Управление виброзащитой трубопроводов на основе дискретных сред

УДК 62-752.2:608.2 

[pic 1] [pic 2]

М.И. Вольников, М.С. Гашицкий

Пензенский государственный технологический университет

УПРАВЛЕНИЕ ВИБРОЗАЩИТОЙ ТРУБОПРОВОДОВ

НА ОСНОВЕ ДИСКРЕТНЫХ СРЕД

Статья посвящена проблеме повышения  эксплуатационной стойкости трубопроводов. Показано, что одна из причин разрушения трубопроводов связана с длительными воздействиями вибрационных и ударных нагрузок. Приведенные статистические данные по авариям подтверждают данное предположение. Проведен обзор существующих решений защиты трубопроводов с описанием достоинств и недостатков. Предложено новое техническое решение проблемы, основанное на  использовании гетероструктур с трением в качестве диссипативного материала при устранении вибраций. Проведен сравнительный анализ преимущества предложенного решения.

Вибрация, виброзащита, трубопровод, авария, гетероструктуры, дискретные среды, устройство виброзащиты

Актуальность

В повседневной жизни  часто приходится сталкиваться со множеством проблем, связанным с работой коммунального хозяйства в городах. Одна из них относится к системе трубопроводов, по которым поступает холодная вода, теплоэнергия, отводятся канализационные стоки, подается пар и осуществляется вентиляция и связана с непредсказуемыми авариями.

Авария на трубопроводе – нередкое и довольно опасное явление, наносящее ущерб экономике страны. Одной из причин возникновения подобных аварий является усталостное разрушение труб за счет длительного воздействия вибраций.

Согласно данным Газпрома, более половины (около 60 %) аварий на трубопроводах топливно-энергетического комплекса происходит в результате повышенных уровней вибраций и гидроударов. Также в тройке основных выделяют следующие причины разрывов [1]:

• 25 % - коррозионные процессы;
• 15 % - явления природы и неминуемые ситуации.

За последние 30 лет в главных корпусах ТЭС произошло 30 крупных аварий, которые привели к выходу из строя более одного энергоблока [2].

Вибрация в трубопроводе может возникать в результате случайных или функциональных воздействий. К таким можно отнести поток жидкости, ветер, сейсмические волны, акустические колебания (например, от городского шума), вибрации от проезжающих автомобилей, поездов и другого вида транспорта.

Помимо этого, источником вибрации могут быть насосные и компрессорные станции. Они оснащены мощными центробежными или поршневыми насосными установками и нагнетателями, которые, в свою очередь, создают сильные волновые и вибрационные колебания в системах транспортировки нефти и газа.

Основываясь на статистических данных, существенными факторами, которые способствуют возникновению аварий при эксплуатации насосных и компрессорных станций, являются:

• повышенный уровень вибрации трубопроводной обвязки нагнетателей;
• повышенный уровень вибрации трубопроводов систем торцового уплотнения, маслопроводов и других технологических систем;
• выход из строя или ложные срабатывания аппаратуры систем автоматики, управления и контроля;
• повышенный уровень шума, который превышает допустимое значение на 15 – 20 дБ.

По результатам исследования вибраций, осуществляемых специалистами Газпрома, можно сделать следующие выводы:

• максимальные уровни вибрации отмечаются на входных и выходных трубопроводах нагнетателей, значение которых может превышать 90 мм/с, и приводят к динамическим напряжениям около 25 МПа;
• в спектрах вибрации преобладают составляющие на лопаточных частотах нагнетателей в диапазонах от 700 до 2000 Гц и кратным им частотам;
• на трубопроводах систем торцового уплотнения нагнетателей отмечаются вибрации на насосной частоте с уровнем 40 - 60 мм/с, что соответствует динамическим напряжениям около 15 МПа.

Согласно официальной информации Газпром, большая часть утечек природного газа (около 92 %) происходит в газораспределительных системах (ГРС), которые подвергаются динамическим нагрузкам в виде вибраций и ударов [3].

Сравнивая ситуации на магистральных газопроводах и газораспределительных системах, можно сказать, что положение на ГРС усугубляется за счет воздействия на трубопроводы вибраций, появляющихся на участках после автоматических регуляторов давления. Большая часть газораспределительных систем эксплуатируется с перегрузкой по объемному расходу газа. Из-за этого возникает значительное увеличение скорости потока газа, которое в реальности зачастую превышает нормативные значения. Это явление ведет за собой повышение уровня вибраций и, как следствие, усталостное разрушение трубопроводов.