Материал: Моделирование и обоснование резервуарных систем снабжения сжиженным газом с перегревом паров в трубчатых грунтовых теплообменниках. Максимов С.А., Курицын Б.Н

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»

Научный руководитель : Курицын Борис Николаевич

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты: Попов Виктор Михайлович

доктор технических наук, профессор, Воронежская государственная лесотехническая академия, кафедра электротехники, теплотехники и гидравлики, профессор

Федулова Людмила Ивановна

кандидат технических наук, доцент, Воронежский государственный аграрный университет, кафедра высшей математики и теоретической механики, доцент

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Воронежский государственный технический университет»

Защита диссертации состоится «15» мая 2014 года в 1300 часов на заседании диссертационного совета Д 212.033.02 при Воронежском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 394006, г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, д. 84, корпус 3, ауд. 3220; тел./факс: +7(473)271-53-21.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Текст диссертации размещен на официальном сайте Воронежского ГАСУ. Автореферат размещён на официальном сайте Минобрнауки РФ и на официальном сайте

Воронежского ГАСУ http://edu.vgasu.vrn.ru

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Сжиженные углеводородные газы (СУГ) получили широкое распространение как источник газоснабжения городов и сельских населенных пунктов Российской Федерации, удаленных от магистральных газопроводов природного сетевого газа.

Наиболее эффективную форму снабжения потребителей сжиженным газом обеспечивают индивидуальные или групповые резервуарные установки с подземным расположением резервуаров. Подавляющее большинство резервуарных установок работают по принципу естественной регазификации в самих расходных резервуарах, используя природную теплоту грунтового массива.

Все виды углеводородных газов в реальных условиях содержат в том или ином количестве растворенную воду. При дросселировании парожидкостной смеси растворенная в газе влага выделяется в свободном состоянии и образует ледяные или гидратные пробки, которые забивают проходные сечения регуляторов давления и трубопроводной обвязки редуцирующих головок резервуаров.

Наличие ледяных или гидратных пробок уменьшает пропускную способность редуцирующих головок резервуаров вплоть до прекращения подачи газа потребителям. Указанное обстоятельство снижает надежность систем газоснабжения и создает предпосылки к аварийным ситуациям.

Радикальным решением вопроса является перегрев паровой фазы СУГ перед подачей ее в регуляторы давления до температуры, исключающей процессы кристаллизации влаги. Достаточно простое и надежное решение задачи представляет применение трубчатых грунтовых теплообменников, обеспечивающих перегрев паровой фазы СУГ за счет естественной природной теплоты грунтового массива.

Широкое применение трубчатых грунтовых теплообменников в качестве пароперегревателей сжиженного газа требует разработки соответствующих конструктивных решений и научного обоснования по их эффективному использованию в практике резервуарного снабжения сжиженным газом.

Необходимость и первостепенная значимость решения указанных вопросов определяют актуальность данной диссертационной работы.

Представленная работа выполнялась в рамках научно-исследователь- ской работы «Моделирование и оптимизация энергосберегающих систем газо-, теплоснабжения и строительной климатотехники».

Цель работы: моделирование и обоснование резервуарных систем снабжения сжиженным газом с перегревом паров в трубчатых грунтовых теплообменниках.

Поставленная цель реализуется путем решения следующих задач:

1. Анализ технических особенностей эксплуатации регуляторов давления резервуарных установок при работе на влагосодержащем сжиженном

3

газе и выявление исходных предпосылок к образованию ледяных или гидратных пробок;

2.Разработка технологической схемы перегрева паров СУГ в трубчатых грунтовых теплообменниках с целью предупреждения кристаллизации влаги

вдросселирующих органах регуляторов давления;

3.Моделирование теплообмена и обоснование температурных режимов эксплуатации подземных резервуарных установок сжиженного газа;

4.Моделирование теплообмена и обоснование температурных режимов эксплуатации трубчатых грунтовых пароперегревателей сжиженного газа;

5.Технико-экономическое обоснование конструктивных параметров подземных резервуарных установок с перегревом паров сжиженного газа в трубчатых грунтовых теплообменниках.

Научная новизна:

- математические модели теплообмена в подземных резервуарных установках сжиженного газа, эксплуатируемых в режиме хранения СУГ, отличительной особенностью которых является наличие теплового взаимодействия паровой фазы СУГ с окружающим грунтовым массивом и атмосферным воздухом;

- математическая модель теплообмена в трубчатых грунтовых пароперегревателях СУГ в условиях теплового воздействия расходного резервуара СУГ;

- результаты экспериментальной апробации предложенных математических моделей теплообмена в подземных резервуарных установках сжиженного газа, оборудованных трубчатыми грунтовыми пароперегревателями;

- экономико-математическая модель оптимизации тепловой защиты восходящего участка грунтового теплообменника и шкафной газорегуляторной установки, обеспечивающей подачу в редуцирующий узел перегретых паров СУГ при минимальных затратах в монтаж теплотеряющих элементов.

Достоверность результатов исследований подтверждается использованием фундаментальных положений теории и практики теплообмена, современных методов математического и экономико-математического моделирования, а также результатов экспериментальных наблюдений. Основные положения и выводы диссертационной работы коррелируются с данными других исследователей.

Научная и практическая значимость работы. Предложенные матема-

тические модели и разработанные на их основе инженерные методы расчета и проектирования резервуарных установок сжиженного газа, оборудованных трубчатыми грунтовыми пароперегревателями, обеспечивают повышение надежности эксплуатации резервуарных систем газоснабжения с естественной регазификацией СУГ, за счет предупреждения кристаллизации влаги в дросселирующих органах регуляторов давления.

4

Для практической реализации предложенных математических моделей средствами вычислительной техники при участии соискателя был разработан пакет прикладных программ.

Вцелях широкого использования результатов диссертационной работы

вгазораспределительной отрасли РФ при участии соискателя разработан нормативный отраслевой документ: СТО 03321549-021-2012 «Предупреждение образования ледяных и гидратных пробок в системах резервуарного снабжения сжиженным газом», дата введения - 01.11.2012 г.

Материалы научных исследований и разработок используются в лекционных курсах по дисциплинам «Газоснабжение» и «Системы снабжения сжиженным газом», читаемых на кафедре ТГВ СГТУ для студентов и магистрантов, а также в курсовом и дипломном проектировании студентов, в научной подготовке аспирантов и соискателей кафедры.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на IX Международной научно-практической конференции «Экология и безопасность жизнедеятельности» (г. Пенза, 2009 г.); XI Международной научно-практической конференции «Проблемы энергосбережения и экологии в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах» (г. Пенза, 2010 г.); Международном научно-практическом симпозиуме «Социальноэкономические проблемы жилищного строительства и пути их решения в период выхода из кризиса» (г. Саратов, 2010 г.); Всероссийской научнопрактической конференции «Теплогазоснабжение: состояние, проблемы, перспективы» (г. Оренбург, 2011 г.); научных семинарах и конференциях Саратовского государственного технического университета (г. Саратов,

2009-2012 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, общим объемом 71 страница, из них лично автору принадлежит 39 страниц. Пять работ опубликовано в изданиях, рекомендованных ВАК: «Вестник гражданских инженеров»; «Вестник МГСУ»; «Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура»; «Приволжский научный журнал»; «Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Строительство и архитектура».

Встатьях, опубликованных в изданиях, рекомендованных ВАК, изложены основные результаты диссертационных исследований: в работах [1, 3] приведены результаты моделирования теплообмена при хранении и регазификации СУГ в подземных резервуарных установках в условиях комплексного воздействия естественных температур грунтового массива и атмосферного воздуха; в работе [2] рассматриваются результаты экономикоматематического моделирования по определению оптимальных толщин тепловой изоляции участков трубной обвязки редуцирующего узла резервуарных установок СУГ; в работе [4] приводятся технические решения по предупреждению гидратообразования в системах резервуарного снабжения сжи-

5