ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ПРОДУКТОПРОВОДОВ

Источник: ХIХ Международную научную конференцию аспирантов и студентов «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов», ДонНТУ, Донецк, 2009

           Тепловая сеть – совокупность устройств, предназначенных для передачи и распределения теплоты от источника к потребителям. Тепловые сети самые дорогие, трудозатратные и металлоемкие сооружения среди инженерных коммуникаций городов, поэтому они должны выполнятся так, что бы могли служить не менее 50 лет, не требуя частых ремонтов и перекладок и не снижая своих эксплуатационных качеств в этот срок. Эти требования формируют показатели надежности и долговечности систем центрального теплоснабжения, которые в свою очередь определяют экономику теплоснабжения в целом. Предприятия тепловых сетей при их эксплуатации должны обеспечить надежность теплоснабжения потребителей, подачу теплоносителей с расходом и параметрами в соответствии с температурным графиком регулирования и перепадом давлений на вводе. При проектировании тепловых сетей возникает необходимость дополнительных расчетов напряжений, вызванных неравномерным распределением теплоносителя в пусковой момент. Большинство расчетов тепловых сетей производятся при стационарном режиме работы. А при пуске системы проходит нестационарный режим, который может сопровождаться гидравлическим ударом. Поэтому при первом пуске системы необходимо рассчитать оптимальный режим заполнения трубопровода теплоносителем для предотвращения гидравлического удара. Гидравлический удар это волновой процесс, возникающий при движении жидкости при резком изменении ее скорости. Этот процесс сопровождается мгновенным повышением давления, которое может значительно превышать допустимое. В последнее время увеличилась вероятность появления гидравлического удара в связи с увеличением мощности источника тепла и тепловых сетей, увеличение их протяженности, установка большого количества мощных насосов, регуляторов, задвижек и т.п. Для более подробного исследования явлений возникающих при гидравлическом ударе рассмотрим одномерное движение жидкости в горизонтальной прямой трубе.
          Определим закон изменения расхода жидкости в трубопроводе после открытия клапана (рисунок 1). Клапан открывается мгновенно. Длина трубопровода L=10м , площадь проходного сечения F=10см². Давление на входе и выходе из трубопровода постоянны и соответственно равны: P1=1,1МПа ,P2=0,1МПа . Расход жидкости на установившемся режиме составляет m=5кг/с.

Рисунок 1. Схема гидравлической установки

          Уравнение, описывающее движение жидкости в трубопроводе после открытия клапана, имеет вид:

          Для решения задачи представим исходное уравнение в виде:

          где выражениезаписано в виде произведения с целью правильного определения знака направления расхода. Если этого не сделать, то в случае изменения разности давлений будет получено неверное решение.

          Будем интегрировать это решение с помощью уравнения Эйлера.

          Зададим шаг интегрирования

          Зададим начальные условия: ,,, что соответствует моменту времени, предшествующему открытию клапана.

          Алгоритм решения будет выглядеть следующим образом:

          Решение выполним в табличной форме. Вычисления будем проводить с точностью до второй значащей цифры после запятой. Результаты занесем в таблицу 1

          На рисунке 2а приведены результаты решения, то есть, как изменяется расход воды во времени с момента открытия клапана.

Рисунок 2 Расчетное изменение расхода воды (а) И скорость изменения расхода (б)

          На рисунке 2б приведено изменение скорости нарастания расхода воды после открытия клапана.