через фланцевые соединения и уплотнения из-за воздействия волновых и вибрационных процессов;

- в 2 - 3 раза уменьшить затраты на эксплуатацию трубопроводных систем, связанных с ремонтом трубопроводов и оборудования;

- более чем в 2 раза сократить затраты, связанные с ликвидацией последствий аварийного выброса транспортируемых сред в окружающую среду (очистка водоемов, рекультивация земель и т.п.) и уменьшить антропогенную нагрузку на окружающую среду за счет уменьшения аварийны- выбросов транспортируемых сред;

- в 5 - 10 и более раз увеличить срок службы трубопроводного оборудования и контрольно-измерительных приборов трубопроводных систем;

-сократить уровень профессиональных заболеваний за счет уменьшения утечек технологических сред через узлы уплотнения вследствие воздействия волновых и вибрационных процессов.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Низамов Х.Н., Применко В.Н., Чукаев А.Г. и др. Пульсация давления в трубопроводах и способы их устранения. - М,: ВНИИОЭНГ, 1991. - 87 с.

2. Патент Российской Федерации 2041415, МКИ Р 16 Ь 55/04. Стабилизатор давления. / Низамов Х.Н., Колесников К.С., Применко В.Н. и др.

3. Патент Российской Федерации 2044208, МКИ И 16 Ь 55/04. Стабилизатор давления. 4 Низамов Х.Н.. Поименко 8.Н., УшаковА.П. идр.

4. А. с. 1798582 СССР, МКИ F 16 L 55/04. Стабилизатор давления. / Зименков В.Н., Низамов Х.Н., Применко В.Н. и др.

5. А. с, 1765603 СССР, МКИ F 16 L 55/04. Гаситель колебаний давления и расхода. ( Епифанов В.М., Низамов Х.Н., Применко В.Н. и др.

6. Авторское свидетельство N 276674 СССР, МКИ F 16 L 55/04. / Применко В,Н.,

Замыкин A.C., Пискунов В.А., Циклин Л.И.

7. Положительное решение о выдаче патента РФ по заявке N 93041966/06 (041980) от 23.08.93, Стабилизатор давления для защиты глубинных насосов. / Дер-буков Е.И., Низамов Х.Н., Применко В.Н. и др.

8. Положительное решение о выдаче патента РФ по заявке N 533399/29 от 20.02.92, Стабилизатор давления для гидросистемы с насосом. / Крылов В.И., Низамов Х.Н., Применко В.Н. и др.

9. А. с. 1667458 СССР, MKiT.F 16 L 55/04. Стабилизатор давления.

/ Галюк В.Х., Низамов Х.Н., Применко В.Н. и др.

10. Галюк В.Х., Низамов Х.Н., Применко В.Н. Исследование динамики безр'ас-ходных магистралей со стабилизатором. II "Транспорт и хранение нефти. -1990.-N 10. - с. 1-7.

11. Медведев A.C., Низамов Х.Н., Применко В.Н. и др. Комплексные исследования двухфазных потоков с целью создания устройств для управления гидродингми-ческими процессами. - М.: ВНИИОЭНГ, 1991 -120 с.

12. Мясников М.П., Низамов Х.Н., Применко В.Н. и „р. Исследование характеристик трубопровода со стабилизатором механического типа. II Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. -1992.- N 4.- с. 14-13.

13. Зименков В.Н., Низамов Х.Н., Применко В.Н. Проектирование стабилизаторов давления для безрасходных магистралей. II Транспорт и хранение нефти н нефтепродуктов. - 1993.- N 3.- с. 1-4.

14. Дербуков Е.И., Низамов Х.Н., Применко В.Н. Применение новой технологии управления волновыми процессами в промышленных трубопроводах для обеспече-

ния их безаварийной работы. / Труды конференции "Конверсия вузов жающей среды", - Екатеринбург, 1994, с. 27,

15. Дербуков E.H., Ннзамов Х.Н., ПрименкоВ.Н. Перспективные методы и средства защиты трубопроводных сист-ч от вибрационных разрушений. / Труды конференции по экологии, - Новочеркасск, 19^4, с. 11.___:__-

16. Жуков H.H., Ннзамов Х.Н., Применко В.Н., Дербуков Е.И. Чрезвычайные ситуации в трубопроводных системах водо-, теплоснабжения, канализации и способы ич предупреждения и устранения./Труды международной конференции "Вода, экология и технология", - М., 1994, с. 7-8.

17. Ннзамов Х.Н., Применко В.Н., Попадейкин В.В. Стабилизаторы давления и расхода. // Безопасность труда в промышленности. - 1995.- К 5.- с. 15-17.

18. Положительное решение о выдаче патента РФ по заявке N 93041967/29 (041981) от 23.02.92. Стабилизатор давления для защиты скважинных насосио-компрессорных труб. / Дербуков Е.И., Ннзамов Х.Н., Применко В.Н. и др.

19. Марчук А.Н.. Ннзамов Х.Н., Применко В.Н., Лнпин A.B. Стабилизаторы давления для импульсных трубок манометров. I Тезисы первой межвузовской конференции "Актуальные проблемы экологии". - М., 1995, с. 20.

20. Марчук А.Н., ПрименкоВ.К., Подгорнова М.И., Сахел Санджид. Исследование волновых процессов при сбросе твердых частиц из сепарационной установки.

/ Тезисы первой межвузовской конференции "Актуальные проблемы экологии",- М., 1995, с. 23-24.

21. Ннзамов Х.Н., Применко В.Н., Гасан Аэкз Неемех. Защита от аварийных ситуаций при бурении газовых и нефтяных скважин. / Тезисы первой межвузовской конференции "Актуальные проблемы экологии",- М., 1995, с. 21-22.

22. Низамов Х.Н., Марчук А.Н., Применко В.Н. и др. Средства обеспечения надежной работы трубопроводных систем малого диаметра. // Трубопроводный транспорт нефти. - 1995. - N 11. - с. 17 - 19.

23. Низамов Х.Н., Применко В.Н., Тагасов В.И. Средства защиты канализационных трубопроводов от аварийных ситуаций при гидравлических ударах. / Тезисы

. И защита окру-

конференции "Геоэкология в нефтяной и газовой промышленности",- М„ 1995, с.62-53.

24. Положительное решение о выдаче патента РФ по заявке» 93041966/29 от 23.08,93. Стабилизатор давления для защиты насосно-компрессорных труб. / Дербу-ков Е.И., Низамоа Х.Н., Применко В.Н., Хатмуллин Ф,Х.

25. Положительное решение о выдаче патента РФ по заявке №93041962/29 от 23.08.93. Стабилизатор давления для защиты скважннных насосов. I Дербуков Е.И., Ниэамов Х.Н., Применко В.Н., Хатмуллин Ф.Х.

26. Положительное решение о вьщаче патента РФ по заявке N93041963/29 (041982) от 23.08.93. Стабилизатор давления для защиты скважинны: насосов. / Дербуков. Е,И., Низамов Х.Н., Применко В.Н., Хатмуллин Ф.Х.

27. Низамов Х.Н., Применко З.Н., Сахел Санджид. Сггособы повышения производительности и эффективности сепарационных установок. / Тезисы конференции "Геоэкология в нефтяной и газовой промышленности",- М., 1995, с. 39.

28. Марчук А.Н., Ниэамов Х.Н., Применко В.Н., Мухаммед Исса. Волновые и вибрационные процессы в насосно- компрессорных трубах при добыче нефти и способы их устранения. /Тезисы.конференции "Геоэкология в нефтяной и газовой промышленности"!« М„ 1995, с. 30.

. 29. Низамов Х.Н., Марчук А.Н., Применко В.Н., Азнз Неемех Волновые процессы в гидросистеме закачки глинистого раствора в пласт н способы их устранения. / Тезисы конференции "Геоэкология в нефтяной и газовой промышленности",- М., 1995, е. 31.

30. Низамов Х,Н., Применко В.Н., Сахел Санжид: Способ повышения эффективности и производительности сепарационных установок. // Нефтепромысловое дело. -1996.-N>8-9.-с. 31-34.

ПРИМЕНКО ВЛАДИМИР НИКОЛАЕВИЧ (РОССИЯ)

"Разработка средств предупреждения аварий на ; трубопроводном транспорте и исследование

эффективности их работы".

Предложены новые типы конструкций стабилизаторов давления (СД) -средств предупреждения аварий в трубопроводных системах из-за воздействия вол-нов' 'х и вибрационных процессов. Разработана методология определения основных проектных характеристик СД, обеспечивающих требуемый уровень гашения гидроударов, пульсаций давления и вибраций в трубопроводах. Созданы образцы СД и проведены исследования эффективности их работы, показывающие, что использование стабилизаторов позволяет б 2,5 - 3 раза уменьшить антропогенную нагрузку на окружающую среду, потери транспортируемых сред и затраты на устранение последствий аварийных разрывов трубопроводов за счет их предотвращения, а также в 5 и более раз увеличить срок службы трубопроводного оборудования.

PRIMENKO VLADIMIR NIKOLAEVICH (RUSSIA)

"Designing waring mechanisms against accidents in pipeline transport and the researching their working effect".

Introduction of a new type of pressure stabiliser (PS) construction as means of warning against accident» in pipeline systems due to waves and vibration. The designate method of defining basic projections) charactic of the PS, requested level obserbation of hydrolmpacts, pressure pulsation and vibration in pipelines. The created model of the PS and the conducting research its working effect, showing thai the use of stabilisers reduces the «ntropogenic load on the environment by 2,5 r 3 times. It reduces the less in transportation of products, minimising expksion In pipelines and also increase the life »panoJ of pipeline eqiupment 5 times and over.

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Применко, Владимир Николаевич

ВВЕДЕНИЕ

-2-содержание

Состояние вопроса и задачи исследования.

1.1. Воздействие аварий на трубопроводном транспорте на окружающую среду.Vil

1.2. Анализ теоретических исследований неустановившегося движения жидкости и газа, существующих методов и средств борьбы с волновыми и вибрационными процессами

1.3. Перспективные средства предупреждения аварий

1.4. Выводы и задачи исследования

2. Выбор конструктивных решений стабилизаторов давления для трубопроводных систем различного назначения

2.1. Пневмостабилизаторы.

2.2. Стабилизаторы давления с упругими камерами

2.2.1. Стабилизатор давления с цилиндрическими упруго-податливыми элементами

2.2.2. Стабилизатор давления с разделением

••••:• потока жидкости

2.2.3. Стабилизатор давления с упругими элементами, работающими под действием внешнего давления

2.2.4. Стабилизатор давления с резинометаллическим упругим элементом

2.3. Стабилизатор давления для газовых сред

2.4, Выводы по главе

3. Теоретические методы определения эффективности и проектирования стабилизаторов давления.

3.1. Математическая модель волновых процессов в тру-■ бопроводах со стабилизатором давления и без него.

3.1.1. Математическая модель динамики стабилизаторов давления .г./.

3.1.2. Эффективность гашения.волновых процессов в расходных трубопроводах оо стабилизатором давления.

3.1.2.1. Эффективность СД при линейном законе изменения1 расхода

3.1.2.2. Эффективность. сд при периодическом изменении давления и расхода

3.1.3. Эффективность гашения волновых процессов стабилизатором давления в безрасходных магистралях.

3.;?. Методика определения основных проектных параметров СД.

3.2.1. Определение податливости СД

3.2.1.1. Пневмостабилизаторы давления

3.2.1.2. Стабилизаторы давления с резинометаллическим упругим элементом

3.2.1.3. Стабилизаторы давления с упругими металлическими камерами некругового сечения

3.2.2. Определение коэффициентов эквивалентного вязкого демпфирования

3.2.2.1. Распределенная' перфорация

3.2.2.2. Пружины из металлической ленты

3.2.2.3. Упругие элементы

3.3. Выводы по главе

4. Экспериментальные исследования эффективности стабилизаторов давления

4.1. Методы и аппаратура для исследования эффективности

4.2. Экспериментальные .установки для исследования стабилизаторов

4.2.1. Установка с аксиально-поршневым насосом

4.2.2. Экспериментальный стенд испытаний стабилизаторов давления для безрасходных магистралей.

4.3. Результаты исследований стабилизаторов давления на разработанных установках

4.3.1. Исследования стабилизатора высокого давления для гидросистемы торцевого уплотнения компрессора .89 4.3.2.-Исследования.стабилизаторов давления для безрас ходных магистралей (импульсных труб манометров).

Исслодования стабилизаторов давления в реальных условиях эксплуатации' .,.,

4. "•. 1. Исследования стабилизаторов высокого давления для системы гидроподъема роторов турбин

4.«.2. Исследования -стабилизаторов давления для поршневых компрессоров . .10? '

4.4.3. Исследования стабилизаторов давления для систем с центробежными 'насосами .ч.,,.il О

4. 5. Выводы по главе

5. РЕЗУЛЬТАТЫ ВНЕДРЕНИЯ, ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОЦЕНКИ

5. •]. Результаты внедрения стабилизаторов давления

5,1.1., Стабилизаторы давления для поршневых компрессоров

5.1.2. Стабилизаторы давления для гидросистем с поршневыми насосами

5.!.2.1. Стабилизаторы давления для систем уплотнения газовых компрессоров.

5.1.2.2, Стабилизаторы.давления для систем гидростатического подъема роторов турбин

5.1.3. Стабилизаторы давления для предотвращения гидроударов при работе центробежных насосов

5.L4. Стабилизаторы давления для безрасходных магистралей .118 5.2. Технико™экономические оценки использования стабилизаторов давления

5.2.1. Сокращение затрат на эксплуатацию трубопроводных систем

5.2.2. Увеличение срока службы трубопроводов и оборудования

5.2.3. Предотвращение ущерба из-за потерь транспортируемых сред . 2.

5.2.4. Предотвращение потерь чистой продукции .'

5.2.5. Уменьшение затрат., связанных с устранением последствий аварий

5.2. Экологические оценки

5.4. Выводы по главе

Введение Диссертация по географии, на тему "Разработка средств предупреждения аварий на трубопроводном транспорте и исследование эффективности их работы"

: Диосертационная работа ^освящена ' вопросам ^защиты окружающей среды ;и рационального ^й^йользйЁанйя природйШресурсов на основе; : снижения:аварийности на трубопроводном транспорте/: являющемся са-, мым распространенным^епбОобом^перемеш.ения различных материалов (жид-кик газообразных и твердых в виде пульп и- суспензий).

Протяженность трубопроводных систем различного назначения с каждым"годом увеличиваетсяи в 'настоящее -время; суммарная длина магистральных гаао-нефт$прад жилищ- ■ но-коммунального хозяйства;и мелиоративных сетей в Российской Федераций превышает > 2 ДШн;:1-гкмГ'и это без" 'учета технологических Дл трубопроводов различных отраслей промышленности. Вместе с тем ; наблюдается устойчивая тенденция увеличения аварийности в трубопро-;-; водном: транспорте," причем ?в' последние годы прирост числа аварии .значительно' превышает^ прирост протяжённости трубопроводов. Так в соответствии с . тблько- за .1991 год Количество аварий при /;;1 транспортировке нефти увеличилось по сравнению с 1990 годом на 7,4 Д, а потери нефти превысили 1 млн. т. ;,Участились аварии с тяже- ., лыми экономическими и экологическими/последствиями., подтверждением чему могут служить авария в районе поселка Улу-Теляк, где в 1989 году.произошел взрыв продуктопровода, при этом погибло более 300 человек и было ранено;600,;;-авария: на^коллекторе главных очистных •••••; сооружений в г.Орле (выброс .более' 150;:тьюГм3"нечистот, загрязнение • реки Лжи в пределах нескольких областей) и серия; аварий в 1994 году на Усинеком нефтепроводе в республике Коми (разлив более 300 тыс.тонн нефти на площади свыше 60 га). Подобные аварии з России становятся обыденнымявлением. V

Рост аварийности в значительной мере связан с. увеличением из- . носа действующих трубопроводных систем., накоплением усталостных явлений в материале трубопроводов и сварных швов вследствие длительного воздействия динамических нагрузок, вызванных вибрацией и пульсациями давления в транспортируемых средах.

В материалах Международного бюро труда (г.Женева) по "Преду-' преждению крупных аварий" С183 приводятся следующие типичные неисправности, нарушающие безопасную работу оборудования и причины его повреждения: а) конструкции, не обеспечивающие их целостности при перепадах внутреннего давления., действия внешних сил, коррозии и изменения температуры; б) механические поломки сосудов и трубопроводов вследствие их коррозии и гидравлических ударов; в) поломки таких узлов., как насосы., компрессоры и т.п.; г) неисправности в системе контроля (датчики давления и температуры, индикаторы уровня., расходомеры., приборы управления) д) неисправности в системе безопасности (предохранительные клапаны., системы сброса давления., предохранительные разрывные мембраны и т.п.); • е) нарушения сварных швов и соединительных фланцев.

Практически каждая из этих неисправностей., способных вызвать крупную аварию может быть следствием нарушения режима давления в трубопроводной системе из-за волновых и ударных процессов, возникающих при ее эксплуатации, Кроме того воздействие волновых, вибрационных и ударных процессов на трубопровод приводит к многократному увеличению скорости коррозии и уменьшению срона его эксплуатации .

Таким образом, одним из основных путей обеспечения надежной, экономичной и безаварийной работы трубопроводного транспорта явля ется предупреждение и устранение колебаний давления, вибраций и гидроударов., возникающих в основном в результате периодического характера работы .нагнетательных установок., изменения режима их работы, срабатывания запорной аппаратуры, аварийных отключений электропитания и ошибочных действий обслуживающего персонала. Однако традиционно используемые средства для гашения волновых и вибрационных процессов, такие как воздушные .колпаки, ресиверы,. V ' ' 1 . аккумуляторы давления, дроссельные шайбы и т.п. малоэффективны, и поэтому ими оборудуется лишь незначительная часть всех трубопроводов, в основном те, где используются нагнетательные установки поршневого типа.

К связи с изложенным, теоретическая разработка новых высокоэффективных средств защиты от волновых и вибрационных процессов, создание на их базе практических устройств и внедрение их в различны-, отрасли народного хозяйства является.актуальной проблемой.

Целью настоящей работы является разработка средств предупреждения аварийных ситуаций на трубопроводном транспорте вследствие к -.лновых и вибрационных явлений, возникающих в процнсс? его эксплуатации, ресурсосбережение и охрана окружающей среды.

Идея работы состоит в том, что поставленная цель решается на основе исследования гидроупругих процессов в трубопроводных системах и путей уменьшения их интенсивности за счет целенаправленного изменения параметров трубопроводной системы (податливости, приведенного гидравлического сопротивления, введения диссипативных элементов и т.д.), выбора технических принципов реализации средств гашения волновых и вибрационных процессов - стабилизаторов давлении СОД), оптимизации их параметров, разработки практических устройств и исследования их эффективности.

Научные положения, разработанные в диссертации; - проведена классификация стабилизаторов давления по конструктивным признакам и разработаны новые конструктивные решения СЩ для трубопроводных систем различного назначения.;

• разработана модель динамики стабилизаторов давления для волновых процессов различной природы и модель процессов., протекающих в трубопроводных системах со стабилизаторами;

- установлены зависимости между эффективностью гашения волновых процессов в трубопроводной системе, и основными проектными характеристиками СД, получены зависимости для определения их оптимальных значений;

- разработаны методики проектирования конструктивных элементов СД для новых технических решений стабилизаторов давления;

- проведены исследования эффективности стабилизаторов давления на экспериментальных, установках и в реальных условиях эксплуатации и сравнение их с результатами1 теоретических исследований. ■. • .- :

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается удовлетворительной сходимостью результатов расчета эффективности гашения волновых процессов в трубопроводной системе и результатов экспериментального определения эффективности в реальных условиях эксплуатации (расхождение не более 7-10 %). ' ■■

Экспериментальные исследования образцов стабилизаторов давления проводились на Калининской АЭС, Новомосковской ак "Азот"., Великолукском МП "Водоканал", НПО "Казанькомпрессормаш"., объединении "Татзнерго" и других предприятиях.

Научное значение работы заключается в том., что полученные зависимости между характеристиками возбудителей колебаний., характеристиками трубопроводной системы и требуемой эффективностью гашения волновых, вибрационных и ударных процессов позволяют определить оптимальные значения основных проектных параметров СД и его элементов,

Практическое значение работы заключается в.том, что разработайные конструктивные схемы,, технические принципы их реализации и практические устройства г стабилизаторы-, давления позволяют в значительной мере исключить аварии на трубопроводном транспорте от г. . . ,. - ., . . - ч .Мг ' внутрисистемных возмущений, вызванных работой нагнетательных установок, изменением режима их работы, срабатыванием задорной арматуры, аварийными отключениями подачи электропитания, ошибочными действиями обслуживающего персонала и т.п.

Теоретическое обоснование, технические принципы реализации и методика определения основных характеристик СД носят универсальный характер и могут быт| применены для трубопроводных систем различного назначения., что подтверждается результатами эксплуатации стабилизаторов.

Тема диссертации соответствует направлению госбюджетных и хоздоговорных работ, выполняемых на кафедре промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности Российского университета дружбы народов и в НИИ энергетического машиностроения МГТУ им.Н.Э.Баумана.

Основные положения.диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях "Конверсия вузов - защите окружающей среды" (г.Екатеринбург, 1994 г.), Международной конференции "Вода, экология и технология" (г.Москва, 1994 г.), конференции по экологии (г.Новочеркасск, 1994 г.), первой межвузовской конференции "Актуальные проблемы экологии" (г.Москва, 1995г.), конференции "Геоэкология в-.нефтяной и газовой промышленности" (г.Москва, 1995 г.

По теме диссертационной работы опубликовано 17 печатных работ, получено 7 патентов РФ и авторских свидетельств на изобретения и б положительных решений на выдачу патента.

Объем работы 140 стр. машинописного текста, в том числе 32 рисунков, 3 таблицы, список литературы из 86 наименований и прило жеиие, в котором представлены акты внедрения.

1.СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Трубопроводному транспорту присущ целый ряд специфических осо-бенностей, выделяющих его' в особую категорию транспортных средств. К их числу в первую очередь можно отнести следующие:

1.Очень широкое распространение трубопроводного транспорта в различных отраслях народного хозяйства и огромная протяженность трубопроводов. ' /

Большое разнообразие транспортируемых веществ, в число которых входят высокоагрессивные, токсичные, пожаро-взрывоопасные и т.п.

3.Прокладка трубопроводов под землей, .внутри строительных конструкций, в труднодоступных местах и по пересеченной местности, под водными преградами, -что в значительной мере затрудняет контроль за техническим состоянием трубопроводов.

4.Наличие постоянно действующих внутрисистемных возмущений, вносимых работой отдельных элементов самой трубопроводной системы (нагнетательные установки,запорная арматура), а также возникающих случайно, к числу которых можно отнести ошибочные действия обслуживающего персонала, аварийные отключения электропитания., ложные срабатывания аппаратуры технологической защиты и т.п.

Из всего изложенного следует, что обеспечению надежной и безаварийной работе трубопроводных систем должно уделяться самое пристальное внимание , как в общегосударственном масштабе, так и со стороны проектирующих организаций и организаций, осуществляющих эксплуатацию трубопроводного транспорта.

В то же время аварийность, на трубопроводном транспорте в Российской Федерации ежегодно возрастает [15,16], что приводит к серьезным антропогенным нагрузкам на окружающую среду, а иногда и экологическим катастрофам, безвозвратным потерям кевозобновляемых природных ресурсов. При этом причиной аварий более чем в 70% случаев являются волновые и вибрационные нагрузки на трубопровод [11,47] и лишь незначительная часть приходится на просадки грунта, механические повреждения при проведении ремонтно-строительных работ., электрохимическую коррозию и т.п.

Заключение Диссертация по теме "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов", Применко, Владимир Николаевич

5.4.Выводы по главе.

На основании вышеизложенного можно сделать следующие выводы.

5.4.1.Результаты внедрения СД в различные отрасли промышленности свидетельствуют о том, что разработанные конструкций позволяют существенно снизить динамические" нагрузки на трубопроводы и.полностью исключить их разрывы из-за внутрисистемных возмущений. Стабилизаторы просты и технологичны в изготовлении., обладают высокой надежностью и практически'не требуют технического обслуживания при эксплуатации.

5.4.2.Экономический эффект от внедрения стабилизаторов достигается за счет:

- сокращения затрат на ремонт и эксплуатацию трубопроводных систем;

- значительного увеличения сроков службы трубопроводов и оборудования;

- уменьшения на 70 % потерь транспортируемых сред;

- уменьшения затрат, связанных с устранением последствий аварий (примерно на 70 %);

- предотвращения''потерь чистой продукции из-за аварийного простоя оборудования.

5,4.3.Широкомасштабное внедрение СД в различных отраслях народного хозяйства способно в значительной мере уменьшить антропогенную нагрузку на окружающую среду в различных регионах России вследствие аварийных выбросов загрязняющих веществ из трубопроводного транспорта, сократить безвозвратные потери невозобновляемых природных ресурсов,";с улучшить условия труда на промышленных предприятиях.

-133'**'. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

На основе полученных в работе результатов можно сделать следующие основные выводы:

- ■ -л ^ . ч" V"

1.Предложены новые ; типы конструкций стабилизаторов давления; защищенных 7-ю авторскими свидетельствами и патентами РФ (пнев-мостабилизаторы, стабилизаторы с упругими камерами и стабилизатор давления для газовых сред), позволяющие ; повысить экологическую безопасность трубопроводного транспорта.

2.Разработаны математические модели нестационарного движения жидкости в стабилизаторе давления и в трубопроводной системе со стабилизатором давления для динамических процессов различной природы: вынужденные колебания давления,, гидравлические удары и резонансные явления. ,

3. Получены аналитические зависимости, устанавливающие связь между эффективностью гашения волновых процессов в трубопроводной системе и основными проектными параметрами стабилизаторов давления (податливостью, суммарной площадью распределенной перфорации и коэффициентом эквивалентного вязкого демпфирования). Разработаны методики расчета характеристик элементов стабилизаторов для предложенных типов конструкций и эквивалентного вязкого демпфирования, вносимого отдельными элементами конструкции СД.

4.Изготовлены образцы новых типов конструкции стабилизаторов давления и проведены исследования эффективности гашения волновых процессов на экспериментальных стендах и в реальных условиях эксплуатации, которые показали, что СД позволяют:

- уменьшить амплитуды гидравлических ударов в 5 и более раз;

- уменьшить амплитуды вынужденных колебаний давления от 5 до 12 раз;

- уменьшить амплитуды пульсаций давления при резонансных явлениях в гидромагистралях в 6 . 10 раз и более. ;.у.

Проведенное сравнение экспериментальных результатов с результатами теоретического определения эффективности СД свидетельствует об их удовлетворительной сходимости (расхождение не превышает 7 . 10 ■ у :

5.Результаты внедрения разработанных стабилизаторов давления на промышленных предприятиях, показывают, что:

- после установки стабилизаторов давления в гидросистему уменьшаются не только пульсации давления, но и вибрации трубопроводов (в 5 . 8 раз), что позволяет полностью исключить аварии с разрывами трубопроводов от внутрисистемных возмущений и предотвратить загрязнение окружающей среды и безвозвратные потери природных ресурсов;

- стабилизаторы просты и технологичны в изготовлении, что позволяет организовать их выпуск на базе,любого машиностроительного завода или вспомогательного производства заказчика;

- в процессе эксплуатации стабилизаторов давления практически не требуется их регламентное и техническое обслуживание.

6.Использование новых типов стабилизаторов давления позволяет:

- значительно (до 70 %) уменьшить потери транспортируемых сред.

-13.4- ■ за счет предотвращения разрывов трубопроводов и уменьшения утечек через фланцевые соединения и уплотнения из-за воздействия волновых и вибрационных процессов;

- в 2 - 3 раза уменьшить затраты на эксплуатацию трубопроводных систем, связанных,с ремонтом трубопроводов и оборудования;

- более чем в 2 раза сократить затраты, связанные с ликвидацией последствий аварийного выброса транспортируемых сред в окружающую среду (очистка водоемов, рекультивация земель и т.п.) и уменьшить антропогенную нагрузку на окружающую среду за счет уменьшения аварийных выбросов транспортируемых сред;

- в 5 - 10 и более раз увеличить срок службы трубопроводного оборудования и контрольно-измерительных тприборов трубопроводных систем;

- сократить уровень профессиональных заболеваний за счет уменьшения утечек технологических сред через узлы уплотнения вследствие воздействия волновых и вибрационных процессов.

Библиография Диссертация по географии, кандидата технических наук, Применко, Владимир Николаевич, Москва

1. Альтшуль А.Д. Гидравлические потери на трение в трубопроводах. Л.: Госэнергоиздат.

2. Андреева К.Г. Упругие элементы приборов. М.: Машиностроение, 1981г.

3. Аллиеви Я. Теория гидравлического удара. 1913г.

4. Асатур К.Г. Гидравлический удар в трубопроводах с диаметром и толщиной стенки, непрерывно меняющимися по длине.- Изв. АН Арм.ССР, т.З! № 3, 1950г.

5. Беляев Н.М. Сопротивление материалов. М., Гостехиздат, 1954г.

6. Бердников В.В. Прикладная теория гидравлических цепей.- М.: Машиностроение, 1977г.

7. Вибрация в технике. М.: Машиностроение, 1980г., т.З

8. Вибропоглащающие свойства конструкционных материалов (справочник).- Киев: "Наукова думка", 1971г.

9. Авт.: Писаренко Г.С., Яковлев А.П., Матвеев В.В.

10. Владиславлев А.П., Коробков A.A., Малышев В.А. Трубопроводы поршневых компрессорных машин. М: Машиностроение, 1964г. - 275 стр.

11. Гладких П.А. Исследование влияния буферных емкостей на вибрацию газопроводов. М.: Гостехиздат, 1962г. - 109 с.

12. Гладких П.А., Хачатурян С.А. Предупреждение и устранение колебаний нагнетательных установок. М.: Машиностроение, 1964г. - 275 с.

13. Гладких П.А. Исследование влияния буферных емкостей на вибрацию трубопроводов. М.: Издательство АН СССР, ИТЭИН, 1955г.

14. Гликман Б.Ф. Автоматическое регулирование ЖРД.- М.: Машиностроение, 1989г. 296с.

15. Гликман Б.Ф. Математические модели пневмогидравлических систем.- М.: Наука, 1986г.- 365с.

16. Государственный доклад "О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 1991 году"

17. Государственный доклад "О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 1992 году".

18. Громека И.С. О скорости распространения волнообразного движения жидкости в упругих трубах. Казань, 1983г.

19. Громека И.С. К теории движения жидкости в узких цилиндрических трубках.- Ученые записки Казанского университета, 1882г., TXVIII, № 1,2. с. 41-72.

20. Гудсон, Леонард. Обзор методов переходных процессов в гидравлических линиях. ТОИР, 1972г., № 2.

21. Двухшерстов Г.И. Гидравлический удар в трубах некругового сеченая в потоке жидкости между упругими стенками. Ученые записки МГУ, вып. 122, Механика, т. II, 1948, с. 15-76.- ' -V : : . " • . S '

22. Временная типовая методика определения экономической эффективности осуществления природоохранных мероприятий и оценка экономического ущерба, причиняемого' народному хозяйству загрязнением окружающей сре

23. Жуковский Н.Е. О гидравлическом ударе в водопроводных тубах. Избранные сочинения, т. 2 М.: Гостехтеориздат, 1948г. - 422 с.

24. Жуковский Н.Е. Лекции по гидродинамике.- М.: Ученые записки Московского Университета, т.2. вып. 7, 1887г.

25. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям.- М.: Машиностроение, 1957г. ^ 559с.

26. Картвелишвили H.A. Динамика напорных трубопроводов.- М.: Энергия. 1979 224 с.

27. Колесников К.С. Вынужденные колебания потока идеальной сжимаемой жидкости в однородной прямой трубе.- Изв. АН СССР, Механика и машиностроение, 1963г., № 4, с.102-107;

28. Колесников К.С., Самойлов Е.А., Рыбак С.А. Динамика топливных систем ЖРД. М.: Машиностроение, 1975г. - 169 с.

29. Лейбензон Л.С. Собрание трудов, т. 3. М.: Изд. АН СССР, 1955г. - 678 с.

30. Лейбензон Л.С. Собрание трудов, т. 4. М.: Изд. АН СССР, 1956г. - 396 с.

31. Ливурдов И.Ф. О влиянии на гидравлический удар распределения скоростей по сечению трубы. Ученые записки МГУ, 1946г., вып. 117.

32. Ливурдов И.Ф. Гидравлический удар в асбоцементных трубах. Водоснабжение и санитарная техника. № 1, 1939г.

33. Мелещенко Н.Т. Общий метод расчета гидравлического удара в трубопроводах. Известия НИИ Гидротехники, т. 29, 1941г.

34. Методика по определению ущерба окружающей природной среде при авариях на магистральных нефтепроводах (руководящий документ). Трубопроводный транспорт нефти. № 11, 1995г.

35. Мостков М.А. Гидравлический удар в гидроэлектрических станциях.- М., ГОНТИ, 1938г.

36. Мостков М.А. Основы гидроэнергетического проектирования. М.: Госэнергоиздат, 1948г.

37. Низамов Х.Н., Ганиев Р.Ф., Чучеров А.И., Усов ПЛ. Стабилизация.^олебаний давления в трубопроводных системах энергетических установок.• М.: Изд-во МГТУ, 1993г.'

38. Гидроупругие колебания и методы из устранения в закрытых трубопроводных системах. Под редакцией Низамова Х.Н. Красноярск, 1983г.

39. Низамов Х.Н., Прунцов A.B., Максимов В.А., Шнепп В.Б. Современные методы стабилизации'колебаний давления и расхода газожидокстных сред в компрессорных установках. М.: ЦИНТИ Химнефтемаш, 1983г.

40. Пилипенко В.В., Задонцев В.А., Натанзон М.С. Кавитационные автоколебания и динамика гидросистем. М.: Машиностроение, 1977г.

41. Попов Д.Н. Динамика и регулирование гидро- и пневмосистем.- М.: Машиностроение, 1977г. 424 с.

42. Попов Д.Н. Нестационарные гидромеханические процессы.- М.: Машиностроение, 1982г. 238 с.

43. Ржевкин С.Н. Курс лекций по теории звука. М.: Изд-во МГУ, 1960г.

44. Ромейко В. Позднее признание. "Деловой мир", 17-23 апреля 1995г.

45. Самарин A.A. Вибрации трубопроводов энергетических установок и методы из устранения. М.: Энергия, 1979. - 286 с.

46. Светлицкий В.А. Механика трубопроводов и шлангов.- М.: Машиностроение, 1982г.

47. Сурин A.A. Гидравлический удар в водопроводах и борьба с ним.- М.: Трансжелдориздат, 1946г.

48. Тимошенко С.П., Янг Д.Х., Уивер Д. Колебания в инженерном деле.- М.: Машиностроение, 1985г.

49. Феодосьев В.И. Упругие элементы точного приборостроения.- Оборонгиз, 1949.

50. Феодосьев В.И. Расчет тонкостенных трубок бурдона эллиптического сечения энергетическим способом. Оборонгиз, 1940г. - 94 с.

51. Фомин Г.Е., Алдышкин A.A., Пермин А.Н., Угрюмов A.B. Новая трубопроводная арматура.

52. Хачатурян С.А., Рахилевич 3.3. Гашение пульсаций газа в трубопроводах нефтепромысловых компрессоров. М.: ВНИИОЭТ, 1983г.

53. Христинович С.А. Неустановившееся движение в каналах и реках. В кн.: Некоторые новые вопросы механики сплошной среды.- М.-Л.: Изд. АН СССР, 1938г.

54. Чарный И.А. Неустановившееся движение реальной жидкости в трубах. 2-издание. - М.: Недра, 197:5г. - 296 с.

55. Шорин В.П. Устранение колебаний в авиационных трубопроводах.- М.: Машиностроение, 1980г. 155 с. 4

56. Eaton Hydraulic Desurgër reduses pulsation, vibration, noise hydraulic shock ir fluid systems, 1966 /

57. СПИСОК ПЕЧАТНЫХ РАБОТ АВТОРА, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

58. Низамов Х.Н., Применко В.Н., Чукаев А.Г. и др. Пульсация давления в трубопроводах и способы их устранения.- М.: ВНИИОЭНГ, 1991г. 87 с.

59. Патент Российской Федерации № 2041415 от 09.08.95г. "Стабилизатор давления". Авт.: Низамов Х.Н., Колесников К.С., Применко В.Н. и др.

60. Патент Российской Федерации № 2044208 от 20.11.95г. "Стабилизатор давления". Авт.: Низамов Х.Н., Применко В.Н., Ушаков А.П. и др.

61. Авторское свидетельство № 1798582 от 08.10.92г. "Стабилизатор давления" Авт.: Зименков В.Н., Низамов Х.Н., Применко В.Н. и др.

62. Авторское свидетельство № 1765603 от 01.06.92г. "Гаситель колебаний давления и расхода". Авт.: Епифанов В.М., Низамов Х.Н., Применко В.Н.и ДР- ' ' . '

63. Авторское свидетельство № 1789824 от 08.10.92г. "Стабилизатор давления для магистральных нефтепроводов". Авт.: Галюк В.Х., Низамов Х.Н., Применко В.Н. и др.

64. Авторское свидетельство № 276674 от 12.08.87г. Авт.: Применко В.Н., Замыкин А.С., Пискунов В.А., Циклин Л.И.

65. Положительное решение о выдаче патента РФ по заявке № 93041966/06 (041980) от 23.08.93г. "Стабилизатор давления для защиты глубинных насосов". Авт.: Дербуков Е.И., Низамов Х.Н., Применко В.Н. и др.

66. Положительное решение о выдаче патента РФ по заявке № 533399/29 от 20.02.92г. "Стабилизатор давления для гидросистемы с насосом. Авт.: Крылов В.И., Низамов Х.Н., Применко В.Н. и др.

67. Авторское свидетельство № 1667458, 1991г. "Стабилизатор давления". Авт.: Галюк В.Х., Низамов Х.Н., Применко В.Н.

68. Галюк В.Х., Низамов Х.Н., Применко В.Н. Исследование динамики безрасходных магистралей со стабилизатором. М.: ВНИИОЭНГ, "Транспорт и хранение нефти", вып. № 10, 1990г.

69. Медведев A.C., Низамов Х.Н., Применко В.Н. и др. Комплексны» исследования двухфазных потоков с целью создания устройств для управления гидородинамическими процессами. М.: ВНИИОЭНГ, 1991г.- 120 с.

70. Зименков В.Н., Низамов Х.Н., Применко В.Н. Проектирование стабилизаторов давления для безрасходных магистралей. М.: ВНИИОЭНГ "Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов", № 3, 1993г.

71. Мясников М.П., Низамов Х.Н., Применко В.Н. и др. Исследование характеристик трубопровода со стабилизатором механического типа.- М.: ВНИИОЭНГ, "Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов", № 4, 1992г.

72. Дербуков Е.И. Низамов Х.Н., Применко В.Н. Перспективные методы и средства защиты трубопроводных систем от вибрационных разрушений.- Новочеркасск: Труды конференции по экологии, 1994г.

73. Жуков H.H., Низамов Х.Н., Применко В.Н., Дербуков Е.И. Чрезвычайные ситуации в трубопроводных системах водо-, теплоснабжения, канализации и способы из предупреждения устранения. М.: Труды международной •конференции "Вода, экология и технология", 1994г.

74. Низамов Х.Н., Применко В.Н,, Попадейкин В.В. Стабилизаторы давления и расхода. М.: "Безопасность труда в промышленности", № 5, 1995г.

75. Положительное решение о выдаче патента РФ по заявке № 93041967/29 (041981) от 23.02.92г. "Стабилизатор давления для защиты скважинных насосно-компрессорных труб." Авт.: Дербуков Е.И., Низамов Х.Н., Применко В.Н. и др.

76. Марчук А.Н., Низамов Х.Н., Применко В.Н., Липин A.B. Стабилизаторы давления для импульсных трубок манометров. М.: Тезисы первой межвузовской конференции "Актуальные проблемы экологии", 1995г.

77. Марчук А.Н., Применко В.Н., Подгоронова М.И., Сахел Санжид. Исследования волновых процессов при сбросе твердых частиц из сепарационной установки. М.: Тезисы первой межвузовской конференции "Актуальные проблемы экологии", 1995г.

78. Низамов Х.Н., Применко В.Н., Гасан Азиз Неемех. Защита от аварийных ситуаций при бурении газовых и нефтяных скважин.- М.: Тезисы первой межвузовской конференции "Актуальные проблемы экологии", 1995г.

79. Низам ob Х.Н., Марчук А.Н., Применко В.Н. и др. Средства обеспечения надежной работы трубопроводных систем малого диаметра.- М.: Трубопроводный транспорт нефти, № 11, 1995г.

80. Низамов Х.Н., Применко В.Н., Тагасов В.И. Средства защиты канализационных трубопроводов от аварийных ситуаций при гидравлических ударах. М.: Тезисы конференции "Геоэкология в нефтяной и газовой промышленности", 1995г.

81. Положительное решение о выдаче патента РФ по заявке № 93041966/29 от 23.08.93г. Авт.: Дербуков Е.И., Низамов Х.Н., Применко В.Н., Хатмулин Ф.Х.

82. Положительное решение о выдаче патента РФ по заявке № 93041962/29 от 23.08.93г. "Стабилизатор давления для защиты скважинных насосов". Авт.: Дербуков Е.И., Низамов Х.Н., Применко В.Н., Хатмулин Ф.Х.

83. Положительное решение о выдаче патента РФ по заявке № 9304119663/29 (041982) от 23.08.93г. "Стабилизатор давления для защиты скважинных насосов". Авт.: Дербуков Е.И., Низамов Х.Н., Применко В.Н., Хатмулин Ф.Х.

84. Низамов X.H., Применко В.Н., Сахел Санжид. Способы повышения производительности и эффективности сепарационных установок (в печати).

85. Марчук А.Н., Низамов X.H., Применко В.Н., Мухамед Исса. Волновые и ■вибрационные процессы в насосно-компрессорных трубах при добыче нефти и способы их устранения (в печати).

86. Низамов X.H., Марчук А.Н., Применко В.Н., Азиз Неемех. Волновые процессы в гидросистеме закачки глинистого раствора в пласт и способы их устранения (в печати).m