WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |
1 на правах рукописи Сулименко Владимир Викторович РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ В СИСТЕМАХ ГОРОДСКОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ 05.26.02 - Безопасность в чрезвычайных ситуациях (в энергетике) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва - 2007 г.

2 Работа выполнена на кафедре прикладной экологии экологического факультета Российского университета дружбы народов Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент В.Н. Применко Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор В.А. Акатьев доктор технических наук, профессор Д.К. Гришин Ведущая организация: Научный центр нелинейной волновой механики и технологии РАН Защита состоится " 24" мая_ 2007 г. в _17_ часов на заседании диссертационного совета К212.203.12 в Российском Университете дружбы народов по адресу: 117302, г. Москва, Подольское шоссе, 8/5 С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Российского Университета дружбы народов (117198, г. Москва, ул.

Миклухо-Маклая, д.6).

Автореферат разослан "_" 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, профессор Л. В. Виноградов 3 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. Диссертационная работа посвящена вопросам разработки технических методов и средств защиты окружающей среды путем обеспечения надежной и безаварийной работы систем водо-теплоснабжения, являющихся неотъемлемой частью любой городской инфраструктуры.

Водо-теплоснабжение города - одна из самых экологически опасных отраслей хозяйствования. Она отличается большой землеемкостью, значительной загрязняющей способностью и высокой пожаро- и взрывоопасностью промышленных объектов.

Транспортировка воды опасна повышенной аварийностью выполняемых работ в связи с тем, что основные производственные процессы происходят под высокой температурой и давлением. Оборудование и трубопроводные системы работают в агрессивных средах.

Вопросы обеспечения экологической безопасности трубопроводного транспорта, сокращения потерь природных ресурсов при транспортировке воды за счет снижения аварийности, повышения надежности и долговечности имеют большое значение для предприятий топливно-энергетического комплекса РФ.

В настоящее время наблюдается тенденция увеличения аварийности на трубопроводном транспорте, рост количества аварий с разрывами трубопроводов, большими безвозвратными потерями транспортируемых сред и широкомасштабными загрязнениями окружающей природной среды. По официальным данным только ежегодные потери воды из-за аварий при транспортировке по трубопроводам превышают 1 млн. т. 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 системах.

Эффективность, надежность и безопасность работы трубопроводных систем также во многом зависит от функционирования системы контроля и автоматики, для чего необходимо обеспечить удовлетворительный съем показаний приборов контроля давления и расхода. Пульсации давления и резонансные явления в безрасходных магистралях - импульсных трубах (ИТ) контрольно-измерительных приборов приводят к искажению показаний, сокращению срока службы регистрирующих приборов, ложным срабатываниям технологических защит, способствуя возникновению тяжелых аварийных ситуаций с серьезными экологическими последствиями, а также ошибками в учете количества транспортируемого продукта на узлах замера расхода.

Инциденты и аварийные ситуации, вызванные воздействием волновых процессов на ИТ приборов контроля и автоматики, происходят во всех отраслях промышленности, энергетике и трубопроводном транспорте.

Традиционно используемые методы и средства борьбы с волновыми явлениями в импульсных трубах, например, змеевики и гасители камерного типа – неэффективны, о чем свидетельствует широкая распространенность ложных действий защит.

К вышеуказанному следует добавить, что в материалах Международного бюро труда (г. Женева) неисправности трубопроводных систем, систем контроля и автоматики названы одной из наиболее частых причин, приводящих к крупным аварийным ситуациям, нарушающим безопасную работу оборудования и вызывающих его повреждение.

Поэтому устранение влияния пульсаций давления и резонансных явлений в расходных и безрасходных магистралях на работу систем городского водотеплоснабжения является актуальной задачей, решение которой позволит не только снизить дополнительные эксплуатационные затраты за счет продления срока службы трубопроводных систем,приборов контроля и импульсных труб, но и устранить ложные срабатывания аппаратуры технологической защиты, следствием чего явится экономия электроэнергии и топлива, снижение издержек при производстве и транспортировке за счет сокращения времени внепланового простоя оборудования, увеличения срока службы трубопроводов и повышения общей их надежности, что позволит снизить антропогенную нагрузку на окружающую среду.

Целью работы является создание эффективных средств для устранения пульсаций давления и резонансных явлений в трубопроводах и безрасходных магистралях регистрирующих приборов автоматики и контроля, приводящих к ложным срабатываниям технологических защит, возникновению аварийных ситуаций с серьезными экологическими последствиями, ресурсосбережение и охрана окружающей среды за счет снижения дополнительных затрат электроэнергии и топлива при внеплановых остановках оборудования, увеличения срока службы и общей надежности трубопроводных систем и оборудования.

Идея работы состоит в том, что поставленная цель достигается на основе решения следующих задач:

- обеспечение надежной, экономической и безаварийной работы трубопроводных систем необходимо предупреждение и устранение колебаний давления, расхода рабочей среды и связанных с ними вибраций трубопроводов, арматуры и оборудования, возникающих главным образом в результате периодического характера работы насосных установок;

- исследования волновых процессов в системе водо-теплоснабжения и путей уменьшения их интенсивности за счет изменения параметров трубопроводной системы (податливости, приведенного гидравлического сопротивления, введения диссипативных элементов и предкамеры для расширения потока и т.д.);

- разработки математической модели, позволяющей осуществлять эффективный выбор технических принципов реализации средств гашения волновых и вибрационных процессов;

- разработки принципиально новых средств борьбы с волновыми процессами в расходных и безрасходных магистралях систем водотеплоснабжения – стабилизаторов давления (СД), оптимизации параметров и исследования эффективности их работы.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы интегрирования обыкновенных линейных дифференциальных уравнений и дифференциальных уравнений в частных производных, обработки результатов эксперимента, который проводился на экспериментальном стенде и в реальных условиях эксплуатации.

Научные положения, выносимые на защиту и их новизна. На защиту выносятся следующие основные научные положения и разработки:

- математическая модель для расчета динамических нагрузок в трубопроводах водо-теплоснабжения;

- тепловая модель для расчета температурных полей в демпфирующей камере стабилизатора давления;

- математическая модель волновых процессов в расходных и безрасходных магистралей систем водо-теплоснабжения без стабилизатора и со стабилизатором;

- методика проектирования стабилизаторов и их основных конструктивных элементов (упругих элементов, распределенной перфорации, податливости и геометрических размеров);

- результаты анализа экспериментального исследования волновых процессов в системах водо-теплоснабжения в реальных условиях без стабилизатора и со стабилизатором, подтверждающие возможность обеспечения безопасной эксплуатации системы.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, полученных в диссертационной работе подтверждается удовлетворительной сходимостью результатов теоретических исследований волновых процессов в безрасходных магистралях, полученных с использованием современных математических методов и тех же результатов, полученных экспериментальным путем.

Практическая значимость работы. Использование технических средств защиты трубопроводных систем, а также регистрирующих приборов систем автоматики и контроля давления и расхода в трубопроводных системах – стабилизаторов давления (СД), эффективно работающих в широком диапазоне рабочих давлений (0,1-30 МПа) и частот (до 200 Гц) позволяет значительно снизить интенсивность волновых процессов в импульсных трубах, полностью устранить резонансные явления и ложные срабатывания аппаратуры технологических защит, в результате чего продлевается срок службы трубопроводов и оборудования (в том числе регистрирующих приборов контроля), повышается общая надежность работы трубопроводных систем при одновременном снижении эксплуатационных затрат и антропогенной нагрузки на окружающую среду, а также экономии природных ресурсов. Теоретическое обоснование, технические принципы реализации и методика определения основных параметров стабилизаторов давления являются универсальными и могут быть применены для расходных и безрасходных магистралей, используемых в различных областях народного хозяйства.

Практическая реализация работы. Экспериментальные исследования эффективности работы стабилизаторов давления проводились на экспериментальном стенде, а в натурных условиях эксплуатации в цехах ЧЕРТАНОВСКОЙ НПС г. Москвы и ряде других объектов, о чем свидетельствуют акты внедрения устройств, имеющиеся в работе. Научное значение работы заключается в том, что полученные зависимости между характеристиками возбудителей колебаний, характеристиками трубопроводных систем и требуемой эффективности гашения волновых, вибрационных и ударных процессов позволяют определить оптимальные значения параметров стабилизаторов давления и его элементов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались:

- на Международной научно-практической конференции «Экология и безопасность жизнедеятельности» (г. Пенза, 2004 г.);

- на Международной научно-практической конференции «Повышение качества среды жизнедеятельности города и сельских поселений архитектурно-строительными средствами» (г. Орел, 2005 г.);

- на Международном семинаре «Проблемы безопасности сложных систем» (г. Москва, 2006 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 115 наименований.

Основное содержание изложено на 129 страницах, содержит 22 рисунка и таблиц.

Соискатель выражает благодарность своему учителю,заслуженному изобретателю России, академику МИА, д.т.н., профессору Низамову Х.Н.,безвременно ушедшему из жизни, и консультанту академику МАЭП, МАНЭБ и АБОП, д.т.н., профессору РУДН Мусаеву В.К.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Введение содержит общую характеристику проблемы по анализу аварийности трубопроводных систем, обеспечению надежной работы систем автоматики в трубопроводных системах и анализу основных причин их неудовлетворительной работы при совместной работе систем водотеплоснабжения и систем контроля давления и расхода в гидросистемах. Здесь же обосновывается актуальность проводимых исследований, определяется их цель и способы ее достижения.

Первая глава состоит из четырех разделов и посвящена анализу основных причин аварийных ситуаций в трубопроводных системах различного назначения. При этом показано, что практически каждое из этих событий, способных вызвать крупную аварию, является следствием изменений режима давления из-за волновых и ударных процессов, которые неизбежно возникают в процессе эксплуатации систем теплоснабжения.

Показано, что основной задачей для обеспечении надежной, экономической и безаварийной работы трубопроводных систем является предупреждение и устранение колебаний давления, расхода рабочей среды и связанных с ними вибраций трубопроводов, арматуры и оборудования, возникающих главным образом в результате периодического характера работы насосных установок. При возникновении резонансных явлений вследствие совпадения или близости собственной частоты трубопровода с вынуждающей частотой колебаний, амплитуды пульсаций давления и вибраций могут возрастать многократно и приводить к раскрытию фланцевых соединений, разрыву сварных швов, утечке транспортируемых продуктов в окружающую среду с серьезными экономическими и экологическими последствиями.

Приведены формулы для расчета динамических нагрузок в трубопроводах с неагрессивными жидкостями.

Значительная часть трубопроводных систем большой протяженности работает в условиях, когда транспортируемая по ним среда обладает коррозионной активностью. По действующим нормам в прочностных расчетах этих трубопроводов учитывается работа под статической нагрузкой при отсутствии коррозии, проектирование же защиты от почвенной коррозии ведут без учета механических напряжений и структурно чувствительных свойств стали. В реальных условиях вышеназванные трубопроводы и их сварные узлы испытывают действия как статических, так и динамических нагрузок от колебаний давления, температуры и вибрации при одновременном действии коррозионной среды (внутренней и внешней), приводящих в совокупности к коррозионной усталости металла. Раздельный подход к механике и коррозии игнорирует хорошо известный факт, что совместное действие коррозии и переменных механических напряжений неизбежно вызывает механохимические явления, отсутствующие при коррозии ненапряженного металла или при механическом нагружении без воздействия коррозионной среды: значительное увеличение скорости коррозии напряженного и деформированного металла по сравнению с ненапряженным (механохимическая коррозия) и потеря металлом сопротивляемости нагрузкам, намного меньшим стандартных предела прочности или предела усталости.

Многократные исследования подтверждают коррозионно-усталостную природу возникновения трещин при разрушениях на ряде объектов водотеплоснабжения.Для определения скорости коррозии на практике используют испытания на образцах свидетелях,установленных в действующие трубопроводные системы. Однако,получаемые при таких испытаниях результаты,не могут учесть влияния напряженного состояния,возникающего в стенках.

Pages:     || 2 | 3 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.