УДК 532.542:626.822 Есин Александр Иванович ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный

УДК 532.542:626.822
Есин Александр Иванович
ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный
университет имени Н.И. Вавилова»
Россия, Саратов
Профессор кафедры "Природообустройство
и водопользование"
E-mail: [email protected]
Сауткина Татьяна Николаевна
ФГБОУ ВПО "Саратовский государственный технический
университет имени Гагарина Ю.А."
Россия, Саратов
Доцент кафедры "Теплогазоснабжение, вентиляция,
водообеспечение и прикладная гидрогазодинамика"
E-mail: [email protected]
ВЕРОЯТНОСТНАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ
ДЛИТЕЛЬНО РАБОТАЮЩИХ ТРУБОПРОВОДОВ
Важным вопросом длительно работающих водопроводных систем
является обеспечение своего назначения в безопасном и надежном
режимах. В процессе эксплуатации в трубопроводах образуется коррозия и
происходит внутреннее обрастание. Под их воздействием увеличивается
шероховатость и изменяется пропускная способность. Для описания и
анализа величин обрастания применяют теоретико-вероятностные методы.
Ключевые слова: водоснабжение, трубопровод, срок службы,
коррозия, пропускная способность, расход энергии, шероховатость,
детерминированная составляющая, случайная функция, случайная
величина, распределение Шарлье, риск обрастания.
Esin Alexandr Ivanovich
Federal State Educational Institution of Higher Professional Education
«Saratov state Agrarian University named after N.I. Vavilov »
Russia, Saratov
Doctor department of "Prirodoobustrojstvo and use"
E-mail: [email protected]
Sautkina Tatyana Nikolaevna
«Yuri Gagarin Saratov State Technical University»
Russia, Saratov
Docent of department «Heat, gas supply, ventilation,
water supply and applied hydrodynamics»
E-mail: [email protected]
PROBABILISTIC ASSESSMENT OF LONG WORKING LINES
Important issue continuously operating water systems is to provide his
appointment in safe and secure conditions. During the operation in the piping is
formed by corrosion and internal fouling occurs. Under their influence increases
the roughness and throughput changes. For the description and analysis of
theoretic and applied fouling values probabilistic methods.
Key words: water, plumbing, durability, corrosion, throughput, energy
consumption, roughness, a deterministic component, the random function, a
random variable distribution of Charlier, the risk of fouling.
В современных городах для одной из главных задач службы
эксплуатации систем водоснабжения является предупреждение старения и
преждевременного выхода из строя различных трубопроводов. В
большинстве городов России старение трубопроводов достигает
критических значений, т.к. нормативный срок службы они исчерпали.
Одним из многочисленных факторов, влияющих на старение
трубопроводов является коррозия и их внутреннее обрастание. В
результате ее действия увеличивается шероховатость труб и уменьшается
их пропускная способность.
Шероховатость оказывает большое влияние на процесс обрастания
трубопроводов, на их ремонт и прочистку. В процессе эксплуатации
неровности ухудшают эксплуатационные показатели трубопроводов,
сужая их диаметры. Степень влияния шероховатости зависит от условий
эксплуатации, качества подаваемой воды.
Существенное влияние шероховатость оказывает на обтекаемость
поверхностей жидкостью. Если высота неровностей имеет одинаковый
порядок с толщиной жидкостного пограничного слоя, то обтекание
неровностей сопровождается вихреобразованием. При увеличении
скорости движения жидкости по трубам шероховатость поверхности труб
играет роль тормоза, вызывая дополнительный расход энергии [2].
Для изучения процесса необходимо знать численные значения
величин шероховатости, диаметр трубопровода, а также его срок службы,
условия возникновения отложений, коррозии и обрастания, которые
уменьшают живое сечение труб и изменяют внутреннюю поверхность.
Чтобы определить рост обрастания
необходимо определить
среднюю по длине величину шероховатости. Для этого были проведены
измерения величин внутренней поверхности труб, снятых с различных
участков. Измерения показали большой разброс в значениях.
На рисунке 1 показана схема амплитуд величин обрастания.
Рис. 1 – Амплитуда величин обрастания
Для описания и анализа обрастания внутренней поверхности труб
применяют теоретико-вероятностные методы, т.к. существенным
фактором, который затрудняет его математическое описание, является
нерегулярность, которая появляется вследствие физических особенностей
способов образования шероховатостей.
Исследования показывают, что процессы обрастания формируются
под влиянием большого числа независимых и слабо зависимых друг от
друга факторов (качества материала труб, скорости, расхода, рН,
различных микроорганизмов, растворенного кислорода, диаметра трубы и
др.). Каждый из этих факторов вызывает количественные изменения
толщины обрастания, но доминирующего фактора нет, поэтому толщина
обрастания является случайной величиной
распределения Шарлье.
Формула оценки риска обрастания
распределении Шарлье, имеет вид:
и
подчиняется
труб,
закону
основанная
на
 h h 
 h h 
 h h 
1
1
кр
ср
кр
ch
кр
ср 
(
2
)
(
3
)
  СS  f 

r  0,5  Ф 
Еu  f 
  2  2  6
  2   2  24
  2  2 
ср 
ср 
ср 
 кр
 кр
 кр
где Cs и Eu – коэффициент асимметрии и эксцесс эмпирического
распределения интервалов между величинами обрастаний;
f 
и f 3 – вторая и третья производные нормального
2
распределения;
 h h 
кр
ср 
U 
– квантиль нормального распределения;
  2  2 
ср 
 кр
hср и hкр – средняя и критическая величины обрастания;
 ср и  кр – среднее и критическое квадратичные отклонения
величин обрастания.
ЛИТЕРАТУРА
1. Есин А.И. Моделирование процесса обрастания напорных
трубопроводов оросительных систем / А.И. Есин, Т.Н. Сауткина //
Совершенствование методов гидравлических расчетов водопропускных и
очистных сооружений. Межвузовский научный сборник. Издательство
СГТУ, Саратов 2013, №1(38). С. 103-109.
2. Есин А.И. Исследование процесса обрастания напорных
трубопроводов оросительных систем / А.И. Есин, Т.Н. Сауткина //
Аграрный научный журнал. №1, 2013. С. 45-48.
3. Есин А.И. Проблемы обрастания напорных трубопроводов / Есин
А.И., Сауткина Т.Н. // Материалы Международного научного форума
«Проблемы управления водными и земельными ресурсами» г. Москва, 30
сент. 2015 г. – Москва, 2015. - Часть 3. – С. – 24-29.
4. Столяров В.В. Исследование величины обрастания (коррозии)
трубопроводов с использованием теории риска / В.В. Столяров, Т.Н.
Сауткина // Вестник Саратовского государственного технического
университета. – 2011. – № 4 (59).  Вып. 1. – С. 224 – 228.