Гидравлический удар — это физическое явление, которое часто можно наблюдать при движении жидкости. Наличие гидравлического удара можно обнаружить по производимому им шуму.
Гидравлический удар оказывает неблагоприятное воздействие на паровые системы, в итоге может быть повреждено оборудование, установленное в паровой сети.
При возникновении гидравлического удара внутри трубопровода может произойти мгновенное резкое изменение давления более чем на 50 — 100 бар. Это воздействие может привести к сильной вибрации трубопроводов и оборудования, что может привести к повреждению не только прокладок в местах соединений, но и фланцев клапанов или самих клапанов. Нередки случаи разрыва трубопроводов из-за гидравлического удара.
Гидравлический удар может возникнуть в любой паровой или конденсатной линии. Особенно эффект проявляется в двухфазной системе (конденсат + пар)
Существует два типа гидравлических удара в паровых системах:
— гидравлический удар, вызванный паровым потоком,
— гидравлический удар, вызванный внезапной конденсацией пара.
Удар, вызванный паровым потоком
При выходе пара из котла, во время открытия главного запорного вентиля, пар начинает быстро терять тепло. В результате происходит конденсация пара в паропроводе. Скорость образования конденсата зависит от температуры паропроводов и поэтому особенно возрастает во время пусков котла после долгого простоя.
Конденсат накапливается по всей длине паропроводов, пар и конденсат текут по одной и той же линии, но скорости у них разные. При таких условиях образуются волны конденсата, которые поднимаются и заполняют трубы, образуя пробку, плотность которой намного больше, чем у пара.
Так как рекомендуемая расчетная скорость пара в трубопроводе обычно 20 — 30 м/с, то пар толкает вперед эту пробку с такой же скоростью. Рекомендуемая же скорость для воды: 2 — 3 м/с., cследовательно, водяной «снаряд» превышает рекомендуемую скорость примерно в 10 раз. При встрече с каким-либо препятствием, такими как поворот в трубопроводе, закрытая арматура, кинетическая энергия пробки преобразуется в энергию давления, которая создает ударную волну в трубопроводе.
Удар, вызванный быстрой конденсацией пара
Это явление вызвано быстрой конденсацией пара, окруженным более холодным конденсатом. Уменьшение объема пара может достигать от несколько сотен до более тысячи раз. В этом случае конденсат под давлением устремляется в образовавшуюся зону вакуума или низкого давления, что создает сильное избыточное давление, что может привести к разрушению фитингов и клапанов.
Причины гидравлических ударов
Основной причиной гидравлических ударов является накопление конденсата и несвоевременное удаление его из паропроводов и элементов паровой системы.
При прогреве паропровода, его деталей и арматуры для снижения возникающих тепловых напряжений существенное значение имеет исправность его тепловой изоляции, опор, креплений и возможность свободного расширения паропровода при его прогреве.
В начале прогрева пар, поступающий в паропровод, конденсируется. Во избежание гидравлических ударов конденсат должен удаляться через дренажные устройства.
Для паропровода характерны большая протяженность, сложная конфигурация и значительная разница в толщине отдельных деталей — труб, арматуры и соединительных фасонных деталей, например, тройников.
Паровые системы наиболее безопасны при эффективном удалении конденсата.
Паровые и паро-конденсатные системы требуют тщательного проектирования, монтажа, эксплуатации и технического обслуживания, что позволяет исключить аварии и разрушение.
Гидравлические удары в паровых системах — это не только системная проблема, но и безопасность.
Понимание природы гидроударов позволяет избежать их разрушительной силы.
Что нужно знать о дренажах на паропроводах
В нижних точках каждого отключаемого задвижками участка трубопровода должны предусматриваться спускные штуцера, снабженные запорной арматурой, для опорожнения трубопровода. Для отвода воздуха в верхних точках трубопроводов должны быть установлены воздушники.
При правильно выбранных точках дренирования, сечениях дренажных линий, уклонах паропровода гидравлические удары при прогреве не возникают. По мере прогрева металла конденсация пара уменьшается.
Все участки паропроводов, которые могут быть отключены запорными органами, для возможности их прогрева и продувки должны быть снабжены в концевых точках штуцером с вентилем, а при давлении свыше 2,2 МПа (22 кгс/см2) — штуцером и двумя последовательно расположенными вентилями: запорным и регулирующим. Паропроводы на давление 20 МПа (200 кгс/см2) и выше должны обеспечиваться штуцерами с последовательно расположенными запорным и регулирующим вентилями и дроссельной шайбой. В случаях прогрева участка паропровода в обоих направлениях продувка должна быть предусмотрена с обоих концов участка. Устройство дренажей должно предусматривать возможность контроля за их работой во время прогрева трубопровода.
Нижние концевые точки паропроводов и нижние точки их изгибов должны снабжаться устройством для продувки.
Непрерывный отвод конденсата через конденсатоотводчиков или другие устройства обязателен для паропроводов насыщенного пара и для тупиковых участков паропроводов перегретого пара.