Материал: Градостроительство, инфраструктура, коммуникации

Коэффициент внешней теплоотдачи от наружной поверхности тепловой изоляции, обтекаемой потоком воздуха, определяется в зависимости от параметра Нуссельта, и вычисляется по формуле

D 2 из

где Nu – параметр Нуссельта вычисляется по формуле

где Re – число Рейнольдса; c и m – константы, принимаемые в соответствии с таблицей 2 согласно [5].

Число Рейнольдса определяется в зависимости от скорости ветра, внешнего диаметра изоляции и вязкости воздуха, обозначенных в исходных данных, по формуле

Для ряда значений толщин изоляции из определяются соответствующие потребляемые мощности электроподогрева на единицу длины Nпотр , Вт, по формуле

где 1,05 – коэффициент запаса принят для компенсации неучтённых факторов. Требуемая мощность электроподогрева Nтреб , Вт, рассчитывается по формуле

3. Расчёт мощности электроподогрева технологического трубопровода. Проведем расчет, основываясь на представленных исходных данных и расчетных зависимостях.

Последовательность вычислений:

1) Вычисляется эмпирический коэффициент Рейнольдса по формуле (6)

Reв 4 0,63 2 0,02 231034. 1,16 10 5

2)По таблице 2 определяются параметры c 0,023 и m 0,8.

3)По формуле (5) рассчитывается значение эмпирического коэффициента Нуссельта

Nu 0,023 2310340,8 449,4.

4)Определяется коэффициент внешней теплоотдачи по формуле (4)

25

5) Определяется температура наружной поверхности изоляции по формуле (3) 2 0,033 27 7,85 0,63 2 0,02 20 ln 0,63 2 0,02

0,63

tиз 2 0,033 7,85 0,63 2 0,02 ln 0,63 2 0,02 12,04 °С. 0,63

6) Определяется полезная мощность коаксиального нагревателя на 1 м длины по формуле (7)

Nпотр 1,05 3,14 7,85 0,63 2 0,02 12,04 20 138,07 Вт/м.

7) Рассчитывается требуемая мощность электроподогрева по формуле (8)

138,07

Nтреб 0,93 148,46 Вт/м.

Вычисления для различных значений толщин изоляции сводятся в таблицу 3.

Выводы. По полученным расчётам можно сделать заключение, что при данных параметрах, а именно при толщине изоляции 20 мм и климатических условиях зоны расположения нефтебазы, скин-система мощностью до 150 Вт/м способна эффективно обеспечить электроподогрев до необходимой температуры рассматриваемого участка трубопровода.

Библиографический список

1.Струпинский М.Л. Хренков Н.Н., Кувалдин А.Б. Научные исследования, разработка, организация производства и внедрение системы индукционнорезистивного обогрева длинных и сверхдлинных трубопроводов // Промышленный электрообогрев и электроотопление. 2015. №1. С.2–6.

2.Струпинский М.Л. Хренков Н.Н., Кувалдин А.Б. Проектирование и эксплуатация систем электрического обогрева в нефтегазовой области. Справочная книга. Вологда: Изд-во «Инфа – Инженерия», 2015. 272 с.

3.СП 131.13330.2018. Строительная климатология. Актуализированаая редакция СНиП 23-01-99*. М.: Минстрой России, 2018. 114 с.

4.Мартыненко Г.Н., Тульская С.Г. Температурный режим хранения нефтепродуктов в резервуарах. Учебное пособие. Воронеж: ВГАСУ, 2015. 54 с.

5.РД 75.180.00-КТН-198-09. Унифицированные технологические расчёты объектов магистральных нефтепроводов и нефтепродуктопроводов. М.: ОАО «Гипротрубопровод», 2009. 204 с

Для цитирования: Колосова Н.В., Кочура О.А, Плаксина Е.В. Расчет мощности электроподогрева технологического трубопровода для нефтепродуктов // Градостроительство. Инфраструктура. Коммуникации. 2021. № 3 (24). С. 22–26.

26

УДК 625.748.54

ПОВЫШЕНИЕ ЭКОНОМИЧНОСТИ АВТОЗАПРАВОЧНЫХ СТАНЦИЙ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НАПОРНОЙ СИСТЕМЫ

В. Н. Помогалов, О. Е. Голясикова, Р. А. Кумаков

Воронежский государственный технический университет В. Н. Помогалов, студент кафедры теплогазоснабжения и нефтегазового дела,

Россия, г. Воронеж, тел.: +7(950)776–66–33, e–mail: viktor.pomogalov@yandex.ru

О. Е. Голясикова, ст. преподаватель кафедры теплогазоснабжения и нефтегазового дела Россия, г. Воронеж, тел.: +7(4732) 71-53-21, e-mail: teplosnab_kaf@vgasu.vrn.ru

Р. А. Кумаков, ст. преподаватель кафедры теплогазоснабжения и нефтегазового дела Россия, г. Воронеж, тел.: +7(4732) 71-53-21, e-mail: teplosnab_kaf@vgasu.vrn.ru

Постановка задачи. Определяя путь повышения эффективности и экономичности автозаправочных станций (АЗС), при условии использования напорной системы подачи топлива, необходимо изучить основные преимущества её использования. Изучив основные преимущества напорной системы подачи топлива, провести сравнительный анализ необходимой общей протяженности технологических трубопроводов, используемых для подачи топлива к топливораздаточным колонкам на примере АЗС в городе Якутск.

Результаты. В статье произведен обзор принципиальных схем напорной и всасывающей системы подачи топлива автозаправочных станций. Выявлены основные конструктивные преимущества напорной системы.

Выводы. На основе проведенных расчетов протяженности технологических трубопроводов напорной системы подачи топлива для реконструируемой АЗС в городе Якутск доказана целесообразность применения подобной схемы.

Ключевые слова: автозаправочные станции, напорная система подачи, всасывающая система подачи, топливораздаточная колонка, технологические трубопроводы, экономичность.

Введение. На сегодняшний день в России существует приблизительно двадцать пять тысяч автозаправочных станций (АЗС). Современные АЗС являются неотъемлемой частью городской инфраструктуры, особенно в крупных городах. Количество и тип АЗС влияет на планировку застройки, а также на систему газоснабжения в целом [1, 2].

Каждая АЗС предусматривает размещение от двух и более топливораздаточных колонок (ТРК), которые предназначены для отпуска различного вида топлива потребителям [3, 4]. Чаще всего, все топливораздаточные колонки можно разделить на напорные и всасывающие. Из названия становится ясно, что основой каждого типа является различная система подачи топлива. Несмотря на это, определенные группы механизмов каждого из типов подачи топлива являются схожими.

Сегодня на территории РФ преимущественно используется всасывающая схема ТРК. Приблизительно 60 % владельцев АЗС по всему миру при открытии заправки предпочитают работать с ТРК всасывающего типа. Остальной сектор (около 40 %) использует ТРК с напорной системой. Такая тенденция обусловлена, прежде всего, исторически. Механизм всасывающего типа был использован в сфере продажи нефтепродуктов намного раньше. Напорные системы подачи топлива в ТРК появились около 50 лет назад США. Ранее, когда не было колонок с различными видами топлива, погружные насосы устанавливались только в США. Такое явление связано с тем, что в США преобладают скоростные автострады.

© Помогалов В. Н., Голясикова О. Е., Кумаков Р. А., 2021

27

Это побудило производителей выпускать автомобили с мощными двигателями внутреннего сгорания, которые требуют использование высокооктанового топлива, которое часто имеет более высокое давление паров. Разность подходов этих систем имеет огромное значение, если рассматривать их с точки зрения крупных АЗС. В данной статье рассматриваются основные факторы, влияющие на экономичность АЗС.

1. Принцип работы всасывающей и напорной системы. Современные ТРК оборудованы электронной системой управления. С её помощью, становится возможным запустить подачу горючего удаленно, с рабочего места оператора АЗС, а также контролировать процесс заправки [4].

Всасывающая система подачи топлива – система, характеризующаяся подачей топлива из резервуара с помощью электронасоса, расположенного, непосредственно, в корпусе самой колонки. Основной принцип работы такой системы можно разбить на несколько этапов: подача электронного сигнала с пульта управления (диспетчерской) и в топливораздаточный комплекс, который задает выдачу необходимого объема топлива; активация заправочного пистолета с последующей подачей заданного объема топлива из резервуара с помощью электродвигателя насоса, который располагается внутри ТРК.

Напорная система подачи топлива – это система, которая характеризуется подачей топлива под напором из резервуара в ТРК. Основное отличие данной технологии подачи топлива состоит в том, что насос установлен не в корпусе самой ТРК, а в резервуаре, из которого осуществляется забор топлива. Погружной вертикальный насос крепится так, чтобы заборное отверстие находилось в нескольких сантиметрах от дна резервуара. Когда топливо попадает в погружной насос, оно перераспределяется между ТРК в зависимости от их количества. Некоторые модели таких насосов имеют соединительную штангу постоянной длины, другие обладают более совершенной конструкцией. Насосы, обладающие телескопической штангой, имеют преимущество над агрегатами со штангой постоянной длины, т.к. позволяют точно определить «мертвую зону» резервуара с топливом. На рис. 1а представлена принципиальная схема всасывающей системы, а на рис.1б - напорной.

Рис. 1. Принципиальные схемы систем подачи топлива к ТРК: а) всасывающая, б) напорная

Когда происходит включение турбинного электронасоса, внутри отверстия забора создается избыточное давление, с помощью которого горючее проходит сквозь турбину. Далее по соединительной штанге топливо поступает в клапанно-распределительное устройство. Затем происходит равномерное распределение потока по всем трубопроводам, направленным к топливораздаточным колонкам. В некоторых моделях погружных насосов используется обратный клапан, который срабатывает, в случае, наличия чрезмерно избыточного давления и возвращает излишки топлива обратно в резервуар.

28

Очевидно, что использование напорной системы подачи топлива более эффективно. Это связано с тем, что данная система может обрабатывать больший объем заказов, т.е. обсуживать большее количество потребителей, что является экономически выгоднее, в сравнении с всасывающей системой. У напорной системы подачи топлива в ТРК существует ряд других преимуществ, которые представлены ниже.

Отсутствие проблемы возникновения воздушных пробок. Всасывающая технология является причиной возникновения паровоздушных пробок в системе. Такое явление происходит, когда сила всасывания, которая необходима для того, чтобы поднять топливо из резервуара, превышает давление пара перекачиваемого топлива. В летнее время года возрастает возможность возникновения пробок. Особенно актуален данный вопрос для высокооктановых горючих на АЗС, а также топлив с присадками, которые располагаются в предгорных районах. Подогретое топливо соответственно увеличивает давление паровоздушной смеси. Данное явление приводит к снижению подачи горючего в ТРК, а в частных случаях, к полному прекращению подачи. Следствием этого является снижение пропускной способности АЗС. Кроме того, подобные инциденты могут являться причиной повреждения ТРК. В дальнейшем это может приводить к дополнительным затратам на ремонтные работы. Погружные насосы полностью исключают проблему возникновения паровоздушных пробок.

Использование напорной технологии позволяет использовать только один насос и трубопровод на один резервуар с горючим. При применении напорной технологии подачи топлива в ТРК возникает возможность более оптимальной компоновки АЗС.

Слабым звеном, в сравнении с напорными системами подачи, всасывающих систем является приемный клапан. В напорных системах он отсутствует. Это устройство удерживает столб нефтепродукта во всасывающем трубопроводе и служит для предотвращения завоздушивания. Данный клапан устанавливается внутри топливного резервуара и выступает важным элементом гидравлики. Опыт использования всасывающих систем показывает, что клапан, который не обеспечивает герметичность линии, является причиной нестабильной работы ТРК. Причины выхода из строя данного элемента могут быть различные: повреждения рабочих поверхностей элемента, временной износ, попадание посторонних частиц и др. Когда приемный клапан выходит из строя, происходит постепенное «вытекание» горючего из всасывающего трубопровода обратно в резервуар. В случае кратковременного перерыва работы ТРК, будет наблюдаться вытекание топлива, а также попадание воздуха во всасывающую магистраль, что резко снижает эффективность работы гидравлической системы.

Использование напорной системы позволяет реализовать более простую и дешевую схему укладки трубопроводов на АЗС. Это связано с тем, что один погружной насос может обеспечить подачу горючего для одновременной заправки на несколько ТРК. Так же, всасывающая технология накладывает ограничения на глубину заложения топливного резервуара, а также его диаметр. Всасывающая система требует большего количества трубопроводов на АЗС, что приводит к удорожанию самих ТРК, а также стоимости общего количества трубопроводов. В среднем, за счет большего количества трубопроводов всасывающей системы, происходит удорожание стоимости на 20 %.

Также одним из преимуществ напорных систем подачи топлива является сравнительно меньший шум работы. Это обусловлено конструктивными особенностями, а именно расположением насоса внутри топливного резервуара, как это было сказано ранее. Шум при работе ТРК является серьезным минусом для потребителя.

Напорные системы являются более выгодным решением с точки зрения срока эксплуатации. Они рассчитаны больший срок бесперебойной работы. Так, средний срок бесперебойной работы составляет около 300 млн. литров топлива, а порой он может достигать 500 млн. литров, в то время как всасывающие рассчитаны в среднем на 10–12 млн. литров.

2. Сравнение протяженности технологических трубопроводов напорной и всасывающей системы на примере реконструкции АЗС в городе Якутск. Напорная

29