6.7. Гидравлические удары в трубопроводах.

Большие внутренние напряжения в стенках трубопроводов и технологических аппаратов могут возникать в результате резкого торможения движущегося потока жидкости, т.е. в результате так называемого гидравлического удара.

Воздействию гидравлических ударов чаще всего подвержены трубопроводы и насосы. Гидравлические удары возникают обычно в результате быстрого закрытия или открытия вентилей на трубопроводах, при больших пульсациях подаваемой насосами жидкости, при резком изменении давления на конкретном участке трубопровода.

Величину Р, на которую повысится давление в трубопроводе при гидравлическом ударе, можно определить по формуле Н.Е. Жуковского:

, (6.7.1),

где _ж - плотность жидкости, кг/м³; с – скорость распространения ударной волны по трубе, м/с; w – изменение скорости движения жидкости, м/с.

Скорость распространения ударной волны может быть определена из следующего выражения:

, (6.7.2)

где d – внутренний диаметр трубопровода, м;  - толщина стенки трубопровода, м; E – модуль упругости материала трубопровода, Па ; E_ж – модуль упругости жидкости, Па. Модуль упругости жидкости – величина, обратная коэффициенту ее сжимаемости.

6.8. Оценка растекания нефтепродуктов по твердой поверхности.

Площадь растекания жидкости при авариях аппаратов и трубопроводов зависит от количества излившейся жидкости, ее вязкости, температуры, интенсивности истечения, высоты падения струи, вида подстилающей поверхности, уклона местности и т.д. По этим причинам корректное решение задачи определения параметров растекающегося пятна представляет собой не менее сложную задачу чем при растекании по воде. В дальнейшем рассмотрены две наиболее апробированные методики определения параметров растекания нефтяного пятна по твердой поверхности.

Донецкая пожарно-техническая станция исследовала радиус растекания горючих жидкостей различной вязкости (дизельное топливо, бензин, автол) по поверхности полированного стекла. В зависимости от кинематического коэффициента вязкости  и времени растекания t получены зависимости для небольших объемов:

• при разовом истечении жидкости объемом V:

(6.8.1)

• при непрерывном истечении с объемным расходом Q:

(6.8.2)

В формулах (6.8.1), (6.8.2) приняты обозначения: V - объем выхода на поверхность нефтепродукта, м³; R - радиус нефтяного пятна на момент времени t после аварии, м; t - время растекания нефтяного пятна, с; К_П - коэффициент поверхности растекания; - коэффициент кинематической вязкости нефтепродукта, Ст.

Для учета характеристик поверхностей (смачиваемость, шероховатость, поглощаемость) введен коэффициент состояния поверхности К_п , определяющий соотношение фактического радиуса растекания по реальной поверхности и радиуса растекания по идеальной поверхности.

Приняв для идеальной поверхности К_п = 1.0, экспериментально нашли: для метлахской плитки К_п = 0.9, для грунта К_п = 0.9, для железобетонной плиты К_п = 1.1, для асфальта К_п = 1.1,для бетона с вкраплением мраморной крошки К_п = 0.5.

При частичном или полном разрушении транспортных средств нефтепродукты растекаются по твердой поверхности как правило в виде лужи.

В работах [90], [94] получены эмпирические выражения для оценки радиуса лужи растекания нефтепродуктов, приведенной к круговой форме:

при однократном истечении

(6.8.3)

при непрерывном истечении

(6.8.4)

где Q(t) - объемный расход нефтепродукта через аварийное отверстие, м³/с;  - коэффициент кинематической вязкости нефтепродукта, м²/с.; g - ускорение силы тяжести, м/с².

Коэффициенты вида поверхности K_п при разливе некоторых нефтепродуктов для формул (6.8.3), (6.8.4) представлены в табл. 6.8.1.

Таблица 6.8.1.

Значения коэффициента вида поверхности [107].

Жидкость	Грунт	Цемент	Бетон	Плитка	Асфальт
Бензин	0.1	0.4	0.3	0.4	0.1
Диз. Топл.	0.4	0.7	0.6	0.9	0.6
Нефть	0.6	0.8	1.0	0.9	0.9