Эксплуатация систем водоснабжения, канализации и газоснабжения 10 страница

где - коэффициент увеличения сопротивления; - удельное сопротивление трубопровода данного диаметра по таблицам Ф.А.Шевелева; - фактическое удельное сопротивление трубопровода.

Погрешности измерения при использовании образцовых манометров класса 0,4 и водомера ВВ-50 не превышают 5%.

Второй и третий способы являются модификациями первого. Они позволяют путем увеличения контролируемого расхода измерять с погрешностью 5-10% сопротивления линий диаметром до 400 мм.

Измерения гидравлических сопротивлений четвертым способом производятся следующим образом.

Выбирается участок, на котором устанавливаются три манометра и (рис.3.6). Часть транзитного расхода воды сбрасывается между манометрами и . При этом происходит контроль напоров в начале и в конце участка, а также в точке сброса расхода .

Рис.3.6. Схема измерения гидравлических сопротивлений труб методом трех манометров

Удельное сопротивление вычисляется с помощью уравнения баланса расхода воды в точке сброса:

или (3.21)

где и - расходы по участкам.

Уравнение решается относительно фактического удельного сопротивления трубопровода:

(3.22)

где и - потери напора соответственно на участках длиной и .

При испытаниях на участке между манометрами и все водопотребители должны быть отключены. Для получения результатов с погрешностью до 5% достаточно измерить расход , составляющий не менее 10-15% от транзитного расхода .

Контрольные испытания на утечку могут быть проведены одним из следующих способов:

с помощью водомеров;

по падению уровня воды в баке водонапорного сооружения или в стояке;

с помощью манометров;

с помощью контактных индикаторов давления, действующих постоянно во время эксплуатации сетей;

аналитически.

Возможно несколько вариантов контрольных испытаний с помощью водомеров:

для определения утечек воды устанавливаются два водомера (рис.3.7): водомер 2 - на насосной станции непосредственно после насоса, водомер 5 - в конце испытываемого участка; разность их показаний дает величину утечки; перед испытанием водомеры должны быть протарированы;

Рис.3.7. Схема определения утечки воды водомерами

1 - насос; 2, 5 - водомеры; 3 - манометр; 4 - трубопровод; 6 - водонапорная башня

если нет возможности или трудно смонтировать водомер на проверяемой линии, то его устанавливают на отводной линии (рис.3.8) сразу же после насоса или передвижной насосной установки; задвижка 6 закрывается; количество воды, поступающей в резервуар 5, замеряется; разность между показаниями водомера и количеством воды, замеренным в резервуаре, дает величину утечки; во время испытаний вода из резервуара не должна расходоваться;

Рис.3.8. Схема определения утечек воды водомером, поставленным на обводной линии

1 - насос; 2 - водомер; 3 - манометр; 4 - трубопровод; 5 - водонапорный резервуар; 6 - задвижка

задвижка 5 на начальном и задвижка 6 на конечном участках перекрываются (рис.3.9); величина утечки определяется по водомеру; по манометру следят за рабочим давлением.

Рис.3.9. Схема определения утечки воды манометром

1 - насос; 2 - водомер; 3 - манометр; 4 - трубопровод; 5, 6 - задвижки

Определение утечек вторым способом показано на рис.3.10. Перед испытанием задвижка 7 закрывается и бак водонапорной башни наполняется водой. После этого закрывают задвижку 2 у насоса и наблюдают за уровнем воды в баке при открытой задвижке 6 или показаниями манометра 3 в течение определенного времени. Величина утечки определяется по падению уровня воды в баке башни за время наблюдения (точка ).

Рис.3.10. Схема определения утечки воды манометром, установленным на насосной станции

1 - насос; 2, 6, 7 - задвижки; 3 - манометр; 4 - трубопровод; 5 - водонапорная башня

Третьим способом величина утечки определяется по падению стрелки манометра. Зная, что 0,1 МПа соответствует 10,33 м вод.ст. (при барометрическом давлении воздуха 760 мм рт.ст.), можно по падению показаний манометра и по чертежу продольного профиля напорной линии определить, на какой длине труба освободилась от воды. Величина утечки определится по формуле , где - внутренний диаметр трубопровода; - длина участка трубы, которая освободилась от воды.

Замеры утечки воды этим способом можно производить тогда, когда конечные точки трубопровода расположены выше, чем место установки водомера, относительно которого рассчитываются падение давления или свободные напоры.

Свободные напоры измеряются в заранее установленных (контрольных) точках на водопроводной сети, обычно в характерных точках и в узлах магистралей, разводящих кольцевые и тупиковые сети. В качестве контрольных точек могут быть использованы пожарные гидранты на сети или специально оборудованные стационарные манометрические посты.

Контрольные испытания можно осуществлять непрерывно путем автоматического контроля за определенными параметрами и подачи сигналов в соответствующий командный (или диспетчерский) пункт.

Наиболее простым способом контроля (четвертый способ) является применение контактных индикаторов давления, дистанционных расходомеров с трубами Вентури или индукционных расходомеров (ИР-1). Связь датчиков с исполнительными механизмами осуществляется с помощью кабеля. Расстояние действия системы определяется сечением жил: при сечении 1,5 мм максимальная длина составляет 700, при сечении 2,5 мм - 1300, при сечении 4 мм - 2600 м.

Недостатком системы с трубами Вентури является неизбежность дополнительных потерь за счет местных сопротивлений, создаваемых вставками Вентури.

Аналитическим (расчетным) способом с достаточной точностью может быть определено место утечки , если оно является сосредоточенным (пятый способ). Сущность этого способа видна из схемы, приведенной на рис.3.11, и расчетных формул. Ордината точки может быть выражена уравнениями:

(3.23)

(3.24)

Рис.3.11. Схема к определению точки разрыва водовода (места утечки )

Так как , то второе уравнение примет вид:

(3.25)

Приравнивая уравнения (3.23) и (3.25) и решая их относительно , получим

(3.26)

В уравнениях (3.23)-(3.26) и на рис.3.11 принято: - геометрическая высота подачи воды (отметка уровня воды в резервуаре); - напор насоса при нормальной работе насоса; - напор насоса при наличии аварии на водоводе; - потери напора при нормальной работе насоса; - потери напора при аварии на участке от насоса до точки утечки; - потери напора при аварии на участке от насоса до точки излива воды (до резервуара).

Значение определяется по расходу, который будет показывать водомер на станции, а - по расходу воды, поступающей в резервуар.

Места утечек в трубопроводах, уложенных в землю, можно определить акустическими или звуковыми способами. В качестве приборов, улавливающих шум, создаваемый водой при вытекании ее из поврежденных трубопроводов, используются аквафоны, геофоны, микрофоны, стетоскопы, а также обычные металлические стержни. При определении места утечки коробки аквафонов, микрофонов или геофонов размещаются на трассе водопровода по его оси на расстоянии 2-5 м друг от друга и в процессе обследования передвигаются вдоль него. При отсутствии указанных приборов места утечек в трубопроводах можно определить с помощью заостренных металлических стержней диаметром 20-25 мм, погружая их в грунт по направлению водопроводной линии. Прослушивание производится непосредственно на слух или с помощью усиливающей мембранной трубки.

Для усиления шума, создаваемого вытекающей из трубопровода водой, в трубопровод вводят сжатый воздух, который создает резкий, хорошо воспринимаемый микрофонами шум.

Эффект применения звуковых (слуховых) приборов зависит от местных условий, технических данных аппаратуры и опыта оператора.

Затухание звуковой волны в грунте имеет квадратичную зависимость от расстояния, причем увеличение глубины прокладки трубопроводов повышает требования к чувствительности и избирательности аппаратуры. При залегании трубопроводов более чем на 4 м этот метод не применим, за исключением наличия повреждений, имеющих большие уровни шумов.

На работу этих приборов оказывают влияние шумы города и источники электромагнитных излучений. В некоторых случаях эти шумы превышают шумы аварий и поэтому работы по определению мест течи приходится производить в ночное время. В качестве таких приборов - искателей повреждений можно назвать следующие: "Гидролюкс ХП-66", "Гидролюкс ХП-2000", "Аквадрон" фирмы "Северин" и "Себа-Динатроник" (ФРГ), прибор фирмы "Фишер" (США), "Гидродефект" (ВНР), ЛСИ-101 завода РФТ (ГДР) и ПТ-2 и ТЭА (СССР).

В настоящее время для определения утечек на вооружение эксплуатационных служб поступают установки с корреляторами шума: ДФ-02 и ДФ-3000 фирмы "Метравиб" (Франция); КС-1000 фирмы "Фудзи Тэком" (Япония); МК-2 фирмы "Пальмес" (Англия). Названные установки могут применяться для обнаружения утечек на водопроводных трубопроводах любых видов (стальных, чугунных, асбестоцементных, свинцовых, пластмассовых), на напорных трубопроводах канализации и водостоков, на газопроводах низкого, среднего и высокого давления и других промышленных трубопроводах.

Корреляционный метод обеспечивает высокую точность и надежность обнаружения мест утечек по сравнению с ранее применяемыми методами, основанными на улавливании шумов, образующихся в местах утечек из трубопроводов.

Принцип действия корреляторов основан не на определении звука, а на сравнении и нахождении по длине трубопровода звуковых сигналов. Прибор определяет разницу во времени прихода двух подобных звуковых сигналов, которые фиксируются первичными преобразователями, установленными на противоположных концах испытываемого участка трубопровода (рис.3.12). В коррелятор вводятся табличные данные скорости звука для данного трубопровода и расстояние между первичными преобразователями, после чего он автоматически производит вычисление расстояния от местонахождения утечки до одного из преобразователей по формуле

(3.27)

где - расстояние между местом течи и первичным преобразователем; - расстояние между двумя первичными преобразователями; - скорость звука в трубопроводе; - разница во времени прохождения звуковых сигналов между местом утечки и первичными преобразователями.

Рис.3.12. Определение течи на трубопроводах корреляционным методом

и - первичные преобразователи; - расстояние между местом течи и первичным преобразователем; - скорость звука в трубопроводе; - разница времени прохождения звуковыми сигналами расстояния между местом утечки и первичными преобразователями; - место течи; - расстояние между местом течи и первичным преобразователем

Коррелятор одновременно может сопоставлять множество сдвинутых во времени точек и постоянно выдает на дисплей результаты вычислений параметров корреляции. С помощью метки на экране дисплея отмечается максимум корреляции, после чего на цифровом индикаторе мгновенно выдается расстояние до утечки.

Выбор предварительного рабочего расстояния может колебаться от 100 до 800 м, требуемое напряжение электрического тока 12 В, сила тока 6,2-6,8 А.

§ 3.10. Особые случаи эксплуатации водоводов и сетей

Гидравлические удары. Если движущийся в трубопроводе поток жидкости мгновенно остановить (например, перекрыть краном, задвижкой или остановить насос), то в трубопроводе произойдет гидравлический удар. Задача о гидравлическом ударе впервые была решена русским ученым Н.Е.Жуковским.

Масса жидкости, движущаяся по трубопроводу, при резком перекрытии его продолжает движение по инерции. Вначале остановится та часть, которая придет в непосредственное соприкосновение с препятствием, затем начнут останавливаться последующие слои жидкости, уплотняя слои, остановившиеся впереди. В результате этого уплотнения давление в остановившейся массе жидкости будет возрастать. Когда энергия движения жидкости будет полностью использована в направлении ее движения, сжатая масса жидкости станет расширяться и возникнет обратная, отраженная, волна движения массы жидкости.

Зоны остановившейся жидкости и области повышенного давления распространяются по трубопроводу навстречу движущемуся потоку со скоростью распространения звука в воде.

Для расчета ударного повышения давления может быть применена формула Жуковского

(3.28)

где - ударное повышение давления, МПа; - скорость движения жидкости в трубопроводе, м/с; - скорость звука в трубопроводе, т.е. скорость, с которой распространяется в трубопроводе зона уплотнения жидкости, м/с; - плотность жидкости кг/м ; - объемная масса жидкости, кг/(м ·с ); - ускорение свободного падения, м/с .

Скорость звука в трубопроводе определяется по выражению

(3.29)

где - радиус трубы, м; - модуль упругости (сжатия) жидкости, МПа; - толщина стенок трубы, м; - модуль упругости для материала стенок трубы, МПа.

Значение модуля упругости жидкости для воды при изменении давления от 0,1 до 50 МПа и при обычной температуре можно приблизительно считать равным 2000 МПа, а для нефтепродуктов - 1350 МПа. Значение для стали принимается равным 210000 МПа, для чугуна - 100000 МПа.

Скорость распространения звука (ударная волна) в чугунных трубах в зависимости от их диаметра и толщины стенок принимают следующей:

#G0диаметр трубы, мм ++++++++++++..
толщина стенок, мм ++++++++++++	7,0	8,5	10,5	12,5	18,0
скорость распространения ударной волны, м/с +

Интересно отметить, что скорость распространения ударной волны в резиновых трубках составляет всего 30 м/с.

Проведенные за последние годы исследования показывают, что величина ударного давления зависит не только от скорости воды в трубопроводе, но и от величины статического давления в первоначальный момент и потерь напора на трение и местные сопротивления.

Опытами установлено, что быстрое закрытие крана или задвижки почти всегда приводит к разрыву сплошности потока воды или отрыву его от затвора с образованием пустот, заполненных паром. Последующее поступление воды в разреженное пространство приводит к ударному повышению давления, и если потери напора невелики, то величина действительного ударного давления близка к величине , определяемой по формуле Жуковского. При значительных потерях напора на трение будет несколько ниже теоретического, полученного по формуле Жуковского:

При подаче воды в резервуары, расположенные на более высоких отметках, чем насосная станция, явление гидравлического удара возможно в момент внезапной остановки насоса. При остановке насоса жидкость сначала двигается в прежнем направлении и у насоса создается пониженное давление. Дойдя до резервуара, волна поворачивает обратно и к насосу подходит уже с повышенным давлением. Если обратный клапан отсутствует, то вода проходит через насос и начинает вращать его в обратную сторону*. Кроме того, при обратном движении воды вымываются случайно попавшие в водовод предметы, которые могут повредить насос. Чтобы не допустить этого явления, после насоса, как правило, ставят обратный клапан, однако обратный клапан закрывается очень быстро, что приводит к созданию повышенных давлений (гидравлического удара). Для предотвращения этого закрывание клапана следует производить медленно, и полное закрывание должно произойти только после возвращения обратной волны.

_____________________

* Опыты ВНИИ ВОДГЕО показали, что обратное вращение колеса насоса не создает опасных явлений.

При длине трубопровода время на проход волны туда и обратно равно 2 и, следовательно, время закрывания клапана должно быть несколько больше 2 , чтобы свести удар к минимуму.

Время закрывания обратного клапана можно отрегулировать с помощью клапана - гасителя гидравлических ударов. Роль гасителей удара могут выполнять также гидравлические или электрические задвижки с отрегулированным временем их закрытия. а также пружинные и рычажно-грузовые предохранительные клапаны. Самым простым устройством для предотвращения гидравлических ударов могут служить водяные колонны, но они удобны только при небольших напорах.

Для ослабления гидравлических ударов применяются воздушные котлы, которые могут устанавливаться как у насосов, так и на напорных участках водоводов и сетей, а также вставки из труб, скорость распространения ударной волны в которых значительно ниже, чем в стальных и чугунных трубах.

Электрохимическая коррозия металлических трубопроводов. Согласно электрохимической теории коррозии между отдельными частями поверхности металлов (в данном случае поверхности труб, уложенных в грунт) и электролитом (грунт, грунтовые воды) вследствие неодинакового состояния поверхности металла, различия концентрации газов, особенно кислорода, у поверхности металла возникает термопара, т.е. местный элемент. Участок с меньшим потенциалом будет анодом, с большим - катодом.

На анодных участках положительно заряженные ионы металла переходят в электролит (грунтовые воды, грунт), вызывая разрушение металла.

Для предохранения металла труб от разрушения применяют катодную или анодную защиту, устраивают металлические и химические покрытия, окрашивают трубы, используют также и комбинированные методы, например битумное покрытие и катодную защиту, которые в настоящее время получили наиболее широкое распространение. При катодной защите (рис.3.13) вся поверхность трубопровода делается катодом, а анодом служат зарытые вблизи трубопровода стальные предметы (куски рельсов, старых труб и др.). Трубопровод подсоединяется к отрицательному полюсу источника тока, а кусок металла - к положительному (активная защита). Разрушаться будет анод (заземление). Расход энергии составляет около 2 кВт·ч в сутки на 100 м поверхности трубопровода.

Рис.3.13. Принцип действия катодной защиты

1 - источник тока; 2 - анод (старые трубы или рельсы); 3 - защищаемый трубопровод

Катодную защиту применяют как дополнение к битумной, так как при непокрытом битумом трубопроводе расход электроэнергии настолько велик, что катодная защита становится экономически невыгодной. В качестве источников электроэнергии могут использоваться генераторы постоянного тока, приводимые в движение двигателями внутреннего сгорания, располагаемыми в отдельных пунктах трассы. В качестве источников тока можно применить ветросиловые установки с автоматическим включением аккумуляторов при безветрии.

Катодная защита возможна и без применения постороннего источника электроэнергии - так называемая катодная защита автономными анодами (пассивная защита). В этом случае для защиты трубопроводов вблизи них зарывают металл, имеющий более отрицательный электрохимический потенциал, чем потенциал стали. Трубу соединяют с этим металлом (анодом) проводом. В качестве анодов применяют круглые стержни из магния, цинка и их сплавов длиной 50-120 см, устанавливаемые вертикально.

Потенциал защищаемого металла при катодной поляризации будет сдвигаться в отрицательную сторону относительно окружающего электролита. Защитный потенциал стали, при котором коррозия отсутствует, равен 484-584 мВ (относительно нормального водородного электрода).

Результатом токообразующей реакции является растворение анодного металла с образованием положительно заряженных ионов. Процесс идет по двум реакциям, на каждую из которых приходится 50% общего расхода анодного металла:

Дата добавления: 2015-08-28