Введение к работе
Актуальность темы. В современной практике снабжения потребителей сжиженным углеводородным газом (СУГ) широкое распространение получили подземные резервуарные установки, использующие для регазификации продукта естественную теплоту грунтового массива. Важным резервом повышения паропроизводительности резервуарных установок с естественной регазифика-цией СУГ является оснащение последних трубчатыми грунтовыми теплообменниками. При этом особый интерес представляют теплообменники с вертикальным расположением элементов (испарительных колонок). К преимуществам грунтовых испарителей шахтного типа следует отнести малую площадь для размещения испарительных колонок, возможность применения для производства земляных работ высокопроизводительной буровой техники, сокращение сроков и сметной стоимости строительства.
Теоретические и экспериментальные исследования тепловых режимов эксплуатации грунтовых испарителей СУГ шахтного типа, проведенные Н.В. Егоровым, Б.Н. Курицыным и А.Н. Юшиным, обеспечивают необходимую теоретическую базу для расчета паропроизводительности одиночных испарительных колонок, работающих в режиме постоянного газопотребления.
Вместе с тем широкое внедрение грунтовых испарителей данного типа в практику резервуарного снабжения сжиженным газом требует дальнейшего развития методов их расчета и проектирования с учетом реальных режимов потребления газа объектами газоснабжения, а также оптимизации схемно-параметрических решений испарительных установок как при одиночном, так и при групповом размещении испарительных колонок в грунте.
Цель работы заключается в моделировании испарительных установок сжиженного газа с трубчатыми грунтовыми теплообменниками.
Задачи исследования. Поставленная цель достигается путем решения ряда взаимосвязанных задач:
разработка математической модели теплообмена испарительной колонки сжиженного газа с промерзающим (протаивающим) грунтом при переменном (циклическом) отборе паров;
экспериментальные исследования тепловых режимов работы испарительной колонки сжиженного газа при переменном (циклическом) отборе паров;
разработка математической модели теплообмена вертикальной трубной решетки сжиженного газа с грунтом;
моделирование тепловой интерференции вертикальных трубных решеток сжиженного газа в грунте методом электротепловой аналогии;
экономико-математическое моделирование обоснования конструктивных параметров и схемных решений фунтовых испарителей сжиженного газа шахтного типа.
Научную новизну диссертационных исследований представляют: 1. Математическая модель теплообмена испарительной колонки сжиженного газа с промерзающим (протаивающим) грунтом. По сравнению с известными аналогами предложенная модель учитывает бущчщтрщщ^щ^ івдсіпо
БИБЛИОТЕК*
С.-Петербург --
ОЭ 2(10Акт^ч)
требления, сочетающую в себе периоды отбора паров и отсутствия газопотребления. Наличие циклической эксплуатации в сочетании с тепловой аккумуляцией грунта вскрывает дополнительные резервы паропроизводитель-ности испарительных установок.
-
Результаты исследований тепловых режимов работы испарительной колонки сжиженного газа в условиях натурного эксперимента при переменном (циклическом) отборе паров.
-
Математическая модель теплообмена трубной решетки сжиженного газа с грунтом, отличительной особенностью которой является обобщенная постановка задачи, комплексно учитывающая наличие собственного температурного поля грунтового массива, конечные размеры и количество трубчатых элементов грунтового испарителя, термическое сопротивление в системе грунт-гидроизоляция-жидкая фаза сжиженного газа.
-
Результаты экспериментальных исследований тепловой интерференции вертикальных трубных решеток сжиженного газа в грунте методом электротеплового моделирования в электролитической ванне.
-
Экономико-математические модели, реализация которых позволила обосновать диаметр и длину типовых испарительных колонок сжиженного газа, разработать мероприятия по их оптимальной теплозащите, а также обосновать оптимальный шаг между испарительными колонками и коэффициент тепловой интерференции при групповом размещении испарительных колонок на территории резервуарного парка.
Достоверность результатов и выводов диссертационной работы подтверждается использованием фундаментальных положений теории теплопроводности и тепломассообмена, современных методов математического моделирования и программирования, а также результатами лабораторных и натурных испытаний. Основные положения и выводы диссертационной работы коррелиру-ются с имеющимися данными других исследователей.
Практическая значимость. Разработанные теоретические и практические положения обеспечивают повышение эффективности снабжения потребителей сжиженным газом от групповых резервуарных установок с естественной регазификацией СУГ в грунтовых теплообменниках шахтного типа путем реализации и внедрения комплекса математических моделей и разработанных на их основе методов расчета паропроизводительности испарительных колонок СУГ при групповом размещении в грунте и в условиях реальной динамики газопотребления; рекомендаций по выбору оптимальных конструктивных параметров и схемных решений испарительных установок сжиженного газа с трубчатыми фунтовыми теплообменниками.
Рекомендации и технические решения, предложенные по результатам проведенных исследований, утверждены на научно-техническом совете ОАО «Гипрониигаз» - Головном научно-исследовательском и проектном институте по проблемам газификации (протокол № 2 от 08.12.2005) и рекомендованы к использованию в практической деятельности института и его филиалов при разработке проектов газоснабжения сжиженным газом объектов жилищного и
коммунально-бытового хозяйства, а также предприятий промышленного и сельскохозяйственного назначения от групповых резервуарных установок с естественной регазификацией продукта.
Результаты исследований используются в лекционном курсе "Газоснабжение", читаемом на кафедре ТГС СГТУ, а также в дипломном проектировании студентов.
На защиту выносятся:
математическая модель теплообмена испарительной колонки сжиженного газа с промерзающим грунтом при переменном (циклическом) отборе паров;
результаты исследований тепловых режимов работы испарительной колонки сжиженного газа при циклическом отборе паров в условии натурного эксперимента;
математическая модель теплообмена вертикальной трубной решетки сжиженного газа с грунтом;
результаты моделирования тепловой интерференции вертикальных трубных решеток сжиженного газа в грунте методом электротеплового моделирования в электролитической ванне;
экономико-математические модели обоснования конструктивных параметров и схемных решений грунтовых испарителей сжиженного газа шахтного типа.
Апробация. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на: Международном конгрессе «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии», посвященном 150-летию В.Г. Шухова (Белгород, 2003); Российской научно-технической конференции «Перспективы использования сжиженных углеводородных газов» (Саратов, 2003); ежегодных научно-технических конференциях СГТУ (Саратов, 2003, 2004, 2005); Первой Всероссийской конференции молодых специалистов «Актуальные научно-технические проблемы совершенствования систем газораспределения и газопотребления» (Саратов, 2005); научно-технической конференции СГАУ (Саратов, 2005); Международной научно-технической конференции «Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции» МГСУ (Москва, 2005).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ общим объемом 52 стр. Из них лично автору принадлежит 31 стр. Одна статья [8] опубликована в журнале, рекомендованном ВАК для докторских диссертаций. В работах, опубликованных в соавторстве, лично соискателю принадлежат: в [1] - технико-экономическое обоснование применения грунтовых теплообменников в системах газоснабжения зданий; в [2] - математическая модель и алгоритм расчета теплообмена вертикальной трубной решетки сжиженного газа с грунтом; в [3] - математическая модель и алгоритм расчета теплообмена испарительной колонки сжиженного газа с промерзающим фунтом при циклическом отборе паров; в [4] - методика расчета и проектирования грунтовых испарителей сжиженного газа шахтного типа; в [5] - результаты электротеплового моделирования теплопередачи трубной решетки СУГ в электролитической ванне; в
[7,8] - результаты теоретических и экспериментальных исследований теплопередачи в полуограниченном массиве (грунте) с вертикальными трубными решетками сжиженного газа.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, раздела экономической эффективности и внедрения результатов исследования, основных выводов, списка использованной литературы из 128 наименований и 4 приложений. Общий объем работы 185 страниц, в том числе основной текст 153 страницы, 32 рисунка, 11 таблиц.
