CC BY
4УДК 696.2
К ГИДРАВЛИЧЕСКОМУ РАСЧЕТУ ГАЗОПРОВОДОВ, РЕКОНСТРУИРОВАННЫХ
ПО ТЕХНОЛОГИИ «ФЕНИКС»
Жданов В.А., студент группы 17Стр(м)ТГМП, Оренбургский государственный университет, Оренбург
e-mail: vicktor94@mail.ru
Научный руководитель: Демидочкин В.В., канд. техн. наук, доцент, заведующий кафедрой теплогазоснабжения, вентиляции и гидромеханики, Оренбургский государственный университет, Оренбург
По официальным данным известно, что в Российской Федерации из 700 тыс. км действующих трубопроводов более половины подвержены внутренней коррозией, а 100 тыс. км. находятся в предаварийном состоянии. На данный момент городами активно используются бестраншейные технологии по реконструкции подземных стальных газопроводов с использованием существующего газопровода. Большую популярность набрала технология «Феникс» акционерного общества «МОСГАЗ». В данной статье был проведен анализ для выявления факторов, которые оказывают значительное влияние на гидравлические характеристики газопроводов при реконструкции технологией «Феникс».
Ключевые слова: газоснабжение, внутренняя коррозия, технология «Феникс», гидравлические потери, шероховатость труб, гидравлический расчет, реконструкция газопроводов.
По официальным данным известно, что в Российской Федерации из 700 тыс. км действующих трубопроводов более половины подвержены внутренней коррозией, а 100 тыс. км. находятся в предаварийном состоянии. На данный момент городами активно используются бестраншейные технологии по реконструкции подземных стальных газопроводов с использованием существующего газопровода. Это обосновано тем, что множество газопроводов располагаются под асфальтовым дорожным покрытием, повреждения которого приведут к затруднению движения транспорта, что в наше время недопустимо. Большую популярность набрала технология «Феникс» акционерного общества «МОСГАЗ». Данная технология входит в перечень технологий реконструкции национального стандарта Российской Федерации. Суть технологии реконструкции стального подземного газопровода заключается в облицовке синтетическим тканевым шлангом на специальном двухкомпонентном клее [1].
Технология «Феникс» предназначена для газопроводов диаметров 150-1400мм. Участки, подвергающие реконструкции, имеют длину от 300 до 500 м. в зависимости от диаметра газопровода. При этом полимерный рукав имеет толщину 2 мм (при эксплуатации трубопровода под давлением до 0,3 МПа) или 3-10 мм при необходимости воздействия значительным внешним нагрузкам. Бесшовный полимерный рукав по всей длине ремонтного участка протягивается в полость трубы, где плотно фиксируется на внутренней поверхности трубопровода с помощью предварительно нанесенных клеевых составов, представленных эпоксидной смолой, и давления воздуха (пара) или воды [2]. Нужно отметить, что перед тем, как протянуть рукав в полость трубы, происходит гидроочистка внутренней поверхности реконструируемого газопровода до металлического блеска, после чего происходит телеконтроль очистки с помощью робототехнического комплекса.
Рисунок 1 - Закрепление полимерного рукава на внутренней поверхности газопровода при помощи повышенного давления и температуры
Рисунок 2 - Гидроочистка внутренней поверхности газопровода
Однако, при принятии решений по реконструкции газопроводов методом «Феникс» необходимо учитывать изменение гидродинамических условий движения газа, что может существенно повлиять на потери давления при его транспортировании, т.к. с одной стороны, мы улучшаем качество поверхности, а с другой - уменьшаем площадь живого сечения. Данный факт требует проведения исследований и получения достоверных сведений для выполнения гидравлического расчета. Как известно, гидравлические потери при ламинарном режиме течения газа значительно меньше, чем в турбулентном. А режим при транспортировании газа при эксплуатационных скоростях всегда турбулентный. Поэтому нахождение данных потерь в газопроводах имеет большое значение. Потери напора на прямом участке связаны с преодолением сил трения и определяются уравнением
АР=Л 'Ь/Б • р>н2/2, Па (1)
где X - коэффициент гидравлического трения; Ь - длина трубопровода; Б - внутренний диаметр трубопровода; Р - плотность газа; н - скорость движения газа.
При реконструкции технологией «Феникс» длина участка остаётся постоянной, как и плотность газа, меняются коэффициент гидравлического трения, внутренний диаметр, а вместе с ним и скорость движения газа [5].
Также нам нужно учесть изменение шероховатости внутренней поверхности реконструируемого участка. За счёт полимерного рукава внутренняя шероховатость значительно уменьшается, что, по данным одного из международных журналов, приводит к уменьшению гидравлических потерь более чем в 2 раза по сравнению со стальными трубами, бывшими в эксплуатации [3]. Однако, на данный момент коэффициент гидравлического трения для полимерного рукава до сих пор не найден. Чтобы ответить на этот вопрос нужно прибегнуть к эксперименту, в результате которого можем определить шероховатость внутренней поверхности газопровода после реконструкции методом «Феникс». Это позволит правильно оценить её влияние на гидравлические сопротивления на прямолинейных участках газопровода и по формуле Альтшуля
X = 0,11• (68/Яв )0,25 (2)
где X - коэффициент гидравлического трения;
Яв - число Рейнольдса;
£ - относительная шероховатость труб.
вычислить действительное значение коэффициента Дарси [4].
Не менее важно найти степень уменьшения условного прохода в зависимости от диаметра и категории газопровода по давлению. К первой категории относятся газопроводы давлением 0,6-1,2 МПа, ко второй - 0,3-0,6 МПа, а к третьей категории относят газопроводы с давлением 0,005-0,3 МПа [5]. Чем больше давление, которое должен выдержать газопровод, тем больше будет уменьшение условного прохода, т.к. сам полимерный рукав будет исполнять роль несущей конструкции.
Результаты проведенных исследований позволят оценить влияние санации на гидравлические потери в различных газопроводах различных диаметров и категорий. Не исключено, что для каких-то газопроводов санация окажет положительное воздействие, и уменьшение гидравлических потерь будет значительным, а для других - приведёт к недопустимым потерям давления из-за слишком большого уменьшения живого сечения газопровода.
В защиту актуальности планируемых исследований можем сказать, что стальные подземные газопроводы подвержены коррозии и со временем разрушаются, а их расположение в городах не даёт возможности осуществить их замену открытым способом. Поэтому поиск оптимальной бестраншейной технологии, которая бы имела максимальный положительный эффект, заключающийся не только в снижении капитальных затрат, но и в уменьшении эксплуатационных расходов, является одним из важных направлений в сфере газоснабжения. Проведение исследований планируется с использованием научно-исследовательской базы кафедры теплогазоснабжения, вентиляции и гидромеханики Оренбургского государственного университета. Результаты исследований будут апробированы в филиале АО «Газпром газораспределение Оренбург» в Оренбургском районе. Выводы о целесообразности использования технологии «Феникс» в различных конкретных случаях реконструкции стальных подземных газопроводов будут изложены в последующих публикациях.
Литература
1. ГОСТ Р 562902-2014. Системы газораспределительные. Требования к сетям газораспределения. Реконструкция. - Введ. 2014-11-26, - М.: ФГУП Стандартинформ, 2015. - 24 с.
2. Официальный сайт АО «МОСГАЗ» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: www.mos-gas.ru - (дата обращения: 05.02.2018).
3. Савинцева, Ю.И. Методика расчёта гидравлических потерь в элементах санированных трубопроводов / Ю.И. Савинцева, Е.В. Сенаторова, А.И. Смирнов, М.В. Шабалин, Р.А. Хазиев // Международный научно-исследовательский журнал. - 2016. - №2. - С. 42-45.
4. Рухленко, А.П. Гидравлика и гидравлические машины. - М.: Тюменская государственная сельскохозяйственная академия, 2002. - 17 с.
5. СП 62.13330.2011. Газораспределительные системы. - Введ. - 2010-12-27. - М.: Изд-во Деан. - 2012. - 128 с.
