Отчет о научно-исследовательской работе
Скачать 209.34 Kb.
|
Министерство образования и науки РФ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Инженерно – строительный институт № госрегистрации Инв. №
ОТЧЕТ О НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ «Разработка критериев оценки качества очистки внутренних поверхностей трубопроводов систем теплоснабжения жилого фонда г. Красноярска от отложений с применением новых экологически чистых, энергосберегающих технологий, с использованием реагента наименование отчета (научно-технический) вид отчета Начальник НИЧ _________ С. В. Первухин подпись, дата инициалы, фамилия Руководитель НИР _________ Ю. Л. Липовка подпись, дата инициалы, фамилия Красноярск 2010 СПИСОК ИСПОЛНИТЕЛЕЙ
РЕФЕРАТ Текст 36 с., 33 рис., 8 табл., 9 источников ОЧИСТКА ТРУБОПРОВОДОВ, СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ, ПОТОКОРАСПРЕДЕЛЕНИЕ, НАКИПЕОБРАЗОВАНИЕ Объектом исследования являются системы отопления зданий с изменяющимися, в процессе эксплуатации, внутренними диаметрами труб в результате сужения живого сечения элементов системы (стояков, подводок к нагревательным приборам, нагревательных приборов) коррозионно-накипными отложениями. Цель работы — разработка критериев оценки качества очистки внутренних поверхностей трубопроводов и нагревательных приборов от отложений. В процессе работы проводилось математическое моделирование эксплуатационных режимов работы установок теплоснабжения. В результате исследования впервые были созданы методики оценки качества очистки труб. Основные конструктивные и технико-эксплуатационные показатели: простота и точность измерения при различных конфигурациях инженерных систем. Степень внедрения — проведены экспериментальные замеры на основе предлагаемой методики на системах отопления жилых зданий города Красноярска. Эффективность методики оценки качества определяется возможностью визуализации. Методика может применяться для оценки качества очистки трубопроводных систем, как в течение отопительного периода, так и для теплого периода года. СОДЕРЖАНИЕ Введение ……………………………………………………………………5 1 Математическое моделирование изменения температуры на поверхности стояков системы отопления после очистки……………...……... 6 2. Математическое моделирование изменения расхода теплоносителя в стояках системы отопления после очистки……………...…………………….16 2 Математическое моделирование изменения объема теплоносителя в стояках системы отопления зданий после очистки….. …………………….....27 Заключение ……………………………………………………………….34 Список использованных источников …………………………………...36 Введение Исследование выполнено по заданию компании «ЭкоТехнолоджи», осуществляющей химическую очистку тепловых инженерных систем на основе инновационных энергосберегающих и экологически безопасных технологий, обеспечивающих увеличение срока службы систем на 25-50%, снижение числа внеплановых ремонтов, сокращение расхода топлива до 50%, уменьшение на 10-25% расхода электроэнергии при доставке теплоносителя и сокращение на 40-90% потерь теплоты. В соответствии с требованиями [2] допустимую величину сужения трубопроводов накипными отложениями следует принимать: для труб dу = 15 мм - 20%; dу = 20 мм - 15%; dу = 25 мм - 12%; dу = 32 мм - 10%; dу = 40 мм - 8%; dу = 50 мм - 6%. Проведение профилактических и аварийных работ по очистке трубопроводов систем отопления на базе технологии безразборной очистки позволяет обеспечить прочистку и промывку трубопроводов от шлама, продуктов коррозии, органических и других отложений без демонтажа элементов системы в любое время года. Цель работы — разработка критериев оценки очистки трубопроводов системы отопления от отложений с использованием реагента. Для выполнения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: – Выполнить компьютерные расчеты по определению изменения потерь давления в стояках систем отопления в зависимости от уменьшения внутреннего сечения трубопроводов при эксплуатации (накипеобразование). – Выполнить компьютерные расчеты по определению изменения объемных расходов теплоносителя в стояках систем отопления в зависимости от уменьшения внутреннего сечения трубопроводов. – Разработать (на основе выполненных расчетов) критерии оценки качества очистки внутренних поверхностей трубопроводов систем теплоснабжения с использованием реагента. 1. Математическое моделирование изменения температуры на поверхности стояков системы отопления после очистки Использование критерия оценки качества очистки внутренних поверхностей, основанного на замерах температур поверхностей стояков систем отопления, приемлемо лишь в течение отопительного периода. Однако простота использования этого критерия делает его наиболее привлекательным в холодный период года для трубопроводных сетей сезонной нагрузки (отопление) и в течение всего года для круглогодичной нагрузки (горячее водоснабжение). Классическая технология контроля температуры предусматривает врезание в трубу гильз, в которые помещаются держатели стеклянных ртутных термометров. Объем гильз заполняется маслом, температура которого измеряется термометром. Недостатки этой технологии: дополнительные врезки; ухудшение экологии из-за боя ртутных термометров; затраты на профилактику и эксплуатацию — чистка карманов, замена масла, дополнительные энергетические затраты, обусловленные преодолением гидравлического сопротивления трубопроводов с врезанными в них гильзами (от 2 до 10%) в вертикальных стояках не позволяют рекомендовать этот метод измерения температур в качестве базового. Более прогрессивен второй способ контроля температуры трубопровода с помощью поверхностных полупроводниковых датчиков температуры. Система контроля температуры построена на применении новых базовых модулей, жестко прикрепляемым к трубе с помощью точечной сварки в одной или двух точках, и коммутируемых ко входу цифрового измерителя температуры (ЦИТ) [6]. Третий, наиболее приемлемый способ контроля изменения температуры — использование переносного пирометра инфракрасного излучения типа C-110 "Факел", или подобного с диапазоном измерения до 150 оС и разрешающей способностью не менее 1 оС. Указания по выбору и монтажу приборов для измерения температуры приведены в пособии по проектированию и монтажу [7]. Используемый математический аппарат метод конечных элементов. Объект исследования двухслойная цилиндрическая стенка трубы стояка системы отопления (рис. 1): первый слой карбонатная накипь с изменяющимся коэффициентом теплопроводности в пределах 0,083 – 2,3 Вт/м.град, зависящим от её структуры (рис. 2), второй слой стенка стальной трубы, коэффициент теплопроводности стали Кт ≈ 47 Вт/м.град.  
Понятно, что при постоянном значении линейной плотности теплового потока, изменение толщины слоя карбонатной накипи приводит к соответствующему изменению температуры поверхности стояка. Характер этого изменения может быть одним из показателей степени загрязнения (очистки) внутренней поверхности труб. На рис. 3–10 представлены полученные в результате расчета графики изменения температуры поверхности стояка диаметром 20 мм при температурах воды, изменяющихся в диапазоне от 40 до 90оС, и постоянной температуре окружающей среды 18оС при различных коэффициентах теплопроводности накипи. Рисунок 3 — Зависимость температуры на поверхности стояка системы отопления от относительного загрязнения системы при температуре воды 20 оС где линия ряд 1 соответствует коэффициенту теплопроводности накипи  ;ряд 2  ;ряд 3  ;ряд 4  ;ряд 5  .Рисунок 4 — Зависимость температуры на поверхности стояка системы отопления от относительного загрязнения системы при температуре воды 30 оС где линия ряд 1 соответствует коэффициенту теплопроводности накипи ;ряд 2 ;ряд 3 ;ряд 4 ;ряд 5 .Рисунок 5 — Зависимость температуры на поверхности стояка системы отопления от относительного загрязнения системы при температуре воды 40 оС где линия ряд 1 соответствует коэффициенту теплопроводности накипи ;ряд 2 ;ряд 3 ;ряд 4 ;ряд 5 .Рисунок 6 — Зависимость температуры на поверхности стояка системы отопления от относительного загрязнения системы при температуре воды 50 оС где линия ряд 1 соответствует коэффициенту теплопроводности накипи ;ряд 2 ;ряд 3 ;ряд 4 ;ряд 5 .Рисунок 7 — Зависимость температуры на поверхности стояка системы отопления от относительного загрязнения системы при температуре воды 60 оС где линия ряд 1 соответствует коэффициенту теплопроводности накипи ;ряд 2 ;ряд 3 ;ряд 4 ;ряд 5 .Рисунок 8 — Зависимость температуры на поверхности стояка системы отопления от относительного загрязнения системы при температуре воды 70 оС где линия ряд 1 соответствует коэффициенту теплопроводности накипи ;ряд 2 ;ряд 3 ;ряд 4 ;ряд 5 .Рисунок 9 — Зависимость температуры на поверхности стояка системы отопления от относительного загрязнения системы при температуре воды 80 оС где линия ряд 1 соответствует коэффициенту теплопроводности накипи ;ряд 2 ;ряд 3 ;ряд 4 ;ряд 5 .Рисунок 10 — Зависимость температуры на поверхности стояка системы отопления от относительного загрязнения системы при температуре воды 90 оС где линия ряд 1 соответствует коэффициенту теплопроводности накипи ;ряд 2 ;ряд 3 ;ряд 4 ;ряд 5 .2. Математическое моделирование изменения расхода теплоносителя в стояках системы отопления после их очистки Использование критерия оценки качества очистки внутренних поверхностей, основанного на замерах расхода теплоносителя в стояках системы отопления, приемлемо как в течение отопительного периода, так и в теплый период года. Расход воды в стояке до и после очистки может быть замерен: – портативным переносным ультразвуковым расходомером-счетчиком «Взлет ПР», и подобными, позволяющими оперативно измерять расход жидкостей с помощью ультразвуковых накладных датчиков без вскрытия трубопровода. Пределы допускаемой относительной погрешности измерения объемного расхода и количества жидкости составляют 2,0 % в диапазоне расхода от 3 до 100 % максимального расхода в диапазоне 1-150 оС. Расходомер-счетчик устанавливается на трубопроводах с номинальными диаметрами от DN20 для жидкости при толщине стенки от 2 до 20 мм для металлических и пластмассовых трубопроводов. Расчеты потокораспределения выполнены с использованием компьютерной программы автора отчета, основанной на совместном использовании численных методов расчета: «обобщенного метода контурных расходов», «обобщенного метода узловых давлений» и элементов коммутативной алгебры. В табл. 1 − 4 и на рис. 11 −18 приведены результаты расчетов засорения трубопроводов накипью, характеризуемые отношением фактического внутреннего диаметра трубы  к номинальному («чистому») диаметру  .Для определения фактического внутреннего сечения трубопровода до и после прочистки следует: — произвести замеры расхода воды в стояке до очистки; — по графикам, приведенным на рис. 12 – 26, определить относительный диаметр стояка системы отопления G до очистки; — умножая полученное значение относительного диаметра на номинальный диаметр, получить фактический (с учетом зарастания накипью) внутренний диаметр проходного сечения трубопровода; — произвести замеры расхода воды в стояке после очистки с использованием реагента «Чистоника»; — по графикам, приведенным на рис. 12 – 26, определить относительный диаметр стояка системы отопления G после очистки; — в заключение, умножая полученное значение относительного диаметра на номинальный диаметр, получить фактический (с учетом очистки системы отопления с использованием реагента) внутренний диаметр проходного сечения трубопровода; Расчеты проведены при следующих исходных данных: — расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления -40 оС; — расчетная температура воды в подающем трубопроводе системы отопления +95 оС; — расчетная температура воды в обратном трубопроводе системы отопления +70 оС; — расчетная температура внутреннего воздуха +18 оС; — плотность воды  ; — диаметр стояка — 20 мм; — нагревательные приборы — конвекторы «Комфорт» Dу20 с длиной оребренной части 1,4м. Разработанная автором компьютерная программа позволяет оперативно выполнять расчеты предлагаемых критериев очистки для инженерных трубопроводных систем произвольной конфигурации и при любых начальных температурных условиях. Таблица 1 — Зависимость изменения расхода воды в стояке (5 эт.) от степени засора трубы при перепаде давлений в стояке — 0,5 м
Продолжение табл. 1
Рисунок 11 — Зависимость  Рисунок 12 — Зависимость  Таблица 2 — Зависимость изменения расхода воды в стояке (5 эт.) от степени засора трубы при перепаде давлений в стояке — 1,0 м
Продолжение табл. 2
Рисунок 13 — Зависимость  Рисунок 14 — Зависимость  Таблица 3 — Зависимость изменения расхода воды в стояке (5 эт.) от степени заростания трубы при перепаде давлений в стояке — 1,5 м
Продолжение табл. 3
Рисунок 15 — Зависимость  Рисунок 16 — Зависимость  Таблица 4 — Зависимость изменения расхода воды в стояке (5 эт.) от степени засора трубы при перепаде давлений в стояке — 2 м
Продолжение табл. 4
Рисунок 17 — Зависимость  Рисунок 18 — Зависимость  В табл. 5 − 8 и на рис. 19 −26 приведены зависимости при следующих исходных данных: — расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления -40 оС; — расчетная температура воды в подающем трубопроводе системы отопления +95 оС; — расчетная температура воды в обратном трубопроводе системы отопления +70 оС; — расчетная температура внутреннего воздуха +18 оС; — плотность воды ; — диаметр стояка — 20 мм; — нагревательные приборы — конвекторы «Комфорт» Dу20; длина оребренной части конвектора на подъемной части стояка «снизу-вверх» 1 м + крутоизогнутый отвод 0,19 м; длина оребренной части конвектора на опускной части стояка «сверху-вниз» длиной 1,4 м + крутоизогнутый отвод 0,19 м; длина подводок к конвекторам на подъемной части стояка «снизу-вверх» 0,7 м; длина подводок к конвекторам на опускной части стояка «сверху-вниз» 0,7 м; длина отводов в подвале и на чердаке по 1,5 м; длина стояка в пределах квартиры 3 м. Расчет предлагаемых критериев очистки с использованием специально разработанной компьютерной программы возможен для инженерных трубопроводных систем произвольной конфигурации (верхняя, нижняя разводка магистралей, системы с «опрокинутой» циркуляцией, П-образные стояки и многие другие) и при любых температурах воды в системах отопления и любых температурах внутреннего и наружного воздуха. Таблица 5 — Зависимость изменения расхода воды в стояке (9 эт.) от степени засора трубы при перепаде давлений в стояке — 0,5 м
Продолжение табл. 5
Рисунок 19 — Зависимость  Рисунок 20 — Зависимость  Таблица 6 — Зависимость изменения расхода воды в стояке (9 эт.) от степени засора трубы при перепаде давлений в стояке — 1 м
Продолжение табл. 6
Рисунок 21 — Зависимость  Рисунок 22 — Зависимость  Таблица 7 — Зависимость изменения расхода воды в стояке (9 эт.) от степени засора трубы при перепаде давлений в стояке — 1,5 м
Продолжение табл. 7
Рисунок 23 — Зависимость  Рисунок 24 — Зависимость  Таблица 8 — Зависимость изменения расхода воды в стояке (9 эт.) от степени засора трубы при перепаде давлений в стояке — 2,0 м
Продолжение табл. 7
Рисунок 25 — Зависимость  Рисунок 26 — Зависимость  3. Математическое моделирование объемного изменения теплоносителя в стояках системы отопления зданий после очистки В течение всего года возможно установить взаимосвязь изменения объема рабочей жидкости (воды либо охлаждающей жидкости) в стояке системы отопления. Для этого необходимо замерить (с помощью мерной емкости) объем рабочей жидкости в стояке до и после прочистки. Рисунок 27— Зависимость относительного загрязнения системы от объема воды в системе  — объем стояка системы отопления, л; — относительное загрязнение стояка системы отопления;этажность здания — 9-эт.; диаметр стояка — 20 мм; нагревательные приборы на подъемной части стояка — конвекторы «Комфорт» длинной 1 м; нагревательные приборы на опускной части стояка — конвекторы «Комфорт» длинной 1,4 м. Рисунок 28 — Зависимость относительного загрязнения системы от объема воды в системе — объем стояка системы отопления, л;— относительное загрязнение стояка системы отопления;этажность здания — 9-эт.; диаметр стояка — 20 мм; нагревательные приборы на подъемной части стояка — семисекционные радиаторы «МC-140»; нагревательные приборы на опускной части стояка — восьмисекционные радиаторы «МС-140». Рисунок 29 — Зависимость относительного загрязнения системы от объема воды в системе — объем стояка системы отопления, л;— относительное загрязнение стояка системы отопления;этажность здания — 5-эт.; диаметр стояка — 20 мм; нагревательные приборы на подъемной части стояка —семисекционные радиаторы «МС-140»; нагревательные приборы на опускной части стояка —восьмисекционные радиаторы «МС-140». Рисунок 30 — Зависимость относительного загрязнения системы от объема воды в системе — объем стояка системы отопления, л;— относительное загрязнение стояка системы отопления;этажность здания — 5-эт.; диаметр стояка — 20 мм; нагревательные приборы на подъемной части стояка — конвекторы «Комфорт 1400 мм»; нагревательные приборы на опускной части стояка — конвекторы «Комфорт 1400 мм». Рисунок 31 — Зависимость относительного загрязнения системы от объема воды в системе — объем стояка системы отопления, л;— относительное загрязнение стояка системы отопления;этажность здания — 5-эт.; диаметр стояка — 20 мм; нагревательные приборы на подъемной части стояка — радиаторы «МС-140» 8 секций; нагревательные приборы на опускной части стояка — радиаторы «МС-140» 8 секций. Рисунок 32 — Зависимость относительного загрязнения системы от объема воды в системе — объем стояка системы отопления, л;— относительное загрязнение стоякаэтажность здания — 5-эт.; диаметр стояка — 20 мм; нагревательные приборы на подъемной части стояка — радиаторы «МС-140» 5 секций; нагревательные приборы на опускной части стояка — радиаторы «МС-140» 5 секций. Рисунок 33 — Зависимость относительного загрязнения системы от объема воды в системе — объем стояка системы отопления, л;— относительное загрязнение стоякаэтажность здания — 9-эт.; диаметр стояка — 20 мм; нагревательные приборы на подъемной части стояка — радиаторы «МС-140» 8 секций; нагревательные приборы на опускной части стояка — радиаторы «МС-140» 8 секций. Заключение В соответствии с требованиями Федерального закона № 261-ФЗ "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации" от 23 ноября 2009 года [1] к повышению эффективности систем теплоснабжения и Положением ВСН 57-88(р) [2], регламентирующим допустимую величину сужения трубопроводов коррозионно-накипными отложениями по техническому заданию ООО «ЭкоТехнолоджи» разработана компьютерная программа, позволяющая оперативно выполнять расчеты предлагаемых критериев очистки для инженерных трубопроводных систем произвольной конфигурации (верхняя, нижняя разводка магистралей, системы с «опрокинутой» циркуляцией, П-образные стояки и многие другие) и при любых температурах воды в системах отопления и любых температурах внутреннего и наружного воздуха. Выполненные численные исследования позволили сделать следующие выводы: 1. Так как теплопроводность углеродистой стали 46–58 Вт/м°C, а накипи 0,082–2,3 Вт/м°C, то несвоевременное её удаление приводит к увеличению расхода топлива и сопротивления проходу воды, а следовательно, к нарушению циркуляции в системах инженерного трубопроводного оборудования зданий. Все эти причины – важный повод своевременно провести сервисные операции по удалению накипи в теплообменниках, котлах и трубах. Прочистка трубопроводов систем отопления с использованием реагента «Чистоника» увеличивает пропускную способность этих систем, сокращает потери давления при движении теплоносителя, а следовательно, эксплуатационные затраты на систему теплоснабжения в целом. 2. Проектирование и монтаж автоматизированных тепловых пунктов в реконструируемых зданиях не дает должного эффекта без выполнения мероприятий по очистке инженерных трубопроводных систем [2, 4]. 3. Критерием оценки качества прочистки трубопроводов в течение отопительного периода может служить температура поверхности трубопровода. Использование данного критерия позволяет оперативно оценить качество прочистки, однако требуется предварительная оценка теплопроводности накипи для достижения достаточной точности измерения качества прочистки труб. 4. Критерием оценки качества прочистки инженерных трубопроводных систем в течение всего года, в том числе в теплый период года может быть принят расход теплоносителя в течение фиксированного промежутка времени. 5. Наиболее приемлемым критерием оценки качества прочистки инженерных трубопроводных систем в течение всего года, в том числе в теплый период года может быть принят объем теплоносителя для выделенного элемента системы (стояка системы отопления, стояка системы горячего водоснабжения) до и после очистки трубопроводов систем теплоснабжения. 6. При очистке трубопроводных инженерных систем зданий рекомендуется пользоваться технологией безразборной очистки. Перспективным методом безразборной химической очистки теплосистем в настоящее время является метод очистки, осуществляемой по инновационной технологии компанией «ЭкоТехнолоджи». Список использованных источников [1] Федеральный закон № 261-ФЗ "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации" от 23 ноября 2009 года. [2] ВСН-57-88(р) Положение по техническому обследованию жилых зданий. [3] СНиП 23-01-99* Строительная климатология. [4] СНиП 41-02-2003 Тепловые сети. [5] СНиП 3.05.03-85 Тепловые сети [6] СНиП 41-01-2003 Отопление, вентиляция и кондиционирование [7] Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых котлов с давлением пара не более 0,07МПа (0,7кгс/см²), водогрейных котлов и водонагревателей с температурой нагрева воды не выше 388ºК, (115ºС). [8] Ильчинский Е. С., Пасков В. В., Прасолов В. Н. Прогрессивные методы контроля тепловых режимов центральных тепловых пунктов (ЦТП) Энергосбережение №3.–2000. [9] РМ 14-17-96 Приборы для измерения и регулирования температуры. Пособие по проектированию и монтажу. |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Отчет о научно-исследовательской работе Гост 32-2001. Межгосударственный стандарт. Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Отчет о научно-исследовательской... | | Отчет о научно-исследовательской работе Межгосударственный стандарт (гост 32-2001). Отчет о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления (редакция 2005... |
 | Общие положения отчет Отчет о научно-исследовательской работе (нир) документ, который содержит систематизированные данные о научно-исследовательской работе,... | | Реферат Отчет о научно-исследовательской работе состоит Отчет о научно-исследовательской работе состоит из 33 рисунков, 8 разделов, 12 подразделов, 9 формул, 31 источника. Общий объем 48... |
| Отчет о научно-исследовательской работе «определение доступности... Ключевые слова: отчет, научно-исследовательская работа, заключительный отчет, кинопоказ, доступность, качество, цифровые технологии,... | | Отчет по научно-исследовательской работе студентов экономического факультета за 2012-2013 г Научно-исследовательская работа студентов является действенным средством повышения качества подготовки специалистов и проводится... |
| Отчет о научно-исследовательской работе Двухфакторная многокритериальная методика аттестации научно-педагогических работников спбгу на основе показателей эффективности их... | | Отчет о научно-исследовательской работе фгоу впо «Кемеровский гсхи» Ключевые слова: наука, инновации, инновационный потенциал, инновационный проект, финансирование научно-исследовательской работы,... |
| Отчет о научно-исследовательской работе за 2011 год Основные научные направления (по которым факультет осуществляет научно-исследовательскую деятельность) | | Отчет о научно-исследовательской работе Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров в области коллоидной химии и поверхностных явлений |
| Отчет о научно-исследовательской работе Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров в области коллоидной химии и поверхностных явлений | | Отчет о научной исследовательской работе студентов (магистрантов) Института Организация научно-исследовательской деятельности студентов и их участие в научных исследованиях и разработках в 2012 году |
| Отчет о научно-исследовательской и опытно-конструкторской работе Методические указания по выполнению контрольной работы одобрены на заседании Научно-методического совета взфэи | | Отчет о научно-исследовательской работе «научно-методическое сопровождение выполнения обязательств российской федерации по охране всемирного культурного и природного наследия... |
| Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования | | Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
