Блог

Aug 05, 2023

Как предотвратить конденсацию

Гидравлический удар, вызванный конденсацией (CIWH), – это термин, обычно используемый, когда

Гидравлический удар, вызванный конденсацией (CIWH), — это термин, обычно используемый при описании различных переходных процессов, которые возникают, когда водяной пар быстро конденсируется холодной водой. В этой статье описываются различные типы и причины ХВН, объясняется, как оценить скорость и давление, возникающие при этом, а также предлагаются читателям решения, которые можно использовать для его предотвращения.

Пар и жидкая вода в трубопроводе не всегда хорошо сочетаются друг с другом. Ситуации, когда они неожиданно вступают в контакт, могут быть нестабильными. Гидравлический переходный процесс — это кратковременное событие, инициируемое быстрым изменением скорости потока или давления в трубопроводе. Это событие генерирует импульсы давления, которые распространяются как волны вниз и вверх по течению от точки их возникновения. Импульсы воздействуют на препятствия и отражаются от них при прохождении через трубу. Это приводит к стуку и движениям трубы, напоминающим удары. Термин «гидравлический удар» обычно используется применительно к этим переходным процессам, даже когда речь идет о других жидкостях и газах.

Водяной пар – это влажный пар. Если вы нагреете некоторое количество воды, находящейся при температуре кипения, она начнет превращаться (испаряться) из жидкости в пар. Если вы продолжите добавлять тепло, жидкость и пар останутся при той же температуре, пока вся жидкость не превратится в пар. Это известно как состояние насыщения. Говорят, что трубопровод, по которому одновременно транспортируются газ и жидкая вода, содержит двухфазный поток.

Если горячая насыщенная вода в трубе испытает снижение давления, она начнет испаряться. Образуются маленькие пузырьки пара. Эти пузырьки плавучие, поэтому имеют тенденцию подниматься и собираться в карманы в высоких точках. Карманы также могут быть созданы, если геометрия трубы изолирует некоторое количество пара во время заполнения или остановки системы. Например, пар может застрять в вертикальном U-образном изгибе, если при заполнении оба стояка засоряются водой.

Говорят, что жидкость переохлаждена, если ее температура ниже температуры насыщения при данном давлении. Если паровой карман вступит в контакт с переохлажденной жидкостью, он начнет конденсироваться на границе пар/жидкость. Скорость конденсации увеличивается с увеличением разницы температур. Когда разница температур превышает 35°F, весь пар внезапно конденсируется. Пар занимает гораздо больше места, чем жидкость; следовательно, создается пустота низкого давления. Вода, окружающая карман, устремится в пустоту. Этот взрыв происходит за долю секунды. Скорость (VI, фут/сек) надвигающейся воды непосредственно перед ударом уменьшается до нуля при ударе и может быть рассчитана, как показано в уравнении 1:

VI = ∆V = √((( 288 гс ( ПУ – ПД )) / ρ ) ( α / ( 1 – α )))

где α — газосодержание (условно около 0,5); gc — гравитационная постоянная (32,2 фут-фунт/сек2-фунт-сила); ρ — плотность жидкости (фунт-м/фут3). Давление в паровом кармане (ПД) — это давление пара, соответствующее температуре окружающей воды. Поскольку пройденное расстояние очень мало, трение оказывает минимальное влияние и им пренебрегают.

Резкое изменение скорости создает импульс давления гидроудара. Скорость импульса при его прохождении через трубу представляет собой акустическую (звуковую) скорость (c, фут/сек) и может быть рассчитана по уравнению 2:

c знак равно √(( 144 гс г / ρ ) / ( 1 + ( г / E ) φ ))

где G — объемный модуль сжимаемости жидкости (фунт на квадратный дюйм); Е – модуль упругости трубы (фунты на квадратный дюйм); φ — параметр граничного условия трубы, который для тонкостенной трубы, закрепленной на обоих концах, равен D/t; где D – внутренний диаметр трубы (дюймы); t — толщина трубы (дюймы). Воздухововлечение уменьшит скорость.

Теоретический максимальный импульс давления (∆P, фунт на квадратный дюйм) можно найти с помощью знакомого уравнения гидроудара «Жуковского», показанного здесь как уравнение 3:

∆P знак равно k (( ρ c ∆V ) / ( 144 гс ))

где переменная k равна 1,0, если разрушение парового кармана происходит рядом с твердой поверхностью, такой как тупик трубы или закрытый клапан, в противном случае k = 0,5. Обратите внимание, что ΔP — это не общее давление, а увеличение или уменьшение давления в установившемся состоянии, которое существовало до переходного процесса.