Гидроудар в системах водоснабжения – чем опасен и как предотвратить

Системы отопления и водоснабжения отличаются динамичностью протекающих в них процессах, высокими параметрами рабочей жидкости (давление, расход, скорость), и, как следствие, непредсказуемостью. Они являются неотъемлемой частью инженерных коммуникаций, и от их корректной работы порой зависит работа всей системы в целом. Однако, как показывает практика, даже при правильной эксплуатации, в них нередко возникают аварии, которые влекут за собой существенные экономические издержки. Чтобы этого не произошло, важно знать о возможных причинах аварий в системах отопления и водоснабжения, а также о методах их предотвращения. Одной из таких причин является гидроудар. Согласно статистическим данным, «львиная доля» аварий трубопровода, составляющая порядка 60%, возникает вследствие гидроудара. Чаще негативные последствия от такого эффекта можно наблюдать у износившихся труб, покрывшихся коррозией. В условиях растущего спроса на воду и старения существующих систем, понимание причин, последствий и методов предотвращения гидроудара становится особенно актуальным. В данной статье рассмотрены основные механизмы возникновения гидроудара, его влияние на системы водоснабжения, а также современные подходы к управлению и минимизации рисков, связанных с этим явлением.

Что такое гидроудар?

Гидроудар — это одно из наиболее опасных явлений, с которыми сталкиваются системы отопления, водоснабжения и водоотведения. Оно представляет собой резкое изменение давления в трубопроводах, возникающее в результате внезапного прекращения или изменения потока жидкости.

Рисунок 1 – прорыв трубопровода в результате возникновения гидроудара

Данное явление может привести к серьезным повреждениям инфраструктуры (рис.1), утечкам и даже авариям, что в свою очередь не только ведёт к существенному экономическому ущербу, но и ставит под угрозу надежность и безопасность водоснабжения. Помимо этого, гидроудар может стать причиной выхода из строя контрольно-измерительных приборов и автоматики.

Физика явления состоит в следующем:

Рисунок 2 – фазы гидроудара

1. Жидкость с высокими параметрами (скорость, расход и напор) ударяется о препятствие;
2. В зоне столкновения образуется зона повышенного давления,
3. Жидкость движется в обратном направлении (например, в резервуар), труба расширяется сперва локально, а затем по всей длине, это не всегда может быть заметно, но точно скажется на характеристиках прочности трубы;
4. В зоне первоначального столкновения образуется область пониженного давления;
5. Жидкость в следствии перепада давления движется обратно в зону пониженного давления;
6. Завершение первого цикла.

Стоит отметить, что данный процесс протекает с очень высокой скоростью. По своей природе гидроудар является процессом повторяющихся, затухающих колебаний (рис.2) по всей длине трубы. Даже если после первого гидроудара на поверхности трубы не наблюдается повреждений, это не значит, что последствий не возникнет в дальнейшем. Как минимум, такой скачок давления вызовет концентратор напряжения в трубе, и через какое-то время прорыв трубы всё равно произойдёт. В первую очередь страдают трубопроводы с отложениями и коррозией.

Причины возникновения гидроудара

На сегодняшний день известно несколько причин возникновения гидроудара:

1. При резком открытии / закрытии запорной арматуры;
2. Столкновение со встречным потоком жидкости при отсутствии обратного клапана;
3. «Завоздушивание» системы водоснабжения / отопления – это явление, при котором в трубопроводе скапливается воздух (воздушная пробка);
4. Провалы в напряжения в сети;
5. Перепад сечения труб с большего на меньший;
6. Резкое изменение направления движения жидкости (колено трубопровода);
7. Внезапная остановка насосных агрегатов в результате аварийных ситуаций в системе энергоснабжения, а также неисправности самого насосного агрегата (короткое замыкание в электродвигателе или питающем кабеле, нарушение гидравлики и тд.).

Характерным признаком гидроудара являются щелчки, стук и другой шум в трубопроводах.

Специалисты компании ГК «МФМК» разработали комплексный подход по предотвращению возникновения гидроударов в системах водоснабжения при проектировании насосных установок АЛЬФА STREAM:

Рисунок 3 – Насосная установка АЛЬФА Stream® для систем водоснабжения

- Использование арматуры с плавным перекрытием потока в соответствии с СП 30.13330.2020 "СНИП 2.04.01-85* Внутренний водопровод и канализация зданий": «…Конструкция водоразборной и запорной арматуры должна обеспечивать плавное открывание и закрывание потока воды»;

- Частотное регулирование насосов для их плавного пуска и останова;

- Автоматический ввод резервного (АВР) питания в шкафах управления ОМЕГА Control при пропадании одной из фаз, перекосе, неправильной последовательности подключения фаз, повышенном или пониженном напряжении;

- Плавное наполнение напорного трубопровода (при долгом простое насосной установки, либо при вводе в эксплуатацию);

- Установка расширительных баков;

- Подбор трубопроводов с оптимальными размерами;

- Установка обратных клапанов (во избежание столкновения со встречным потоком жидкости);

- Минимальное расстояние между напорным патрубком насоса и запорной арматурой (уменьшение расстояния, пройденного потоком жидкости, приводит к уменьшению мощности гидроудара);

- Профилактика системы. Каждая насосная установка подвергается приемосдаточным испытаниям: визуально-измерительный контроль, проведение ОТК.