На прикладі конкретного технічного рішення розглянута ефективність пристрою електричного підігріву для плаваючою даху. Проведено аналіз впливу снігового навантаження на плаваючу дах і підбір обладнання.

Анотація наукової статті з енергетики та раціонального природокористування, автор наукової роботи - Маяків Георгій Сергійович, Клепіков Сергій Іванович


Область наук:
  • Енергетика і раціональне природокористування
  • Рік видавництва: 2020
    Журнал: Науковий журнал
    Наукова стаття на тему 'АНАЛІЗ ЕФЕКТИВНОСТІ плаваючим дахом РЕЗЕРВУАРА З ПРИСТРОЄМ електричного ПІДІГРІВУ'

    Текст наукової роботи на тему «АНАЛІЗ ЕФЕКТИВНОСТІ плаваючим дахом РЕЗЕРВУАРА З ПРИСТРОЄМ електричного ПІДІГРІВУ»

    ?ТЕХНІЧНІ НАУКИ

    АНАЛІЗ ЕФЕКТИВНОСТІ плаваючим дахом РЕЗЕРВУАРА З ПРИСТРОЄМ ЕЛЕКТРИЧНОГО

    ПІДІГРІВУ

    1 2 Маяків Г.С. , Клепіков С.І.

    1Маяков Георгій Сергійович - магістрант;

    2Клепіков Сергій Іванович - професор, доктор технічних наук, факультет автоматизації та інформаційних технологій, Федеральне державне бюджетне освітня установа вищої професійної освіти Тихоокеанський державний університет, м Хабаровськ

    Анотація: на прикладі конкретного технічного рішення розглянута ефективність пристрою електричного підігріву для плаваючою даху. Проведено аналіз впливу снігового навантаження на плаваючу дах і підбір обладнання.

    Ключові слова: резервуар, плаваюча дах, снеголядение опади, електричний підігрів, снігове навантаження.

    На сьогоднішній день поверхню плаваючих дахів резервуарів очищають ручним способом при товщині снігу більше 100мм. Процес очищення снігу досить трудомісткий, так як на плаваючою даху може утворитися складна снеголедовая суміш, яка при товщині 10 см на резервуарі об'ємом 50000 м3 важить близько 28,7 тонни [1].

    Досвід експлуатації резервуарів з плаваючою дахом показав, що сніговий покрив на плаваючою даху розподілено нерівномірно по поверхні. Нерівномірність розподілу снігових навантажень призводить до виникнення крениться моменту, який сприяє відмові в працездатності або зовсім до затоплення плаваючою даху. Відзначено випадки потоплення плаваючих дахів резервуарів, які експлуатувалися в районах зі сніговим навантаженням 1,5 кПа і вище [4]. Нерівномірність розподілу снігового навантаження обумовлена ​​геометричними параметрами резервуара, швидкістю і напрямом потоку вітру при снігопаді, висотою рівня рідини в резервуарі.

    У статті запропоновано конкретне технічне рішення з підігріву снеголедяних опадів на плаваючою даху, результат якого це - уникнути ручної праці шляхом автоматизації всієї конструкції, а також рівномірний розподіл тепла по поверхні, що обігрівається.

    Підбір обладнання для реалізації технічного рішення

    Найбільш ефективною, дешевої і простий в монтажі є кабельна система обігріву. Дана система вже активно застосовується для позбавлення покрівлі будинків від обмерзання і снігу [2]. Є безліч постачальників і фахівців, що здійснюють монтаж обладнання. Необхідно тільки впровадити цю технологію для позбавлення від снігового навантаження на поверхні плаваючою даху резервуара.

    Склад системи кабельного обігріву покрівлі: нагрівальний (гріє) кабель; з'єднувальні та кінцеві муфти для кабелю, що гріє; силовий кабель, який живить; датчик температури і вологи та ін. елементи.

    Найважливішим елементом є нагрівальний кабель. За принципом дії його поділяють на саморегулюючий і резистивний. Перший, змінює

    температуру нагрівання в залежності від погодних умов, а другий має постійну потужність по всій довжині кабелю.

    Так як потреба тепла на різних ділянках плаваючою даху приблизно дорівнює, то найбільш ефективним буде прокладка резистивного нагрівального кабелю марки Nexans Defrost Twin 28Вт / м. Резистивний кабель нагрівається за рахунок внутрішнього опору току. Він має одну або дві жили і покривається захисним шаром. Дані кабелі широко застосовуються для облаштування «теплих підлог» і «теплих сходових майданчиків» і характеризуються невисокими витратами на монтаж та експлуатацію.

    Мал. 1. Резистивний кабель: 1 - провідник (гріє жила, сплав МСГ); 2 - ізоляція жили (фторполімери);

    3 - ідентифікаційні волокна; 4 - внутрішня оболонка; 5 - обплетення (захисний екран);

    6 - зовнішня оболонка (полімер ЬБОН)

    Основним недоліком резистивного кабелю є однакова тепловіддача по всій довжині, що при нерівномірному розподілі снігу або засміченні поверхні кабелю може призвести до його перегріву. При монтажі даного кабелю необхідно дуже точно розрахувати його довжину, щоб забезпечити необхідну потужність для обігріву.

    Схема прокладки обладнання

    Мал. 2 Плаваюча дах резервуара, вид зверху 9

    7

    Мал. 3. З'єднувальний роз'єм гріючих кабелів

    4

    Мал. 4. Конструкція електричного підігріву в профіль

    Плаваюча дах з пристроєм електричного підігріву являє собою конструкцію, що складається з: кільцевого відсіку (1), радіального відсіку (2), патрубка системи водоспуску (3), теплоізолюючого шару (4), кабелю, що гріє (5), теплопровідного шару (6), роз'ємів (7), з'єднувального кабелю (8).

    Плаваюча дах резервуара покриваються теплоізоляційним шаром, поверх нього на кожному з відсіків укладається гріючий кабель, який покриваються теплопровідність шаром з високою теплоємністю, накопичують тепло за рахунок електропідігріву кабелем, і подальшим рівномірним розподілом його по поверхні, в результаті чого сніг тане і випаровується, причому теплоакумулююча шар пов'язує гріючий кабель з теплоізоляційним шаром, а кінці кабелів, покладених на кільцевій і радіальні відсіки, забезпечені роз'ємами через які гріють кабе і повідомляються між собою дротами.

    Аналіз споживаної потужності і витрат на експлуатацію конструкції

    Для прикладу візьмемо р Хабаровськ, Хабаровського краю. Для розрахунку потужності приймемо місяць січень, так як він з найбільшою середньою сумою опадів і негативною середньомісячною температурою.

    Розглянемо випадок сильного снігопаду, в умовах якого кількість опадів за 24 години приблизно дорівнює місячній нормі опадів.

    Відповідно до СП 131.13330.2012 [3] кількість опадів в холодний період року становить 82 мм, отже, місячна норма опадів 14 мм. Об'ємна витрата складе 0,58мм / год

    Так як міліметр опадів це один літр води на квадратний метр, то кількість опадів у вигляді снігу при щільності останнього 100кг / м3 складе 5,8 мм / год.

    Для резервуара РВСПК 50000 його діаметр буде дорівнює D = 60,4м, а площа плаваючою даху S = 2865м2.

    Масова витрата випадає снігу при щільності р = 100 кг / м3 на 1 м2 складе G = 0,58кг / год.

    Потужність необхідна для нагрівання снігу визначається за формулою

    Q = G * CCн * (t2-t1) (1)

    де: G-годинну витрату;

    ССН-теплоємність снігу, 2,1 кДж / (кг * К);

    ^ - середньодобова температура січня, -19,30С [3];

    t2 = 00С.

    Qн = 0,58 * 2100 * (0 + 19,3) = 23,64 кДж / год.

    Потужність, необхідна для плавлення 0,58 кг / год снігу в воду визначається за формулою: Qпл = X * G,

    де: X - теплота плавлення льоду, рівна 335 кДж / кг. Qпл = 335 * 0,58 = 194,3кДжч

    Потужність, необхідна для нагрівання 1 кг води від 0 ° С до 5 ° С, визначається за формулою:

    Qнв = Св * G * (t з-t2) (2)

    де: Св - питома теплоємність води, рівна 4,2 кДж / (кг * К);

    G - годинна витрата;

    ^ - температура води початкова, 0 ° С;

    tз - температура води кінцева, 5 ° С.

    Qнв = 4,2 * 0,58 * (5 - 0) = 12,18кДж / ч.

    Сумарна теплова потужність для плавлення 5,8 мм / год снігу на плаваючою даху резервуара з площею S = 2865 м2 визначається за формулою:

    Q = (Qн + Qпл + Qкв) * F, (3)

    Q = (23,64 + 194,3 + 12,18) * 2865 = 230,12кВт

    Визначення втрат теплової потужності при відтаванні снігового покриву. При випаданні снігу на плаваючу дах і подальшому його відтаванні утворюється складна нерівномірно розподілена снеговодная суміш з різною температурою, яка також взаємодіє з навколишнім повітрям, і тому точну кількість втраченої потужності можна встановити тільки емпіричним шляхом.

    Для теоретичного визначення втрат приймаємо кілька припущень: температура поверхні плаваючою даху по всій площі однакова; площа зіткнення снігу і поверхні плаваючою даху дорівнює 75% від всієї площі; тепло передане снігу повністю поглинається їм і не передається в навколишнє середовище; теплом, переданим плаваючою даху знехтувати. Втрати тепла в основному йдуть на нагрів навколишнього повітря. Втрати тепла в навколишнє середовище обумовлені тепловіддачею при обтіканні повітря поверхні плаваючою даху. Втрата теплоти при обтіканні повітря визначаться по формулі:

    Q = a * F * (tc-tв), (4)

    де: а - коефіцієнт тепловіддачі;

    F - площа дотику поверхонь, приймаємо рівною 25% площі плаваючою даху;

    ^ - температура стінки, приймаємо 50С;

    1в- середньомісячна температура повітря в січні, -19,30С.

    Коефіцієнт тепловіддачі визначається за формулою:

    а = Мі1ж * Аж1, (5)

    де: Nudж - середня тепловіддача поверхні, визначається за формулою; - теплопровідність повітря, 0,0222 Вт / (м0С) [4];

    1 - характерний лінійний розмір системи, прийняти рівним чверті діаметра плаваючою даху, тобто 15,1м;

    Ми ^ ж = 0,032Де / ж0,8, (6)

    де: Яе1ж - число Рейнольдса, визначається за рівнянням: Де1Ж = Ж * / вже,

    Де1Ж = Ж * / вже, (7)

    де: ^ -середня швидкість вітру в Хабаровському краї, 3м / с [5]; уж-в'язкість повітря при середньомісячній температурі повітря, 16,06 * 10-6м2 / с. Ке1Ж =] ^ ФЖ = 3 * 15,116,06 * 10-6 = 2,82 * 106 Мі ^ ж = 0,032Де / ж0,8 = 0,032 * (2,82 * 106) 0,8 = 4626,4 а = 4626,4 * 0,022215,1 = 6,8Втм2 * 0С С = 6,8 * 28654 * (5 + 19,3) = 118кВт Сумарна теплова потужність включає в себе потужність необхідну для плавлення снігу і втрат тепла при обтіканні повітрям плаваючою даху: Qсумм = 230,12кВт + 118кВт = 348,12кВт Висновок

    Таким чином, для позбавлення поверхні плаваючою даху від снігового навантаження найбільш ефективним є система кабельного обігріву. Дана система здатна справиться з сильним снігопадом в найкоротші терміни і має потужність 348,12 кВт. Зменшення навантаження на плаваючу дах сприяє зменшенню крениться моменту і підвищення ресурсу ущільнюючих затворів.

    Список літератури

    1. 0Р-23.020.00-КТН-279-09. Спеціальний регламент по експлуатації однодечной і двудечной плаваючою даху резервуарів РВСПК, ЖБРПК в зимовий період. М .: ВАТ «АК« Транснефть », 2009.

    2. Використання систем з резистивним кабелями. [Електронний ресурс]. Режим доступу: http://kryshikrov1i.ru/raboty/utep1enie/obogrev-krov1i-i-vodostokov-montazh.html/ (дата звернення 15.03.2017).

    3. СП 131.13330.2012 Будівельна кліматологія. Актуалізована редакція СНиП 23-01-99 * (зі Зміною № 2). Дата введення 01.01.2013.

    4. СНиП 23-02-2003 Будівельні норми і правила російської федерації. Тепловий захист будівель. Дата введення 26.06.2003.

    5. Дальнєрєченський район // Климатология, 2014. [Електронний ресурс]. Режим доступу:

    http://da1nerechye.ru/index/spisok_nase1j onnykh_punktov_da1nerechenskogo_raj ona / 0 -62 / (дата звернення: 20.03.2017).


    Ключові слова: РЕЗЕРВУАР / плаваючим дахом / СНЕГОЛЯДЕНИЕ ОПАДИ / ЕЛЕКТРИЧНИЙ ПІДІГРІВ / снігового навантаження

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити