Реферат: Удосконалення робочих характеристик повітряних конденсаторів аміаку за наявності неконденсованих газів

Відхилення від ізотермічності процесу конденсації аміаку із парогазової суміші в горизонтальнотрубних повітряних конденсаторах промислових холодильних установок дозволяє прогнозувати критичні значення концентрації неконденсованого компоненту суміші, при яких відбувається зниження щільності теплового потоку, і своєчасно здійснювати необхідне управління потоками парогазової суміші, що забезпечує максимальне зниження частки неконденсованих газів в системі відведення теплоти конденсації.

Наукові результати і їх новизна:

1. Вперше отримані експериментальні дані характеристик процесів конденсації пари аміаку за наявності неконденсованих газів усередині горизонтальних труб крупних повітряних конденсаторів промислових холодильних установок, взаємного впливу потоків рідини і парогазової суміші, локалізації найбільших концентрацій неконденсованих газів.

2. Вперше виявлено зменшення щільності теплового потоку при конденсації аміаку в горизонтальних трубах унаслідок зменшення парціального тиску аміаку по довжині труб і відповідного зменшення температури конденсації, обумовлених наявністю неконденсованих газів.

3. Доведено, що вплив неконденсованих газів на режимні параметри конденсаторних комплексів якнайповніше враховується запропонованим автором параметром відносної насиченості парогазової суміші, який залежить від спільного тиску в конденсаторах і температури охолоджувального повітря.

4. Вперше розроблена математична модель процесу конденсації аміаку в горизонтальних трубах за наявності неконденсованих газів з урахуванням градієнта концентрацій компонентів парогазової суміші по довжині труб і зміни температури конденсації.

5. На підставі встановлених закономірностей і отриманих експериментальних даних по режимних параметрах повітряних горизонтальнотрубних конденсаторів розроблені методичні рекомендації за визначенням критичної довжини труб, при якої вплив неконденсованих газів на конденсацію холодоагенту є мінімальним, що дозволяють проектувати вдосконалені конденсаторні комплекси.

6. Розроблено принципи раціональної організації робочих процесів аміачних конденсаторних комплексів, видалення неконденсованих газів, які базуються на встановлених закономірностях і реалізовані в запропонованої автором системі видалення неконденсованих газів з теплообмінною поверхнею пластинчастого типу для промислових аміачних холодильних установок.

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.