Меры предосторожности при эксплуатации грузовых систем
Там, где грузовые клапаны имеют ручной привод, их надлежащая эксплуатация должна исключать вероятность возникновения гидравлического удара. Важно, чтобы клапан, встроенный в конце длинного трубопровода, не закрывался внезапно. Все изменения положения клапана должны осуществляться плавно.
Во избежание возникновения гидравлического удара при использовании клапанов с механическим приводом следует:
• уменьшить скорость потока;
• увеличить фактическое время закрытия клапана;
• использовать систему сброса давления;
• использовать уравнительные танки.
По приблизительным подсчетам, в некоторых случаях время закрытия клапана должно составлять 30 с и более. Скорость закрытия клапана должна быть постоянной.
Ограничение скорости потока. С функциональной точки зрения длина трубопровода, а часто и время закрытия клапана, являются заранее обусловленными, поэтому на практике избежать преднамеренно быстрого закрытия клапана, например при завершении налива, можно лишь путем ограничения линейной скорости потока vmax Зависимость между скоростью потока и давлением гидравлического удара представлена в следующем уравнении:
Qmax = πd ² ∙ v² = πd² P max м³/с
4 4 ∙ ρ ∙ a
где d — диаметр трубопровода; Рmax — максимальное давление; ρ — плотность груза; а — скорость звука (в грузе).
Учет влияния уровня жидкости в танке на условия работы насосов. Важнейшим условием безотказного действия насосов является неразрывность потока жидкости, подтекающего (рис. 104) ко всасывающему патрубку насоса из танка:
Q = QП
где Q — подача насоса; QП = fп vп = πdBhvп — количество подтекающей жидкости ;f п — площадь сечения подтекающего потока; dB — диаметр окружности входной кромки всасывающего патрубка насоса; h — высота сечения подтекающего потока; vп — скорость жидкости в сечении подтекающего потока.
Рис. 104. Схема подтекания жидкости к насосу 1 — насос; 2 — колонна насоса; 3 — колодец грузового танка
Давление жидкости при входе в насос зависит от уровня жидкости в танке. Понижение уровня жидкости в процессе выгрузки сопровождается уменьшением PB, и при некотором положении уровня, который называется критическим, значение РB становится равным давлению на поверхности жидкости РrВ результате под действием силы тяжести верхние слои жидкости «проваливаются» в направлении всасывающего патрубка и в подтекающем потоке образуется вращающаяся воронка. Вращение воронки объясняется воздействием на жидкость крутящего момента, возникающего в жидкости вследствие неравномерности скорости и давления жидкости по окружности входной кромки всасывающего патрубка.
Рис. 105. Параллельное включение насосов в системе простого трубопровода (пример 1)
Воронка опускается до уровня кромки всасывающего патрубка, вследствие чего происходят прорыв газовои среды танка во всасывающий патрубок и срыв всасывания. Напор насоса становится равным нулю, подача груза прекращается.
Эксплуатационными мерами предупреждения срыва всасывания насоса являются своевременное уменьшение подачи насосов и повышение избыточного давления в танке.
Для закрепления материала решим несколько практических задач.
Пример 1. Определим, как изменятся величины подачи и напора насоса при выгрузке пропана с температурой —40° С при подключении в параллель второго грузового насоса (рис. 105).
Решение: Построим результативную характеристику работы двух одинаковых насосов, подключенных параллельно, по имеющимся характеристикам одного грузового насоса и берегового трубопровода. Подача при автономном действии одиночного насоса — 530 м³/ч (на рис. 105 точка пересечения характеристики насоса и берегового трубопровода). Точка же пересечения суммарной характеристики параллельного включения насосов и характеристики берегового трубопровода позволит нам определить величину подачи этих двух насосов, которая составит 745 м³/ч.
Напор при автономном включении одного насоса составляет 137,5 м, а при использовании двух насосов при параллельном включении — 210 м м.
Для того чтобы определить, насколько изменится давление в трубопроводе, используем уже известную нам формулу
H=P H /p ∙g
откуда
P H = p ∙g ∙H
Из таблицы термодинамических характеристик пропана определяем его плотность при температуре -40° С, которая составит 578 кг/м3. Подставив численные значения плотности р, напора Н и ускорения свободного падения g , получим:
Рис. 106. Последовательное включение двух на- сосов в систему простого трубопровода (пример 2)
при автономном действии насоса
P H =578 • 9,81 • 137,5 = 779 649 Па = 779 649 • 10-5 = 7,8 бара;
при параллельном включении насосов
P H = 578 .9,81 ∙210=1 190 742 Па =1 190742 • 10-5 = 11,9 бара.
Пример 2. Определим, как изменится давление в грузовом трубопроводе при выгрузке пропана с температурой —40° С при последовательном подключении в трубопровод бустерного насоса (характеристики бустерного насоса такие же, как и грузового насоса).
Решение: Используя напорные характеристики грузового 7 и бустерного 2 насосов (рис. 106), строим результирующую напорную характеристику насосов, включенных последовательно (1+2). При данной подаче грузового насоса (530 м³/ч) определим величину напора. Для автономно действующего насоса она составит 130 м, а при последовательном включении грузового и бустерных насосов — 220 м. Для определения величины давления в трубопроводе используем ту же формулу, что и в первой задаче.
Для автономно действующего насоса получим
PH = 578 • 9,81 • 130 = 676 130 Па = 676 130 • 10-5 = 6,8 бара,
а для последовательно включенных насосов
PH = 578 • 9,81 • 220 = 1 247 440 Па = 1 247 440 • 10-5 = 12,5 бара.
Пример З. Рассчитаем безопасное время закрытия клапана грузового трубопровода при погрузке пропана. Температура пропана -20° С, давление в грузовом трубопроводе 7,0 бар, длина грузового трубопровода 1200 м, скорость звука в пропане составляет 1060 м/с.
Решение: Определим время гидравлического удара по формуле
Т= 2 L / aT = 2 • 1200/1060 = 2,26 с.
Далее рассчитаем время безопасного закрытия клапана при t ,/ T > 5:
t3 = Т ∙ 5 =2,26 .5= 11,3с.