化学工程安全新闻

关于水锤的一些简单谈话

写道 Fauske团队 | 05.22.17

通过:凯文·拉姆斯登,Fai队长Faoske& Associates, LLC

以前的技术公告讨论了解决特定类型的水锤(WaterHammer)事件分析的计算方法。在本公告中,我们将讨论各种类型的水锤事件及其对植物系统的影响。目标是为读者提供关于寻找什么以及追随水锤事件的潜在影响的指导。

水锤事件有几个课程。最常见的水锤类型涉及柱闭合。这发生在一个系统中,该系统具有在泵跳闸之后耗尽的电位,在升高的点处形成真空。重新启动泵时,当高点再填充时,系统将重新填充,水 - 水冲击将发生。这种类型的事件在冷却水系统中是常见的,供水处于低升高,冷却系统在33英尺或更高升高时馈送升高。

一个典型的水的例子
锤子伤害
热量
交换者频道头

这种类型的事件可以在joukowsky方程的特征征中,这与水锤与密度的乘积有关的压力上升,碰撞时的流体的速度和流体的声速,所有这些都除以一定因素两个人考虑水水影响。这些类型的事件通常经历泵的跳动,使闭合速度高于标称操作速度的10-30%。

这种情况发生在沸水反应器(BWR)应急核心冷却系统(ECC)中。由于这些系统通常具有来自抑制池的抽吸供应,因此它们通常采用由泵组成的“保持填充”系统,该泵保持在系统上的正压,防止任何排水管。如果该系统发生故障,则可能的下升高升降升降率,如果发生ECCS注射信号,则当ECC泵开始并迅速重新填充空隙管道时,将导致水锤。

在水填充系统中发生的另一种类型的水锤是由在流动系统上的阀门的快速关闭导致流动的快速停滞。如果封闭时间小于声路长度的10倍(定义为管道长度除以声速度),将导致传播波(水锤)。这种事件的一个例子是在流动系统上由操作者快速关闭球阀。如果关闭以缓慢和刻意的方式,由于流量将逐渐节流,因此很少或没有传播效果。如果他要快速旋转阀门,那么自体的水锤是可能的结果,因为流量将立即停滞不前。 joukowsky方程也适用于这种情况,但是在分母中的两个因子被统一所取代,因为由于水 - 水的影响没有缓冲。因此,对于相同的闭合速度,这种类型的水锤将产生作为柱闭合事件的压力升高的两倍。对这种类型的事件感兴趣的是,快速封闭实际上使两个水锤,一个抵靠向后传播的阀的上游面,并且在向前传播的阀的下游面上的蒸气袋塌陷。这种类型的事件在使用电机操作蝶阀的大型服务水或循环水系统中非常严重。电动机操作员(轴剪切或齿轮条)的故障可以通过流量迅速关闭蝶形,令人灾难性的结果。

蒸汽冷凝事件最糟糕的水锤产生。这些类型的事件需要一种情况,其中冷水块与蒸汽袋接口界面,导致蒸汽的快速冷凝并将流体加速到塌陷的空隙中。这些事件需要至少20英寸的蒸汽温度和液体界面温差。这些类型的事件的示例包括排放到冷水池的释放阀。当安全阀关闭时,冷水可以快速进入排放线并冷凝在线中的蒸汽。这种类型的应用通常需要真空断路器来排除凝结水锤事件。另一个例子是用冷水填充蒸汽填充线。如果长时间运行(L / D>24)填充有冷水,有可能捕获并冷凝在运行顶部的蒸汽口袋,导致快速冷凝事件和所得水锤。值得注意的是,这些类型的事件可以通过冷凝过程“供电”,并且可能不需要有效压力源来驱动事件。考虑到这一点,它完全可以在被动系统中体验显着的冷凝水锤(例如,BWR隔离冷凝器)以及活性系统。蒸汽冷凝事件可以是比先前描述的事件大的数量级,并且需要非常认真地进行。

最后一类水锤事件涉及出现在旨在被标称水固体的系统中的不可凝聚气体。这种情况通常发生在维护情况之后通风不足。它也可以由于溶解气体离开溶液并积聚在高分子中而发生。这种情况特别是在加压水反应器(PWR)残余除去(RHR)系统中尤为疑问,当用氮气加压的蓄能器泄漏到大约600psig时​​,可以释放大量气体到高点。由于气体的可压缩性,在排出线中累积的具有不可凝聚气体的ECCS泵的启动可能导致动态事件。这些事件通常不如前面的任何一个例子严重,但仍可能导致浮雕阀门的挑战以及导致管道系统上的动态载荷。

既然我们已经描述了各种可能的水锤事件,请考虑它们对系统的影响是合理的。水锤事件导致在声速下传播穿过受影响管道系统的压力波。当压力波传输管道时,该传播产生的波浪载荷在每个管道区段上轴向动作。根据幅度,这将导致管道系统的加速度对抗其支持。大多数水锤事件将在损坏管道本身之前导致管道支撑失效。支持失败可通过嵌入板的变形或拉出锚点来表现出来。通过在肘部或其他塑性变形处的管道平坦化管道的随后对管道系统的损坏。靠近水锤事件的人员通常会发现经验引起和令人难忘。

虽然轴向力和管道反应是水锤的主要结果,但它们不是关注的唯一问题。瞬态压力波可以挑战管道系统中的许多部件。这些包括救济或安全阀,热交换器,法兰垫圈和仪器。效果取决于压力波的大小和持续时间以及部件的物理几何形状和易感性。从大管到小管道的压力波将放大,并且可以增加压力幅度。热交换器特别容易受到沟道头部的损坏,因为这种结构通常不设计大的瞬态差分压力。而且,当由水锤事件攻击时,由于腐蚀而导致的降解的热交换器管可能会失败。由于压力浪涌和泄漏,凸缘处的垫片材料可以从法兰挤出,并且会导致泄漏。在植物系统中的水锤事件之后,不仅可以评估管道和支撑性,还可以评估任何可能持续损坏的组件。

鉴于水锤出现的潜在问题的范围,最好的做法是减轻或消除经历这些事件的可能性。在某些情况下,这可以通过真空断路器完成,或者通过减慢潜在的排水事件后系统的填充速率来实现。适当的维护阀门操作员可以帮助防止可能产生水锤事件的故障。对于蒸汽冷凝事件,最好的方法通常是修改操作程序,以排除可能导致事件的条件。这需要在正常和紧急情况下对系统和操作程序进行严重审查。

有关更多信息,请联系凯文·克鲁斯登,FAI总工程师(630)887-5260, [email protected]www.yqlife.cn.

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