Zabezpieczenie sieci przed uderzeniem hydraulicznym

Transkrypt

1 Zabezpieczenie sieci przed uderzeniem hydraulicznym PODSTAWY TEORETYCZNE Uderzeniem hydraulicznym nazywamy gwałtowne zmiany ciśnienia w przewodzie pod ciśnieniem, spowodowane szybkimi w czasie zmianami prędkości przepływu cieczy. Prędkość moŝe wzrosnąć lub zmaleć. Zwiększenie prędkości (np. wskutek otwarcia zaworu) wywołuje na początku spadek ciśnienia. Jest to uderzenie hydrauliczne ujemne. Zmniejszenie prędkości (np. wskutek zamykania zaworu) powoduje początkowo wzrost ciśnienia. Jest to uderzenie hydrauliczne dodatnie. W praktyce znacznie częściej spotykamy się z uderzeniem hydraulicznym dodatnim. W sensie fizycznym uderzenie hydrauliczne wywołane jest bezwładnością cieczy przepływającej w rurociągu, której prędkość przepływu uległa zmianie. Zmiana prędkości cieczy powoduje miejscowy wzrost lub spadek ciśnienia. W trakcie bardzo szybkiego zmniejszenia prędkości cieczy następuje gwałtowny przyrost ciśnienia, przy zwiększeniu prędkości jest odwrotnie. Na przebieg zjawiska uderzenia hydraulicznego znaczny wpływ wywiera podatność cieczy na ściśliwość oraz spręŝystość ścianek rurociągu, czyli ich podatność na odkształcenia spręŝyste. W skrajnych przypadkach gwałtowny przyrost ciśnienia moŝe wywoływać przekroczenie wartości krytycznych napręŝeń rozrywających w ściankach rurociągu, co moŝe doprowadzić do zniszczenia przewodu. W przypadku gwałtownego zamknięcia zaworu, przy załoŝeniu, Ŝe ciecz jest nieściśliwa, a przewód niespręŝysty, cała masa wody zostałaby natychmiast zahamowana. Ciśnienie w przewodzie wzrosłoby do wartości nieskończenie wielkiej. W rzeczywistości zjawisko to przebiega inaczej. Ciecz rzeczywista jest ściśliwa, a przewód zawsze charakteryzuje się pewną spręŝystością, niezaleŝnie od materiału, z którego jest wykonany. Płynąca przez niego ciecz ulega stopniowemu hamowaniu. Najpierw zahamowane są cząstki cieczy bezpośrednio przed zaworem, potem coraz dalsze, w efekcie w cieczy powstaje powierzchnia nieciągłości ciśnienia i prędkości, rozdzielająca część, w której panują jeszcze warunki ruchu z okresu przed zamknięciem zaworu. Wzrost ciśnienia powoduje rozszerzanie ścianek rurociągu i zwiększanie gęstości cieczy. Z chwilą, gdy zostanie przyhamowana ostatnia warstwa cieczy, ciśnienie przy zaworze osiągnie wartość maksymalną. Wówczas nastąpi zmiana kierunku przepływu cieczy, w wyniku czego nastąpi obniŝenie ciśnienia przy zaworze. Spadek ciśnienia powoduje powtórną zmianę kierunku przepływu i cykl się powtarza. Na skutek strat energii spowodowanych tarciem cieczy o ścianki przewodu drugi maksymalny przyrost ciśnienia jest znacznie mniejszy niŝ w cyklu pierwszym. Wahania te stopniowo zanikają. Przyrost ciśnienia obliczamy ze wzoru śukowskiego: p = ρ c υ gdzie: ρ gęstość cieczy c prędkość fali podwyŝszonego ciśnienia υ przyrost prędkości Jest wiele urządzeń, które mogą zostać uŝyte w celu ochrony systemu przed nadmiernym ciśnieniem. NaleŜy jednak rozwaŝyć zastosowanie rozwiązań, które najbardziej efektywnie i przy relatywnie niskich kosztach inwestycyjnych będą chronić system przed uderzeniem hydraulicznym. Podstawowe przyczyny powstawania uderzenia hydraulicznego w przewodach wodociągowych: Nagłe zatrzymanie lub uruchomienie pomp. Szybkie otwarcie lub zamknięcie zaworów.

2 Szybkie napełnianie niezupełnie odpowietrzonych rurociągów. Aby przeciwdziałać uderzeniom hydraulicznym naleŝy w miarę moŝliwości wyeliminować czynniki, które je powodują, a takŝe zastosować rozwiązania, które ochronią nasz system przed uderzeniem hydraulicznym. Honeywell w swojej ofercie posiada rozwiązania, które eliminują czynniki powodujące uderzenie hydrauliczne oraz zapewniają pełną ochronę systemu przed uszkodzeniem. Zawór sterujący pompą PS300 Zawór sterujący pompą PS 300 jest sterowany przez przepływające medium za pomocą zaworu pilotowego. Zawór jest zamontowany po stronie tłocznej pompy. Zawór powoli się otwiera jednocześnie z uruchomieniem pompy i podczas jej normalnej pracy jest całkowicie otwarty. Po wyłączeniu pompy zawór powoli się zamyka, zapobiegając uderzeniu hydraulicznemu i ewentualnemu uszkodzeniu pompy. Prędkość otwierania i zamykania się zaworu jest ustawiana. Po całkowitym zamknięciu zaworu, wyłącznik krańcowy umieszczony na zaworze, przekazuje sygnał do panelu sterowania pompą i ją wyłącza. W przypadku ustania zasilania lub uszkodzenia pompy, zawór natychmiast się zamyka pracując jako zawór zwrotny. Zawór przeciwuderzeniowy PC300 Zawór przeciwuderzeniowy PC 300 jest sterowany przez przepływające medium za pomocą zaworu pilotowego. Zawór jest zamontowany na odejściu od rurociągu głównego, za zaworami zwrotnymi, po stronie tłocznej pompy. Zawór natychmiast się otwiera gdy ciśnienie w rurociągu spada poniŝej ciśnienia statycznego. Dzięki temu wzrost ciśnienia w rurociągu zastaje ograniczony do bezpiecznej wartości. Gdy ciśnienie w sieci osiągnie odpowiednią wartość zawór powoli się zamyka, chroniąc rurociąg główny przed uderzeniem hydraulicznym. Czas zamknięcia zaworu jest indywidualnie ustawiany.

3 W systemach pompowych najlepsze efekty daje wspólne zastosowanie zaworów PS300 i PC300. W wyniku takiego połączenia zapobiegamy powstawaniu uderzenia hydraulicznego oraz chronimy system, jeŝeli takie uderzenie będzie miało miejsce. Zawór bezpieczeństwa SV300 Szybko działający zawór bezpieczeństwa SV 300 jest sterowany przez przepływające medium za pomocą zawo wzrasta do ustawionej wartości otwarcia, zawór natychmiast maksymalnie się otwiera. Gdy

4 ciśnienie spadnie do ustalonej wartości zawór zamyka się powoli, aby zapobiec powstaniu uderzenia hydraulicznego. PRZYKŁAD Miejsce: Stacja Uzdatniania Wody Dąbrowa Łódź Zadanie: NaleŜy zastosować rozwiązanie, które poprzez łagodny rozruch i odstawienie agregatu pompowego zapewni ochronę agregatów pompowych i rurociągu oraz wyeliminuje zjawisko uderzenia hydraulicznego podczas tych operacji. Wysokość podnoszenia pomp H = 70 m Przepływ Q = 4,560 m3/h Rozwiązanie: 1. Zastosowano trzy zawory sterujące pompą PS300 o średnicy 400mm. Dzięki temu zapewniono łagodny rozruch i odstawienie agregatu pompowego. Pompa i obwód sterujący zaworu sterującego pompą są tak zsynchronizowane poprzez trójkanałowy zawór elektromagnetyczny i wyłącznik krańcowy (mikrowyłącznik), Ŝe moment rozruchu lub odstawienia pompy zawsze odbywa się przy zamkniętym zaworze. Eliminuje to uderzenia hydrauliczne. 2. W celu ochrony zespołu pomp oraz rurociągu przed uderzeniem hydraulicznym zastosowano trzy zawory przeciwuderzeniowe PC300 o średnicy 200mm. Zawory te chronią system poprzez odprowadzenie nadmiaru ciśnienia fali uderzeniowej wytworzonej przez nagłe zmiany szybkości przepływu w momencie, gdy pompa przerywa pracę. Zawór otwiera się natychmiast, gdy dochodzi do niego fala podciśnienia i jest gotowy do odprowadzenia z systemu powracającej fali wysokiego ciśnienia.

5 Rezultat: Jak pokazują poniŝsze wykresy zastosowane rozwiązanie w pełni zapewnia ochronę pomp i całego systemu przed uderzeniem hydraulicznym. NAGŁE ZATRZYMANIE POMP W SYSTEMIE NIECHRONIONYM PRZED UDERZENIEM HYDRAULICZNYM. CIŚNIENIE PO STRONIE POMPY

6 NAGŁE ZATRZYMANIE POMP W SYSTEMIE NIECHRONIONYM PRZED UDERZENIEM HYDRAULICZNYM. CIŚNIENIE W RUROCIĄGU. NAGŁE ZATRZYMANIE POMP W SYSTEMIE CHRONIONYM PRZED UDERZENIEM HYDRAULICZNYM. CIŚNIENIE PO STRONIE POMPY

7 NAGŁE ZATRZYMANIE POMP W SYSTEMIE CHRONIONYM PRZED UDERZENIEM HYDRAULICZNYM. CIŚNIENIE W RUROCIĄGU Wybór odpowiedniego rozwiązania. Najlepszym sposobem na wybór odpowiedniego rozwiązania dla danego systemu jest jego analiza. Honeywell stworzył ankietę po wypełnieniu, której pomoŝemy Państwu w analizie systemu wodociągowego oraz pomoŝemy w doborze odpowiedniego i najbardziej efektywnego rozwiązania. Wypełnione ankiety i ewentualne pytania odnośnie zabezpieczania przed uderzeniem hydraulicznym proszę przesyłać na adres mailowy: pomoc.technicznaecc@honeywell.com

8

9