Совершенствование алгоритма расчета показателей надежности теплоснабжения потребителей от децентрализованных котельных
САИТОВ С.Р., КИРИЛЛОВА Н.А., КГЭУ, г. Казань
Науч. рук. д-р хим. наук, проф. ЧИЧИРОВА Н.Д.
Надежность систем теплоснабжения означает их способность производить, транспортировать и распределять среди потребителей в необходимых количествах теплоноситель с соблюдением заданных параметров при нормальных условиях эксплуатации.
Обеспечение надежной работы тепловых сетей является приоритетной задачей в процессе теплоснабжения потребителей теплоты.
Для оценки надежности тепловых сетей предприятием
ОАО «Газпром промгаз» разработана методика [1], которая позволяет на основании таких исходных данных, как протяженность, диаметр и продолжительность эксплуатации участков трубопроводов системы, определить коэффициент готовности и вероятность безотказной работы теплосети.
Недостатком такого подхода является то, что при расчетах не учитывается целый ряд факторов, напрямую влияющих на надежность работы теплосети: остаточная толщина металла стенки трубопровода (К1), наличие предшествующих порывов на участке (К2), коррозионная активность грунта (К3), наличие или следы затопления участка (К4), пересечение с коммуникациями (К5).
Задача данной работы – учет всех этих факторов при определении интенсивности отказов трубопроводов тепловой сети, а также при расчете показателей надежности теплоснабжения потребителей. Задача эта решается путем модернизации существующего алгоритма расчета.
В принятой на сегодняшней день методике, интенсивность отказов элементов тепловой сети осуществляется следующим образом:
, (1)
где lнач– начальная интенсивность отказов 1 км однолинейного теплопровода, τэкспл– продолжительность эксплуатации участка, α – коэффициент, учитывающий продолжительность эксплуатации участка.
. (2)
В усовершенствованной методике интенсивность отказов элементов тепловой сети производится по формуле:
. (3)
α– коэффициент, учитывающий особенности монтажа и эксплуатации участка трубопровода:
(4)
Для оценки влияния каждого коэффициента в формуле (4) был проведен глубокий анализ статистических данных, предоставленных
АО «Казэнерго». На основании информации о порывах в различных участках тепловой сети города Казани были определены функциональные зависимости (таблица 1).
Таблица 1. Функции влияния дополнительных параметров
| Наличие факторов | Функциональная зависимость |
| K1 |  |
| K1, K2 |  |
| K1, K3 |  |
| K1, K4 |  |
| K1, K5 |  |
| K1, K2, K3, K4, K5 |  |
Верификация данной математической модели показала, что средняя погрешность вычислений не превышает 1,3 %.
Литература
1. Сеннова Е.В., Кирюхин С.Н. Методика и алгоритм расчета надежности тепловых сетей при разработке схем теплоснабжения городов / Е.В. Сеннова, Е.В. Кирюхин С.Н. – М.: ОАО «Газпром промгаз». – 2013. – 104 с.
УДК 621.643
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ НОВЫХ ТИПОВ УСТРОЙСТВ ПОДГОТОВКИ ПОТОКА ДЛЯ РАСХОДОМЕРНЫХ УЧАСТКОВ ТРУБОПРОВОДОВ
СБИТНЕВ А.А., ВОДЕНИКТОВ А.Д., ИГЭУ, г. Иваново
Науч. рук. канд. техн. наук, доцент ГРИГОРЬЕВ Е.Ю.
Существующие нормативные документы по измерению расхода и количества жидкостей и газов (например, ГОСТ 8.586.1) требуют наличия равномерного поля скоростей перед расходомером. Для этого требуется обеспечить прямые участки трубопровода перед и за расходомером собственно равные 20·Ду и 5·Ду соответственно.
Существенно снизить длину прямого участка возможно путем установки перед расходомером специального устройства, обеспечивающего выравнивание поля скоростей в потоке и ликвидацию вихревого характера течения – устройство подготовки потока.
Анализ существующих конструкций (Zanker, Spenkel, трубчатого типа и т.д.) показал, что все предлагаемые модели обладают одним общим недостатком: использование аэродинамических фильтров в этих устройствах ведет к заметному снижению площади живого сечения для движения рабочей среды, и, как результат, заметный рост гидравлических потерь.
Следовательно, современная конструкция УПП должна предусматривать использование фильтра с живым сечением, не меньше площади живого сечения трубопровода. Этот принцип был положен в основу создания и разработки новый серии устройств подготовки потока для трубопроводных систем.
Использование любого из существующих аэродинамических фильтров приводит к локальному уменьшению площади живого сечения трубопровода, тогда становится логичным то, что для сохранения этой площади необходимо изготавливать УПП с диаметром корпуса выше, чем диаметр основного трубопровода, а площадь перфорации, например, при использовании дискового устройства типа Zanker, должна быть не меньше площади живого сечения основного трубопровода. Для перфорации должно выдерживаться соотношение:
, (1)
где Dтр – гидравлический (условный) диаметр трубопровода, dотв – диаметр отверстия в фильтре.
Исходя из вышеперечисленного, нами была разработана принципиально новая конструкция УПП (рисунок 1).
Рис. 1. Схема нового струевыпрямителя Grimar при использовании фильтра типа перфорированный конус. 1,5 – трубопроводы, 2 – ступенчатый переход,
3 – перфорированный фильтр-конус, 4 – плавный конфузор
Для увеличения площади фильтра (и как следствие – увеличение живой площади фильтра) был использован резкий переход на больший диаметр. Входная часть корпуса изготовлена в виде ступени. Выходная часть корпуса была выполнена в виде конфузора. Сам фильтр выполнен в виде конуса, с углом раскрытия в свободной вершине 60°. Именно эта конструкция показала лучшие характеристики в результате физических испытаний.
В ходе математического моделирования в инженерном пакете ANSYS CFX было установлено, что из-за неравномерной перфорации в теле конуса поток разделяется на струи при прохождении через перфорацию конуса неравномерно: сначала перфорацию проходит поток, находящийся преимущественно ближе к осевой линии УПП. Эти отдельные струи, локальная скорость которых выше (а давление соответственно ниже), чем в потоке, который находится снаружи конуса, оказывают на него эжектирующее действие в направлении осевой линии симметрии. Такой перенос масс способствует более быстрому, с меньшими затратами энергии, перемешиванию отдельных струй и п-лучению однородного поля скоростей.
Данная картина была полностью подтверждена лабораторными испытаниями и численными исследованиями: коэффициент потерь УПП модели Grimar составил ξ=0,72 а коэффициент равномерности потока оказался равен ζ=0,945. Также в ходе испытаний выяснилось, что установка УПП модели Grimar приводит к снижению вибрации в 4 раза, по сравнению с вариантом без использования УПП.
УДК 621.184.622