Удосконалення робочих характеристик повітряних конденсаторів аміаку за наявності неконденсованих газів (стр. 2 из 6)
Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій підтверджується коректною постановкою науково-прикладного завдання, тривалістю і кількістю експериментальних досліджень, а також регулярною повторюваністю отриманих результатів, задовільним узгодженням експериментальних і теоретичних даних з допустимою похибкою, необхідною точністю проведення експериментальних досліджень, яка забезпечена застосуванням сучасного високоточного вимірювального устаткування і засобів обробки даних, задовільним узгодженням отриманих результатів з даними інших авторів, використанням методу термодинамічного аналізу холодильних циклів, а також теорії подібності при моделюванні процесів конденсації, позитивними результатами застосування розроблених рекомендацій на діючому промисловому устаткуванні.
Наукове значення мають наступні результати:
– виявлені особливості конденсації аміаку з парогазової суміші усередині горизонтальних труб, що полягають в зменшенні щільності теплового потоку по довжині труби унаслідок зменшення температури конденсації;
– розроблені принципи оцінки впливу НКГ на конденсацію аміаку із застосуванням параметра відносної насиченості парогазової суміші;
– результати експериментальних досліджень робочих процесів промислових повітряних конденсаторів аміаку, що знаходяться під впливом високих концентрацій НКГ;
– отримана математична модель процесу конденсації аміаку усередині горизонтальної труби за наявності НКГ, що враховує неізотермічність процесу і відповідне зменшення щільності теплового потоку.
Практичне значення отриманих результатів:
– методичні рекомендації по проектуванню вдосконалених повітряних конденсаторів, що враховують вплив неконденсованих газів і полягають у визначенні критичної довжини труб, при якій вплив неконденсованих газів на конденсацію холодоагенту є мінімальним;
– спосіб ефективного видалення неконденсованих газів з мінімальними втратами аміаку і конструкція віддільника, що реалізовує його, з теплообмінною поверхнею пластинчастого типу;
– рекомендації по раціональному управлінню парогазовыми потоками в холодильних установках хімічної, переробляючої і нафтогазової промисловості, які розроблені на основі встановлених закономірностей процесів конденсації аміаку за наявності неконденсованих газів.
Основні результати дослідницької роботи реалізовані у використанні отриманих результатів при проведенні оцінки впливу НКГ на енергетичні показники холодильної установки комплексу перевантаження аміаку Одеського припортового заводу. У .результаті впровадження на об'єкті розроблених методик удалося уникнути тривалих періодів роботи холодильного устаткування цеху в режимах підвищеного енергоспоживання, викликаного наявністю НКГ, а також значно скоротити втрати аміаку при видаленні НКГ.
Принципова новизна розроблених автором технічних рішень захищена патентом України на винахід.
Особистий внесок автора в отриманні наукових результатів полягає в отриманні і обробці експериментальних даних по впливу неконденсованих газів на робочі характеристики крупних повітряних конденсаторів аміаку; виявленні зменшення щільності теплового потоку при конденсації пари аміаку в горизонтальних трубах унаслідок поступового зменшення температури конденсації по довжині труб, викликаного наявністю неконденсованих газів; введенні параметра відносної насиченості парогазової суміші, запропонованого автором для обліку впливу неконденсованих газів на режимні параметри конденсаторних комплексів; розробці математичної моделі процесу конденсації аміаку за наявності неконденсованих газів в горизонтальних трубах, яка враховує градієнт концентрацій компонентів парогазової суміші по довжині труб і зміну температури конденсації; розробці принципів раціональної організації робочих процесів аміачних конденсаторних комплексів; методичних рекомендацій за визначенням критичної довжини труб при проектуванні конденсаторних комплексів, при якій вплив неконденсованих газів на конденсацію холодоагенту є мінімальним. У запатентованій конструкції віддільника неконденсованих газів на базі теплообмінника пластинчастого типу авторові належить конструкція пристрою відведення НКГ із систем відведення теплоти конденсації.
Апробація роботи. Основні результати роботи були представлені на міжнародних науково-технічних конференціях «Сучасні проблеми холодильної техніки і технології», м. Одеса, 2001р., 2002р., 2003р., 2005р., 2006р., 2007р.; IIRInternationalconference «AmmoniaRefrigerationTechnologyforTodayandTomorrow», April 19-21, 2007, Ohrid, RepublicofMacedonia.
Публікації. По темі дисертації опубліковано 11 робіт, з них 3 – статті в наукових спеціалізованих журналах, 7 – доповіді і тези доповідей в матеріалах конференцій, 1 – патент України на винахід.
Структура і об'єм дисертації. Дисертація складається з введення, чотирьох розділів, списку використаної літератури і додатків. Робота викладена на 175 стор., включає 132 стор. основного тексту, 42 малюнки, 6 таблиць, списку літератури із 124 найменувань і 6 додатків на 43 стор.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обґрунтована актуальність дисертаційної роботи, сформульовані мета і завдання дослідження, подана загальна характеристика роботи.
У першому розділі розгледіли роботи відомих авторів (Гудемчук в.А., Берман л.Д., Фукс с.Н., Ісаченко в.П., Мазюкевіч і.В., Піменова т.Ф., Гусев в.А., Франк-Каменецький д.А., Каппель а.С., Vierow K., Товажнянський л.Л., Ширяєв Ю.Н.), присвячені дослідженню процесів конденсації пари за наявності неконденсованих газів. Їх аналіз показав, що не дивлячись на те, що механізми перенесення тепла і маси в процесах конденсації пари (в більшості випадків водяної пари) за наявності НКГ в цілому вивчені, але роботи, присвячені процесам конденсації за наявності НКГ в холодильних установках, носять взагалі описовий характер. Гудемчук в.А. і Отмер у своїх дослідженнях виявили двократне зменшення коефіцієнта тепловіддачі при конденсації водяної пари на поверхні гладких труб за наявності 1 % повітря. У аналогічних умовах при конденсації аміаку за наявності 1 % повітря Мазюкевіч і.В. виявив зменшення коефіцієнта тепловіддачі лише на 30% в порівнянні з конденсацією чистої пари.
Результати дослідів Vierow K. (PurdueUniversity) по конденсації водяної пари у присутності повітря усередині горизонтальних і вертикальних труб демонструють, що погіршення тепловіддачі в набагато меншому ступені залежить від концентрації НКГ в порівнянні з впливом швидкості руху суміші в трубі і тиску пари. Максимальне зменшення щільності теплового потоку, викликане зростанням концентрації НКГ, не перевищує 15%.
У другому підрозділі першого розділу проведений аналіз робочих режимів крупної аміачної холодильної установки комплексу перевантаження аміаку Одеського припортового заводу. В результаті аналізу встановлено, що установка у великій мірі підпадає під вплив НКГ. Визначені основні шляхи оптимізації конденсаторної системи з метою зменшення експлуатаційних енерговитрат.
У другому розділі виконаний аналіз впливу температури конденсації на продуктивність і енергоспоживання різних холодильних систем з компресорами різних типів. Проведено порівняння даних, наявних у відомих літературних джерелах, з результатами, отриманими з використанням параметра зміни питомих енерговитрат,
де Е – дійсні питомі енерговитрати холодильного компресора або агрегату, величина, зворотна дійсному холодильному коефіцієнту.Аналіз впливу температури конденсації на енерговитрати холодильних систем показав, що для вірного обліку цього впливу необхідно враховувати властивості холодоагенту, схему холодильної установки, конструктивні особливості компресорів, конденсаторів і інших апаратів. Приведені дані про зміну питомих енерговитрат Вk при зміні температури конденсації доцільно використовувати при проведенні економічних і оптимізаційних розрахунків.
З метою визначення збільшення витрат енергії, викликаного наявністю НКГ в системі відведення теплоти конденсації, проведені розрахункові дослідження робочих циклів холодильної установки, обладнаної аміачним одноступеневим агрегатом А110. Розрахунки одноступеневого холодильного циклу для різних температур конденсації при температурі кипіння t0 = –15°С проведені з урахуванням можливого перевищення тиску в конденсаторі, викликаного наявністю НКГ із заданою об'ємною часткою.
Встановлено, що присутність НКГ найсильніше сприяє збільшенню питомих енерговитрат холодильних машин при низьких температурах конденсації. Такі режими характерні для зимового періоду, коли наявність НКГ приводить до більшого зростання питомих енерговитрат холодильної установки, ніж влітку. При низькому тиску конденсації видалення НКГ може також супроводитися підвищеними втратами холодоагенту, якщо не використовувати додаткове дожимання парогазової суміші.
У дисертації автором отримані нові емпіричні залежності для розрахунку відносного зменшення коефіцієнта тепловіддачі при конденсації із суміші пари та повітря:
водяної пари
(1)і аміаку
, (2)де б0, бсм – коефіцієнти тепловіддачі при конденсації чистої пари та пари із суміші; Ma– молекулярна маса холодоагенту; оm, оV – масова і об'ємна долі НКГ.