УДК 697.35

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА СОВРЕМЕННЫХ РАДИАТОРОВ ДЛЯ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ

Д. В. Просветова1, В. Ю. Шабельская2

1Студент гр.мПТ-201,darya.rubahina.98@mail.ru 2Студент гр.мПТ-201,shabelskaya.lera@yandex.ru

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

В данной работе представлен обзор современных радиаторов отопления. Рассмотрены принцип изготовления отопительных приборов, их конструктивные отличия, а также проведена сравнительная оценка основных характеристик различных батарей, используемых при строительстве жилых домов.

Ключевые слова: радиатор отопления, энергоэффективность, тепловая мощность, рабочее давление.

Радиаторы отопления устанавливаются всистемах центрального отопления жилых, общественных и производственных зданий.

Стальные панельные радиаторы отопления изготавливаются из двух штампованных панелей листовой стали, в которых есть вертикальные и горизонтальные каналы для теплоносителя.Глубокое штампование инадёжная сварка превращают два отдельных элемента в единую нагревательную панель. Панель радиатора изготавливается сваркой двух штампованных листов холоднокатаной листовой углеродистой стали толщиной 1,2-1,25 мм.Для конвективных нагревательных пластин оребрения используется сталь толщинойот 0,4 до 0,5мм.

В зависимости от количества панелей ислоёв решётки стальные панельные радиаторы разделяют на несколько типов. Наиболеераспространён тип 22, он представляет собой комбинацию двух панелей и двухслоёв решётки между ними. Более тонкие стальные батареитипа 11 (табл. 1)имеют только одну переднюю панель и один слойобрешётки. Тип 33 имеет самую большую тепловую мощность, в нем задействованы три панели и трирешётки. Схематическое изображение стальных панельных радиаторов 11, 22 и 33 типа показаны на рис. 1.

Готовые изделия покрываются краской, что крайне важно, так как от техники её нанесения зависит продолжительность их эксплуатации. Панельные отопительные приборы рекомендовано применять в автономных системах обгрева зданий[1].

69

конструкция с круглым или овальным сечением (табл. 2). Полости в собранном виде представляют собой каналы для циркуляции горячей воды. По своей конструкции секции подразделяют на одноканальные и двухканальные. Сборка секций происходит посредством ниппелей с последующей герметизацией швов паронитовыми или резиновыми термостойкими прокладками.

Чугунные отопительные приборы (рис. 2) рекомендовано применять в централизованных системах обогрева зданий[1].

Рис. 2. Чугунный радиатор[фото авторов]

71

Чугунные радиаторы имеют ряд преимуществ, рассмотрим основные

[3]:

1.Высокая коррозийная стойкость. Это свойство обусловлено тем, что в процессе эксплуатации поверхность чугунного изделия покрывается сухой ржавчиной,и в дальнейшем коррозия практически неидёт.

2.Хорошая тепловая инерционность.

3.Длительный срок службы.

4.Большое внутреннее сечение радиаторов, поэтому реже требуется их

очистка.

Основные недостатки [3]:

1.Большой вес приборов, который затрудняет транспортировку и мон-

таж.

2.Внешний вид. Серийные радиаторы старого типа не вписывается ввероремонты последних лет.

3.Тепловая инертность. Нагревание чугунных радиаторов осуществляется дольше по сравнению с другими приборами отопления, но они имеют способность долго сохранять.

4.Хрупкость итвёрдость материала способствуют возможности повреждения прибора отопления.

В процессе изготовленияалюминиевыхрадиаторов в расплав алюминия для достижения прочности добавляют специальные кремниевые добавки.Такие отопительные приборы в основном производят двумя способами: при литьевом методе радиатор отливают в виде цельного изделия; экструзией получают секции, которые соединяют с отлитыми под давлением верхней и нижней частямиколлектора, азатемвсе деталикрепятсядругкдругуспомощью клеевого состава.Во втором случае детали получаются более прочные, но в местахоединенися могут возникать утечки. В этом смысле литые приборы лучше, поэтому батареи, изготовленные из первичного сырья более прочные. Коррозионная стойкость алюминиевых изделий повышается засчётанодирования (табл. 3).

Алюминиевые отопительные приборы(рис. 3) рекомендовано применять в автономных системах обогрева зданий[1].

72

теплоносителем. Кроме того, стальгораздоболее устойчива к воздействию различных агрессивныхвеществ, присутствующих в большихобъёмах в централизованных системахтеплоснабжения.

Если учесть все вышперечисленные свойства и добавить к ним высокую тепловую эффективность и стильный внешний вид, то можно смело утверждать, что на сегодня биметаллические отопительные приборы идеально подходятдля установки в современных многоквартирных домах(табл. 4).

Биметаллические отопительные приборы (рис. 4) рекомендовано применять в централизованных системах обогрева жилых и общественных зданий [1, 2].

Рис. 4.Биметаллический радиатор[фото авторов]

Биметаллические радиаторы имеют ряд преимуществ, рассмотрим основные[1, 2]:

1.Можно использовать с любыми типами теплоносителей.

2.Уровень теплоотдачи у биметаллических батарей достаточноысокийв засчётих алюминиевой наружной части.

74

3.Срок службы биметаллических радиаторов один из самых высоких–

всреднем производители дают гарантию на 25 лет.

4.Биметаллические конструкции легко монтировать, а секционные модели можно наращивать или сокращать.

5.Объем биметаллического радиатора составляет от 0,16 до 0,18 л, что значительно меньше, чем у самых экономных алюминиевых аналогов (0,25 л).

6.Высокая стойкость к коррозии.Внутренние трубы выполнены из стали, которая, в отличие от других металлов, практически не реагирует на щелочную среду.

Основныенедостатки[2]:

1.Небольшая потеря тепла засчёт применения стальных трубок внутри конструкции.

2.Относительно высокая стоимость. Качественные биметаллические радиаторы стоят дороже чугунных или алюминиевых. Однако если учесть долгий срок службы, такая трата является оправданной.

При эксплуатации радиаторов отопления и оценке их энергоэффективности следует учитывать постепенное формированиеотложений и загрязнений на внутренней поверхности каналов [5], величина которых зависит от качества воды и температурного режима.

Литература

1.Сканави, А. Н. Отопление / А.Н. Сканави, Л.М. Махов. – М. ИздательствоАСВ, 2008. –576 с.

2.Электронный каталог Отопление.– Электрон. дан.– Режим доступа: https://otoplenie.site/otoplenie/radiatory/luchshie-alyuminievye

-radiatory.html.

3.Электронный каталог Стройка-Ремонт-Быт-Уют. – Электрон. дан. –

Режим доступа: https://srbu.ru/otoplenie/120-chugunnye-radiatory-tekhnicheskie- kharakteristiki.html.

4.Электронный каталог Энциклопедия по отоплению, канализации и водоснабжению. – Электрон. дан. – Режим доступа: https://aqua- rmnt.com/otoplenie/radiatory/stalnye-radiatory-otopleniya.html.

5.Muraviev A. Innovative technology for reducing the rate of sediment formation in the power plants channels / A. Muraviev, A. Nadeev, A. Naumov, I. Pereslavtseva // E3S Web of Conferences.– 2020. – V. 164. – Pp. 01033. – Doi: 10.1051/e3sconf/202016401033.

75

УДК 66.074.1

ГАЗОЖИДКОСТНЫЙ

СЕПАРАТОР А. В. Безгин1, В. В. Литвинов2

1Инженер-конструкторпроектногоконструкторскогоотделанефтегазового оборудования,bezgin.a99@mail.ru

ООО «ФПК Космос Нефть Газ» 2Заместитель начальника проектного конструкторского отдела нефтегазовго

оборудования,vladlitvi@gmail.com

ООО «ФПК Космос Нефть Газ»

Установка предназначена для эксплуатации в нефтегазовой промышленности и предназначено для разделения газожидкостных смесей. Газожидкостный сепаратор используется для очищения флюида от механических примесей и конденсата и отправляется для дальнейшего потребления.

Ключевые слова: газожидкостный сепаратор, сепарация, газопереработка, очистка, примеси, конденсат.

Газожидкостные сепараторы, используемые для переработки газа делятся на следующие типы по принципу действия: жалюзийные, фильтрысепараторы, гравитационные, инерционные и центробежные.

Трапы отличаются от газожидкостных сепараторов следующим: в трапах обрабатывается газожидкостная система с низким газовым фактором или газосодержанием, а в сепараторах– газожидкостная система с высоким газовым фактором или газосодержанием.

В абсорбер, служащий для извлечения пентанов и бутанов из потока газа попадают газы из сепаратора. Извлечение пентанов и бутанов происходит благодаря абсорбции их лёгким газойлем, который отбирается из ректификационной колонны. Для охлаждения потока в эвапораторе используется насыщенныйбасорбент. Газы не поддающиеся абсорбции– пропан и болеелёгкие, подлежат соединению с газами из стабилизационной колонны. Далее они направляются на газофрикционировку или в нефтезаводскую сеть топливного газа.

Если появляется необходимость наивысшей эффективности очисткиагза от жидкости (от 90 до99 %) используют газожидкостные сепараторы. Так же их используют для устранения нежелательных явлений уноса реагентов, промывочной жидкости или абсорбента из технологических установок. В результате действия на сепарируемые капли инерционных и центробежных сил в сочетании с гравитационными происходит процесс оседания жидкости из потока газа.

Подготовка газа, различного типа и исходного качества– это процесс, всегда включающий в себя комплекс мероприятий. В ходе данных мероприятий

76

необходимо обеспечить установленные проектные параметры газа по чистоте, влажности, давлениюи др.

Проблема при подготовке попутного нефтяного газа–очистка его от конденсата, нефти, механических и шламовых примесей, капельной, аэрозольной и мелкодисперсной влаги.

Например, газоконденсатное месторождение ГКМ на место рождениях применяются горизонтальные факельные установки ГФУ для продувки скважин и запуска их в работу. Для безопасной работы горизонтальной факельной установки ГФУ требуется подготовленный топливный газ. На скважине не целесообразно строить дорогостоящий комплекс подготовки газа.

Решение данной проблемы представлено в установке газожидкостного сепаратора. Эта установка защищена патентом Российской Федерации на изобретение, под номером 2737853.

После открытия крана шарового газ поднимается по соединительному трубопроводу (57х6) со скоростью 0,007 м/с, вверх по корпусу узла отбора сооскростью 0,0004 м/с. Под действием гравитационных сил болеетяжёлые частички жидкости и примесей опускаются в нижнюю часть узла отбора и по подводящему трубопроводу возвращаются в трубопровод коллектора кустов газовых скважин. Фильтрующийэлемент, установленный в узлеотбора, обеспечивает дополнительную очистку газа от жидкой фазы.

Газожидкостный сепаратор, представленный на рисунке, состоит из корпуса 1 с нижним 2 и верхним 3 днищами, подводящего патрубкаочищаемого флюида 4, отводящих патрубков очищенного газа 5 и жидких примесей 6. Пол- сти патрубков, упомянутых нами выше, соединены с полостью корпуса.

Корпус 1 данной установки представлен в виде вертикальноориентированного цилиндра. Патрубок, который подводит очищаемый флюид 4 расположен в нижней части цилиндра. В верхней части корпуса 1 расположен отводящий выходной патрубок для очищенного газа 5. В нижней части корпуса 1, объединённый с подводящим патрубком очищаемого флюида 4 находится патрубок, отводящие жидкие примеси 6. Устройство, предназначено для грубой очистки очищаемого флюида 7 изготовлена в виде нижней его части с внутренней профилированной полостью,изготовлена в видеусечённого тела вращения, переходящего в полый цилиндр. Это устройство находится в нижней части корпуса. В виде фильтра, зафиксированного в верхней части корпуса 1 реализовано устройство тонкой очистки газа 8.

77

Рис.Газожидкостный сепаратор:

1–корпус; 2 –нижнее днище; 3–верхнее днище; 4 –подводящий патрубок очищаемого флюида; 5 –отводящий выходной патрубок очищенного газа; 6–отводящий патрубок жидких примсей;

7–устройство грубой очистки; 8 –фильтр

Предложенная установка имеет такой принцип работы. Газожидкостный сепаратор фиксируется при помощи патрубка, который к трубопроводуподводит очищаемый флюид 4. Данный флюид доставляется внутрь полости корпуса 1 через подводящий патрубок 4. В корпусе 1 происходит быстрое расширение потока флюида, уменьшение его кинетической энергии и скорости, так как диаметрподводящегопатрубка4гораздоменьшевнутреннегодиаметракорпуса1

78

(в4 и более раз). Поэтому, на стенках корпуса 1 устройства грубой очистки очищаемогофлюида7образуетсяиоседаетконденсат,которыйсодержитсявофлюиде.

Скорость потока существенно снижается до 0,001 м/изас счётэтого начинает снижаться кинетическая энергия частиц примесей, конденсат очищаемогофлюи-да 7стремитсяпостенкамкорпуса1вниз,к подводящемупатрубку.Следующим этапом газ проходит через устройство тонкочисткий, представленное в виде

фильтра 8 и расположенное в верхней части корпуса 1. Описанный метод являетсязаключительнымэтапомочисткигазаотконденсатаимеханическихпримесей.

Высокое гидравлическое сопротивление, которое создаётся центробежным фактором в 2-х отдельных ступенях (каплеотбойником и коагулятором) – является недостатком известного устройства.

Литература

1.Пат. 2542320 Российская федерация, МПК B01D19/00. Газожидкостный сепаратор /Ахметзянов Р.Р., Жильцов А.А., Гиздатуллин М.Г., Каримов А.Ф., Алабужев В.А.; заявитель и патентообладатель: ООО «Татинтек»- № 2013138378/05; заявл. 16.08.2013; опубл. 20.02.2015.

2.Пат. 2737853 Российская федерация, МПК B01D 45/12 (2006.01), B01D 50/00(2006.01). Газожидкостный сепаратор / Гриценко ВД. ., Шевцов А.П., Лачугин И. Г., Литвинов В.В., Черниченко В.В., Швагер А.В.; заявитель и патентообладатель: ООО «Космос-Нефть-Газ» − № 2020110266; заявл. 10.03.2020; опубл. 12.03.2020.

3.Полезная модель 54526 Российская федерация, МПК B01D19/00. Нефтегазовый сепаратор / Нугайбеков А.Г., Афлетонов Р.А., Калимуллин Ф.З., Хохлов В. А., Надыршин Р.Г., Ахметова А.Н., Фахрутдинов Р.З., Султанов А. Х., Дияров И.Н.; заявитель и патентообладатель: ОАО «Татнефть» им. В.Д. Шашина − № 2006100364/22; заявл. 10.01.2006; опубл. 10.07.2006.

79

УДК621.643.8

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ ДЛЯ ТРУБОПРОВОДОВ ПОДЗЕМНОЙ БЕСКАНАЛЬНОЙ

ПРОКЛАДКИ

И. А. Чекмилев1, М. Р. Абдурахманов2, А. В. Муравьев3

1Студентгр.мПТ-191,chekmilev@mail.ru 2Студентгр.мПТ-191,armdag@mail.ru

3Канд. техн. наук, доцент,nix2001@yandex.ru

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет

В данной работе представлена методика определения тепловых потерь через теплоизоляционные конструкции подземных бесканальных трубопроводов, учитывающая их реальные условия эксплуатации. Определены действительные тепловые потери для участка действующей тепловой сети. На основании проведённого анализа данных сделан вывод о значительном влиянии эксплуатационных факторов на тепловые потери для подземных бесканальных трубопроводов и подтверждена работоспособность методики.

Ключевые слова: подземный трубопровод, бесканальная прокладка, тепловая изоляция, реальные условия эксплуатации, тепловые потери.

Бесканальная прокладка трубопроводов – это способ подземной прокладки, при котором теплопроводы располагаются непосредственно в грунте. Бесканальную прокладку трубопроводов повсеместно применяют в сухих песчаных грунтах. Онатакже нашлаприменение ив мокрых грунтах, нопри наличии обязательного обустройствав зоне расположения труб дренажа [1].

Согласно нормам [2] трубопроводы бесканальной прокладки,которые используются при транспортировке теплоты, должны быть изолирваны. Нопри реальной эксплуатации повсеместно наблюдаются случаи наличия увлажнённой теплоизоляции на отдельных участках трубопроводов, а также её разрушние вплоть до отсутствия её как таковой.Это обусловлено тем, чтов ходе эксплуатации теплотрассы возникают различныенегативные факторы (продолжительный период эксплуатации, значительное изменение разности температур в окружающей среде,аварийные ситуации в системе теплоснабжения). Параметр теплопроводности тепловой изоляции при данных условиетрубопроводаимеет отличиеот значения, указанного в справочнике[3]. Если потери теплоты определяются теоретически [3], то воздействие вышеуказанных факторов не учитывается и поэтму транспортные тепловые потери определяются недостаточно точно.

В данной работе описана методика расчёта тепловых потерь для участков трубопроводов бесканальной прокладки, способная учесть факторы, возни-

80

кающие в условиях длительной реальной эксплуатации, такие как увлажнение изоляции и её разрушение.

В качестве примера рассматривается фрагмент однотрубной потери тепловой сети г. Моздока(рис. 1). Тип изоляции на участках 1-20 пенополиуретан, толщина которого принята согласно [4].На данном фрагменте тепловой сети теплопровод проложен под землёй бесканальным способом. Потери теплоты в случае меняющейся температуры, при неизменном расходе определяются при средней климатической обстановке.[5]. Исходя из СНиП 23-01-99 в г. Моздоке определённое значение имеют следующие величины: на глубине прокладки бесканального трубопровода 0,7 м грунтовая температуры равняется 283K, в подающем трубопроводе температура носителя равна 363K, а в обратном-323 K.

Рис. 1. Фрагмент тепловой сети г. Моздока

Для исследуемого участка тепловой сети метод нахождения тепловых потерь справедливпри введениеследующихограничений:

-теплофизические характеристики веществ известны и неизменяемы. Исследуемое количество непостоянства основных параметров, оказывающих влияние на параметры веществ, отнесённые к термофизическим, которые в этом труде используются для изучения трубопроводныхпотерь теплоты, имеют несущественное отклонение [5, 6], вследствие чего этим отклонением пренебрегают;

-параметр теплоотдачи от внешнего слоя изоляции водопроводак окружению, который имеет некую вариативность, так как наблюдается отрицательный росттемпературы воды, не оказываетсущественного влияния наотклонение потерь теплоты от определяемых величин[7];

81

-стенки вододопровода имеют настолько мизерное значение термичского сопротивления, по сравнению с аналогичным параметром у теплоизляции, что его не учитывают 7];[

-нетутечектеплоносителя.

Удельные тепловые потери через теплоизоляцию подземного бесканального трубопровода q , Вт/мрассчитываются по формуле:

где Tв – проектные температура теплоносителя (воды) в трубопроводе, K; Tгр – теплоизоляции температура грунта,K; R – термическое сопротивление

теплопровода, (м·K)/Вт.

При бесканальной прокладке трубопровод, имеющий изоляцию, представляет собой «слойку» из ряда сопротивлений исходящей тепловой энергии, через который эта вышеуказанная энергияпроходит последовательно от теплоносителя к внешней среде. В данном случае этот ряд представляет собой два сопротивления: сопротивление слоя изоляции и сопротивление грунта:

где Rиз – термическое сопротивление слоя изоляции, (мK)/·Вт; Rгр –

термическое сопротивление грунта, (мK)/·Вт.

Грунтовое термосопротивление находится по формуле, изобретенной Форхгеймером:

где h –расстояние от поверхности земли до оси трубы теплопровода, м; λгр –коэффициент теплопроводности, определяемый для грунта, Вт/(мK);· dиз –

диаметр внешней теплоизоляции трубопровода, м.

При увлажнении теплоизоляции потери теплоты возрастаютза счёт увеличения эффективной теплопроводности материала изоляционного покрытия. Термическое сопротивление увлажнённойизоляции равно:

82

В случае естественной конвекции параметр, отвечающий за интенсивность теплоотдачи от поверхности водопровода к грунту, определяется по формуле:

Параметр, отвечающий за местные потеритепловой энергии через поверхность водопровода, имеющую термоизоляцию qL1 , Вт/м равен:

где Lокр1 – длина поверхности с теплоизоляцией, имеющая форму дуги

окружности, м.

Длина дуги поверхности, которая изолирована, определяется по следующей формуле:

ческое значение диаметратрубопровода и диаметра термоизоляции, м. Параметр, отвечающий за местные потеритепловой энергии через по-

верхность водопровода, у которой отсутствует термоизоляцияqL2 , Вт/м равен:

где Lокр2 – длина поверхности с отсутствующей термоизоляцией, имеющая форму дуги окружности, м.

85

Тепловые потери для участка трубопровода подземной бесканальной прокладки с разрушенной изоляцией находятся по формуле:

Масштабность негативных факторов, имеющих влияние на увеличение тепловых потерь, взята из исследований [9, 10] и является достаточно распространённой для эксплуатации теплосетей, протекающей в реальных условиях.

Основные результаты анализа тепловых потерь представлены в таблице и на рис. 2. В таблице приведены значения проектныхQ(пр ) и эксплуатационных

(реальных Qр ) тепловых потерь для каждого потребителя, а также сравнение

реальныхпотерь с проектными. Проектными потерями являются потери теплоты при нормированных условиях эксплуатирования теплосетей (термоизоляция в наличие на трубопроводах согласно [3], в теплоизоляции отсутствует влага,ецлостность теплоизоляции на участках не нарушена).

Проектные и эксплуатационные потери для каждого из потребителей

86

4.ГОСТ 30732-2006. Трубы и фасонные изделия стальные с тепловой изоляцией из пенополиуретанас защитной оболочкой.– М.: ФГУП «Стандартинформ», 2007.–49 с.

5.Соколов, Е. Я. Теплофикация тепловые сети: учебник для вузов / Е.Я. Соколов. –М.: Изд. дом МЭИ, 2006. –472 с.

6.Кузнецов, Г. В. Анализ тепловых потерь теплотрубопроводов в условиях взаимодействия с влажным воздухом / Г.В. Кузнецов, В.Ю. Половников // Энергосбережение и водоподготовка. –2009.–№ 2 (58). –С. 37-40.

7.Рахимова, Ю.Н. Анализ тепловых потерь теплопроводов в условиях деформации и нарушения целостности теплоизоляции / Ю.Н. Рахимова // Современные техника и технологии: материалы XVII Междунар. научно-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых.– Томск, 2011. −Т. 3.– С. 257258.

8.Кузнецов, Г.В. Численный анализ потерь тепла магистральными теплопроводами в условиях полного или частичного затопления Г/ . В. Кузнецов, В. Ю. Половников // Инженерно-физический журнал. – 2008. – Т. 81. – № 2. – С. 303-311.

9.Шойхет, Б. М. Обследование технического состояния и реконстру-

ция тепловой изоляции эксплуатируемых магистральных теплопрводов / Б.М. Шойхет, Л.В. Ставрицкая // Энергосбережние.–2002.–№ 3. –С. 60-62.

10.Слепченок, В.С. Влияние различных эксплуатационных факторов на тепловые потери в бесканальных подземных трубопроводах тепловой сети / В. С. Слепченок, А.Н. Рондель, Н.Н. Шаповалов // Новости теплоснабжения. – 2002. –№ 6. –С. 18-23.

88