МЕТОДИКА РАСЧЕТА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ В ЭЛЕМЕНТАХ САНИРОВАННЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

Савинцева Ю.И.¹, Сенаторова Е.В.², Смирнов А.И.³, Шабалин М.В.⁴,  Хазиев Р.А.⁵

^1,2,3,4,5 Ведущий специалист ЗАО НДЦ «Русская лаборатория», Санкт-Петербург

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ В ЭЛЕМЕНТАХ САНИРОВАННЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

Аннотация

В статье рассматривается изменение гидравлического режима в элементах санированных трубопроводов. Представлен метод расчета снижения гидравлических потерь в санированных элементах трубопроводов. Произведена оценка снижения гидравлических потерь в элементах трубопроводов после санации.

Ключевые слова: санация трубопроводов, гидравлические потери, методы расчета.

Savinceva Ju.I.¹, Senatorova E.V.², Smirnov A.I.³, Shabalin M.V.⁴, Haziev R.A.⁵

^1,2,3,4,5 Lead specialist of Ltd Russian Laboratory, Saint-Petersburg

THE METHOD FOR PRESSURE LOSSES CALCULATION IN THE SLIPLINED PIPELINES ELEMENTS

Abstract

In the present paper there was considered changing of the hydraulic operation in the sliplined pipelines elements. There was performed the method for calculation of pressure losses decreasing in the sliplined pipelines elements. There was estimated average pressure losses decreasing in the pipelines elements after the sliplining process.

Keywords: pipelines sliplining, pressure losses, calculation methods.

Неизбежное старение трубопроводов тепловых сетей неотрывно связано с процессом их реконструкции. Так, в Санкт-Петербурге ежегодно реконструируется от 50 до 100 км магистральных и квартальных тепловых сетей [5]. Процесс полной реконструкции, как известно, связан с дорогостоящим вскрытием грунта над поверхностью всей теплотрассы и сопутствующим нарушением коммуникаций и благоустройства территории. Кроме того, немаловажным является и тот факт, что полная реконструкция участка тепловой сети при таком подходе в целом ряде случаев может растянуться на несколько лет.

Необходимость снижения издержек для сохранения текущего объема реконструкции тепловых сетей в условиях экономии средств, с одной стороны, и стремление сократить также и сроки реконструкции, с другой, приводят к необходимости поиска новых методов и технологий производства реконструкции. Так, специалистами ОАО «Теплосеть Санкт-Петербурга» активно апробируется технология санации реконструируемых участков теплосетей [3, 6]. Суть этого метода состоит в ведении реконструируемый трубопровод специальной вставки, которая при определенных условиях принимает форму трубопровода и затвердевает. Данный метод позволяет существенно снизить удельные затраты на проведение реконструкции за счет практически полного исключения вскрытия грунта и повысить производительность работ.

При проведении такой процедуры немаловажным остается и факт изменения гидравлического режима в реконструированном участке. С одной стороны, наблюдается некоторое уменьшение проходного сечения трубопровода, что, при равном расходе, приводит к росту гидравлических потерь. С другой стороны, после проведения санации эквивалентная шероховатость трубопровода существенно снижается ([1]), что приводит к снижению гидравлических потерь. Оценка превалирования того или иного эффекта была проведена в [4]. В [4] было показано, что для случая прямолинейного участка после санации трубопровода удается достичь снижения гидравлических потерь более чем в 2 раза. Эквивалентом этого эффекта является возможность уменьшения диаметра санированного трубопровода по отношению к несанированному на 20%. При этом, однако, в работе [4] не затрагивались вопросы изменения гидравлического режима в элементах теплосетей, таких как отводы, колена, переходы диаметров. В этой связи целью настоящей работы является разработка методики и численная оценка снижения гидравлических потерь в элементах тепловых сетей:

• литых и секционных отводах;
• коленах.

Вначале рассмотрим основные соотношения для определения потерь давления в исследуемых элементах, являющимися местными сопротивлениями. Будем придерживаться терминологии, принятой авторами [4]. Потери давления в литом отводе при  выражаются соотношением ([2]):

                          (1)

где: R₀ – радиус закругления отвода, м; δ – угол поворота в отводе, град.; А – коэффициент, учитывающий влияние угла поворота в отводе; В – коэффициент, учитывающий влияние относительного радиуса закругления  отвода; С – коэффициент, учитывающий влияние относительной вытянутости поперечного сечения отвода (для отвода с круглым поперечным сечением коэффициент равен 1). Коэффициент А в формуле (1) при δ = 90º равен 1, при δ < 70º A ≈ 0,9·sinδ. Коэффициент В в формуле (1) для отводов с  вычисляется в соответствии с выражением:

                                               (2)

Для секционных отводов суммарные потери давления для переходной и квадратичной областей выражаются соотношением ([2]):

                                  (3)

где:  для переходной и квадратичной областей принимается равным 2 для несанированного отвода и  для санированного отвода. Коэффициенты местного сопротивления  для трехзвенных отводов с углами поворота 45º и 60º равны, соответственно, 0,11 и 0,15. Коэффициенты потерь трения для трехзвенных отводов с углами поворота 45º и 60º определяются следующим образом ([2]):

                                           (4)

                                           (5)

Для шероховатых колен круглого поперечного сечения суммарные потери давления выражаются соотношением ([2]):

                                            (6)

где:  для переходной и квадратичной областей принимается равным 1,5 для несанированного отвода и  для санированного отвода. Величины A и  в формуле (6) выражаются следующим образом:

                                                        (7)

                                               (8)

В расчетах снижения гидравлических потерь примем граничные условия и значение эквивалентной шероховатости, использованные авторами [4]. Результаты расчетов снижения гидравлических потерь в санированных элементах тепловых сетей приведены в таблицах 1 – 3. Проанализируем полученные результаты.

Таблица 1. Результаты расчета снижения потерь для литого отвода

Таблица 2. Результаты расчета снижения потерь для секционного отвода

Таблица 3. Результаты расчета снижения потерь для колена

Анализ полученных результатов показывает следующее. Для случая литых отводов снижение потерь достигает существенной величины лишь в случае .

Для секционных отводов с ростом диаметра снижение потерь начинает принимать существенные значения (до 2 раз). Необходимо также отметить, что если для секционных отводов с углами поворота 45º и 60º снижение потерь в санированном отводе монотонно увеличивается с ростом , то для секционного отвода с углом поворота 90º, очевидно, существует некоторая оптимальная конфигурация отвода, при которой снижение потерь в санированном отводе достигает максимума.

Для колен снижение потерь не зависит от угла поворота в колене и определяется диаметром поперечного сечения колена.

Подводя итоги, необходимо отметить, что если для случая прямолинейного участка тепловой сети санация трубопровода позволяет существенно снизить потери давления, то для технологических элементов теплосетей такого эффекта не наблюдается. В этих элементах превалируют потери за счет местных сопротивлений. В этой связи уменьшение диаметра технологических элементов при санации теплосетей не рекомендуется, поскольку может привести к существенному росту гидравлических потерь на всем санируемом участке.

Литература

1. Гидравлические потери на трение в водоводах электростанций / А.Д. Альтшуль, Ю.А. Войтинская, В.В. Казеннов, Э.Н. Полякова. М.: Энергоатомиздат, 1985. 104 с.
2. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1992. 672 с.
3. Николаев А.Э., Сафонов А.А. Санация тепловых сетей методом цементирования // Новости теплоснабжения. 2011. №11 (135). С. 18 – 23.
4. О возможности применения новой технологии при ремонтах трубопроводов теплосетей / Файнштейн А.В., Мусиенко Л.В., Самсонова Л.В., Некрасова О.Г. // Журнал международного научного института Educatio. 2015. №6 (13) Часть 2. С. 12 – 14.
5. О методах НК, применяемых для диагностики трубопроводов тепловых сетей / Л.В. Поленова, Н.В. Черновец, Н.В. Иванов, Д.Е. Чуйко // В мире неразрушающего контроля. 2009. №4 (46). С. 25 – 28.
6. Помаскина Т.И. Перспективный метод // ЖКХ: технологии и оборудование. 2008. №12. С. 30 – 31.

References

1. Gidravlicheskie poteri na trenie v vodovodah jelektrostancij / A.D. Al'tshul', Ju.A. Vojtinskaja, V.V. Kazennov, Je.N. Poljakova. M.: Jenergoatomizdat, 1985. 104 s.
2. Idel'chik I.E. Spravochnik po gidravlicheskim soprotivlenijam. 3-e izd., pererab. i dop. M.: Mashinostroenie, 1992. 672 s.
3. Nikolaev A.Je., Safonov A.A. Sanacija teplovyh setej metodom cementirovanija // Novosti teplosnabzhenija. 2011. №11 (135). S. 18 – 23.
4. O vozmozhnosti primenenija novoj tehnologii pri remontah truboprovodov teplosetej / Fajnshtejn A.V., Musienko L.V., Samsonova L.V., Nekrasova O.G. // Zhurnal mezhdunarodnogo nauchnogo instituta Educatio. 2015. №6 (13) Chast' 2. S. 12 – 14.
5. O metodah NK, primenjaemyh dlja diagnostiki truboprovodov teplovyh setej / L.V. Polenova, N.V. Chernovec, N.V. Ivanov, D.E. Chujko // V mire nerazrushajushhego kontrolja. 2009. №4 (46). S. 25 – 28.
6. Pomaskina T.I. Perspektivnyj metod // ZhKH: tehnologii i oborudovanie. 2008. №12. S. 30 – 31.