3655

массообмен на поверхностях теплоутилизатора. Давление греющей среды в теплоутилизаторе, поддерживающееся с помощью компрессора, выше атмосферного, поэтому на поверхностях нагрева тепловых труб и пластин происходит конденсация водяных паров из парогазовой среды при температуре выше, чем температура точки росы, соответствующая атмосферному давлению продуктов сгорания. Затем охлажденный газ дросселируется в дроссельном устройстве 3, где его давление снижается до атмосферного, после чего он подается на вторую ступень НТУ, в которой дополнительно утилизируется теплота продуктов сгорания.

Чтобы исключить коррозию поверхностей нагрева второй ступени теплоутилизатора, она выполнена из биметаллических тепловых труб.

Вторая ступень НТУ может быть как орошаемой, так и не орошаемой. В случае использования орошения вторая ступень одновременно является также абсорбером. Если вторая ступень выполнена орошаемой, то для улавливания уносимых капелек воды на выходе из нее предусмотрена установка жалюзийного сепаратора. Для “подсушивания” продуктов сгорания часть потока может быть направлена по байпасному газоходу, минуя теплоутилизатор.

Выводы

Исходя из вышесказанного, можно заключить, что использование теплоты конденсации продуктов сгорания в теплогенерирующих установках является актуальной задачей. Наличие конденсирующихся водяных паров значительно интенсифицирует теплообмен при охлаждении продуктов сгорания ниже температуры точки росы. Поверхности напорной части теплоутилизатора работают под повышенным промежуточным давлением продуктов сгорания. В зоне температур ниже точки росы, вследствие конденсации водяных паров из продуктов сгорания, большая часть теплоты будет передаваться за счет скрытой теплоты конденсации водяных паров на поверхностях теплообмена. Это позволяет значительно интенсифицировать теплообмен в напорной части теплоутилизатора, что и приводит к уменьшению поверхности нагрева.

Библиографический список

1.Бабенко Ю.А., Балюк Г.С., Дикий В.А. Выбор оптимальной температуры охлаждения уходящих газов котлов, работающих на природном газе// Пром. энергетика. – 1995.- Т.1,

№10. - С. 30-32.

2.Jones W., Renz V. Concensation from a turbulent stream into a vertical surface. – Int. J. Heat & Mass Transfer.

3.Берман Л.Д. Определение коэффициентов массотдачи и теплоотдачи при расчете конденсации пара из парогазовой смеси// Теплоэнергетика. – 1982.- Т.1, №9. - С.52-55.

4.Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. М.: Энергия, 2001. –

439с.

The bibliographic list

1.Babenko J.A., Baljuk G. S, Wild V.A.Vybor of optimum temperature of cooling of leaving gases of the coppers working on natural gas//Prom. power. – 1995. - Т.1, №10. - p. 30-32.

2.Jones W., Renz V. Concensation from a turbulent stream into a vertical surface. – Int. J. Heat & Mass Transfer.

3.Berman L.D. Definition of factors of weights of return and heat of return at calculation of condensation of steam from pairs of a gas mix//Power system. – 1982. - Т.1, №9. - p.52-55.4. Isachenko V. P., Osipov V. A., Sukomel A.S. Heat transfer. М: Energy, 2001. – 439pp.

112

трубопроводов при воздействии дополнительных нагрузок, вследствие наступления наводнения, землетрясения, террористических актов и т.п.

Значение σТЧи материала трубопровода зависит от:

•назначения трубопровода;

•срока службы трубопровода;

•способа прокладки трубопровода;

•состояния изоляционного покрытия трубопровода;

•типа грунта, в котором проложен трубопровод.

Значение истинного предела текучести трубопровода в конечном итоге можно представить в виде

где σТЧ - предел текучести материала нового трубопровода [1,2,3,4];

γ – коэффициент запаса прочности;

kгод – коэффициент, зависящий от срока службы трубопровода; kпрокл – коэффициент, зависящий от способа прокладки трубопровода;

kизол – коэффициент, зависящий от состояния изоляционного покрытия. Очевидно, что значения любого из коэффициентов ki будут находиться в интервале

[0;+1].

Целью проведения экспериментальных исследование будет являться определение значения σТЧик .

Так как предел текучести является одной из характеристик материала, то испытания целесообразно проводить на трубопроводах нескольких диаметров.

В связи с тем, что каждый испытываемый трубопровод выполнен из стали определенной марки, а для возможности дальнейшего использования результатов эксперимента на практике необходимы данные для труб, выполненных из различных марок стали, необходимо ввести следующий коэффициент:

Значения kо не зависят от марки стали, из которой изготовлен данный трубопровод, а зависят только от пяти вышеперечисленных параметров. Полученные в результате экспериментальных исследований значения kо для определенной марки стали будут справедливы и для других марок стали.

Срок службы испытываемых образцов труб и условия их прокладки принимаются в соответствии с данными эксплуатирующих организаций.

Степень разрушения изоляции определяется на основании результатов экспертных оценок по теории нечетких множеств. Для получения достоверных результатов таких оценок необходимо подобрать рабочеспособный состав специалистов. Число экспертов должно быть достаточным для того, чтобы они в совокупности могли учесть свойства поставленной задачи и найти достаточно точное решение.

Введем относительные коэффициенты компетентности для каждого эксперта ki, которые в сумме равны единице.

i=1

114

Каждый из группы в N экспертов выносит свое решение по поводу степени разрушения изоляции, исходя из результатов осмотра, личного опыта и т.п., после чего вычисляется итоговое значение степени разрушения изоляции

i=1

где Срi - значение степени разрушения изоляции, данное i-м экспертом; ki - относительный коэффициент компетентности i-го эксперта.

Рис. 1. Общий вид испытательной машины ГМС-20:

1 – узел собственно машины ГМС-20; 2 – узел пульта управления; 3 – соединительные трубопроводы.

Проведение эксперимента включает испытание образцов труб на изгиб, с определением максимальных изгибающих моментов, вследствие чего вычисляются значенияσТЧик .

Испытания на изгиб могут проводиться на различных испытательных машинах.

В качестве примера опишем универсальный контрольно-измерительный прибор типа ГМС-20.

Общий вид установки представлен на рис.1. Она состоит из: Узла собственно машины; 2. Узла пульта управления, включающего силоизмеритель (динамометр), насосную установку, создающую рабочее усилие, и систему управления.

Собственно машина и пульт управления монтируются на фундаменте и соединяются трубопроводами.

Машина ГМС-20 устроена по принципу гидравлического пресса.

При изгибе образца с симметричным поперечным сечением (трубопровод), как показано на рис. 2, в одной из наружных зон возникают растягивающие, а в противоположной – сжимающие напряжения. Напряжения увеличиваются по мере удаления в обе стороны от нейтральной оси, так что самые высокие их значения приходятся на наружные зоны. Если напряжения при этом достигают предела текучести, наступает пластическое течение. В данном случае характеристики прочности и пластичности при изгибе определяют при трехточечном изгибе, при котором наибольший изгибающий момент возникает под влиянием сосредоточенной силы F в середине образца (рис. 3) [5] :

Металл является пластичным материалом, то есть, способен выдержать большие пластические деформации, не разрушаясь.

Рис. 2. Распределение напряжений в симметричном поперечном сечении при изгибе образца: 1 – пластическая деформация; 2 – упругая деформация; 3 – нейтральная ось.

115

где L – расстояние между опорами.

F

Ммах=F L/4

Рис. 3. Эпюра моментов при трехточечном изгибе

Условие прочности записывается следующим образом:

где Ммах – максимальный изгибающий момент;

R – максимально допустимое сопротивление. Для пластичного материала (сталь, пластмасса и ее разновидности – пластичные материалы)

где σтч – предел текучести данного материала;

Рис. 4. Последовательность проведения экспериментальных исследований предела текучести трубопровода: а) подготовительный этап; б) начало испытания; в) процесс испытания

γ – коэффициент запаса прочности, γ > 1.

Wz – момент сопротивления поперечного сечения.

116

The bibliographic list

1.Kolosov A.I., Sotnikova O.A. Forecasting of destructions of underground pipelines at extraordinary influences \\ Bulletin VSТU, Volume 1 №6.: Voronezh: VSТU, 2005. p.101-109.

2.GOST 10704-91. Pipes steel electrowelded. An assortment.-М.: Standards Publishing House, 1993.-11p.

3.GOST 10705-80. Pipes steel electrowelded. Specifications.-М.: Standards Publishing House, 1982.-11p.

4.GOST 25100-95. Grounds. Classification.-М.: The ministry of construction the Russian Federation, 1996.-27p.

5.Blumenauer H. Tests of materials. The directory.-М.: Metallurgy, 1979.-447p.

Ключевые слова: прочность, теплогазоснабжение, условия эксплуатации, внешнее механическое воздействие

Keywords: durability, heat and gas supply, conditions of operation, external mechanical influence

А.И. Колосов, О.А. Сотникова, Д.М. Чудинов

ЛИКВИДАЦИЯ ПОСЛЕДСТВИЙ АВАРИЙ НА ИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМАХ ТЕПЛОГАЗОСНАБЖЕНИЯ

Инженерные системы теплогазоснабжения необходимы для обеспечения процессов жизнедеятельности человека на земле. Нарушение работоспособного состояния таких систем влечет за собой массу последствий, связанных со значительными материальными, трудовыми и иными затратами. Не исключена даже гибель людей. Для ликвидации последствий и восстановления повреждений необходима четкая координация действий аварийновосстановительных и эксплуатирующих служб.

A.I.Kolosov, O.A. Sotnikova, D.M.Chudinov

LIQUIDATION OF CONSEQUENCES OF FAILURES ON ENGINEERING

SYSTEMS OF A HEAT AND GAS SUPPLY

Engineering systems of a heat and gas supply are necessary for maintenance of processes of ability to live of the person on the ground. Infringement of an efficient condition of such systems entails weight of the consequences connected with significant material, labour and other expenses. The destruction of people is not excluded even. Precise coordination of actions of under abnormal

118

condition-regenerative and maintaining services is necessary for liquidation of consequences and restoration of damages.

Каждая чрезвычайная ситуация (далее ЧС) имеет свои особенности и конкретный механизм формирования (наводнение, землетрясение, террористический акт и т.п.) [1,2,3].

Воснове оптимального управления действием аварийно-восстановительных служб лежит наиболее рациональная стратегия деятельности диспетчерского персонала, которая позволяет на протяжении всего времени следить за ходом процесса восстановления и распределять ограниченные материально-технические ресурсы с учетом изменений параметров во времени.

Входе ликвидации последствий аврий диспетчер решает следующие задачи:

1.Выявляет места и объемы разрушений либо с помощью ранее произведенных расчетов на ЭВМ на различные параметры разрушающих воздействий ЧС, либо с помощью расчетов в ходе развития ЧС.

2.Производит сбор данных о дальнейшем развитии ЧС.

3.Оценивает среднюю продолжительность ликвидации последствий аварий.

4.Оценивает величины затрат на снижение рисков: техногенного, экологического, экономического и т.п.

5.Выявляет несколько вариантов действий, прорабатывает их и выбирает наиболее оптимальный.

6.Корректирует диспетчерский график, либо составляет новый с учетом вышеизложенных параметров

Чем меньше времени диспетчер затратит на решение этих задач, тем быстрее вступят в действие аварийно-восстановительные службы, тем эффективнее будет их работа, тем менее будет риск дальнейшего развития аварии и нанесения большего ущерба, тем менее будет риск гибели людей, тем меньшими будут материально-технические затраты.

Принятие обоснованного решения – трудоемкая и сложная параметрическая задача, поэтому диспетчер должен обладать достаточными знаниями и опытом, уметь принимать решения в сложных ситуациях за короткий интервал времени.

Снизить это время можно:

1.За счет правильного и своевременного прогнозирования ЧС и получения данных о ходе ее развития. Этого можно достичь либо с помощью обработки статистических данных, либо с помощью современных средств наблюдения, либо с помощью ранее разработанных отечественными и зарубежными учеными моделей.

2.Путем заранее произведенных расчетов, которые позволяют выявить места и объемы разрушений инженерных систем теплогазоснабжения с достаточной точностью и при различных динамических и механических воздействиях, вызванных ЧС.

3.С помощью предварительно выполненных расчетов (по п. 2) оценить величины затрат, среднюю продолжительность аварии и выбрать наиболее оптимальный вариант действий при ликвидации последствий аварий, в том числе с учетом различных вариантов развития событий.

4.С помощью заранее подготовленной схемы и графика движения материальнотехнических ресурсов.

Выполнение этих мероприятий позволит диспетчеру только следить за соответствием и ходом выполнения работ, а также вносить необходимые коррективы.

Чтобы определить разрушающее воздействие того или иного стихийного бедствия, а также выявить места разрушений элементов инженерных систем теплогазоснабжения, необходимо также рассмотреть деградационные факторы, влияющие на системы в процессе эксплуатации. Развитие этих процессов приводит к изменению исходного состояния элементов рассматриваемых систем в целом.

119

где ПЛmin – продолжительность ликвидации аварии в случае, если имеются все требуемые материально-технические ресурсы;

ПЛ – увеличение продолжительности ликвидации последствий аварий при недостатке М.

При известных величинах затрат на снижение соответствующих рисков задача сводится к оптимальному и качественному распределению должностных обязанностей между соответствующими службами по ликвидации последствий аварий.

Процесс возникновения аварии может быть представлен графом причинноследственных связей событий (инициированных исходным чрезвычайным событием), которые с достаточно высоким уровнем вероятности произойдут на структурных единицах в случае отсутствия противодействия возникшей аварии. В процессе построения графа определяется полное множество возможных событий, связанных с техногенными авариями; причинно-следственные связи между ними; подмножества событий, образующих цепи; оценивается ожидаемое время их появления, а также требуемые объемы ресурсов (материально-технических, трудовых), необходимых для предотвращения возникновения конечных событий, связанных с ожидаемыми ущербами и потерями [6].

Вершинами Si, i Z, графа G = (S, В) являются реализующиеся события. Дугами В – причинно-следственные связи (отношения), как в сетевых моделях с узлами – событиями.

Исходных событий может быть несколько, что отражает возможность одновременного воздействия нескольких факторов.

Каждое событие в графе причинно-следственных связей задается его текстовым описанием, с указанием параметров, определяющих степень его влияния на последующее развитие обстановки: степень разрушений элементов инженерных систем, конструкций оборудования; мощность, площадь, и объем разрушений; количество выделившихся вредностей и т.д.

Параметры порожденных событий должны быть определены с учетом существующих или вновь разработанных методик расчета. Эксперты должны спрогнозировать развитие аварии применительно к двум случаям:

1.Когда порождается возможное число событий с наиболее неблагоприятными параметрами.

2.Когда основные параметры усредняются исходной ситуацией (локальный сценарий развития аварии).

Дугам графа приписываются времена ti,j, необходимые для реализации причинноследственных связей (i, j) и ресурсы Мкij, к = 1,…,к, необходимые для полного предотвращения ЧС за время Пл min i j. Могут быть введены вероятности Вi j реал реализации связей.

Введем необходимые значения и переменные:

Мкij – количество ресурса к – го типа, необходимое для блокировки дуги (i, j), к = 1,..., к; i ≠ j;

Uj, Vj – соответственно объем ущерба и потерь, связанных с наступлением события Sj; Vij = - суммарная эффективность по предотвращаемым потерям

блокировки дуги (i j), (i/ j/) Di j,

где Di j – множество дуг, порождаемых дугой (i, j);

121