Введение к работе
Актуальность работы. В современной отечественной и зарубежной практике энергоснабжения малых удаленных агропромышленных предприятий, сопутствующих им населенных пунктов и объектов социальной инфраструктуры (в дальнейшем малых объектов АПК) все более широкое применение находят децентрализованные системы энергоснабжения потребителей с использованием сжиженного углеводородного газа (СУГ) на базе резервуарных установок Применение СУГ в качестве энергоносителя для технологических установок, а также для бытовых и хозяйственных нужд, в полной мере отвечает социальным, экологическим и санитарно-гигиеническим требованиям малых потребителей, способствует улучшению качества выпускаемой продукции и снижению ее себестоимости Высокая степень диверсификации и автономности систем энергоснабжения на базе сжиженного газа, в сочетании с высоким потребительским эффектом, делают его наиболее предпочтительным энсрю-носителем для малых объектов АПК и сопутствующих им поселков, удаленных от опорных пунктов энергоснабжения При использовании сжиженного углеводородного газа в качестве первичного энергоносителя в системах резервуарного газоснабжения он, как правило, подвергается регазификации
Регазификация СУГ в проточных трубных испарителях (ПТИ) осуществляется в условиях изменения гидродинамических режимов течения парожидкостных пропан-бутановых смесей (ПБС) СУГ (расслоенный, кольцевой, туманообразный), характеризующихся резкой амплитудой изменения интенсивности теплообмена и пульсаций давления в испарительных устройствах
Отсутствие достоверных методов расчета проточных трубных испарителей пропан-бутановых смесей СУГ побуждает к проведению работ по моделированию процессов их теплообмена и разработке конструкций испарительных установок в условиях ограничения пульсаций давления
Представленная работа выполнена в Саратовском государственном техническом университете в соответствии с - планами грантов Министерства образования России за 1999-2000 гг раздел С-098, направление 06, проектная разработка методов экономии природного газа при создании децентрализованных источников и систем энергоснабжения малых промышленных предприятий и населенных пунктов, - планами ОАО «Росгазификация» за 2003-2004 гг
Результаты научной студенческой работы, выполненной по теме диссертационных исследований в период 1999-2003 гг, отмечены - дипломом Министерства образования России по итогам открытого конкурса 2003 года на лучшую студенческую работу по естественным, техническим и гуманитарным наукам в вузах РФ, - дипломом СПбГПУ по итогам открытого конкурса 2003 года за лучшую научную работу студентов по естественным, техническим и гуманитарным наукам в вузах РФ
Цель работы - разработка конструкции и моделирование процессов теплообмена в испарительных установках пропан-бутановых смесей сжиженного углеводородного газа малых удаленных объектов АПК
Задачи исследовании. Поставленная цель реализуется путем решения ряда взаимосвязанных задач, среди которых к числу наиболее приоритетных относятся следующие
-
Выявление уравнений по определению температурных границ существования основных способов проточной регазификации с кипением пропан-бутановых смесей СУГ в трубе и большом объеме, на базе которых обосновано применение проточных трубных испарителей для малых удаленных объектов АПК
-
Выявление зависимостей по расчету коэффициентов теплоотдачи при регазификации пропан-бутановых смесей СУГ в испарительном трубном устройстве, учитывающих режим течения, паросодержание и химический состав парожидкостнои пропан-бутановой смеси Выявление границ перехода расслоенного в кольцевой и кольцевого в туманообразный режимы течения
-
Разработка математической модели процесса регазификации пропан-бутановых смесей СУГ в испарительном трубном устройстве, учитывающей режим течения, паросодержание и химический состав парожидкостнои пропан-бутановой смеси
-
Создание новых технических решений и конструкций по обеспечению максимально возможной интенсивности теплообмена в условиях ограничения пульсаций при проточной регазификации пропан-бутановых смесей СУГ для малых удаленных объектов АПК
-
Выявление зависимостей по определению геометрических и эксплуатационных параметров двухступенчатого испарительного устройства, выполненного из труб разных диаметров, возрастающих с увеличением степени сухости парожидкостнои смеси СУГ
-
Проверка достоверности предложенных теоретических зависимостей и математической модели в условиях натурных экспериментов
Методы исследования и достоверность результатов: математическое моделирование процессов теплообмена между теплоносителем и сжиженным углеводородным газом в установках регазификации, численные методы решения дифференциальных уравнений теплового расчета проточного трубного испарителя СУГ
При проведении экспериментальных исследований среднее расхождение результатов с теоретическими составляет 18,6 %, с доверительной вероятностью 0,95
Научная новизна работы и основные положения, выносимые на защиту:
-
Уравнения по определению температурных границ существования основных способов проточной регазификации с кипением пропан-бутановых смесей СУГ в трубе и большом объеме, на базе которых обосновано применение проточных трубных испарителей для малых удаленных объектов АПК
-
Зависимости по расчету коэффициентов теплоотдачи при регазификации пропан-бутановых смесей СУГ в испарительном трубном устройстве, учитывающие режим течения, паросодержание и химический состав парожидкостнои пропан-бутановой смеси Выявление границ перехода расслоенного в кольцевой и кольцевого в туманообразный режимы течения
-
Математическая модель процесса регазификации пропан-бутановых смесей СУГ в испарительном трубном устройстве, учитывающая режим течения, паросодержание и химический состав парожидкостнои пропан-бутановой смеси
-
Новые технические решения и конструкции по обеспечению максимально возможной интенсивности теплообмена в условиях ограничения пульсаций при проточной регазификации пропан-бутановых смесей СУГ
в системах энергоснабжения малых объектов АПК, защищенные патентом № RU 55087 Ш На базе патента разработаны и внедрены регазификаторы с двухступенчатым испарительным устройством, обеспечивающие по сравнению с существующими аналогами увеличение коэффициента геплооїдачи от внутренней поверхности испарительного устройства СУГ на 33,7%, при максимально допустимых пульсациях давления 500 даПа
5 Зависимости по определению геометрических и эксплуатационных параметров двухступенчатого испарительного устройства, выполненного из труб разных диаметров, возрастающих с увеличением степени сухости парожидкостной смеси СУГ
Практическая ценность. Разработанные теоретические и практические положения обеспечивают научно обоснованное развитие установок проточной регазификации пропан-бутановых смесей СУГ систем энергоснабжения малых удаленных объектов АПК, путем реализации и внедрения алгоритма и программы расчета по определению геометрических и эксплуатационных параметров проточных испарителей СУГ, комплексно учитывающих режим течения, паросодержание и содержание пропана в парожидкостной смеси пропана и бутана, новых технических и конструктивных решений и разработок по обеспечению максимально возможной интенсивности теплообмена в условиях ограничения пульсаций при проточной регазификации пропан-бутановых смесей СУГ, рекомендаций по газоснабжению малых удаленных объектов АПК от групповых резервуарных установок, оборудованных проточными испарителями с двухступенчатым испарительным устройством
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на ежегодных научно-технических конференциях СГТУ (Саратов, 2003-2006 гт), Российской научно-технической конференции «Перспективы использования сжиженных углеводородных газов» (Саратов, 2003 г), Первой Всероссийской конференции молодых специалистов «Актуальные научно-технические проблемы совершенствования систем газораспределения и газопотребления» (Саратов, 2005 г)
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 2 патента
Структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка используемой литературы из 169 наименований, приложений
