1.2 Виды гидравлических ударов

В зависимости от времени распространения ударной волны T и времени перекрытия задвижки (или другой запорной арматуры) τ, в результате которого возник гидроудар, можно выделить два вида ударов:

• Полный (прямой) гидравлический удар, если τ < T

• Неполный (непрямой) гидравлический удар, если τ > Т

При полном гидроударе фронт возникшей ударной волны движется в направлении, обратном первоначальному направлению движения жидкости в трубопроводе. Его дальнейшее направление движения зависит от элементов трубопровода, расположенных до закрытой задвижки. Возможно и повторное неоднократное прохождения фронта волны в прямом и обратном направлениях. Типичным примером прямого удара является удар, создаваемый быстро закрывающимися обратными клапанами обычного типа у электронасосов в результате прекращения подачи электрического тола.

При неполном гидроударе фронт ударной волны не только меняет направление своего движения на противоположное, но и частично проходит далее сквозь не до конца закрытую задвижку. Типичным случаем возникновения непрямого гидравлического удара является повышение давления в трубопроводе при медленном закрытии задвижки или при закрытии обратного клапана, имеющего приспособление для медленной посадки [3].

1.3 Основные причины возникновения гидравлических ударов, пульсаций давления и повышенных уровней вибрации

Гидравлический удар может начинаться как с волны повышенного, так и пониженного давления. А основные причины возникновения гидравлических ударов, пульсаций давления и повышенных уровней вибрации таковы:

• короткие замыкания и провалы энергоснабжения, аварийные отключения электропитания работающих насосных агрегатов;

• срабатывание обратных клапанов, быстрое закрытие или открытие предохранительной или запорно-регулирующей арматуры;

• сбои автоматизированных систем управления технологическими процессами, ложные срабатывания технологических защит;

• периодические остановки, повторные пуски;

• ошибочные действия обслуживающего персонала и т.п. [4]

Данные волновых и вибрационных исследований ВНИИСПТнефть показывают, что при использовании центробежных насосов, каждая штатная остановка насосного агрегата приводит к гидравлическому удару во входном трубопроводе величиной до Р= 3,0 МПа, при рабочем давлении Р= 1,5 МПа.

Если же в системе используются нагнетательные установки поршневого типа, то амплитуда пульсаций давления может достигать 3-4 МПа, при среднем давлении 15 МПа [5].

В результате гидравлических ударов, пульсаций давления и повышенных уровней вибрации, как правило, происходят порывы в наиболее ослабленных местах трубопровода, который вследствие износа неспособен выдержать динамические нагрузки ударного характера.

2. Аварийные ситуации в трубопроводных системах вследствие колебаний давлений

В материалах Международного бюро труда по «Предупреждению крупных аварий» [6] перечислены следующие причины повреждения оборудования и типичные неисправности, нарушающие условия его нормальной эксплуатации и безопасной работы:

а) механические разрушения сосудов, трубопроводов и конструкций при перепадах внутреннего давления, действиях внешних сил, коррозии и изменении температуры;

б) поломки таких узлов, как насосы, компрессоры, вентиляторы и перемешиватели;

в) неисправности в системе контроля (датчики давления и температуры, индикаторы уровня, расходомеры, приборы управления);

г) неисправности в системе безопасности (предохранительные клапаны, системы сброса давления, системы нейтрализации, предохранительные разрывные мембраны);

д) нарушения сварных швов и соединительных фланцев.

Анализ аварийных ситуаций в трубопроводных системах различного назначения показывает, что практически каждое из этих событий, способных вызвать крупную аварию, может быть следствием изменений режима давления из-за волновых и ударных процессов.