化学工程安全新闻

可以从核电站安全测试中汲取经验教训有助于解决国家水危机吗?

写道 Jim Burelbach博士 | 09.18.20

水是一种珍贵的自然资源,是一个有价值的商品,对世界各地的生命至关重要。但根据美国土木工程师的社会,我们自己的水管配送网络在美国被评分“D-minus”,这意味着它们是近乎“失败”。

美国的许多超过一百万英里的海水管安装在20年初到20年前安装TH. 世纪,预期的寿命为75到100年 - 他们每年以目前的平均平均速度突破240,000。*如果我们什么都不做,当老化管道继续劣化由于如:

  • 公用事业酸性土壤和阴极接地的腐蚀
  • 土壤的重量不均匀,通常由冻结和解冻周期引起,并在老化管道上产生不均匀的载荷
  • 38的水温o f或下方使铸铁管更脆

即使管道没有显示恶化的迹象,当他​​们无法承受由快速启动和停止水流引起的快速装载瞬变(水锤事件)时,它们会破裂,以满足水用户的需求。

 

美国水资源工程协会(AWWA)估计,维持和扩大美国水管的服务将花费1万亿美元,以满足未来25年的预计水需求。随着Covid-19的到来和资金日益差的差距,市政当局可能会旨在专注于超越的优先事项,而不是跟上运送净水的那些必需管道,行业,医院等的必需管道的运作和维护

 

主要线条休息特别昂贵且耗时,为市政当局和危险的劳动力。洪水,道路关闭,饮水中断和煮沸订单也可以让居民和企业面临风险。为了公共卫生和经济增长,公用事业需要探索,尽可能减少破坏性,更昂贵的替代水管。

 

了解水锤可能导致解决方案

核电厂(以及许多其他工业过程)以各种方式使用水,基本上创造蒸汽热量,并再次产生电力,一旦将能量传递给涡轮机就会凝结。** FAUSKE进行的热液压测试&Associates,LLC(FAI)支持 核安全分析 已经说明了液压基现象的潜在破坏性效应称为水锤在供应管上。我们还看到了如何抑制导致水锤的浪涌有助于保护那些相同的管道到达其断裂点。

 

浪涌的抑制然后是一种解决水行业的解决方案,大大延长了其基础设施的生命,也许数百万美元,避免不必要的水分损失?

 

首先,让我们看看喷水器的原因。水分配系统通常由数英里的管道组成,这些管道受到弯曲和弯曲的障碍,可以向客户提供水。水系统还有阀门和消防栓,其中许多阀门由大量用户操作,如制造商,汽车洗涤或灭火系统。

 

当水处于高速度并且快速激活阀门时,或者水遇到弯曲或T,它被迫减慢,然后甚至更大的动力。这些不均匀的压力变化在水实用系统中产生了一个通向水锤的空化。水在巨大压力下,旨在发现系统中最弱的点以找到释放。这是可能发生的主要休息时间。

 

将此与其他类型的液体运输系统中发生的事情进行比较。石油工业分配管道使用10倍的压力(800至1200 psi),而不是水工业,但经历的主要休息时间很少。那是因为代替使用管道中的T和90°角,以供应多个家庭和行业,石油工业系统可以设计更加逐渐过渡,并且它们对阀门的控制得多。

 

寒冷的温度导致电源打破是一种共同的信念。我们已经证明了冷温度(38o F或以下)可以使铸铁管脆并导致破损,寒冷的天气不是唯一的因素。休斯顿平均仅18天,温度 32o F or less 然而,它经历了比任何其他美国城市每英里更多的主要休息时间。 

 

这些例子 - 石油工业较少的主要休息和温暖的气候城市有许多休息 - 提供了一种主要是水锤/空化,这导致对我们的水基础设施的大部分损害。

 

用浪涌抑制驯服水锤

 

FAI的工程师开始探索浪涌抑制在1990年代核工业中防水锤的作用。但在此之前,伊利诺伊州苏利诺伊州快速生长村的公共工程主管在他的职业生涯中发表了明显,随着对水的需求,发生了更多的主要休息。在目睹了反复冒险的水污染风险和工人的生活中,霍华德希尔,一位农民的儿子长大解决问题并制作自己的维修,观察了一种模式。他特别感兴趣的主要休息时间 没有 发生 - 近升高的坦克和泵站。他还考虑了他对住宅管道的看法。敲打噪声意味着水系统缺少充满空气的体积,这会吸收速度或休息时通过速度造成的压力突然变化,正如厨房,浴室或洗衣房一样。

 

1994年,希尔开始引入与潮流池和居住管道的潮流抑制相同的浪涌抑制原则,并在毛刺岭水系统中。虽然在一个主要的休息场所,但他观察了管道如何破坏。如果是圆周破碎,看起来像铅笔打破,或者是一个吹出的休息,这是当管道开放时,他和他的机组人员作为修复工作的一部分,他和他的机组人员种植了不锈钢空气封装罐。 (他了解到,腐蚀破裂,由生锈的洞证明,不能轻易预防浪涌抑制,但可以被它推迟。)他的“Johnny-Appleseed”风格工作的结果是毛刺岭剧烈较少的休息较少的水分损失,延长其水分配系统的生命,延迟居民和企业的不受欢迎的特殊税收评估。

 

基于科学的Heil理论支持

1990年代初,Heil来到Fai的办公室,位于他监督的水厂旁边的毛刺山脊。虽然他的访问的目的是为水表提供服务,但他开始与员工进行对话,了解隔壁水厂的浪涌抑制装置。他分享了他关于设备如何减轻水锤的调查结果,在这种情况下,通过最近添加的井引起的供水和停用增加。

 

FAI的工程师对Heil的工作感兴趣,他立即认识到FAI的技术知识和水锤示范实验室与他自己的实践经验互补。 FAI的团队与希尔和制造商合作,开发了该产品的早期模型,信息手册甚至桌面展示展示了浪涌抑制背后的科学。 FAI还在他早期的一些持续教育研讨会中加入了Heil,以帮助“教授老师”在教育水产权的浪涌抑制力量,以保护他们的主电源。

 

1995年,FaeSke之一&副主席Robert E. Henry博士,机械工程师和两阶段流量广泛认可的专家得出结论,浪涌抑制可以大大延长水分配系统的寿命并降低维护成本。你可以阅读他的白皮书报告 这里.

 

希尔在芝加哥地区的其他市内有一些成功,以试图对毛刺村村的浪涌抑制起来。后来他会跟进他们,向他的调查结果添加数据,并开发持续改进其产品的方法。早期采用者包括杜帕奇县水,橡木公园和山核桃山,都在伊利诺伊州; Plus,Ann Arbor,Michigan和Green Bay,Wisconsin,以及在全国各地一直在使用20年或更长时间的国家的少数其他人。 Heil的后续谈话确认,这些系统遇到较少的主要休息时间,而不是安装浪涌抑制设备之前。

 

开放“开箱即用”思维

 

Heil没有资源保留详细的记录并量化结果。但他坚持认为,如果市政当局所做的那样,他们就会学习(就像他做过的那样)在哪里放置浪涌抑制器来平静的水锤,避免它导致任何脆弱的水分配系统造成损坏。

 

在液体输送中出现峰值和高压时,何时何地测量技术的技术已经存在。今天,可以通过计算机轻松查看和跟踪此信息。为什么这个数据不能更快和有效地确定问题区域并积极地防止潜在的灾难? 甚至可能有机会从FAI父母西宁舍LLC应用可用机器学习技术

 

目前尚不清楚为什么浪涌抑制不得更广泛地使用,以保护我们国家的必要但接近失败的水分配系统。 Heil继续为他的专利水解解决方案提倡并进一步教育自己,包括参加Fai的水锤培训课程之一,他是水公用事业组织的唯一参与者。对他来说,浪涌抑制是一种常识,没有脑的解决方案,令人生畏,令人担忧的问题。他认为,不幸的是,水工业变化缓慢,太多决策者被困在现状。

 

但对寿命的需求不会消失。基本基础设施将继续恶化,因为我们努力重新获得经济稳定性,并找到经营和维护供水系统所需的资金。前进的一种方法是学习测试和扩展创新,如浪涌抑制,这花费的成本远远不完全取代电源,可以节省数百万美元。以希尔自己的话说,“向我证明它不起作用。” 

FOUSKE.&Associates,LLC(FAI)很高兴地支持 Heil2O水解决方案 扩大验证浪涌抑制技术的应用。 

 

有关城市水系统中的浪涌抑制或水锤问题的更多信息,请联系Fauske&关联LLC下面或电子邮件 [email protected].

 

来源:

*资源: //www.infrastructurereportcard.org/cat-item/drinking-water

**资源: //nuclear.duke-energy.com/2014/01/22/importance-of-water-at-nuclear-plants