Введение к работе
Актуальность темы исследований. Для сохранения плодородия, повышения урожая и его качества особое значение имеет использование орошения. Применение орошения является важным условием интенсификации сельскохозяйственного производства на мелиори-рованных землях. Мелиорация земель направлена на повышение урожая и сохранение плодородия почв. Значительное уменьшение площади орошаемых сельскохозяйственных полей вызвано тем, что работы по реконструкции оросительных систем не проводились в требуемые сроки. Из-за снижения пропускной способности напорных трубопроводов снижаются напор и расход, нарушается работа насосов, что оказывает влияние на работу дождевальных машин.
Одним из важных вопросов длительно эксплуатируемых существующих мелиоративных систем является проблема обеспечения безопасного и надежного режима работы трубопроводов. Это обусловлено тем, что срок службы многих трубопроводов превышает 30-40 лет. Система трубопроводов закрытой оросительной сети является сложным и дорогостоящим инженерным сооружением, которая должна полностью исключать потери воды.
Проведенные исследования при паспортизации и контроле качества подаваемой оросительной воды свидетельствуют о том, что сложившаяся сеть трубопроводов не отвечает предъявляемым к ней требованиям ввиду снижения пропускной способности трубопроводов и несоответствия технических характеристик нормативным требованиям. Такие противоречия между длительно эксплуатируемыми трубопроводами и нормативными требованиями имеют следующие причины:
с течением времени внутренние поверхности трубопроводов подвергаются обрастанию;
изменяются условия эксплуатации трубопроводов (объемы транспортировки воды, качество воды, рабочее давление);
в связи с развитием техники и технологий меняются нормативные требования.
В процессе эксплуатации на трубопроводы влияют: химический состав оросительной воды, концентрация растворенных солей, содержание в воде растворенного кислорода, присутствие микроорганизмов, водорослей, дрейссен и др. Под их воздействием происходит коррозия внутренней поверхности, увеличивается ее шероховатость, начинает активно происходить процесс обрастания, что приводит к изменению пропускной способности трубопроводов и снижению эффективности работы всей системы.
Вопрос сохранения заданных эксплуатационных характеристик трубопроводов закрытой оросительной сети является актуальным, т.к. в перспективе необходимо разработать методы прогнозирования состояния, способы и средства прочистки трубопроводов; комплекс технических, организационных и хозяйственных мероприятий, которые бы обеспечивали исправное состояние мелиоративной сети.
Цель работы. Научное обоснование и прогнозирование процессов обрастания напорных трубопроводов длительно эксплуатируемых оросительных систем, разработка рекомендаций по сохранению их эксплуатационных характеристик, повышению эффективности работы напорных трубопроводов оросительных систем.
Задачи исследований:
провести анализ современного состояния напорных трубопроводов (на примере Приволжской оросительной системы), исследовать степень влияния различных эксплуатационных факторов на техническое состояние и работоспособность трубопроводов при длительной эксплуатации;
научно обосновать возможность оценки состояния трубопроводов с учетом сущности процессов обрастания труб на основе теории риска;
провести обработку результатов натурных исследований обрастания трубопроводов и на их основе получить расчетные зависимости;
разработать математическую модель процесса обрастания трубо-провода на основе детерминированного подхода, критерии и методику оценки работоспособности трубопроводов;
разработать практические рекомендации по оценке величин обраста-ния длительно эксплуатируемых трубопроводов и перечень периоди-ческого обслуживания;
дать технико-экономическую оценку техническим средствам про-чистки трубопроводов.
Степень разработанности темы. Значительный вклад в изучение процессов обрастания трубопроводов внесли теоретические и экспериментальные исследования, выполненные такими российскими и зарубежными учеными, как А.Д. Альтшуль, Р. Благник, В. Занова, В.И. Терентьев, Н.П. Павловец, Е.С.Гуревич, А.М. Фрост, Н.П. Жук, А.А. Герасименко, М.А. Лучина, К. Мёрбе, Г. Вернер, Г.И. Николадзе, А.С. Разумов, А.И. Раилкин, W.F. Hamilton, H.F. Ridgway и другие. В то же время, некоторые вопросы обрастания трубопроводов остались открытыми и требующими дальнейших исследований и разработок. В рассмотренных трудах, во-первых, отсутствует возможность оценки состояния трубопроводов на основе теории риска; во-вторых, не разработан детерминированный подход к процессу обрастания трубопроводов, в-третьих, не исследованы критерии и методики оценки работоспособности трубопроводов, отсутствуют практические рекомендации по оценке величин обрастания. Поэтому недостаточная научная проработанность проблемы обрастания трубопроводов, а также большая практическая значимость вопросов, решаемых в диссертации, определили цель и задачи настоящего диссертационного исследования.
Объект исследования – напорные трубопроводы Приволжской и Энгельсской оросительных систем Саратовского Заволжья.
Предмет исследования – процесс обрастания внутренней поверхности напорных трубопроводов.
Методика исследований предусматривает теоретические и натурные исследования. Теоретические исследования проводились с использо-ванием: методов теории вероятностей и математической статистики, уравнений математической физики. Экспериментальные исследования проводились в соответствии с действующими методиками. Обработка опытных данных проведена статистическими методами с применением стандартных пакетов прикладных программ.
Научная новизна. Впервые использован теоретико-вероятностный подход к оценке величин обрастания напорных трубопроводов оросительных систем, обоснована величина допустимого риска, разработаны методика оценки и расчетные зависимости прогнозного срока службы трубопроводов.
Научные положения, выносимые на защиту:
математическая модель процесса обрастания трубопроводов при длительной эксплуатации;
методика оценки работоспособности трубопроводов на основе теории риска и возможность ее применения для оценки влияния параметров обрастания (материала труб, химического состава и рН воды, наличия в воде микроорганизмов) на риск снижения работоспособности трубопроводов;
расчетные зависимости изменения внутреннего обрастания трубо-провода от времени эксплуатации.
Практическая значимость. Составлен перечень причин, вызывающих внутреннее обрастание напорных трубопроводов; разработанная методика расчета величины обрастания длительно эксплуатируемых трубопроводов позволяет формировать адекватные программы эксплуатации и технического обслуживания трубопроводов; разработаны практические рекомендации по оценке эффективности и работоспособности трубопроводов закрытых оросительных систем. Практические результаты могут быть использованы при проектировании закрытых оросительных сетей, а также в качестве рекомендации проведения профилактических работ, для снижения затрат на ремонт систем, увеличения срока службы трубопроводов.
Степень достоверности обеспечена статистическими методами оценки эксперимента, высокой степенью сходимости результатов теоретических и экспериментальных исследований, вероятностной проверкой адекватности математических моделей, применением методов математической обработки результатов исследований с применением ЭВМ.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: Международной научно-практической конференции «Водные и лесные ресурсы России: проблемы и перспективы использования, социальная значимость» (г. Пенза, 2009 г.); Между-народном научно-практическом симпозиуме «Социально-экономические проблемы жилищного строительства и пути их решения в период выхода из кризиса» (г. Саратов, СГТУ, 2010 г.); Международной научно-практической конференции «Экология, охрана водных ресурсов и водоочистка» (г. Челябинск, ЮУрГУ, 2011 г.); Международной научно-практической конференции «Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте’ 2012» (г. Одесса, 2012 г.); Международной научно-практической конференции «Современные направления теоретических и прикладных исследований’ 2012» (г. Одесса, 2012 г.); II Всероссийской научно-практической конференции «Ресурсо-энергоэффективные технологии в строительном комплексе региона» (г. Саратов, СГТУ имени Гагарина Ю.А., 2012 г.); конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов по итогам научно-исследовательской, учебно-методической и воспитательной работы за 2012 г. (г. Саратов, СГАУ имени Н.И. Вавилова, 2013 г.).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 13 научных работ, в том числе 4 в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ. Общий объем публикаций составляет 2,5 печ. л., из них лично соискателя 1,45 печ. л.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка используемой литературы и приложения. Работа изложена на 140 страницах, содержит 23 таблицы, 51 рисунок. Список используемой литературы включает 191 источник, в том числе 6 на иностранных языках.
