Система сглаживания волн давления
В процессе перекачки нефти и нефтепродуктов неизбежны переключения, приводящие к изменению скорости потока. При торможении потока жидкости возникают перегрузки по давлению (гидравлический удар). Наибольшие скачки давления возникают при остановке НПС. Нередко они становятся причиной разрушения трубопроводов в ослабленных сечениях, В остальных случаях (остановка насоса, прикрытий задвижки или дроссельной заслонки и т.д.) величина ударного давления меньше, но не менее опасны, так как вызывают циклическое нагружение металла труб, способствующее развитию его малоцикловой усталости. Поэтому необходимо всемерно уменьшать величину ударного давления в линейной части магистральных трубопроводов.
Вследствие простоты конструкции и эксплуатации на магистральных нефтепроводах нашел широкое применение способ автоматического сброса части перетачиваемой нефти в специальный резервуар. В качестве автоматических устройств для сброса применяются шланговые клапаны называемые иногда регуляторами скорости изменения волны давления.
На рисунке ниже приведена принципиальная схема шлангового клапана «Флекс-Фло» (США).
Шланговый клапан «Флекс-Фдо»
I – входная полjcnm; II – выходная полость; III – полость, заполненная газом; 1 – входной патрубок; 2 – дроссель; 3 – разделительный сосуд; 4 – гильза; 5 – шланг; 6 – выходной патрубок
Он состоит из корпуса с входным и выходнымпатрубками дросселя, разделительного сосуда,гильзы и шланга. Входная и выходная полости клапана разделены перегородками в боковыми прорезями, закрытыми цилиндрическим шлангом из бензостойкой резины. Полость I соединена с нефтепроводам на линии всасывания перекачивающей станции, и давление в ней равно давлению подпора. Полость II соединена с резервуаром для сбрасываемой нефти. Полость III заполнена воздухом или инертным газом. Полости I и III соединены разделительным сосудом, внутри которого находится эластичная мембрана. В разделительный сосуд из полости I поступает нефть, а из полости III – инертный газ (или воздух).
Клапан работает следующим образом. При установившемся режиме перекачки давление в полостях I и III одинаково и равно давлению в нефтепроводе, шланг плотно прилегает к гильзе с прорезями.
При плавном повышении давления во всасывающей линии перекачивающей станции дроссель не оказывает существенного сопротивления нефти, и поэтому давления в полостях I и III успевают своевременно выравниваться, а следовательно, шланговый клапан не открывается. При резком повышении давления в нефтепроводе и соединенной с ним полости I (например, при внезапном отключении промежуточной нефтеперекачивающей станции) создается разность давлений между полостями I и III, достаточная для преодоления жесткости шт. При этом шланг отжимается от боковых прорезей, и часть нефти из полости I попадает в полость II, а из нее – в резервуар для сброса. Сброс нефти из трубопровода при срабатывании шлангового клапана обеспечивает существенное гашение волны повышенного давления, и волна давления распространяется но трубопроводу с небольшой крутизной фронта, благодаря чему на предыдущей станции успевает сработать система регулирования давления.
В результате опасного повышения давления не произойдет, и трубопровод плавно перейдет на новый установившийся режим работы с уменьшенным расходом»
Клапаны «Флеке-Фло» позволяют ограничить величину давления при гидроударе, однако не снижают теми роста давления, который может быть недопустимо высок. Поэтому более целесообразно использование систем сглаживания волн давления (ССВД).
Данное устройство (рисунок ниже) состоит из разделительной емкости и элементов гашения гидроудара, в каждый из которых входят шланговый клапан «Флеке-Фло» и аккумулирующая емкость, разделенная тонкой резиновой оболочкой на две изолированные полости. Причем верхняя полость заполнена газом (воздух) и соединяется с газовой полостью клапана «Флеке-Фло», а нижняя заполнена антифризом (этиленгликоль). Каждая группа системы гашения гидроудара сообщается с разделительной емкостью через дроссель. В емкости нижняя часть заполнена более тяжелым антифризом, а верхняя – нефтью, поступающей непосредственно из нефтепровода.
Принципиальная схема системы сглаживания волн давления «АРКРОН-1000»
1 – нефтепровод; 2 – шланговый клапан «Флекс-Фло»; 3 – безнапорная емкость; 4 – разделительная емкость; 5 – аккумулирующая емкость; 6 – дроссель; 7 – трубопровод подачи воздуха; 8 – дренажная линия
Таким образом, газовая полость клапана «Флеке-Фло» в месте его подключения сообщается с полостью нефтепровода через пневмогидросистему, обеспечивающую совпадение дающий в них при медленном изменении давления в точке подключения емкости к нефтепроводу и запаздывание срабатывания клапана «Флеке-Фло» при быстром росте давления в магистрали.
Эффект запаздывания достигается за счет того, что при повышении давления в нефтепроводе давление в газовой полости выравнивается с ним только после того, как в аккумулирующую емкость поступит достаточное количество антифриза, обеспечивающего необходимое сжатие воздуха. Расход, с которым антифриз перетекает в аккумулирующую емкость, определяется проходным сечением дросселя.
Уменьшая его, можно увеличивать время запаздывания роста управляющего давления в полости III клапана «Флеке-Фло»..
По нормам проектирования системы сглаживания изжй давления (ССВД) должны устанавливаться на промежуточных станциях магистральных трубопроводов диаметром 720 мм и выше. Необходимость применения ССВД на трубопроводах меньшего диаметра должна обосновываться расчетом.
ССВД должна срабатывать при повышении давления в трубопроводе на величину щ более чем на 0,3 МПа, происходящем со скоростью выше 0,3 МПа/с. Дальнейшее повышение давления в зависимости от настройки ССВД должно происходить плавно со скоростью от 10 до 30 кПа/с.
ССВД устанавливается, на байпасе приемной линии НПС меле фильтров-грязеуловителей. Диаметр байпасного трубопровода выбирается так, чтобы площадь его сечения была не менее половины площади сечения приемной линии. Объем резервуаров-сборников для сброса нефти должен быть не менее: 500 м3 – для нефтепроводов диаметром 1220 мм, 400 м3 – 1030 мм, 200 м3 – 820 мм, 150 м3 – 720 мм и менее.
Волны повышенного давления – Пути российской нефти
Энциклопедия технологий
Волны повышенного давления, в том числе гидравлический удар, могут возникать при пуске или аварийном отключении перекачивающих станций, при нештатном срабатывании запорной арматуры, закупорке трубопровода очистными устройствами и т. д. Для защиты нефтепроводов от волн повышенного давления используют различные устройства: регуляторы давления, перепускные устройства, предохранительные клапаны, воздушные колпаки, системы сглаживания волн давления и т. п.
Принцип действия многих устройств для защиты нефтепроводов от волн повышенного давления сходен с принципом действия предохранительного клапана известной в домашнем хозяйстве кастрюли-скороварки. Этот принцип состоит в том, что необходимо отвести (сбросить) часть жидкости в какую-либо специальную емкость, как только давление в трубопроводе превысит максимально допустимое значение.
На рисунке показана одна из простейших конструкций предохранительного клапана пружинного типа (аббревиатура «КП»), устанавливаемого на коммуникациях резервуарных парков НПС, и дана принципиальная схема его действия.
Более сложное предохранительное устройство представляет собой система сглаживания волн давления, сокращенно ССВД, которая устанавливается перед перекачивающей станцией для того, чтобы защитить участок нефтепровода, лежащий выше станции (по течению), от волн повышенного давления. Такие волны могут возникать, например, при внеплановом отключении станции. Насосы станции останавливаются, скорость потока нефти уменьшается, давление в линии всасывания НПС быстро увеличивается. Это увеличение в виде волны давления начинает распространяться в трубопроводе по направлению к предыдущей станции, что может привести либо к аварийному отключению этой станции, либо даже к разрыву трубы.
В отличие от предохранительных клапанов ССВД реагируют не столько на абсолютную величину превышения давления над предельно допустимым значением, сколько на скорость увеличения давления. Реакция системы на скорость увеличения давления достигается путем включения в гидравлическую схему ССВД газового аккумулятора дроссельным устройством, регулирующим подачу разделительной жидкости из емкости в газовый аккумулятор и, следовательно, скорость сжатия находящегося в нем газа.
В качестве альтернативы ССВД используют насосные агрегаты с регулируемым числом оборотов. Убавляя число оборотов рабочего колеса, снижают давление нагнетания и, как следствие, уменьшают рост давления в линии всасывания перекачивающей станции.
– k-Wave MATLAB Toolbox
Этот пример иллюстрирует, как пространственное сглаживание может использоваться для уменьшения артефактов дискретной выборки.
Для более подробного обсуждения этого примера см. Treeby, B.
E. and Cox, B.T., “Решение функции Грина в k-пространстве для акустических задач с начальными значениями в однородных средах со степенным поглощением”, J. Acoust. соц. Являюсь. , том. 129, нет. 6, стр. 3652-3660, 2011.
Содержание
- Ограниченная полоса интерполяции
- Уменьшение видимых колебаний посредством сглаживания источника
Интерполяция с ограниченным диапазоном
Когда в k-Wave используется начальное распределение давления с резкими градиентами, в численном решении для поля давления могут появиться колебания, которые интуитивно не ожидаются. Возникновение этих колебаний можно понять, рассматривая начальное распределение давления как дискретную выборку усеченного ряда Фурье с конечным числом коэффициентов разложения (это непрерывное распределение часто называют интерполянтом с ограниченной полосой). Именно этот интерполянт с ограниченной полосой распространяется в пространстве Фурье, поэтому, когда функция дискретно дискретизируется в узлах сетки, в решении могут появиться осцилляции.
Это проиллюстрировано ниже, где дискретное давление показано стержневым графиком, а интерполянт с ограниченным диапазоном наложен сплошной линией.
Колебания этого типа не уникальны для метода решения, используемого в k-Wave. Они также встречаются в других спектральных методах, в которых дискретизация вычислительной области приводит к тому, что соответствующее пространство Фурье становится дискретным и ограниченным (т. Е. Существует конечное число пространственных волновых чисел, которые может поддерживать вычислительная сетка).
Уменьшение видимых колебаний путем сглаживания источника
Возникновение колебаний детерминировано и свойственно представлению волнового поля в усеченном базисе Фурье. Однако в некоторых ситуациях может потребоваться практичный метод уменьшения видимых колебаний. Например, во многих случаях дискретные начальные условия представляют собой приближение к непрерывной функции, для которой аналогичное поле давления не содержит колебаний. Колебания можно уменьшить, изменив характеристики интерполянта с ограниченной полосой, применив окно в области пространственных частот.
Это изменяет свойства ограниченного пространства Фурье, заставляя коэффициенты разложения уменьшаться. Выбор наиболее подходящего окна требует компромисса между поддержанием приемлемой ширины основного лепестка (что влияет на степень сглаживания) и минимизацией уровней боковых лепестков (что влияет на наблюдаемые колебания). Обратите внимание, что прямоугольное окно эквивалентно случаю без окна и дает наименьшую возможную ширину главного лепестка.
На рисунке ниже показано начальное распределение давления, записанный временной ряд и соответствующий спектр амплитуд для распространения пространственного импульса в одном измерении. На средней и нижней панелях показан тот же пример с начальным давлением, сглаженным с использованием окон Ханнинга и Блэкмана в частотной области соответственно. Величины сглаженных начальных распределений давления были скорректированы соответствующим когерентным усилением окон. Окно Блэкмана имеет более низкий уровень боковых лепестков, поэтому колебания менее заметны.
Однако он также имеет большую ширину основного лепестка, и поэтому пространственная дельта-функция кажется более сглаженной. Оба окна имеют высокую скорость спада боковых лепестков, поэтому колебания быстро затухают при удалении от пика. Большое количество других вариантов также возможно путем выбора из семейств существующих оконных функций. Для минимизации колебаний хорошим выбором является семейство окон Blackman. Это окно по умолчанию, используемое smooth , который используется по умолчанию для source.p0 в функциях имитации k-Wave.
Затухание и сглаживание волн при нестационарном течении в трубе
- title={Затухание и сглаживание волн при нестационарном течении в трубе},
автор={Марек Митосек и Ромуальд Шимкевич},
journal={Журнал гидротехники},
год = {2012},
объем={138},
страницы={619-628}
}
- М. Митосек, Р. Шимкевич
- Опубликовано 28 января 2012 г.
для стальных и полиэтиленовых труб различной длины. Сильное затухание и сглаживание волны давления, наблюдаемые в экспериментах, позволяют предположить, что эти эффекты обусловлены не только вязкостью жидкости, представленной в определяющих уравнениях алгебраическим членом, но и некоторыми другими процессами, не описываемыми этими уравнениями. Явления, наблюдаемые в… Просмотр через Publisher
Дальнейшие разработки в области моделирования быстро замедляющихся турбулентных течений в трубах
- С. Меникони, Х. Дуан, Б. Бруноне, М. Гидауи, Педро Дж. Ли, М. Ферранте
Инженерия, физика
- 2014
АннотацияВ последние два десятилетия различные авторы исследовали диссипацию энергии в нестационарном течении в трубе под давлением, где мгновенное напряжение сдвига стенки разбивается на…
Модель нестационарного трения, модифицированная с учетом эффектов сжатия-расширения в переходном потоке трубы
Эта статья направлена на модификацию традиционной однокоэффициентной модели на основе мгновенного ускорения (IAB) для лучшего прогнозирования нестационарного поведения трения.
В этой работе диссипация энергии…Альтернативный сверточный подход к трению при нестационарном течении в трубе
- Р. Шимкевич, М. Митосек
Инженерия
- 2014
Турбулентная топольная вязкость
- C. Nucci, D. Pasquali, D. Celli, A. Pasculli, P. Fischione, M. D. Risio
Физика, инженерная
- 2020
. Неопределенные. трение и вязкоупругость стенки трубы
- Н. Каррисо, А.К. Соареш, Д. Ковас
Инженерное дело
- 2016
Настоящая статья посвящена обсуждению неопределенностей моделирования гидравлических переходных процессов с использованием классического метода с учетом нестационарного трения (НФ) и стенки трубы…
Влияние пласта на распространение волн давления в стальных трубах
- М. Митосек, Р. Шимкевич
Машиностроение
- 2016
-труба-вентиль, обсуждается. Эксперименты, проведенные на коротких стальных трубах, показали, что в…
Анализ демпфирования волн в трубопроводе с различной конфигурацией материалов труб в условиях гидравлического удара
- Р. Гарг, Арун Кумар, А. Аббас
Инженерное дело
- 2021
Гидравлические переходные процессы возникают всякий раз, когда происходит внезапное изменение скорости потока, приводящее к изменению давления и расхода в водопроводной системе. Эксперименты проводились в…
Механическая реакция заглубленных и закрытых труб на гидравлический удар
- Х. Цао, М. Мохареб, И. Нистор
Машиностроение
- 2021
Экспериментальное исследование негрешности волны давления во время переходного потока суспензии
- A. Kodura, M. Kubrak, P. Stefanek, K. Weinerowska-Bords
Инженер
- 2018
Тракировка
- 2018
напорные трубопроводы являются примером сложного течения из-за специфических параметров транспортируемой среды.
Для практиков экономия на проектировании и обслуживании…Методология калибровки решателей гидравлических переходных процессов, включающая нестационарное трение и вязкоупругость стенки трубы
- N. Carriço, A.K. Soares, D. Covas
Engineering
- 2014
Настоящая статья направлена на описание и применение методологии калибровки различных типов моделей гидравлических переходных процессов – от классического переходного процесса от решателя к решателю…
ПОКАЗЫВАЮТСЯ 1-10 ИЗ 28 ССЫЛОК
СОРТИРОВАТЬ ПОРелевантности Наиболее влиятельные статьиНедавность
Нестационарное трение и вязкоупругость в переходных процессах жидкости в трубопроводе
- H. Duan, M. Ghidaoui, Pedro J. Lee, Y. Tung
Engineering
- 2010
Текущие модели гидравлического удара в сочетании с моделями трения не могут адекватно представить затухание волны давления, наблюдаемое в реальной трубе систем, потому что демпфирование волн давления…
РАСЧЕТ НЕСТАЦИОНАРНОГО ТЕЧЕНИЯ В ТРУБАХ С УЧЕТОМ ВЯЗКОУПРУГИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛА
- Prof. Dr.-Ing.Habil. П.-Г. Franke
Машиностроение
- 1983
Многие материалы, используемые в производстве труб, особенно пластмассы, обладают вязкоупругими свойствами. Поскольку скорость распространения волн давления в первую очередь зависит от модуля объемного сжатия жидкости и…
Нестационарное трение и вязкоупругость при переходных процессах жидкости в трубопроводе
- C. Di Nucci, M. Petrilli, A. Russo Spena
Engineering
- 2011
По мнению авторов, современные модели гидравлического удара в сочетании с моделями трения не могут адекватно представить затухание волны давления, наблюдаемое в реальных трубопроводных системах, потому что…
Интеграция моделей нестационарного трения в моделирование течения в трубопроводе
- И. Тисель, Дж. Гейл
Физика
- 2008
Рассмотрены различные подходы к интеграции моделей мгновенного ускорения.
Базовая физическая модель состоит из уравнений гидроудара однофазного потока с моделью нестационарного трения о стенки…КВАЗИ-2D МОДЕЛЬ НЕСТАЦИОНАРНОГО ТЕЧЕНИЯ В ТРУБОПРОВОДНЫХ СЕТЯХ
- Г. Пеззинга
Физика, Инженерия
- 1999
Представлена квазидвумерная модель для анализа нестационарных течений в трубах и трубопроводных сетях. Модель турбулентности основана на гипотезе о длине перемешивания в турбулентной зоне и на ньютоновском…
Нестационарное турбулентное трение в гладкой трубе
- А. Варди, Джим Браун
Инженерия, физика
- 1995 Два
для стальных и полиэтиленовых труб различной длины. Сильное затухание и сглаживание волны давления, наблюдаемые в экспериментах, позволяют предположить, что эти эффекты обусловлены не только вязкостью жидкости, представленной в определяющих уравнениях алгебраическим членом, но и некоторыми другими процессами, не описываемыми этими уравнениями. Явления, наблюдаемые в… 
В этой работе диссипация энергии…
Митосек, Р. Шимкевич
Для практиков экономия на проектировании и обслуживании…
Dr.-Ing.Habil. П.-Г. Franke
Базовая физическая модель состоит из уравнений гидроудара однофазного потока с моделью нестационарного трения о стенки…Анализ нестационарного течения в трубе с использованием модифицированного метода конечных элементов
- Р. Шимкевич, М. Митосек
Инженерия, математика
- 2004
Шимкевич, М. МитосекДля решения уравнений нестационарного течения в трубе предлагается модифицированный метод . Этот подход дает шеститочечную неявную схему с двумя весовыми параметрами. Проведен анализ точности…
Анализ демпфирования перенапряжений в трубопроводных системах: моделирование и эксперименты Эффект ослабления удара по воде в системах трубопроводов: математическое моделирование и опыт
- Х. Рамос, Д. Ковас, А. Борга, Д. Лоурейро
Машиностроение
- 2004
Настоящее исследование посвящено анализу демпфирования скачков давления в однотрубных системах, вызванных быстрым изменением условия течения. Безразмерная форма нестационарного течения под давлением…
Профили скоростей и нестационарное трение трубы в нестационарном течении
- Б. Бруноне, Б. Карни, Микеле Мекарелли, М. Ферранте
Инженерное дело, физика
- 2000
Переходные процессы в закрытых трубопроводах традиционно моделировались как одномерные течения с неявным предположением, что профиль скорости и потери на трение могут быть точно предсказаны с использованием эквивалентных…
Динамический эффект вязкоупругости стенки трубы в гидравлических переходных процессах.
