Расчетно-программные комплексы компании A.R.I. по расчетам перепадов давления
Одной из ключевых проблем эксплуатации трубопроводов является их повреждение вследствие перепадов гидравлического давления (гидроударов), при которых происходит либо прогиб участка трубы внутрь (из-за резкого падения уровня), либо выпячивание наружу (при повышении уровня). Опыт показывает, что даже очень незначительные колебания по истечении некоторого времени оказывают серьезное разрушительное воздействие на трубы, что приводит к авариям и дополнительным расходам по ликвидации их последствий.
Причины перепадов гидравлического давления различны: внезапные изменения количества потребляемой воды, резкие пуски и выключения задвижки насосов, открытие и закрытие пожарных гидрантов, быстрое закрытие и открытие запорных клапанов в магистрали, образование воздушных пробок и др.
A.R.I. RUSSIA является эксклюзивным представителем компании «A.R.I. Flow control Accessories Ltd.» – ведущего мирового производителя и поставщика разработок для защиты систем транспортировки жидкостей. С помощью своего программного обеспечения (созданного на базе известного программного обеспечения Pipe2016:Surge, разработанного в Университете Кентукки (США) A.R.I. RUSSIA анализирует трубопроводные системы (водоснабжения и водоотведения) с применением расчетов перепадов давления и предлагает оптимальные решения для размещения на них соответствующего оборудования A.R.I.
Программное обеспечение A.R.I. позволяет моделировать ситуацию гидроудара для очень крупных водораспределительных сетей трубопроводов (до 50 000 труб). Оно многофункционально и способно смоделировать любой тип устройств для защиты от гидроудара, поэтому преимущественно (до 90% случаев по всему миру) используется для гидродинамических исследований и проектирования системы защиты для сетей водоснабжения, водораспределения и водоотведения. Функциональные возможности программы в области демонстрации графических результатов и их интерпретации уже более 40 лет помогают инженерам всего мира проектировать как крупные и сложные сети водоснабжения и водоотведения, так и небольшие водоотводы.
Воздушные клапаны являются эффективным и рентабельным инструментом регулирования перепадов давления. Причем, даже если воздушные клапаны расположены не на всех проблемных участках, их присутствие значительно (до 40%) снижает количество отрицательных узлов колебаний в водопроводной системе. Результаты исследований для определения способности воздушных клапанов защитить трубопровод от кавитационного удара, возникающего на выходе от быстро закрывающегося клапана, показали, что тестируемые воздушные клапаны быстро реагировали на ситуацию и эффективно защищали трубу от кавитационных ударов, гася скачки и падения давления. Таким образом, простой в монтаже воздушный клапан может быть эффективен и рентабелен, но только при условии верно определенного места его установки.
Моделирование сценария остановки насоса без защиты позволяет проследить за изменениями давления на различных участках трубопровода. Ввод в виртуальную систему воздушных клапанов дает возможность понять, как именно будет работать то или иное оборудование в условиях перепадов гидравлического давления. Программа позволяет безошибочно рассчитать количество и параметры необходимых воздушных клапанов, а также, что очень важно, наиболее оптимальные места их установки. Таким образом, удается избежать серьезных ошибок, влекущих за собой сокращение срока службы трубопровода и сложности при его эксплуатации.
Компания производит и продает полный ассортимент воздушных клапанов, обратных клапанов и ограничителей неконтролируемого расхода (UFR). Сегодня по стандарту AWWA C512-07 компанией выпускается три вида воздушных клапанов. Кинетические воздушные клапаны выпускают воздух из системы в момент заполнения ее жидкостью, а впускают – при опорожнении системы, в момент прекращения работы насоса и отсечении водяного столба и при внезапных, экстремальных падениях давления для предотвращения образования вакуума. Автоматические воздушные клапаны выпускают воздух из системы, находящейся под давлением в течение всего времени ее работы, предотвращая скопление воздушных пузырей и образование воздушных карманов внутри трубопровода. А комбинированные – выполняют функции кинетических и автоматических воздушных клапанов. Они производятся в одном корпусе или как два отдельных клапана, соединенных между собой. Это наиболее часто используемый тип воздушных клапанов, поскольку в большинстве случаев обе функции необходимы в одном и том же месте.
В линейке воздушных клапанов A.R.I. есть запатентованные клапаны, которые не выпускаются больше ни одним производителем в мире. В первую очередь это обратные противоударные управляемые клапаны, которые ставятся после насосных групп и защищают их от обратного гидроудара. Это модель HCCV, которая управляет временем открытия и закрытия диска обратного клапана через гидравлический контроллер системы. Это предотвращает повышение давления в магистрали, и таким образом, уменьшает или предотвращает возникающие последующие повреждения насосной станции.
В настоящее время такие клапаны установлены на водоканалах Москвы, Санкт-Петербурга и др. В числе прочего, они очень эффективны на канализационных сетях.
Расчетно-программные комплексы компании A.R.I по снижению собственного энергопотребления
Нерастворенный в воде воздух, всегда присутствующий в водоводах (вследствие захвата воздуха на всасывании насосов, выделения воздуха, растворенного в воде, при уменьшении давления и т.п.) приводит к дополнительным гидравлическим сопротивлениям и соответствующим потерям энергии.
Результаты теоретических и практических исследований убедительно доказывают, что если в водоводах не установлены воздушные клапаны, обеспечивающие выпуск воздуха в системе под давлением, снижение подачи воды вследствие наличия скоплений нерастворенного воздуха составляет до 10% (см. APCO — Valve and primer corporation, “ Theory and use of air valves”, USA Technical Bulletin 610, 1992). Необходимость обеспечить подачу заданного количества воды приводит к увеличению затрат энергии (например к увеличению количества работающих насосов или времени их работы) также в пределах 10%.
Чтобы избежать указанных потерь предусматривается установка воздушных клапанов в
местах предполагаемого скопления нерастворенного воздуха, а также в местах, где выпуск воздуха необходим при заполнении магистралей.
Для решения этого вопроса, компания A.R.I. предлагает комплексное решение для проектирования установки воздушных клапанов, с помощью специального программного обеспечения под названием — «ARIAVCAD». Эта программа поможет при анализе состояния трубопроводной системы и обеспечит точные рекомендации по размещению воздушных клапанов вдоль всего трубопровода, а также размещение воздушного клапана соответствующего типа и размера. Цель применения этой программы – снижение собственного энергопотребления путем ликвидации воздушных пробок.
В конце 2017 года для ООО «АВК» (водоканал г. Тольятти) специалистами компании A.R.I. RUSSIA с применением расчетно-программного комплекса «ARIAVCAD» был выполнен расчет показателей энергоэффективности трубопровода при установке оборудования A.R.I. А именно, был произведен расчет потерь напора в трубопроводе из-за завоздушенных участков, определены места установки и перечень необходимых автоматических и комбинированных воздушных клапанов на трубопроводах. Также был произведен расчет завоздушенных участков трубопроводной сети и удельных расходов кВт/м3 на прокачку воды. Была определена возможная экономия при установке оборудования A.R.I. с учётом повышения энергоэффективности насосной системы, энергосбережения и периода окупаемости, а также выполнено экономическое обоснование проекта.
Используемый программный комплекс предполагал проведения расчетов по трем блокам. Первый – блок станции первого подъема и трубопроводы до станции ОСВ, второй – районная насосная станция с трубопроводами до станции биологической очистки, третий – насосная станция биологической очистки и трубопроводы до выпуска в водохранилище. Средняя экономия по блокам составила 5,4 %. Проект находится на этапе защиты у Заказчика.
В конце 2017 года для водоканала города Волгограда компанией A.R.I. RUSSIA были выполнены работы по исследованию указанных участков трубопровода с моделированием перепадов давления, и расчету потерь напора в трубопроводе из-за завоздушенных участков. Они показали, что средний процент экономии электроэнергии по исследуемым трубопроводам составил 3,44%. А значит, установив в нужных точках системы оборудование A.R.I., заказчик получает возможность экономии на указанных участках трубопровода около 550 тыс. кВт/ч. Проект находится на этапе защиты у Заказчика.
Применяемые компанией A.R.I. RUSSIA программно-расчетные комплексы получили практическое подтверждение при применении оборудования А.Р.И. на водоканалах г. Москвы (ПУЭКС) и г.Санкт-Петербурга (Урицкая НС). По итогам мониторинга за 2008-2011 гг. показатели снижения аварийности, потерь и собственного энергопотребления составили более 20%.
Врезка 1
Основные направления деятельности компании A.R.I. RUSSIA – борьба с гидроударами и регулирование воздуха в трубопроводах (для холодной и горячей воды) с применением программного обеспечения. В результате этой работы повышается надежность, безопасность и долговечность находящихся в эксплуатации трубопроводов (в том числе выработавших свой ресурс), а также снижаются показатели аварийности за счет уменьшения гидравлического сопротивления, минимизации последствий перепадов давления и гидроударов. Кроме того, снижаются потери воды и затраты на ликвидацию аварий, в том числе на ремонт дорогостоящего насосного оборудования, а также достигается энергосберегающий эффект путем минимизации собственных затрат на покупку электроэнергии для перекачки воды за счет снижения сопротивления внутри трубопроводов при непрерывном автоматическом удалении воздуха из трубопроводов.
Оборудование и технологические решения компании A.R.I. позволяют повысить эффективность использования установленного основного (насосного) оборудования и сетей, таким образом, продлевая жизнь даже системам, выработавшим свой технический ресурс.
Подготовила Елена Никитченко