автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Разработка и оптимизация промышленного регазификатора на основе моделирования теплообмена в твердотельном теплоносителе

На правах рукописи

РУЛЕВ АЛЕКСАНДР ВЛАДИМИРОВИЧ

РАЗРАБОТКА И ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОМЫШЛЕННОГО РЕГАЗИФИКАТОРА НА ОСНОВЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕПЛООБМЕНА В ТВЕРДОТЕЛЬНОМ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕ

Специальность 05 14 04 — Промышленная теплоэнергетика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Саратов 2007

003162929

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет»

Научный руководитель

- доктор технических наук, профессор Усачев Александр Прокофьевич

Официальные оппоненты

- доктор технических наук, профессор Щелоков Анатолий Иванович

— кандидат технических наук, Кулев Владимир Николаевич

Ведущее предприятие

- ГОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им НИ Вавилова», г Саратов

Защита состоится «08» ноября 2007 г в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212 242 07 при Саратовском государственном техническом университете по адресу 410054, г Саратов, ул Политехническая, 77, корпус 1,ауд 159

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Саратовского государственного технического университета

Автореферат разослан «08» октября 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета

Е А. Ларин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. В современной отечественной и зарубежной практике энергоснабжения промышленных объектов (ПО), удаленных от опорных пунктов газоэнергоснабжения все более широкое применение находят децентрализованные системы энергоснабжения потребителей с использованием пропан-бутановых смесей сжиженного углеводородного газа (СУГ) на базе резервуарных установок

В общем балансе удаленных промышленных объектов значительное развитие получают предприятия по выпуску промышленной продукции, мини-цеха модульного типа по переработке сельскохозяйственной продукции, обработке и сушке древесины, производству строительных материалов и конструкций, животноводческие и зерноводческие фермерские хозяйства с энергопотреблением до 12000 МВт ч/год при величине расчетного расхода СУГ до 300 кг/ч

Применение СУГ в качестве основного или резервного энергоносителя для промышленных предприятий, а также для бытовых и хозяйственных нужд, в полной мере отвечает технологическим, экологическим и санитарно-гигиеническим требованиям, 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 для основного или резервного газоэнергоснабжения удаленных промышленных объектов

Значительное развитие в настоящее время для ряда промышленных предприятий, использующих в качестве основного первичного энергоносителя природный газообразный метан от трубопроводных систем газоснабжения, получает использование СУГ в качестве резервного топлива. Аварийное прекращение или недопоставки сетевого природного газа для отдельных предприятий приводят к невозможности возобновления технологического процесса или к значительным материальным ущербам Здесь в случаях с перебоями или недопоставками сетевого метана промышленные потребители переходят на резервное газоснабжение от резервуарных установок пропан-бутановых смесей

При использовании сжиженного углеводородного газа в качестве первичного энергоносителя в системах резервуарного газоснабжения он, как правило, подвергается испарению в промышленных регазификаторах с жидким промежуточным теплоносителем (ГГГ) в условиях его естественной конвекции, устанавливаемых непосредственно на наружном воздухе с температурой до минус 40°С и использующими в качестве жидкого ПТ специальные антифризы с добавками, предотвращающими коррозию и улучшающими теплообмен

Регазификация СУГ в существующих промышленных регазификаторах осуществляется в условиях низкой интенсивности теплообмена от жидкого промежуточного теплоносителя к испарительному устройству и характеризуется величиной коэффициента теплоотдачи в размере 500- 550 Вт/м2К

Отсутствие промышленных регазификаторов СУГ с высокой интенсивностью теплообмена от ПТ, а также отсутствие достоверных методов расчета высокоинтенсивных испарителей побуждают к разработке технических решений и моделированию процессов интенсивного теплообмена от промежуточного теплоносителя к испарительному устройству

Представленная работа выполнена в Саратовском государственном техническом университете на кафедре «Теплогазоснабжение и вентиляция» в период 1999-2007 гг, включая научно-производственную работу в период обучения в СГТУ в 1999-2004 гт Результаты научной студенческой работы отмечены дипломом Министерства образования по итогам открытого конкурса 2004 года на лучшую

студенческую работу по естественным, техническим и гуманитарным наукам в вузах Российской Федерации

Работа выполнена по планам грантов Министерства образования России за 1999-2000 г раздел С-098, направление 06, проектная разработка методов экономии природного газа при создании децентрализованных источников и систем энергоснабжения малых промышленных предприятий и населенных пунктов, а также в рамках планов ОАО «Росгазификация» за 2004-2006 годы

Цель работы - разработка и оптимизация промышленного регазификатора на основе моделирования теплообмена в твердотельном теплоносителе

Задачи исследований. Поставленная цель реализуется путем решения ряда взаимосвязанных задач, среди которых к числу наиболее приоритетных относятся следующие

1 Обоснование твердотельного промежуточного теплоносителя, конфигурации и компоновки нагревательных элементов проточных регазификаторов СУГ удаленных промышленных объектов

2 Создание новых технических решений по обеспечению высокой интенсивности теплообмена промежуточного теплоносителя в промышленных регазификаторах СУГ

3 Постановка задачи теплообмена нагревательных элементов с испарительным устройством СУГ через слой твердотельного промежуточного теплоносителя

4 Проверка достоверности предложенных расчетных зависимостей по теплообмену нагревательных элементов с испарительным устройством СУГ через слой твердотельного промежуточного теплоносителя в условиях натурных экспериментов

5. Разработка экономико-математической модели оптимизации структуры и параметров трубных промышленных регазификаторов СУГ с твердотельным промежуточным теплоносителем

6 Обоснование варианта и оптимизация параметров промышленного регазификатора СУГ с твердотельным промежуточным теплоносителем

Методы исследования и достоверность результатов: системный подход при обосновании метода искусственной проточной регазификации СУГ, математическое моделирование процессов теплообмена между теплоносителем и сжиженным углеводородным газом в установках регазификации, метод электротепловой аналогии, натурный эксперимент

При проведении экспериментальных исследований максимальное расхождение результатов с теоретическими не превышает 27,6 % с доверительной вероятностью 0,95

Научная новизна работы и основные положения, выносимые на защиту: 1 Научное обоснование новых технических решений по обеспечению

а) высокой интенсивности теплообмена в промышленных регазификаторах СУГ путем применения в качестве промежуточного теплоносителя отвердевшей заливки из алюминия с заплавленными в него трубчатыми нагревателями, расположенными на оптимальном расстоянии до испарительного трубопроводного змеевика, защищенных патентом № 1Ш 597731Л,

б) температуры отвердевшей заливки из алюминия, предотвращающей полимеризацию непредельных углеводородных компонентов СУГ в промышленных регазификаторах, защищенных патентом № 1Ш 634861Л

На базе предложенных изобретений разработаны и внедрены промышленные регазификаторы, обеспечивающие по сравнению с существующими аналогами, увеличение коэффициента теплопередачи от трубчатых нагревателей к испарительному змеевику СУГ в 2,6 раза.

2 Постановка задачи и математическое описание процесса теплообмена между нагревательным и испарительным устройствами в отвердевшей цилиндрической заливке из алюминия, учитывающих изменение конфигурации теплообменных элементов и геометрических параметров твердотельного ГГГ

3 Расчетные зависимости по решению задачи теплообмена между нагревательным и испарительным элементами в отвердевшей цилиндрической заливке из алюминия, полученные на основе метода электротепловой аналогии и позволяющие определять значения фактора формы теплообменного устройства и теплового потока в зависимости от изменения конфигурации элементов и геометрических параметров промышленного регазификатора СУГ

4 Экономико-математическая модель оптимизации промышленного регазификатора СУГ с промежуточным теплоносителем, комплексно учитывающая динамику изменения стоимости энергоресурса в течение срока службы и позволяющая определять оптимальные значения геометрических параметров

5 Метод обоснования варианта электрического регазификатора СУГ с твердотельным промежуточным теплоносителем, позволяющий учитывать неопределенность экономической информации в условиях резкой динамики цеш

Практическая ценность. Разработанные теоретические

и практические положения обеспечивают научно обоснованное развитие промышленных систем проточной регазификации СУГ с промежуточным теплоносителем, путем реализации и внедрения алгоритма и программы теплового расчета проточных испарителей СУГ с промежуточным теплоносителем, комплексно учитывающих изменение конфигурации теплообменных элементов, конструктивных и геометрических параметров твердотельного ПТ, новых технических решений и разработок с высокой интенсивностью теплообмена от твердотельного ПТ к испарительному устройству при проточной регазификации СУГ, алгоритма и программы расчета по определению оптимальных геометрических и конструктивных параметров проточных испарителей СУГ с ГГГ, рекомендаций по энергогазоснабжению промышленных потребителей от групповых резервуарных установок, оборудованных проточными испарителями с промежуточным теплоносителем, методических рекомендаций по обоснованию и оптимизации испарителей СУГ с ПТ для систем энергогазоснабжения промышленных предприятий

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на ежегодных научно-технических конференциях СГТУ (Саратов, 2004, 2005,2006,2007), Первой Всероссийской конференции молодых специалистов «Актуальные научно-технические проблемы совершенствования систем газораспределения и газопотребления» (Саратов, 2005 г), Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы проектирования и строительства объектов АПК России (Саратов, 2007 г, ФГУП «НИИгипропромсельстрой»), Международной научно-практической конференции «Логистика и экономика ресурсосбережения и энергосбережения в промышленности» (Саратов, 2007 г, СГТУ)

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том числе 2 патента.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка использованной литературы из 178 наименований Общий объем диссертационной работы 169 страниц, включая 20 рисунков, 15 таблиц, 4 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной тематики, сформулированы цель и задачи работы, методы их решения, научная новизна, практическая значимость и положения, выносимые на защиту.

В первой главе приводится выбор направлений исследований проточных испарителей СУГ с высокой интенсивностью теплообмена ГТГ в системах энергогазоснабжения промышленных объектов, выбор типа промежуточного теплоносителя для проточных промышленных регазификаторов СУГ, обоснование типа, конфигурации и компоновки нагревательных и испарительных элементов, а также создание новой конструкции проточных промышленных регазификаторов СУГ с высокой интенсивностью теплообмена твердотельного промежуточного теплоносителя из алюминия

Конструкции систем регазификации СУГ характеризуются широким многообразием и различаются по способу подвода тепловой энергии и в зависимости от схемы испарения Проведенный анализ показал, что для систем энергогазоснабжения удаленных промышленных объектов с расчетным расходом газа до 300 кг/ч целесообразно применять установки искусственной регазификации с промежуточным теплоносителем из алюминия, оснащенные из условия надежности двумя испарителями паропроизводительностью 150 кг/ч каждый.

Анализ современного состояния, энергетической эффективности и удельной паропроизводительности систем проточного испарения СУГ позволил выявить направления научных исследований как решение следующих актуальных задач

1 Обоснование твердотельного промежуточного теплоносителя из алюминия для проточных испарителей СУГ, выбор типа, конфигурации и компоновки нагревательных и испарительных элементов проточных промышленных регазификаторов сжиженного углеводородного газа

2 Создание новых технических решений проточных промышленных регазификаторов СУГ с высокой интенсивностью теплообмена твердотельного промежуточного теплоносителя из алюминия

3 Постановка задачи и разработка расчетной зависимости по определению значений теплового потока от твердотельного промежуточного теплоносителя из алюминия к испарительному устройству в зависимости от изменения конфигурации элементов и их геометрических параметров

4 Проверка достоверности предложенных постановки задачи и расчетной зависимости по определению значений теплового потока от твердотельного промежуточного теплоносителя из алюминия к испарительному устройству в условиях натурных экспериментов.

5. Разработка экономико-математической модели обоснования промышленного регазификатора СУГ с твердотельным промежуточным теплоносителем и оптимизации его геометрических параметров

6 Составление методических рекомендаций по применению и оптимизации испарителей СУГ с твердотельным промежуточным теплоносителем в системах энергогазоснабжения промышленных потребителей

Во второй главе приводятся постановка задачи и разработка расчетной зависимости по определению теплового потока от нагревательного к испарительному устройству в отвердевшей цилиндрической заливке из алюминия

Постановка задачи и математическое описание процесса теплообмена между нагревательным и испарительным устройствами в отвердевшей цилиндрической заливке из алюминия включают следующие элементы А - постановку и расчетную схему теплообмена, В - принятые допущения, С - систему дифференциальных уравнений температурных полей (1) - (3) в элементах, участвующих в теплообмене,

D - уравнения, описывающие граничные условия (4) - (7), F- уравнения сопряжения (8) - (9), G - ограничения параметров

А Постановка задачи теплообмена в системе нагревательный элемент-испарительный змеевик СУГ через слой твердотельного ПТ из алюминия сформулирована следующим образом в однородном цилиндрическом массиве 1 теплопроводностью (рис 1), диаметром Da и высотой Н на одинаковом удалении от вертикальной оси 3, равном DHT, заложен ряд вертикальных постоянно действующих источников тепла- 2 (трубчатых нагревателей) постоянной интенсивности, одинаковой высоты В массиве 1 также заложен ряд стоков тепла 5 и б в виде горизонтальных полых круглых колец, составляющих цилиндрический трубный змеевик 4, на расстоянии DCT Кольца 5 и 6 выполнены из цилиндрической оболочки (трубы) и расположены в массиве 1 с одинаковым шагом S. На боковых и торцевых границах цилиндрического массива 1 имеется слой тепловой изоляции 7 диаметром DT В начальный момент времени в ряд колец 5 подается кипящая жидкая, а в ряд колец 6 - паровая фаза с температурами t*, и t,, соответственно В последующие моменты времени температуры указанных сред поддерживаются постоянными, т е t^ = const и tn = const

Рис.1. Расчетная схема теплообмена в системе нахревательный элемент-испарительный змеевик СУГ через слой твердотельного ПТ из алюминия

В. Допущения, принятые при сформулированной постановке задачи теплообмена в промышленном М регазификаторе СУГ с твердотельным ПТ

1) цилиндрический массив 1 из твердотельного ГТГ принят как однородная среда с коэффициентом теплопроводности

2) температура жидкой фазы СУГ в процессе регазификации сохраняется постоянной и равной ее среднеинтегральному (с и) значению

= и =сопз1

3) температура паровой фазы в процессе перегрева сохраняется постоянной ^ = 1:п ^ = сог^

С Система дифференциальных уравнений температурных полей (1) - (3) в элементах, участвующих в теплообмене'

- дифференциальное уравнение температурных полей в металлической стенке источника тепла

д\

ia„

а2 "V дг ' су2

- в цилиндрическом массиве из алюминиевой заливки

1 а„ д\

дс~

- в металлической стенке полых колец

1а,

д%

= 0.

+--»+.

г а-

дуг

= 0

a2t„

а2

-+— г

де

ду2

• = 0

(1)

(2)

(3)

Б Граничные условия - на внутренней поверхности Б» колец змеевика, контактирующих с жидкой ' эй СУГ

фазой I

Л.

с!г 'т1'

- на внутренней поверхности Рп, контактирующей с паровой фазой СУГ

ап(^п - *пср )= ^ст |гр ;

- на наружной боковой поверхности цилиндрической алюминиевой отливки

X

1Й.1. ^ - I,

г ёг

1

2Х

•1п

2 Р Б .

+

1

(5)

(6)

а

откуда толщина дополнительного слоя массива, эквивалентная сопротивлению теплопроводности тепловой изоляции и теплоотдаче в наружный воздух

А,. 2ВГ

о „„„ = —— 1п-!--— г*1)

Б Уравнения сопряжения - между наружной поверхностью нагревательного элемента и алюминиевой отливкой

ск

с1г

= X

Л

(¡Г

■ между алюминиевои отливкои и стальным испарительным змеевиком

X

Л

аг

= х.

А

Д-

(8)

(9)

в Ограничения к постановке задачи

- ограничение по максимальной температуре твердотельного ПТ, которая с целью предотвращения полимеризации непредельных углеводородов СУГ не должна быть выше температуры 1пол

^шах ст — ^поЛ1 ^пол— 70 С, (10)

- ограничение по удельных тепловым нагрузкам твердотельного ПТ, которые с целью предотвращения пленочного кипения СУГ не должны быть выше критической при регазификации пропан-бутановых смесей СУГ

СЬПТ5:С2крит (И)

Решение этой задачи методами математического моделирования представляет большие технические трудности Для решения задачи принят метод электротепловой аналогии

Целью исследований на установке электротеплового моделирования является определение величин теплового потока от группы И-образных ТЭНов, расположенных по окружности, удаленной на расстояние 5] от оси симметрии испарительного змеевика диаметром О« (рис 2) в зависимости от шага между соседними витками Б и расстояний 62 между наружными боковыми поверхностями испарительного змеевика и алюминиевой заливки Учитывая, что максимальный тепловой поток достигается при минимальном расстоянии 5], указанная величина

в процессе электротеплового моделирования принята минимально-возможнои в размере 61= 8мм, согласно патенту № БШ 59773Ш, с целью обеспечения оптимальных условий кристаллизации остывающего алюминиевого расплава с плотной структурой металла без образования пустот, трещин, с требуемой адгезией расплавленного алюминия к поверхности ТЭН и испарительного змеевика в период заливки, а также с целью достижения требуемой прочности, срока службы и сопротивления теплопередаче в период эксплуатации и обеспечения минимальной металлоемкости алюминиевой заливки

В качестве токопроводящей среды при моделировании объемных стационарных температурных полей использовалась ванна, заполненная водопроводной водой, представляющая собой водный раствор электропроводящих солей

Применительно к рассматриваемой задаче уравнение теплового потока запишем в виде

д = Ф(52,в) 1, (12)

Ф — величина формфактора, Ф = —1—|--(13)

Здесь и - некоторая функция, и(14)

1 - характерный размер теплообменника, в качестве которого принят наружный диаметр испарительного змеевика.

Система ограничения независимых параметров 82, Я выглядит следующим образом

~ ,§2тах , 8 = 8тш,8тах. (15)

Предположим, что электрическая модель изготовлена геометрически подобной исследуемому теплообменнику, причем размеру 1 теплообменника соответствует размер 1 ш электрической модели (ш- коэффициент подобия электрической модели), разности температур соответствует разность

потенциалов V] — У0

Для электрического поля выражение для величины тока будет иметь запись, аналогичную зависимости (12) для температурного поля, т е

1 = Г(У,~У0) т Ф(52,8) 1 (16)

Здесь величина формфактора в формуле (16) численно равна величине формфактора в формуле (12)

Исследование на электрической модели сводится, в конечном счете, к определению величины формфактора

Ф = —7-Ц--(17)

С целью решения поставленной задачи и изучения теплообмена в электрическом испарителе СУГ с твердотельным промежуточным теплоносителем из алюминия, согласно указанной методике, был выполнен ряд исследований на электрической модели Принципиальная схема установки электротеплового моделирования приводится на рис 2 Исследования проводились в электролитической ванне, выполненной из полиэтилена марки ПЭ-80 диаметром

159 мм, с толщиной стенки 15 мм и высотой 145 мм Аналоги испарительного змеевика и трубчатых электронагревателей были выполнены из медной трубки диаметром 10 мм и 5 мм соответственно Следует отметить, что в натурных условиях эксплуатации ТЭНов выделяется одинаковое количество тепловой энергии на единицу длины электронагревательного элемента, те AQT3H /А1тэн = const В то же время в условиях электрической модели в связи с падением напряжения по длине U-образного проводника имеет место изменение силы тока I по длине электрода, т е 1пр /1пр * const Для сведения к минимуму падения напряжения по длине, U-образный проводник разделен на три участка, изолированных друг о г друга диэлектрическими вставками, так, как это показано на рис 2 Данный прием позволил свести падение напряжения по длине U-образного проводника к величине, соизмеримой с погрешностью вольтметра

электрическом испарителе с промежуточным твердотельным теплоносителем 1 - водный раствор электропроводящих солей, 2 - и-образный медный электрод, имитирующий трубчатый электронагреватель, 3 - медный проволочный змеевик, имитирующий испарительный трубный змеевик СУГ, 4 - корпус

В результате исследований, проводимых на установке электротеплового моделирования, выявлена следующая расчетная зависимость для определения

величины формфакгора как функции Ф Б), подученная методом

мяогоинтервапьной квадратичной интерполяции (рис, 3);

Ф^^СХд-ЦС/г + а^Р + СХСНОЕ/г, (18) где С,0,В - переменные, которым присваиваются значения функции 2 = Р(Р-1)Р(1^ -1)/2 + (1 -Р2)Р(1,1) + Р(Р + 1)Р(1,1 +1)/2 . для каждого 1=1-1, I, 1+1 соответственно; I — номер строки таблицы или кривой графика I — ¡м((х-хоУДх), если I • 0, го I - 1; J — номер столбца или точки на кривой 5 =■ то1((у-Уо)/Ду), если ) = 0, то 3 1; Р = (х - х0 - Мх); О = (у - у0 - 1Ду).

Рис-3. Зависимость значения формфакгора от1 параметров испарятельлого змеевика и алюминиевой заливке: 0 - значения, полученные на модели; -■ - расчетная аппроксимирующая кривая

Исследования, проведенные на электрической модели, позволили выявить значения теплового потока © от ТЭН к испарительному трубному змеевику, зал лав ленных в

твердотельный теплоноситель из алюминия, в зависимости от ряда геометрических параметров.

Определяющее влияние на величину тешгодаго потока оказывают расстояние между наружными боковыми поверхностями заливки и испарительного змеевика 62 и расстояние между витками исследуемого испарительного змеевика 3 (рис, 3),

Интенсивность теплообмена через слой твердотельного ПТ от ТЭН к испарительному чмеекику характеризуется расчетной величиной тепловой Проводимости, определяемой по формуле:

(19)

где Ф - значение формфакгора, определяемое согласно формуле (18).

В третьей главе представлены результаты экспериментальной проверки достоверности расчетной величины тепловой проводимости, определяемой по формуле (19).

Для проверки расчетной зависимости (19) был выбран метод натурных наблюдений. Исследования проводились в Экспериментальном Центре института «Гипрониигаз» на экспериментальной установке (рис.4).

Экспериментальная величина тепловой проводимости определялась по формуле:

(1/кХжси . - - ). Ц** )■ (20)

Согласно рис.4, температуры на стыке наружной поверхности нагревательных элементов и алюминиевой заливки 1нэ,ко а также температуры на стыке алюминиевой заливки и наружной поверхности испарительного участка змеевика Г,,,™ измерялись в трех сечениях по высоте испарительного участка змеевика; сечение I; сечение П; сеченке Щ.

Т5 и Я Гй з'о Расстояние между поверхностями цпл11чдрпчвфй>й :шпшй1 [[ испарительного ■Шеевгнка, й„ ми

В пределах каждого из трех сечений I, II и III по высоте испарительного змеевика выбрано три сечения в радиальном направлении для определения температур, так, как это показано на рис 4,6

Согласно рис 4,6, в пределах каждого из трех сечений в радиальном направлении, температуры на стыке нагревательного элемента и алюминиевой заливки измерялись в четырех точках по периметру его наружной поверхности (см фрагмент А)

1 - испаритель, 2 - испарительный змеевик, 3 - ТЭН, 4 - твердотельный промежуточный теплоноситель из алюминия, 5 - теплоизоляция, 6 - вентиль паровой фазы, 7 - регулятор давления, со встроенным предохранительно-запорным клапаном, 8 - и-образный манометр, 9 -термометр, 10 - газовый счетчик, 11 - сбросная свеча, 12 -блок многоканальных измерителей температуры, 13 — нуль-модемный кабель, 14 — термопреобразователь для определения температуры на стыке наружной поверхности испарительного змеевика и алюминиевой заливки, 15 - термопреобразоватеть для определения температуры на стыке алюминиевой заливки и наружной поверхности ТЭН, 16 - переносной ПК

Поверхность Р"с" = Ьэ*сп к и длина испарительного участка определялись температурным методом в зависимости от температуры конца кипения пропан-бутановой смеси СУГ

Среднее расхождение результатов расчетных (19) и экспериментальных (20) зависимостей по определению величины тепловой проводимости составляет 27,6 %, с доверительной вероятностью 0,95

Хорошее совпадение расчетных и экспериментальных данных позволяет рекомендовать применение расчетных зависимостей (18) и (19) в инженерной практике

Четвертая глава посвящена разработке методических основ оптимизации промышленного регазификатора с промежуточным теплоносителем (ПРПТ) систем энергогазоснабжения промышленных объектов и включает структурирование ПРПТ, выявление его внешних связей, разработку математической модели оптимизации ПРПТ В целях системного подхода к задаче оптимизации и получения универсального и достоверного решения разработан

метод структурирования 17РПТ и их отдельных элемента. Базируясь на принципах аналогии энергетических систем, метод позволяет приводить все ПРПТ, независимо от вида используемых в них энергоносителей, к одинаковой структуре (рис.5).

В этом случае ЛРПТ есть единая совокупность элементов р, объединенных одной общей целыо - гюлное испарение жидкой фазы С У Г. Индексы в обозначениях параметров показывают (читать слева направо) номер варианта системы 1, номер элемента р.

Выявленные внешние связи ПРПТ характеризуются качественными и количественными отличиями от известных аналогов. В качестве .прямой внешней связи используется уравнение (19) расчетной цены энергоносителя С|, комплексно учитывающей: С;£ -затраты в пункте отпуска энергоносителя в систему регазификации; В г коэффициент, учитывающий сезонность поставок энергоносителей, при неравномерной их поставке в течение года; ЕЬ-коэффициент, учитывающий надежность (гарантаро ван ность) поставок энергоносителей за счет создания и поддержания резервов во внешней системе их снабжения; к^ -коэффициент перспективного удорожания энергоносителя в 1-м году эксплуатации ПРПТ без учета инфляции:

С1=СиВ1ВаП1Сй. ' (21)

)

Рис, 5. Структурная схема ! - го варианта промышленного регазификатора СУ Г с промежуточным теплоносителем,

включающего следующие элементы; р!=1 - змее виковое испарительное устройство; Р(=2 - про межутс чный теплоноситель; РгЗ - трубчатый тогреиагель; РГ=4- корпус испарителя; Р|=5 - тепловую изоляцию; Р|=6 - защитный футляр; Р, =7 - шкаф для защиты ит воздействия астра, снега и

дождевых осадков

В качестве обратной внешней связи используется коэффициент полезного действия систем регазификации Г);. Предлагаемая математическая модель оптимизации ПРПТ промышленных объектов включает в себя: целевую функцию (22), уравнение внешней связи (21), балансовое ураипение (23), систему ограничений управляющих параметров (24), уравнения, капвложений (25)-{32) и эксплуатационных затрат (33), расчетную схему задачи, приведенную на рис.5,

В качестве критерия оптимальности целевой функции принят минимум интегральных затрат в ПРПТ:

ОТПУСК

>1;Г V I ОНО 1Т1Т г-н

и 1 и м/:и н лй

3.= £

•С* '<2п1. -т / Ли ^Х*

к,,

£ Н1=о) ■ к!р.доп)

/а]

/Ц

а£ ■ .1(0 2 ИШ) ] (Ьл, 5!2, = гшп;

а1=(1+Е)"Н аг

: (I + Е) ■

1= й,р=1)РЛ= 1,Т.

\ I

Уравнение баланса энергоносителя, отпускаемого из внешней системы и используемого в i-м варианте ПРПТ

т т

Z Q.t=Z Qnd/Tlrt (23)

/=i 1

Система ограничений управляющих параметров выражается неравенствами вида L,1 min<L,i <L,1 max. S ,2 mm ^ S ,2 <S l2 max. 8,2jnin<8,2 < 8,2, max (24)

Капитальные вложения в различные элементы 1-го варианта проточного испарителя СУГ с промежуточным теплоносителем

- в змеевиковое испарительное устройство, Р, =1

Llt(S,M da *m,x, (25)

- в промежуточный теплоноситель, P, =2

w (г с я s ~26,2f

Cn + 2dn+(da+Sn)

7 ml„

-Pit ~{dn lt})>

(26)

- в трубчатые электронагреватели, P, =3

Kl}(L,l,Sn,Sa) = Kl] nl3

Ca+dn+(dn+S,1)

7 я </„

- + d„ + bn

- в корпус испарителя для i-го варианта, Р,=4

C,1+2d,l+(d,i +S,2)

1 я d.

- в тепловую изоляцию для i- го варианта испарителя, Р,=5 tf,s<X,„S,2,5,2) = K,5 яг г>,5 (8dn + 25п +2<5Н + <?,5)

L,

Сп +2d„ + («*„ + Si2)

7?г d„

- + 6„ +A'

- в защитный футляр, Р, =6

= Я- <5,6 рл (8d,, + 25,2 + 23ц + 25ц + <51б)

7л-

- + Ьп +h'

(27)

(28)

(29)

(30)

- в шкаф для защиты от воздействия ветра, снега и дождевых осадков, Р, =7 К,7(Ь„Д2,612)=к,7 б,7 р,7 {4 (8^+2б,2+25,4 +2515 +25)6+2517 +5,8)

С,2 +2d„ + (d„ +S,2) —^ +bl2 +h,'4 +h,8 +hl9

In d,,

+ 2(8d,, 25,2 + 25,4 + 25lS + (31)

+ 25,6 + 25,7 + 5,8 + 0,2)2 }

Дополнительные капитальные вложения в р-й элемент монтажа для каждого 1-го варианта ПРПТ, связанные с установкой испарителя на месте эксплуатации определяются по формуле:

К,,доп = £ а,( £ .1(1=0) К1рдоп ) =£ аг 1(1=0) ф1М ^ К,р (32)

/ш1 у, - Р, /=1 ^ р.1

М

Расходы по эксплуатации И,т, для каждого 1-го варианта испарителя,

т=\

связанные с капитальным (т=1), текущим (ш=2) ремонтом и обслуживанием (т=3), определяются по формуле

Т М Т т-3 р,р Р

Е а, ад £ И,т=£ а, 1(1) X ф,э( X 1(1=0) £ Кфдоп) (33)

т=\ /«=! р,| р=рк

Математическая модель оптимизации ПРПТ реализует сопоставимость по одинаковости границ для всех конкурирующих вариантов и учету всех затрат в системе «источник энергоносителя - система регазификации» (см формулу (21) и рис 5), расходу топливно-энергетических ресурсов, подведенных всей ПРПТ, срокам службы систем и отдельных элементов (формула (23)), изменению стоимости энергоносителя во времени (21)

Минимизация целевой функции (22) с учетом (21), (23) - (33) в централизованном порядке затруднительна ввиду большого объема и разнообразия функциональных связей Поэтому оптимизация ПРПТ промышленных объектов предусматривает ряд взаимосвязанных подзадач, последовательность решения которых определяет соответствующую иерархию построения экономико-математических моделей

К числу задач, решаемых на наиболее низком иерархическом уровне, относится технико-экономическое обоснование варианта систем регазификации с ГГГ для промышленных объектов

В пятой главе приводятся метод и алгоритм обоснования вида и зон применения основных вариантов ПРПТ в условиях неопределенности конвертирования ценовых факторов

Для обоснования варианта ПРПТ использовалась экономико-математическая модель (21) - (33) с введением следующих упрощающих допущений управляющие параметры переведены в разряд исходных данных с их подбором согласно известным литературным источникам, сооружение систем СРПТ осуществляется в течение одного года с последующим выходом объекта на проектную мощность с постоянным уровнем эксплуатационных издержек на обслуживание, текущий и капитальный ремонт

С учетом принятых допущений целевая функция (22) примет вид

3,= £ а, С„ (3™ т/ть+£ аг( у' К1р+ £ 1(1=0) <р1М У* К,р) +£ а, ОД

/-1 р. 1 Р'Гк р. 1 М

2 ф1Э(у К1р+1(1=0) ф1М у^ К,р) = шш, 1 = 1Д (34)

Реализация целевой функции (34) в такой постановке требует наличия достоверной информации в части стоимостной оценки составляющих затрат по системам ПРПТ Отсутствие надежной информации о ценовой динамике, особенно на перспективу, сложность и противоречивость инфляционных процессов требуют разработки специальных методических подходов к решению задачи.

Характерной особенностью современного этапа реформирования отечественной экономики является перевод энергоносителей на мировой уровень цен Переход на мировые цены - важнейшая задача народного хозяйства, решение

которой является исходной предпосылкой широкой интеграции России в мировое экономическое сообщество

В этой связи при реализации экономико-математической модели стоимостная оценка энергоносителей осуществлялась в расчетных ценах, ориентированных на мировой уровень в соответствии с механизмом ценообразования, предложенным Энергоцентром и ИЭИ РАН, и выраженных в устойчивой валюте (долларах США по курсу 2007 года, т е без учета инфляционной составляющей)

В отличие от стоимости энергоносителей другие компоненты целевой функции (34), так же как дополнительные капитальные вложения и эксплуатационные затраты, не имеют мировых аналогов, поскольку основные составляющие указанных затрат, как-то стоимость местных материалов, транспортные издержки, заработная плата и др, полностью определяются федеральными и_региональными особенностями

Поэтому при исчислении капитальных вложений и эксплуатационных расходов использовались отечественные цены (выраженные в долларах США по курсу 2007 года), индексированные с помощью коэффициентов J(t=0) и J(t) с учетом удорожания топливно-энергетических ресурсов при переводе последних на расчетные цены

Поскольку влияние удорожания энергоресурсов на удорожание капитальных вложений и эксплуатационных расходов точно учесть не представляется возможным, в расчетах использовались две границы затрат

- нижняя граница, когда удорожание энергоресурсов не влияет на стоимостную оценку затрат, поэтому коэффициент удорожания принимается равным своему минимальному значению J(t=0)= J(t=0)nun = 1, J(t)= ад"™ = 1,

- верхняя граница, когда затраты индексируются пропорционально удорожанию топливно-энергетических ресурсов, те коэффициент удорожания принимается равным своему максимальному значению J(t=0)= J(t=0)™*, J(t)= J(t)™*

Наличие двух уровней затрат обусловливает зону экономической неопределенности (ЗЭН), в пределах которой сравниваемые варианты ПРПГ являются равно экономичными При этом, как показывает дополнительный анализ, максимальная погрешность детерминированного решения задачи при J(t=0)= (J(t=0rn + J(t=0) )/2 и J(t)= (J(t)mlrf + J(t)max)/2 не превышает 14,2 %, что вполне достаточно для практики инженерных расчетов

Установлено, что максимальное значение коэффициента относительного удорожания затрат в промышленности для года сооружения J(t=0) ™*= 1,63, а для середины срока эксплуатации t=T/2 составит J(t) шах=1,87

Обоснование ПРГТГ после их предварительного отбора осуществлялось для двух основных конкурирующих вариантов

1 - ПРПТ на базе огневого испарителя с жидким промежуточным теплоносителем на основе диэтиленгликоля,

2 - ПРПТ на базе электрического испарителя с твердотельным промежуточным теплоносителем из алюминия

Результаты аналитических исследований согласно (34) в условиях неопределенности конвертирования ценовых факторов для двух конкурирующих вариантов представлены на рис 6

Из графика видно, что 1) при G,p < GpHrp те G,p < 162 кг/ч вариант 2 с электрическим испарителем с твердотельным ГТГ будет гарантированно эффективнее варианта 1 с огневым испарителем с жидким ПТ, 2) при при G,p > G^ , те G,p> 380 кг/ч вариант 1 будет гарантированно эффективнее варианта 2; 3) при Gij2Hjp < G,p < GiJ2BJp, те 162 кг/ч < G,p < 380 кг/ч, имеет место зона равной экономичности вариантов 1 и 2 или зона экономической неопределенности (ЗЭН)

Экономический эффект от применения электрического испарителя СУГ с твердотельным промежуточным теплоносителем tío еравнениуо с «гае&ьил с. жздм промежуточньм теплоносителем определяется по графику (рис. 6) как разность I детертпшровалвых затрат. Так, для электрического испарителя паропроизводитеяьностью 100 кг/ч экономически эффект составляет 19 тыс. долларов на один промышленный регазификатор.

Таким образом, для удаленных промышленных объектов с энергопотреблением до 12000 МВт-ч/год при расчетом расходе СУГ до 300 кг/ч наиболее экономичным шляется применение установок искусственной регазификации с промежуточным теплоносителем, оснащенных Ш условия надежности двумя электрическими испарителями с твердотельным промежуточным

Паропрошводительность испарителя, G, kí/ч

Рис. 6. Зоны применения конкурирующих вариантов систем регазификации СУГ : с промежуточным теплоносителем

Обоснование электрического испарителя с твердотельным ПТ из алюминия для удаленных промышленных объектов позволяет сформулировать основные задачи дальнейших исследований как оптимизацию геометрических параметров Ць 8 ¡2, §12. При проведении оптимизации геометрических параметров электрического испарит«« » математической модеяи (21) (33) были принты следующие допущения: затраты в отпуск энергоносителя ИЗ внешней системы постоянны, расчеты проводятся в детерминированной постановке без учета неопределенности исходной экономической информации, т.е. 1(1-0)=1 и .Г(1)= 1. В качестве критерия оптимальности целевой функции' (22) с учетом вышеуказанных допущений примем минимум интегральных затрат в Г1РПТ

Зг£(£ К^ + ФшС V ВДХ ф|э( V К[рКХМ))-фм^К,,)](Ь,[,5й,8;г) = тш. (35)

р= 1 р=Рк дг_' р-1

\

Гш1 к

Здесь £ определяется согласно формулам (25)-(31)

p. I

Определение оптимальных геометрических параметров ПРГТГ целевой функции (35) осуществлялось путем направленного поиска минимума интегральных затрат 3, как функции трех независимых переменных градиентным методом

3i = F(L,i, S ,2,8,2)—>mm (36)

Данная задача решена численным методом для ряда промышленных регазификаторов паропроизводительностью 32, 100, 150 кг/ч. Результаты расчетов, проведенных для электрического испарителя с твердотельным ПТ из алюминия паропроизводительностью 32 кг/ч, используемого в системах энергогазоснабжения промышленных объектов, показывают, что оптимальные значения независимых параметров составляют L,i opt =2,1м, Sl2opt= 13 мм, 5l2opt=10 мм

По результатам проведенной оптимизации ПРПТ разработаны «Рекомендации по обоснованию варианта испарителя с промежуточным теплоносителем и оптимизации его геометрических параметров установок регазификации с ГШ' из алюминия, используемых в системах энергогазоснабжения промышленных объектов» для дальнейшего практического использования лроежтно-конструкгорскими, монтажными организациями и заводами-изготовителями

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 1. Анализ технико-экономических, социальных, экологических аспектов показывает, что в настоящее время значительное развитие в России получают системы энергогазоснабжения удаленных промышленных объектов на базе сжиженного углеводородного газа с энергопотреблением до 12000 МВт ч/год при расчетном расходе до 300 кг/ч Наиболее экономичным для систем энергогазоснабжения удаленных промышленных предприятий является применение установок искусственной регазификации с промежуточным теплоносителем, оснащенных из условия надежности двумя электрическими регазификаторами с твердотельным промежуточным теплоносителем из алюминия паропроизводительностью 150 кг/ч каждый

2. Предложены постановка задачи и математическое описание процесса теплообмена между нагревательным и испарительным устройствами в отвердевшей цилиндрической заливке из алюминия, учитывающие изменение конфигурации теплообменных элементов и геометрических параметров твердотельного промежуточного теплоносителя

3 Предложена математическая модель оптимизации структуры и параметров систем промышленной регазификации, на базе которой разработан метод обоснования варианта электрического испарителя с твердотельным промежуточным теплоносителем

4 Научно обоснованы новые технические решения по обеспечению максимально возможной интенсивности теплообмена от нагревательного к испарительному устройству через слой твердотельного промежуточного теплоносителя из алюминия при проточной регазификации сжиженного углеводородного газа в трубном испарительном устройстве Технические решения защищены патентами № RU 59773 U1 от 27 12 2006 г, № 63486 U1 от 27 05 2007 г

5 Изготовлен и испытан опытно-промьппленный образец проточного промышленного регазификатора СУГ с твердотельным промежуточным теплоносителем

6 Внедрены в практику проектных и эксплуатационных организаций России 6 1 «Рекомендации по газоснабжению промышленных потребителей от групповых резервуарных установок, оборудованных электрическими испарителями с твердотельным промежуточным теплоносителем»

6 2 «Рекомендации по обоснованию и оптимизации испарителей СУГ с промежуточным теплоносителем для систем энергогазоснабжения промышленных предприятий»

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ:

Публикации в изданиях рекомендованных ВАК РФ

1 Рулев А В Электротепловая аналогия и ее применение к решению задачи теплообмена в змеевиковом испарителе сжиженного углеводородного газа с твердотельным теплоносителем /А П Усачев, А В Рулев, А Ю Фролов, Т А. Усачева/ЛЗестник Саратовского государственного технического университета. 2007. №2 (24) Вып 1. С 128-132

Публикации в других изданиях

1 Патент на полезную модель № РШ 59773 1Л Испарительное устройство сжиженного углеводородного газа/ АП Усачев, АЮ Фролов, А В Рулев, ТА Усачева, А А Феоктистов Опубликовано 14 09 2006 г

2 Патент на полезную модель № 63486 Ш Испарительное устройство сжиженного углеводородного газа/ А П Усачев, А Ю Фролов, А В Рулев, Т А Усачева, А А Феоктистов Опубликовано 27 05 2007 г

3 Рулев А В К выбору типа промежуточного теплоносителя для электрических испарителей централизованных систем газоснабжения/А П Усачев, А В Рулев, АЮ. Фролов//Научно-технические проблемы совершенствования и развития систем газоэнергоснабжения, сб науч. трудов. Саратов- СГТУ, 2006 С 115-124

4 Рулев А В. К выбору типа, конфигурации и компоновки электронагревательных элементов проточных испарителей сжиженного углеводородного газа/А П Усачев, А В Рулев, А Ю Фролов //Научно-технические проблемы совершенствования и развития систем газоэнергоснабжения сб науч трудов Саратов СГТУ, 2006 С 124-134

5 Рулев А В Анализ внешних опасных воздействий на систему регазификации и подготовки сжиженного углеводородного газа/А П Усачев, А А Феоктистов, А Ю Фролов, А В Рулев//Научно-технические проблемы совершенствования и развития систем газоэнергоснабжения сб науч. трудов. Саратов СГТУ, 2006 С 161-174

6 Рулев А В Разработка предложений по повышению интенсивности теплообмена в испарителях и подогревателях природного газа при использовании промежуточного теплоносителя/А П Усачев, А В Рулев, А Ю Фролов, АС Трущ, ТА. Усачева //Научно-технические проблемы совершенствования и развития систем газоэнергоснабжения-сб науч трудов Саратов СГТУ, 2007 С 107-112

7 Рулев А В. Электротепловая аналогия и ее применение к решению задачи теплообмена в электрическом испарителе СУГ с твердотельным теплоносителем/А П Усачев, А В Рулев, АЮ Фролов, ТА Усачева//Научно-технические проблемы совершенствования и развития систем газоэнергоснабжения, сб науч трудов Саратов СГТУ, 2007 С 124-134

8 Рулев А В Системное моделирование и разработка энергоэффективных и малогабаритных испарителей природного газа с трехкратным снижением удельной металлоемкости/А В Рулев, А Ю Фролов//Логистика и экономика ресурсосбережения и энергосбережения в промышленности сб науч трудов по материаламМеждунар науч-пракг конф Саратов СГТУ,2007 С330-336

ПРИНЯТЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Q — теплопроизводительность промышленного регазификатора, общее годовое потребление энергоносителя, МВт/год, F - поверхность, м2, t - температура, °С, расчетный год эксплуатации, год, 8 — толщина, м, X — коэффициент теплопроводности, Вт/(м К), G - паропроизводительность, кг/ч, d - диаметр, м, Р - давление, Па, г - радиус, м, L - длина, м, h - высота, м, S - расстояние между соседними витками испарительного змеевика, м, п - нормаль к изотермической поверхности, 1 - характерный размер теплообменника, м, Ф - формфактор, I - сила тока, А, V - электрический потенциал, В, объем м , у - электропроводность среды, А/м В, т - коэффициент подобия, г\ - коэффициент полезного действия; J(t) — коэффициент относительного удорожания, К — капитальные вложения, долл , И - эксплуатационные затраты, долл/год, т - число часов работы, ч, Ф - доля годовых отчислений, р - плотность, кг/м3, b - высога заливки ПТ, h' - прибавка к высоте корпуса испарителя, % - количество трубчатых нагревателей; Е - норма дисконта, а- коэффициент дисконтирования, 1/год, С - стоимость энергоносителя, долл/МВтч; 3 — интегральные затраты, долл, 1- номер варианта, f- число замен

БУКВЕННЫЕ ИНДЕКСЫ

а — алюминий, б — бутан, в — вода, в гр — верхняя граница, г - газ; доп - дополнительный; ж — жидкость, зм - змеевик; и — испаритель, из - испарительный змеевик, и т. - источник тепла, КРИТ - критический, н гр - нижняя граница, нп — наружная поверхность, нэ -нагревательный элемент, о - объемный, п — пар, ПО — промышленный объект, пов — поверхность, пол — полимеризация, пр — пропан, проводник, ПРПТ — промышленный регазификатор с твердотельным теплоносителем; ПТ - промежуточный теплоноситель, расч - расчетный, per - регазификация, ср - средний, с и - среднеинтегральный, СУГ - сжиженный углеводородный газ, ст - стенка, сталь, ст. - сток тепла, т - тепловая изоляция, теп - теплоноситель, 1111 — твердотельный промежуточный теплоноситель, тр - трубопровод, ТЭН - трубчатый электронагреватель, м-монтаж, э - эксплуатация, эксп -экспериментальный, opt - оптимальный.

РУЛЕВ АЛЕКСАНДР ВЛАДИМИРОВИЧ

РАЗРАБОТКА И ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОМЫШЛЕННОГО РЕГАЗИФИКАТОРА НА ОСНОВЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕПЛООБМЕНА В ТВЕРДОТЕЛЬНОМ

ТЕПЛОНОСИТЕЛЕ

АВТОРЕФЕРАТ

Корректор О А Панина

Подписано в печать 05 10 07 Формат 60x84 1/16

Бум оберт Усл-печ л 1,0 Уч-изд л 1,0

Тираж 100 экз Заказ 345 Бесплатно

Саратовский государственный технический университет 410054 г Саратов, ул Политехническая, 77

Отпечатано в РИЦ СГТУ, 410054 г Саратов, ул Политехническая, 77

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЙ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ОБОСНОВАНИЮ ПРОТОЧНЫХ ИСПАРИТЕЛЕЙ С ТВЕРДОТЕЛЬНЫМ ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕМ ДЛЯ СИСТЕМ РЕЗЕРВНОГО ГАЗОСНАБЖЕНИЯ СУГ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ.

L1 Анализ современного состояния и обоснование типа установок регазификации для систем снабжения сжиженного углеводородного газа промышленных объектов.

1.2 Выбор типа промежуточного теплоносителя для проточных промышленных регазификаторов сжиженного углеводородного газа.

1.3 Обоснование типа, конфигурации и компоновки нагревательных элементов промышленных регазификаторов сжиженного углеводородного газа.

1.4 Разработка конструкции проточных промышленных регазификаторов сжиженного углеводородного газа с высокой интенсивностью теплообмена.

1.5 Выбор направления дальнейших исследований.

Выводы по главе 1.

Глава 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТЕПЛООБМЕНА В ПРОТОЧНОМ ПРОМЫШЛЕННОМ РЕГАЗИФИКАТОРЕ СУГ С ТВЕРДОТЕЛЬНЫМ ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕМ.

2.1 Литературный обзор и состояние вопроса.

2.2 Постановка задачи теплообмена в системе твердотельный промежуточный теплоноситель - испарительный змеевик в промышленных регазификаторах СУГ.

2.3 Теоретическое обоснование моделирования теплообмена в системе твердотельный промежуточный теплоноситель - испарительный змеевик в электролитической ванне.

2.4 Общая характеристика и описание установки электротеплового моделирования.

2.5 Методика проведения экспериментальных исследований и анализ полученных результатов.

2.6 Оценка погрешности экспериментальных данных.

Выводы по главе 2.

Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛООБМЕНА В

СИСТЕМЕ ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ ТЕПЛОНОСИТЕЛЬ

ИСПАРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО.

3.1 Задачи экспериментальных исследований, описание экспериментальной установки и метода проведения исследований.

3.2 Определение экспериментального значения тепловой проводимости слоя цилиндрической алюминиевой заливки от поверхности нагревательных элементов к поверхности испарительного змеевика СУГ.

3.3 Методика определения экспериментального значения длины испарительного участка СУГ.

3.4 Оценка ошибок эксперимента. Обработка и анализ полученных результатов.

Глава 4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИЧЕСКИХ ОСНОВ ОПТИМИЗАЦИИ СИСТЕМ ПРОТОЧНОЙ РЕГАЗИФИКАЦИИ СУГ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕМ.

4.1 Основные положения системного анализа при оптимизации установок регазификации СУГ с промежуточным теплоносителем.

4.2 Разработка математической модели оптимизации систем регазификации с промежуточным теплоносителем.

4.3 Условия сопоставимости, конкурирующих вариантов ПРПТ СУГ, заложенные в предлагаемой экономико-математической модели.

4.4 Последовательность оптимизации систем регазификации СУГ с промежуточным теплоносителем.

Выводы по главе 4.

Глава 5. ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМ ПРОТОЧНОЙ РЕГАЗИФИКАЦИИ СЖИЖЕННЫХ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕМ.

5.1 Использование предлагаемой экономико-математической модели для обоснования варианта системы регазификации СУГ с промежуточным теплоносителем.

5.2 Обоснование варианта электрического регазификатора с твердотельным промежуточным теплоносителем и определение зоны его применения.

5.3 Определение оптимальных геометрических параметров электрического регазификатора с твердотельным промежуточным теплоносителем из алюминия.

Выводы по главе 5.

Актуальность работы. В современной отечественной и зарубежной практике энергоснабжения промышленных объектов (ПО), удаленных от опорных пунктов газоэнергоснабжения все более широкое применение находят децентрализованные системы энергоснабжения потребителей с использованием пропан-бутановых смесей сжиженного углеводородного газа (СУГ) на базе резервуарных установок.

В общем балансе удаленных промышленных объектов значительное развитие получают предприятия по выпуску промышленной продукции, мини-цеха модульного типа по переработке сельскохозяйственной продукции, обработке и сушке древесины, производству строительных материалов и конструкций, животноводческие и зерноводческие фермерские хозяйства с энергопотреблением до 12000 МВт-ч/год при величине расчетного расхода СУГ до 300 кг/ч.

Применение СУГ в качестве основного или резервного энергоносителя для промышленных предприятий, а также для бытовых и хозяйственных нужд, в полной мере отвечает технологическим, экологическим и санитарно-гигиеническим требованиям, 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 для основного или резервного газоэнергоснабжения удаленных промышленных объектов.

Значительное развитие в настоящее время для ряда промышленных предприятий, использующих в качестве основного первичного энергоносителя природный газообразный метан от трубопроводных систем газоснабжения, получает использование СУГ в качестве резервного топлива. Аварийное прекращение или недопоставки сетевого природного газа для отдельных предприятий приводят к невозможности возобновления технологического процесса или к значительным материальным ущербам. Здесь в случаях с перебоями или недопоставками сетевого метана промышленные потребители переходят на резервное газоснабжение от резервуарных установок пропан-бутановых смесей.

При использовании сжиженного углеводородного газа в качестве первичного энергоносителя в системах резервуарного газоснабжения он, как правило, подвергается испарению в промышленных регазификаторах с жидким промежуточным теплоносителем (ПТ) в условиях его естественной конвекции, устанавливаемых непосредственно на наружном воздухе с температурой до минус 40°С и использующими в качестве жидкого ПТ специальные антифризы с добавками, предотвращающими коррозию и улучшающими теплообмен.

Регазификация СУГ в существующих промышленных регазификаторах осуществляется в условиях низкой интенсивности теплообмена от жидкого промежуточного теплоносителя к испарительному устройству и характеризуется величиной коэффициента теплоотдачи в размере 500- 550 Вт/м~К.

Отсутствие промышленных регазификаторов СУГ с высокой интенсивностью теплообмена от ПТ, а также отсутствие достоверных методов расчета высокоинтенсивных испарителей побуждают к разработке технических решений и моделированию процессов интенсивного теплообмена от промежуточного теплоносителя к испарительному устройству.

Представленная работа выполнена в Саратовском государственном техническом университете на кафедре «Теплогазоснабжение и вентиляция» в период 1999-2007 гг., включая научно-производственную работу в период обучения в СГТУ в 1999-2004 гг. Результаты научной студенческой работы отмечены дипломом Министерства образования по итогам открытого конкурса 2004 года на лучшую студенческую работу по естественным, техническим и гуманитарным наукам в вузах Российской Федерации.

Работа выполнена по планам грантов Министерства образования России за 1999-2000 г. раздел С-098, направление 06, проектная разработка методов экономии природного газа при создании децентрализованных источников и систем энергоснабжения малых промышленных предприятий и населенных пунктов, а также в рамках планов ОАО «Росгазификация» за 2004-2006 годы.

Цель работы - разработка и оптимизация промышленного регазификатора на основе моделирования теплообмена в твердотельном теплоносителе.

Задачи исследований. Поставленная цель реализуется путем решения ряда взаимосвязанных задач, среди которых к числу наиболее приоритетных относятся следующие:

1. Обоснование твердотельного промежуточного теплоносителя, конфигурации и компоновки нагревательных элементов проточных регазификаторов СУГ удаленных промышленных объектов.

2. Создание новых технических решений по обеспечению высокой интенсивности теплообмена промежуточного теплоносителя в промышленных регазификаторах СУГ.

3. Постановка задачи теплообмена нагревательных элементов с испарительным устройством СУГ через слой твердотельного промежуточного теплоносителя.

4. Проверка достоверности предложенных расчетных зависимостей по теплообмену нагревательных элементов с испарительным устройством СУГ через слой твердотельного промежуточного теплоносителя в условиях натурных экспериментов.

5. Разработка экономико-математической модели оптимизации структуры и параметров трубных промышленных регазификаторов СУГ с твердотельным промежуточным теплоносителем.

6. Обоснование варианта и оптимизация параметров промышленного регазификатора СУГ с твердотельным промежуточным теплоносителем.

Методы исследования и достоверность результатов: системный подход при обосновании метода искусственной проточной регазификации СУГ; математическое моделирование процессов теплообмена между теплоносителем и сжиженным углеводородным газом в установках регазификации; метод электротепловой аналогии, натурный эксперимент.

При проведении экспериментальных исследований максимальное расхождение результатов с теоретическими не превышает 27,6 % с доверительной вероятностью 0,95.

Научная новизна работы и основные положения, выносимые на защиту: 1 .Научное обоснование новых технических решений по обеспечению: а) высокой интенсивности теплообмена в промышленных регазификаторах СУГ путем применения в качестве промежуточного теплоносителя отвердевшей заливки из алюминия с заплавленными в него трубчатыми нагревателями, расположенными на оптимальном расстоянии до испарительного трубопроводного змеевика, защищенных патентом № RU 59773U1; б) температуры отвердевшей заливки из алюминия, предотвращающей полимеризацию непредельных углеводородных компонентов СУГ в промышленных регазификаторах, защищенных патентом № RU 63486U1.

На базе предложенных изобретений разработаны и внедрены промышленные регазификаторы, обеспечивающие по сравнению с существующими аналогами, увеличение коэффициента теплопередачи от трубчатых нагревателей к испарительному змеевику СУГ в 2,6 раза.

2. Постановка задачи и математическое описание процесса теплообмена между нагревательным и испарительным устройствами в отвердевшей цилиндрической заливке из алюминия, учитывающих изменение конфигурации теплообменных элементов и геометрических параметров твердотельного ПТ.

3. Расчетные зависимости по решению задачи теплообмена между нагревательным и испарительным элементами в отвердевшей цилиндрической заливке из алюминия, полученные на основе метода электротепловой аналогии и позволяющие определять значения фактора формы теплообменнош устройства и теплового потока в зависимости от изменения конфигурации элементов и геометрических параметров промышленного регазификатора СУГ.

4. Экономико-математическая модель оптимизации промышленного регазификатора СУГ с промежуточным теплоносителем, комплексно учитывающая динамику изменения стоимости энергоресурса в течение срока службы и позволяющая определять оптимальные значения геометрических параметров.

5. Метод обоснования варианта электрического регазификатора СУГ с твердотельным промежуточным теплоносителем, позволяющий учитывать неопределенность экономической информации в условиях резкой динамики цен.

Практическая ценность. Разработанные теоретические и практические положения обеспечивают научно обоснованное развитие промышленных систем проточной регазификации СУГ с промежуточным теплоносителем, путем реализации и внедрения: алгоритма и программы теплового расчета проточных испарителей СУГ с промежуточным теплоносителем, комплексно учитывающих изменение конфигурации теплообменных элементов, конструктивных и геометрических параметров твердотельного ПТ; новых технических решений и разработок с высокой интенсивностью теплообмена от твердотельного ПТ к испарительному устройству при проточной регазификации СУГ; алгоритма и программы расчета по определению оптимальных геометрических и конструктивных параметров проточных испарителей СУГ с ПТ; рекомендаций по энергогазоснабжению промышленных потребителей от групповых резервуарных установок, оборудованных проточными испарителями с промежуточным теплоносителем; методических рекомендаций по обоснованию и оптимизации испарителей СУГ с ПТ для систем энергогазоснабжения промышленных предприятий.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на: ежегодных научно-технических конференциях СГТУ (Саратов, 2004, 2005, 2006, 2007); Первой Всероссийской конференции молодых специалистов «Актуальные научно-технические проблемы совершенствования систем газораспределения и газопотребления» (Саратов, 2005 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы проектирования и строительства объектов АПК России (Саратов, 2007 г., ФГУП «НИИгипропромсельстрой»), Международной научно-практической конференции «Логистика и экономика

12 ресурсосбережения и энергосбережения в промышленности» (Саратов, 2007 г. СГТУ).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том числе 2 патента.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ технико-экономических, социальных, экологических аспектов показывает, что в настоящее время значительное развитие в России получают системы энергогазоснабжения удаленных промышленных объектов на базе сжиженного углеводородного газа с энергопотреблением до 12000 МВт-ч/год при расчетном расходе до 300 кг/ч. Наиболее экономичным для систем энергогазоснабжения удаленных промышленных предприятий является применение установок искусственной регазификации с промежуточным теплоносителем, оснащенных из условия надежности двумя электрическими регазификаторами с твердотельным промежуточным теплоносителем из алюминия паропроизводительностью 150 кг/ч каждый.

2. Предложены постановка задачи и математическое описание процесса теплообмена между нагревательным и испарительным устройствами в отвердевшей цилиндрической заливке из алюминия, учитывающие изменение конфигурации теплообменных элементов и геометрических параметров твердотельного промежуточного теплоносителя.

3. Предложена математическая модель оптимизации структуры и параметров систем промышленной регазификации, на базе которой разработан метод обоснования варианта электрического испарителя с твердотельным промежуточным теплоносителем.

4. Научно обоснованы новые технические решения по обеспечению максимально возможной интенсивности теплообмена от нагревательного к испарительному устройству через слой твердотельного промежуточного теплоносителя из алюминия при проточной регазификации сжиженного углеводородного газа в трубном испарительном устройстве. Технические решения защищены патентами № RU 59773 U1 от 27.12.2006 г., № 63486 U1 от 27.05.2007 г.

5. Изготовлен и испытан опытно-промышленный образец проточного промышленного регазификатора СУГ с твердотельным промежуточным теплоносителем.

153

6. Внедрены в практику проектных и эксплуатационных организаций России:

6.1 «Рекомендации по газоснабжению промышленных потребителей от групповых резервуарных установок, оборудованных электрическими испарителями с твердотельным промежуточным теплоносителем».

6.2 «Рекомендации по обоснованию и оптимизации испарителей СУГ с промежуточным теплоносителем для систем энергогазоснабжения промышленных предприятий»

1. Адинсков Б.П., Кирносов Ю.Ф., Никитин Н.И. Огневой испаритель сжиженного газа прямого обогрева // Использование газа в народном хозяйстве: Сб. статей - Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1976. - Вып. 12.- С. 230-244.

2. Андрющенко А.И. Термодинамические расчеты оптимальных параметров тепловых электростанций. М.: Высшая школа, 1969. - 248с.

3. Андрющенко А.И., Аминов Р.З. Оптимизация режимов работы и параметров тепловых станций. М.: Высшая школа, 1983.- 225с.

4. Берлин М.А., Гореченков В.Г., Волков Н.П. Переработка нефтяных и природных газов. М,: Химия, 1981. - 472 с.

5. Берхман Е.И. Экономика систем газоснабжения. JL: Недра, 1976. 375с.

6. Боглаев Ю.П. Вычислительная математика и программирование. -М.: Высшая школа, 1990. 544с.

7. Богословский В.Н. Строительная теплофизика (теплофизические основы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха): Учебник для вузов. 2-е изд., пераб. и доп. - М.: Высш. школа, 1982. - 415с.

8. Богуславский Л.Д. Экономика теплогазоснабжения и вентиляции.- М.: Стройиздат, 1988. 320с.

9. Бошнякович Ф. Техническая термодинамика. Часть 2. М.: Госэнергоиздат, 1956.-255с.

10. Будкин А. Каждый сам за себя // За рулем. 2001. №12.-С.96-98.

11. Будкин А. Тосол или антифриз? // За рулем. 1998. №7.-С.96-97.

12. Вильяме А.Ф., Ломм В.Л Сжиженные нефтяные газы. Изд. 2-е перераб. -М.: Недра, 1985. -339с.

13. Вычислительная техника и программирование / А.В. Петров, В.Е. Алексеев, А.С. Ваулин и др. Под ред. А.В. Петрова -М.: Высшая школа, 1990. -479с.

14. ГОСТ 13268- 88. Электронагреватели трубчатые. М. изд-во страндартов, 1989.

15. ГОСТ 20448-90. Газы углеводородные сжиженные топливные для коммунально-бытового потребления. Технические условия. М.: Изд-во стандартов, 1991. - 10с.

16. ГОСТ 27578-87* Газы углеводородные сжиженные для автомобильного транспорта. Технические условия. М.: Изд-во стандартов, 2000. - Юс.

17. Гофман-Захаров П.М. Проектирование и сооружение подземных резервуаров нефтегазохранилищ. Киев: Буд1вельник, 1973 .-216с.

18. Единая система газоснабжения. Проблемы перехода к рынку/Под ред. Боксермана Ю.И., Смирнова В.А. -М.: ИЭН. РАН, Энергоцентр. 1993. -224с.

19. Ингерсолл Л.Р., Зобель О.Д., Ингерсолл А.К. Теплопроводность, ее применение в технике и геологии.- М. Л.: Машгиз, 1959. - 258с.

20. Ионин А.А. Газоснабжение. М.: Стройиздат, 1989. - 438с.

21. Иоффе И.А. О стационарном температурном поле в полуограниченном массиве с внутренними цилиндрическими источниками тепла// ЖТФ. -1955. T.XXVIII. - вып. 5. - сер.З.

22. Исаченко В.А. и др. Теплопередача. М.: Энергия, 1981.

23. Канакин Н.С., Коган Ю.М. Технико-экономические вопросы электрификации сельского хозяйства. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 192с.

24. Карапетьянц М.Х. Химическая термодинамика.- М.: Химия, 1975. 583с.

25. Карплюс У. Моделирующие устройства для решения задач теории поля.- М.: Изд-во Иностранной литературы, 1962.

26. Кассандрова О.Н., Лебедев В.В. Обработка результатов наблюдений. -М.: «Наука», главная редакция физ.-мат. литературы, 1970. 104с.

27. Каталог электронагревательного оборудования. Миасский электротехнический завод, г. Миасс. Челябинской области, 2002. 37с.

28. Клименко А.П. Сжиженные углеводородные газы. М.: Гостоптехиздат,1962.-429с.

29. Клименко А.П. Сжиженные углеводородные газы. М.: Недра, 1974. - 367с.

30. Курицын Б.Н. Теплопроводность массива с изотермической полостью//ХХХШ Науч. технич. конф. Саратов.Типрониигаз - 1970. -С. 55-57.

31. Курицын Б.Н., Богданов В.П., Усачев А.П. Тепловой расчет проточныхиспарителей // Жилищное и коммунальное хозяйство, 1978. №1.-С.36-37.

32. Курицын Б.Н., Голик В.Г. Методические вопросы оптимизации систем снабжения сжиженным газом сельской местности. // Материалы Всесоюз. сем.: Методические вопросы энергоснабжения сельской местности. Иркутск, 1989. - С. 183-198.

33. Курицын Б.Н. Оптимизация систем теплогазоснабжения и вентиляции.-Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1992. 160с.

34. Курицын Б.Н., Осипова Н.Н. К моделированию тепловой интерференцииподземных резервуаров сжиженного газа в электролитической ванне// Энергосбережение и эффективность систем теплогазоснабжения и вентиляции: Межвуз. науч. сб. Саратов: СГТУ. - 2000. - 180с.

35. Курицын Б.Н. Системы снабжения сжиженным газом. Саратов: Изд-во1. Сарат. ун-та, 1988. 196с.

36. Курицын Б.Н., Усачев А.П., Богданов В.П. Грунтовый испаритель сжиженного газа // Жилищное и коммунальное хозяйство, 1975.-№12. -С.30-31.

37. Курицын Б.Н., Усачев А.П., Богданов В.П. Паропроизводительность грунтового испарителя сжиженного газа // Использование газа в народном хозяйстве: Сб. статей ин-та Гипрониигаз. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1976. - Вып.12.- С. 180-185.

38. Курицын Б.Н., Усачев А.П., Богданов В.П. Резервуарные установки сжиженного газа с комбинированным отбором жидкой и паровой фаз. // Жилищное и коммунальное хозяйство, 1976. №9.- С. 21-22.

39. Курицын Б.Н., Усачев А.П., Богданов В.П. Теплотехническое сравнениегрунтовых регазификаторов сжиженного газа // Использование газа в народном хозяйстве: Сб. статей ин-та Гипрониигаз. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1977. - Вып.13. -С.88-94.

40. Курицын Б.Н., Усачев А.П. Коэффициент теплопередачи грунтового испарителя сжиженного газа при постоянном отборе паров // Распределение и сжигание газа: Межвуз. научн. сб. Саратов, 1977.- С.73-76.

41. Курицын Б.Н., Усачев А.П. Теплообмен в парогенераторах сжиженного углеводородного газа с промежуточным теплоносителем // Труды Сарат. научн. центра жил.-комм. ак. РФ: Саратов: Изд-во Надежда, 1997. -Вып. 1. -С. 53-62.

42. Курицын Б.Н., Усачев А.П. Коэффициент теплопередачи грунтового испарителя сжиженного газа при постоянном отборе паров // Распределение и сжигание газа: Межвуз. научн. сб. Саратов, 1977.- С.73-76.

43. Курицын Б.Н., Усачев А.П., Шамин О.Б. Оптимизация геометрических параметров резервуарных установок сжиженного газа. // Совершенствование систем теплогазоснабжения и вентиляции: Межвуз. науч. сб. Саратов, 1994.- С.64-71.

44. Курицын Б.Н., Усачев А.П., Шамин О.Б. Экономические предпосылки квыбору источника энергоснабжения зданий. // V международный съезд АВОК. М.: Изд-во ГП Информрекламиздат, 1996. - С. 105-110.

45. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. М.: Атомиздат, 1979.415с.

46. Кутепов А. М., Стерман JL С., Стюшин Н. Г. Гидродинамика и теплообмен при парообразовании. Учеб. пособ. для вузов. Высшая школа,1977. 352 с.

47. Логинов B.C. Сооружения и объекты снабжения сжиженным газом. М.:1. Стройиздат, 1979.-157с.

48. Ложкин А.Н., Голевинский Ю.В. Исследование теплопотерь подземных трубопроводов методом электротепловых аналогий. Тепловые сети: Работы научно-исследовательских институтов и промышленных организаций ОНТИ.-М.-Л., 1936.- С. 58-76.

49. Мак-Адамс, Вильям X. Теплопередача. Металлургиздат, М. 1961. 358 с.

50. Машины и оборудование для цехов и предприятий малой мощности по переработке сельскохозяйственного сырья: Каталог Информагротех. -М., 1992. -584с.

51. Мелентьев Л.А. Оптимизация развития и управления больших систем энергетики: Учеб. пособие. 2- изд., перераб. и доп. -М.: Высшая школа, 1982.-319с.

52. Мелентьев Л.А. Системные исследования в энергетике. 2-е изд., доп. и перераб. М.: Наука, 1983. -456с.

53. Методические рекомендации по оценке эффективности проектов и их отбору для финансирования. Утв-но Госстрем России № 7- 12/47 от31.03. 94г.-М.: Информэлектро, 1994.-84с.

54. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1973.320с.

55. Михеев М.А., Федынский О.С., Дерюгин В.М., Петров В.И. Теплопередача и тепловое моделирвание.М.: Изд-во АН СССР, 1959. -297с.

56. Могилев В.К., Лев О.И. Справочник литейщика: Справочник для профессионального обучения рабочих на производстве. М.: Машиностроение, 1988. - 272с.

57. Нащекин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. М.: ВШ, 1981.

58. Никитин Н.И. Рубинштейн С.В., Морозова Н.Н. Технико-экономическаяоценка испарительных установок сжиженного газа // Газовая промышленность, 1981.-№4. -С. 62-65.

59. Никитин Н.И. Снабжение сжиженным газом объектов жилищно-коммунального и сельского хозяйства. М.: Стройиздат, 1976. -105с.

60. Никитин Н.И., Крылов Е.В. Анализ процессов дросселирования паров сжиженного газа в регуляторе давления// Газовая промышленность. -Саратов:Гипрониигаз. 1974. №11. С.31-34.

61. Никитин Н.И., Крылов Е.В. Предупреждение конденсато- и гидратообразования пропан-бутана в трубопроводах// Газовая промышленность. Саратов-.Гипрониигаз. 1977. №13. С.189-198.

62. Никитин Н.И., Рубинштейн С.В., Топорова Н.А. Выбор оптимальных схем снабжения сжиженным газом с искусственным испарением // Использование газа в народном хозяйстве: Сб. стат ин-та Гипрониигаз. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1977.- Вып.13. -С.53-61.

63. Новая энергетическая политика России. М.: Энергоатомиздат, 1995.- 512с.

64. Основные направления развития газификации сельской местности Россиина период до 2005 года. М.: АО Росгазификация.- Саратов: ОАО Гипрониигаз, 1994. -79с.

65. Павлович Н.В. Справочник по теплофизическим свойствам природных газов и их компонентов. M.-JL: Госэнергоиздат, 1962. -118с.

66. Павлюк Ф.А. Некоторые вопросы оптимизации систем газоснабжения набазе сжиженного газа. Дис. кан. техн. наук. М., 1972- 210с.

67. Павлюк Ф.А., Коптелова И.Н., Хорькова Н.К. Выбор зон рациональногоприменения природного и сжиженного газа при проектировании систем газоснабжения // Использование газа в народном хозяйстве: Сб. статей. -Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1974. -С. 3-6.

68. Патент на полезную модель № RU 55087 U1. Испарительное устройствосжиженного углеводородного газа/А.П. Усачев, А.Ю. Фролов, А.В. Рулев, А.А. Феоктистов, Т.А. Усачева Опубликовано 27.07.2006 г. Бюл. №21. 4 с.

69. Патент на полезную модель № RU 59773 U1. Испарительное устройствосжиженного углеводородного газа/А.П. Усачев, А.Ю. Фролов, А.В. Рулев, А.А. Феоктистов, Т.А. Усачева. Опубликовано 27.12.2006 г. Бюл. №36. 6 с.

70. Патент на полезную модель № RU 63486 U1. Испарительное устройствосжиженного углеводородного газа/А.П. Усачев, А.Ю. Фролов, А.В. Рулев, А.А. Феоктистов, Т.А. Усачева. Опубликовано 27.05.2007 г. 6 с.

71. Попырин J1.C. Математическое моделирование и оптимизация теплоэнергетических установок. М.: Энергия, 1978. -416 с.

72. Преображенский Н.И. Сжиженные газы. Л.: Недра, 1975. -227с.

73. Радчик И.И., Вигдорчик Д.Я., Испарение сжиженных углеводородных газов. М.: ВНИИЭгазпроом, 1975. - 44 с.

74. Рачевский B.C., Рачевский С.М., Радчик Н.И. Транспорт и хранение углеводородных сжиженных газов. М.: Недра, 1974. -250с.

75. Рациональное использование газа в энергетических установках. Справочное руководство./ Р.В. Ахмедов, О.Н. Брюханов А.С. Иссерлин и др. Л.: Недра, 1990.-423с.

76. Рекомендации по выбору основных параметров подземных резервуаров для групповых и индивидуальных установок сжиженного углеводородного газа./ Усачев А.П., Сессии И.В. и др. М.: ОАО росгазификация, 1998.-42с.

77. Рубинштейн С. В., Иванов В. А. Система газоснабжения с отбором жидкой фазы из резервуара. // «Газовая промышленность», № 1, 1971, С. 26-28.

78. Рубинштейн С.В., Щуркин Е.П. Газовые сети и оборудование для сжиженных газов. Л.: Недра, 1991. - 252с.

79. Рябцев Н.И., Кряжев Б.Г. Сжиженные углеводородные газы. М.: Недра.- 1977.-280 с.

80. Свод правил по проектированию и строительству (СП 42-101-2003). Общие положения по проектированию и строительству газораспределительных систем из металлических и полиэтиленовых труб. -М.: Стройиздат, 2003. -214с.

81. Свод правил по проектированию и строительству (СП 42-102-2004). Проектирование и строительство газопроводов из металлических труб. -М.: Стройиздат, 2004. -149с.

82. Семенов Б.А. Нестационарная теплопередача и эффективность теплозащиты ограждающих конструкций зданий. Саратов: СГТУ, 1996. - 176 с.

83. Симонов В.Ф., Попов А.И., Попов Р.А. Критерии сопоставления и оптимизации энергосберегающих решений в рыночных условиях // Межвуз. научн. семинар по проблемам теплоэнергетики.- Саратов, 1996. -С. 87-91.

84. Симонов В.Ф., Усачев А.П. Разработка алгоритма определения эксергетического КПД децентрализованных сберегающих систем энергоснабжения малых объектов АПК. // Промышленная теплотехника: Межвуз. научн. сб.- Саратов, 1998.

85. Системные исследования в энергетике в новых социально-экономическихусловиях / В.П. Булатов, Н.И. Воропай, А.З. Гамм и др. Новосибирск: Наука, 1995. -189с.

86. Справочно- статистический сборник. Мир цен./ НИИ ценообразования Роскомцен, АО Консалтинг, 2007. -Вып. 1/6.

87. Стаскевич Н.Л., Вигдорчик Д.Я. Справочник по сжиженным углеводородным газам. Л.: Недра, 1986. -543с.

88. Стаскевич Н.Л., Майзельс П.Б., Вигдорчик Д.Я. Справочник по сжиженным углеводородным газам. Л.: Недра, 1964. -516с.

89. Стаскевич Н.Л., Северинец Г.Н., Вигдорчик Д.Я. Справочник по газоснабжению и использованию газам. Л.: Недра, 1990. - 762с.

90. Строительные нормы и правила (СНиП 2.01.01-82). Строительная климатология и геофизика М.: Стройиздат, 1983. -136с.

91. Строительные нормы и правила РФ (СНиП 42-01-2002) Газораспределительные системы.- М.: Стройиздат, 2002.- 48с.

92. Топливно-энергетический комплекс России: ключевые проблемы и приоритеты развития / Под ред. А.П. Меренкова, М.Б. Чельцова. -Новосибирск: Наука, 1995. -312с.

93. Транспорт сжиженного природного газа // Материалы первой международной конференции по СПГ. -М.: ВНИИЭГАЗПРОМ, 1970.-Вып.6. -73с.

94. Теплоэнергетика и теплотехника. Общие вопросы / Под ред.

95. B.А. Григорьева и В.М. Зорина. Книга 1. М.: Энергоатомиздат, 1987. -456с.

96. Трушин В.М., Устройство и эксплуатация установок сжиженного углеводородного газа. JL: Недра, 1980. - 199 с.

97. Усачев А.П. Комплексная оптимизация сберегающих систем энергоснабжения малых агропромышленных предприятий. // Современное строительство: Материалы междунар. научн.- практич. конф.- Пенза: Пензенская гос. арх. строит, академия, 1998. -С.201-204.

98. Усачев А.П. Математическое моделирование теплообмена в проточных парогенераторах сжиженного углеводородного газа // Труды Сарат.научн. центра жилищно-коммунальной академии РФ. Выпуск 1.-Саратов: Изд-во Надежда, 1997.-Вып.1.- С. 71-77.

99. Усачев А.П. Применение температурного метода для экспериментального определения длины грунтового испарителя сжиженного газ проточного типа // Использование газа в промышленности. Вып. 4. Межвуз. сб. Саратов, 1978. С. 71-75.

100. Усачев А.П. Применение температурного метода для экспериментального определения длины грунтового испарителя сжиженного газ проточного типа // Использование газа в промышленности. Вып. 4. Межвуз. сб. Саратов, 1978. С. 71-75.

101. Шорин С.Н. Теплопередача М.: Высш. школа, 1964. - 490 с.

102. Шубин Е.П. Новый метод подсчета тепловых потерь нескольких труб, уложенных в грунт//Изв. Вузов. Нефть и газ. 1934. Вып. 8. С. 25-30.

103. Энергетический комплекс СССР / Под ред. JI.A. Мелентьева и А.А. Макарова. М.: Экономика, 1983. -264с.

104. Юсида X., Ямагучи С. Теплообмен при двухфазном течении фреона 12 в горизонтальных трубах. // Достижения в области теплообмена: Сб. статей.-. М.: Мир, 1970.- С. 252-272.

105. AGA. Тега Demand /Market place Model. DY/YR:11/20/92. 35p.

106. Benedict H., Webb G., Rubin L. An empirical equation for thermodynamic properties of light hydrocarbons and their mixtures. // Chemical Engineering Progress, 1951. №9. -P. 449.

107. Benedict H., Webb G., Rubin L. An empirical equation for thermodynamic properties of light hydrocarbons and their mixtures. //Chemical Engineering Progress, 1951. -№ ll. .p. 571.

108. Butterworth D. (1972). Private communication to Moles and Shaw.

109. Caves to hold liquid methane // Oil and Gas Journal, 1959. №6. -P. 114-119.

110. China moves to second place // Energy Rept, 1995. 22, №10. -P. 13-19.

111. Cichelli M.T., Bonilla C.F. Heat transfer to liquids boiling under pressure. Trans. Amer. Inst. Chem. Eng., 1945, m. 41, №6.

112. Dele G.E. A new look at ING vaporization methods // Pipe Line industry, 1981. -№ l.-P. 25-28.

113. Demand Committee Basecase. Proposed Final Version, 1994.- 85p.

114. Efficiency of ground coupled heat pump // Energy Rept., 1994. - № 2. - P. 10-18.

115. Energy Savings and Process Heat Recovery in Electroheat Plants / Aylott W., Bertay A., Fikus P., Geeraert В., Macor В., Pauts J., Saulo A. // Electrowarme Intern, 1986/- 38. В 6 Dezember. -S. 112-119.

116. Erdwerme for St. Moritz abs 1600 m Tiff// Schweiz. Ing. und Archit, 1991. -№ 45. S. 1092-1099.

117. Forchheimer G. Uber die Erwarming des Wassers in Leitungen. Hannover, 1988. - 245 s.

118. Franck D., Berntson T. Ground coupled heat pumps with low-temperature heat storage // ASHRAE Trans., Techn. Refrig. and Air-Cond. Eng., 1985. -P. 1285-1295.

119. Geotermal installation training scheduled // Air Cond., Heat and Refrig. News, 1991. -№ 4. -P. 128-133.

120. Geotermal pump teleconference // Air cond., Heat and Refrig. News, 1992.- № 6. P. 26-32.

121. Gilmore V.E. Neo-geo Real pump // Pop. Sci., 1988. № 6. - P. 88-112.

122. Grawford Alex. Heat Recovery Benefits Dairy Operations // Energy Developments, 1981.-October. -P.79-87.

123. Gricke P. Umweltwerme nutzen mit Wrmepumpen // Elektrowarme Int. A., 1992. -№ 2.- S. 47-53.

124. Grigoriev V.A., Dudkevich A.S. Some peculiarities of boiling cryogenic liquids. Heat Transfer; 4th Intern. Heat Transfer Conf. - 1970, vol. 6, p. 324.

125. Groch P.J., Cess R.D. Heat transfer to fluid with low Prandtl number for across plates and cylinders of various cross section // Paper Soc. Mech. Engrs., 1957. № F-29. - P. 28-36.

126. Ground heat energy is growing market // Plant Manag and Eng, 1984. № 8. -P. 39-43.

127. Gryglewicz W. Analyse das thermischen Verhaltens erdreicheingebetter Wermespeicher fer zftungsanlagen // Stadtund Gebeudetechink, 1988. -№ 4. S. 106-107.

128. Heat Pump Assisted Distillation. Ill: Experimental Studies Using an External Pump / Supranto S., Ishwar Chandra, Linde M. B., Diggory P. J., Holland F. A. // Energy Research, 1986. -Vol. 10. -P. 255-276.

129. Internal Combustion Engines and Energy Conservation Power Generation Industrial, 1980. November. -75p.

130. International Symposium on the Industrial Application of Heat Pump, 1982.-№24-26, March.-189 p.

131. Kavanaugh S. Design considerations for ground and water source heat pumps in southern climates // ASHRAE Trans., Techn. Refrig. and Air-Cond. End., 1989. -P. 1139-1149.

132. Les chaffers composes on commit an assailer la condensation // Gas de France. -Quatriem Edition, 1989.-March. 57p.

133. Lowis G.N., Randall M. Thermodynamics, 2d. Ed. Revised by K.S. Pester and L. Brewer. Mc Graw: Hill, 1961. -723 p.

134. Mandhane J.M., Gregory G.A. and Aziz K. (1974). A flow pattern map for gas liquid flow in horizontal pipes. Int. J. Multiphase Flow I, 537-53.

135. Murray J.G. Using the good earth // 6th Miami Int. Conf., 1983. -P. 649-650.

136. New Energy Conservation Technologies and Their Commercialization.// Proc. Of an Intern. Conference. Berlin, 1981.-6-10 April.

137. Nysewander C.H., Sage B.H., Lesey W.N. Phase Equilibria in hydrocarbon systems // Industrial and Engineering Chemistry, 1940 vol. 32, № 1. -P. 118-123.

138. Organick B.I., Brown G.G. Prediction of hydrocarbon vapor-liquid equilibria. // Chemical Engineering Progress. -Symposium, 1952.- Ser. 48/2. 97.- P. 117-122.

139. Organick E.L., Elliot E.J. Equilibrium rations charter for hydrocarbon systems. Proc. NGAA, 1955, 66, in book form. // Natural Gasoline Association of America, Telsa, Okla. 1957.- P. 137-143.

140. Patent 2000570 USA. Liquifieled petroleum gas dispensing system / Norway H.L.

141. Patent 3 124 940. Defrosting device for a liquefied gas evaporator / Guelton Y. (USA), 1964. -4 p.

142. Roumy R. (1970). Private communication.

143. Schiect H.H. (1969). Flow patents for an adiabatic two-phase flow of water and air within a horizontal tube. Verfahrenstechnik 3(4), 153-61.

144. Scott D.S. (1963). Properties of со current gas liquid flow. Adv. Chem. Engng. 4, 199-277.

145. Thomson G.W. The Antoine equation for vapor presseure date.// Chemical Reviews, 1946.- Vol. 38, №1. -P.128-143.

146. Tolubinsky V.I., Ostrovsky J.N. On the mechanism of boiling heat transfer (vapor bubbles grouch rate in the process of boiling of liquids, solutions and binary mixtures). Int. Journal Heat and Mass Transfer. - 1966, vol. 9, p. 1463-1470.171

147. Tong L.S. (1965) Boiling heat transfer and two-phase flow. John Wiley, New York.

148. V.C. Theoretical heat pump ground coil analysis with variable ground far field boundary conditions //AlChE Symp. Ser., 1985. -№ 245. P. 7-12.

149. Программа теплового расчета промышленного регазификатора СУГunit Rulev;interfaceuses

150. Windows, Messages, SysUtils, Classes, Graphics, Controls, Forms, Dialogs, Menus, StdCtrls; {Math}type

151. Edit 10: TEdit; Editl 1: TEdit; Edit 12: TEdit; Label 16: TLabel;procedure N2Click(Sender: TObject); procedure FormCreate(Sender: TObject); procedure ButtonlClick(Sender: TObject); private

152. Private declarations } public

153. Public declarations } end;var1. Forml: TForml;

154. Xrasn,P,Xrasgr,Xkolgr,fi,delta l,Ab,Bb,Cb, Apr,Bpr,Cpr:extended;tl: real;1. XI: real;1. Trasn: real;t2: real;

155. Cpr:=0; deltal :=0; fi:=0; Р:=0;1. Xkolgr:=0;1. Xrasgr:=0;1. Xrasn:=0;х=0;1. У=0;xnol =0;1. УпогО;deltax=0; deltay=0;

156. Начальное обнуление переменных при запуске программы} end;procedure TForml.ButtonlClick(Sender: TObject); begin

157. Until ((abs(Xrasn-X 1 )>deltal) or (abs(Xrasn-Xl)<deltal>); Trasn:=tl; t2:=tl; Repeatx2:=P*(fi/(P- 10* sqr(Ab*Bb/(Cb+t2)))+ ((l-fi)/(P- 10* sqr(Apr*Bpr/(Cpr+t2))))); t2:=t2+deltal;

158. Until ((abs(Xrasgr-X2)>deltal) or (abs(Xrasgr-X2)<deltal));1. Trasgr:=t2;t3:=t2;1. Repeatx3:=P*(fi/(P- 10* sqr(Ab*Bb/(Cb+t3)))+ ((l-fi)/(P- 10* sqr(Apr*Bpr/(Cpr+t3))))); t3 :=t3+deltal;

159. Until ((abs(Xkolgr-X3 )>delta 1) or (abs(Xkolgr-X3)<deltal));1. Tkolgr:=t3;t4:=t3;1. Repeatx4.-P*(fi/(P- 10* sqr(Ab*Bb/(Cb+t4)))+ ((l-fi)/(P- 10* sqr(Apr*Bpr/(Cpr+t4))))); t4:=t4+deltal;

160. Until ((abs(l -X4)>delta 1) or (abs(l-X4)<deltal));1. Ttumgr:=t4;1. Form2.Visible:=true;end;end;end.unit Rulev2;interfaceuses

161. Windows, Messages, SysUtils, Classes, Graphics, Controls, Forms, Dialogs, StdCtrls;type

162. Private declarations } public

163. Public declarations } end;var1. Form2: TForm2;

164. Trasn,Trasgr, Tkolgr, Ttumgr, G, q, R, Dvn, dst:real; tt, Lst,Crasnpr,Ctumgrpr:real; Crasnb,Ctumgrb :real; rl,r2,r3,r4, r5, r6, r7:real; rras,rrasb,rraspr:real; fi 1 ,fi2,fi3,fi4,fi5 ,fi6,fi7,fi8 :real; ER, AlphaRas:real; Xras:real;

165. Xrasn, Xrasgr, Xkolgr, Xtumgr: real; Vkolsm, Vtumsm, Alphatum:real; RE:real; I:real;1. REtum:real;

166. Xkol, Xtumn, Xkoln,Alphakol, Alpha:real; p,t:real;

167. Tgnrasi, Tgkrasi, Ttnrasi, Ttkrasi, Fii, Fras:real;1. Frasi:real;m, n:real;

168. Tgnkoli, Tgkkoli:real; Fkol, Fkolkreal; Tgntumi,Tgktumi :real;

169. Ftum, Ftumi:real; implementation uses Unit3; (SR *.DFM}procedure TForm2.ButtonlClick(Sender: TObject); begin

170. Alpharas: = Q(Q-l)C/2 + (1-Q )D + Q(Q+l)E/2;

171. C: = P(P-l)F(I,J-l)/2 + (1-P )F(I,J) + P(P+l)F(I,J+l)/2;1.=I-1;

172. D = P(P-l)F(I,J-l)/2 + (1-P )F(I,J) + P(P+l)F(I,J+l)/2; I:=I;

173. E = P(P-l)F(I,J-l)/2 + (1-P )F(I,J) + P(P+l)F(I,J+l)/2; I:=I+1;1. = int((x-xnol)/ deltax));1. For i:=l to n dobegin1. = 0;1. = l;1. End;

174. J:=int((y-ynol)/ deltay)) For j:=l to m do J:= 0; J: = 1; End;

175. P:= (x xnol - J deltax); Q:= (y - ynol -1 deltay); End;procedure TForm3 .Button 1Сlick(Sender: TObject); begin

176. Alphakol: = Q(Q-l)C/2 + (1-Q )D + Q(Q+l)E/2; C: = P(P-l)F(I,J-l)/2 + (1-P )F(I,J) + P(P+l)F(I,J+l)/2; I:-I-l;

177. D = P(P-l)F(I,J-l)/2 + (1-P )F(I,J) + P(P+l)F(I,J+l)/2;1.=I;

178. E = P(P-l)F(I,J-l)/2 + (1-P )F(I,J) + P(P+l)F(I,J+l)/2; I:=I+1;1. = int((x-xnol)/ deltax));1. For i:=l to p dobegin1: = 0; 1: = 1; End;1. J:=int((y-ynol)/ deltay))1. For j:-l to r do1. J:= 0;1. J: = l;1. End;

179. P:= (x xnol - J deltax); Q:= (y- ynol -1 deltay); End;procedure TForm3.ButtonlClick(Sender: TObject); begin

180. Alphatum: = Q(Q-l)C/2 + (1-Q )D + Q(Q+l)E/2; C: = P(P-l)F(I,J-l)/2 + (1-P )F(I,J) + P(P+l)F(I,J+l)/2; I:=I-1;

181. D = P(P-1 )F(I,J-1 )/2 + (1-P )F(I,J) + P(P+l)F(I,J+l)/2; I:=I;

182. E = P(P-l)F(I,J-l)/2 + (1-P )F(I,J) + P(P+l)F(I,J+l)/2; I:=I+1;1. = int((x-xnol )/ deltax));1. For i:=l to к dobegin1. = 0;1. = l;1. End;1. J:=int((y-ynol)/ deltay))1. For j i=l to d do1. J:= 0;1. J: = l;1. End;

183. P:= (x xnol - J deltax); Q:= (y - ynol -1 deltay); End;1. P:=(Trasgr-Trasn)/t;1. Tgnrasi :=Trasn;1. Tgkrasi :=Trasn+t;1. Ttnrasi:=Tt;1. Ttkrasi:=Tt;1. Fii:=fi2;1. Frasi^O;1. For i:=l to b dobegin

184. Form3 .Editl .Text:=FloattoStr(Alpharas);

185. Form3.Edit2.Text:=FloattoStr(Alphakol);

186. Form3 .Edit3 .Text:=FloattoStr(Alphatum);

187. Form3.Edit4.Text:=FloattoStr(F);

188. Form3 .Edit5 .Text:=FloattoStr(Fras);

189. Form3.Edit6.Text:=FloattoStr(Fkol);

190. Form3.Edit7.Text:=FloattoStr(Ftum);end.unit Rulev3;interfaceuses

191. Windows, Messages, SysUtils, Classes, Graphics, Controls, Forms, Dialogs, StdCtrls;type

192. TForm3 = class(TForm) Label 1: TLabel; Editl: TEdit; Label2: TLabel; Edit2: TEdit; Label3: TLabel; Edit3: TEdit; Label4: TLabel;1. Продолжение приложения 1

193. Edit4: TEdit; Label5: TLabel; Edit5: TEdit; Label6: TLabel; Edit6: TEdit; Label7: TLabel; Edit7: TEdit; Button 1: TButton; Label8: TLabel;procedure ButtonlClick(Sender: TObject); private

194. Private declarations } public

195. Public declarations } end;var

196. Form3: TForm3; implementation ($R *.DFM}procedure TForm3.ButtonlClick(Sender: TObject); begin

197. Application. Terminate; end;end.

198. Блок-схема программы расчета повехности промышленного регазификатора СУГначало-> \/

199. Продолжение приложения 2 ©t =t, кол.гр. 3температура конца кипения СУГ го ■V

200. С = P(P-l)F(I,J-l)/2 + (1-P2)F(I,J) + P(P+l)F(I,J+l)/2, при 1=1-1

201. D = P(P-I)F(I,J-l)/2 + (1-P2)F(I,J) + P(P+l)F(I,J+l)/2, при 1=1

202. E = P(P-l)F(I,J-l)/2 + (1-P2)F(I,J) + P(P+l)F(I,J+l)/2, при 1=1+1int((x-x0)/Ax)), если I = 0,то I = 1; J = int((y-y0)My)), если J = О, то J = 1;

203. ОАО «Росгазификация» ОАО «I мпрониигаз»

204. Гипрониигаз» Sy С.О. Корюкин1. Саратов 2006

205. ОАО «Росгазификация» ОАО «Гипрониигаз» Федеральное агентство по образованию Саратовский государственный технический университет

206. УТВЕРЖДАЮ ер ал ь н о го директорау ' " .j ' ОАО <)Гж1рониигаз» к1. РЕКОМЕНДАЦИИ

207. ПО ОБОСНОВАНИЮ И ОПТИМИЗАЦИИ ИСПАРИТЕЛЕЙ СУГ С

208. ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕМ ДЛЯ СИСТЕМ ЭНЕРГОГАЗОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ1. Руководитель темы,н. Усачев А.П. «|&» июня 2007г.1. Саратов 2007

209. УТВЕРЖДАЮ •енерального директора «Гипрониигаз»1. С.О. Корюкин1. АКТ ВНЕДР1результатов диссертационной работы Рулева Александра Владимировича

210. Наименование мероприятия по внедрению:

211. Начальник научного комплекса ОАО «Гипрониигаз»явного директораипрониигаз»1. С.О. Корюкин1. АКТ ВНЕДРЕНИЯрезультатов диссертационной работы

212. Рулева Александра Владимировича

213. Наименование мероприятия по внедрению:

214. Внедрение опытно-промышленного образца проточного регазификатора СУГ с твердотельным теплоносителем, оборудованного двухступенчатым испарительным устройством, паропроизводительностью 60 кг/ч для газоснабжения малых удаленных объектов АПК.

215. Организация разработчик конструкторской документации -ОАО «Гипрониигаз», Саратовский государственный технический университет.

216. Организация изготовитель НПФ «Энгазсистемы».

217. Место испытания экспериментальный центр ОАО «Гипрониигаз».1. Начальник научногокомплекса ОАО «Гипрониигаз»1. Г.П. Чирчинская