Показана актуальність створення високопористої, нізкоплотний і екологічно чистої теплоізоляції з доступних і дешевих базальтових волокон і мінеральної зв'язки для роботи конструкцій при температурі до 750 ° С. Розглянуто базальтове теплоізоляційне покриття насосно-компресорних труб (НКТ), отримане методом фільтраційного осадження коротких волокон з пульпи на перфоровану оснащення. Проведено аналіз кількісного обліку передачі теплового потоку в міжтрубному просторі через високопористу теплоізоляцію НКТ внаслідок теплопровідності каркаса з базальтових волокон, сухого повітря і шляхом променевого переносу теплоти. Показано, що при визначенні коефіцієнта теплопровідності волокнистого матеріалу з високою пористістю необхідно враховувати вирішальний внесок в теплопередачу променистого теплопереносу.

Анотація наукової статті за технологіями матеріалів, автор наукової роботи - Комков Михайло Андрійович, Баданіна Юлія Володимирівна, Тарасов Володимир Олексійович, Філімонов Олексій Сергійович


Analysis of structural and thermal-physical characteristics of high-porosity basalt thermal insulation for tubing

The study shows the importance of developing high-porosity, low-density environmentally friendly thermal insulation using accessible and inexpensive basalt fibres and a mineral matrix to create structures operational under temperatures up to 750 ° С. We discuss basalt thermal insulation coating for tubing obtained via the technique of depositing short fibres from the pulp upon a perforated attachment by means of filtration. We analysed a quantitative account of heat flow in oil well annuli through high-porosity thermal insulation of tubing due to thermal conductivity of the basalt fibre framework, dry air and via radiant heat transfer. We show that when determining the coefficient of thermal conductivity for a fibrous material characterised by high porosity it is necessary to account for the radiant heat transfer contribution to the heat transfer process, the radiant heat transfer being a critical factor.


Область наук:

  • технології матеріалів

  • Рік видавництва: 2017


    Журнал

    Інженерний журнал: наука та інновації


    Наукова стаття на тему 'АНАЛІЗ СТРУКТУРНИХ І ТЕПЛОФІЗИЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК високопористого базальтової теплоізоляції НАСОСНО-КОМПРЕСОРНИХ ТРУБ'

    Текст наукової роботи на тему «АНАЛІЗ СТРУКТУРНИХ І ТЕПЛОФІЗИЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК високопористого базальтової теплоізоляції НАСОСНО-КОМПРЕСОРНИХ ТРУБ»

    ?УДК 662.998.3: 666.189 DOI 10.18698 / 2308-6033-2017-01-1575

    Аналіз структурних і теплофізичних характеристик високопористої базальтової теплоізоляції насосно-компресорних труб

    © М.А. Комков, Ю.В. Баданіна, В.А. Тарасов, А.С. Філімонов МГТУ ім. Н.е. Баумана, Москва, 105005, Росія

    Показана актуальність створення високопористої, нізкоплотний і екологічно чистої теплоізоляції з доступних і дешевих базальтових волокон і мінеральної зв'язки для роботи конструкцій при температурі до 750 ° С. Розглянуто базальтове теплоізоляційне покриття насосно-компресорних труб (НКТ), отримане методом фільтраційного осадження коротких волокон з пульпи на перфоровану оснащення. Проведено аналіз кількісного обліку передачі теплового потоку в міжтрубному просторі через високопористу теплоізоляцію НКТ внаслідок теплопровідності каркаса з базальтових волокон, сухого повітря і шляхом променевого переносу теплоти. Показано, що при визначенні коефіцієнта теплопровідності волокнистого матеріалу з високою пористістю необхідно враховувати вирішальний внесок в теплопередачу променистого теплопереносу.

    Ключові слова: теплоізоляція конструкцій, короткі базальтові волокна, пористість теплоізоляційного матеріалу, коефіцієнт теплопровідності, насос-но-компресорні труби, циліндричні шкаралупи

    Вступ. Важливим напрямком розвитку машинобудування є підвищення економічної ефективності теплоізоляційних матеріалів і конструкцій, нерозривно пов'язане з розробкою нових технологій. Дуже часто оригінальні розробки, виконані для виробів ракетно-космічної техніки, в подальшому використовуються в інших галузях промисловості, і навпаки. Так, створений з кварцових волокон теплозахисний матеріал ТЗМК-10 [1] для виготовлення теплозахисних плиток повітряно-космічного літака «Буран» може застосовуватися для інших потреб при температурі до 1250 ° С, проте вартість виробництва цього матеріалу досить висока.

    У зв'язку з цим актуальним завданням є створення високопористої і екологічно чистої теплоізоляції з низьким коефіцієнтом теплопровідності на основі коротких базальтових волокон і мінеральної зв'язки. Така теплоізоляція може бути використана як при проектуванні нових систем космічних літальних апаратів і орбітальних станцій, так і при виготовленні насосно-компресорних труб (НКТ) для видобутку нафти, а також в інших галузях господарства.

    Велика частина запасів нафти на території Російської Федерації (понад 70%) [2-5] - це важка, важко яку видобувають нафту за-

    щення в'язкості і щільності, 80% якої залягає на глибині 2 .. .3 км. Для видобутку такої нафти використовують термічні методи розігріву пластів перегрітою парою з високими початковими параметрами (температура 420.450 ° С, тиск 35 МПа і більше [6-8]) і переходу до нафтоносному пласті при температурі пара 350.400 ° С. Очевидно, що для подачі теплоносія в пласт необхідно створити ефективну теплоізоляцію НКТ, таку, щоб температура зовнішньої поверхні теплоізоляційного покриття (ТИП) в регулярній частині труби не перевищувала 60.65 ° С, а маса 1 м погонного довжини теплоизолированной НКТ діаметром 60x5 мм становила не більше 10.12 кг. Застосування в даний час двошарових вакуумно-теплоізольованих НКТ ( «термокейсов») для закачування в пласт перегрітої пари обмежена низьким робочим тиском, відносно невисокою температурою і значною масою труб на 1 м погонного довжини, що не дозволяє застосовувати їх в свердловинах глибиною понад 1,5 км.

    У статтях [9-11] розглянуті можливості використання високопористої теплоізоляції НКТ на основі коротких базальтових волокон [12-13] з мінеральної зв'язкою з оксиду алюмінію і зовнішньої захисно-силової стеклопластиковой оболонкою. Зниження кондуктивного перенесення теплоти в коротковолокністий базальтової теплоізоляції НКТ досягається завдяки її високій пористості (94.96%). Необхідна пористість, щільність і міцність теплоізоляційного матеріалу на стиск забезпечуються технологією фільтраційного осадження [11, 14] коротких базальтових волокон зі зв'язкою з глинозему на перфоровану оснащення і формування їх ТИП у вигляді полуцилиндров або шкаралуп.

    Метою дослідження було визначення коефіцієнта теплопровідності матеріалу з коротких базальтових волокон з урахуванням променевого переносу теплоти, що забезпечує максимально можливе зменшення маси ТИП регулярної частини НКТ, працездатною при температурі до 420 ° С.

    Матеріали і експерименти. В якості вихідного матеріалу для виготовлення ТИП було вибрано базальтове супертонке волокно МГИОЬ [13] діаметром yoв = 0,5.3,0 мкм (вихідна довжина

    штапельних волокон 1в = 50 ... 60 мм) з малим вмістом неволокнистих включень в полотні (близько 8%). Застосування цього матеріалу в ТИП привабливо низьку теплопровідність окремо взятих волокон, високу адгезію до мінеральної зв'язці в вузлах перетину волокон в формуемость матеріалі і порівняно низькою собівартістю в порівнянні з собівартістю, наприклад, з кварцових волокон.

    Діаметр і довжина волокон. При виборі класу базальтових волокон для виготовлення ТИП виходять з того, що мінімальною теплопровідністю мають елементарні волокна з базальту (рис. 1) діаметром 3 мкм і менше. Крім того, при малих діаметрах збільшується тепловий опір матеріалу внаслідок збільшення питомої поверхні волокон.

    X, Вт / (м-К)

    X, Вт / (м-К)

    400 Г, ° С

    Мал. 1. Залежність коефіцієнта теплопровідності базальтових волокон від їх діаметра при різних температурах:

    1 - ТСР = 50 ° С; 2 - 300 ° С; 3 - 500 ° С

    Мал. 2. Залежність від температури коефіцієнта теплопровідності сухого повітря (1), базальтових волокон діаметром 3 мкм (2); 1,5 мкм (3) і базальтової теплоізоляції щільністю 95 ... 125 кг / м3 у вигляді прошитого рулонного матеріалу з вихідних штапельних волокон

    В даний час з вихідних базальтових супертонких волокон довжиною 50 ... 60 мм повітряним методом отримують високопористий вогнезахисний рулонний прошивний матеріал [15] щільністю 95.125 кг / м3 або прошивний мат [16] щільністю 25.60 кг / м3 і пористістю 95.98%, мають порівняно високі коефіцієнти теплопровідності (рис. 2, [15]). Це пояснюється тим, що при виготовленні рулонного матеріалу або мата структура стає неоднорідною, містить неволокнистих включення, а при наявності високої пористості в області температур близько 500 ° С стає помітним променистий перенесення теплоти.

    Для отримання рівномірної і високопористої структури базальтової теплоізоляції необхідно вихідні базальтові супертонкі волокна довжиною 50 ... 60 мм подрібнити до 1,0.1,5 мм. Процес дезінтеграції базальтових штапельних волокон виробляється в пропелерної мешалке в рідкій (водної) середовищі (рис. 3) при кін-

    Мал. 3. Вихідні базальтові волокна і камера дезінтегратора (а); залежність довжини / в волокна від часу ^ дезінтеграції вихідних волокон (б): 1 - кварцове волокно; 2 - базальтове волокно

    центрации вихідних волокон 15 ... 20 г / л і швидкості обертання механічної мішалки 1200 .. .1500 об / хв, час дезінтеграції волокон становить 8.15 хв.

    В результаті дезінтеграції отримують чисті короткі волокна (рис. 4, а), а неволокнистих включення у вигляді флоккуламі, корольків і іншого сміття (рис. 4, б) відокремлюються від коротких базальтових волокон, осідають на дно камери і легко видаляються.

    Метод виготовлення волокнистого теплоізоляційного матеріалу визначає його структуру і, отже, його механічні та теплофізичні властивості. Так, застосування методу фільтраційної-

    а б

    Мал. 4. Подрібнені і очищені базальтові волокна (а) і неволокнистих включення у вигляді сміття (б)

    ного осадження базальтових волокон з мінеральної зв'язкою з рідкої пульпи при виготовленні теплоізоляційних виробів забезпечує отримання однорідної структури матеріалу по всьому об'єму [8-10] завдяки рівномірному осадження коротких волокон на перфоровану оснащення. Теплоізоляційне покриття НКТ у вигляді полуцилиндров або шкаралуп формують в прес-формі спеціальної конструкції фільтрацією пульпи і одночасним вакуумуванням третьому камери фільтрату з підпресуванням шару осаду в задані розміри вироби.

    В якості мінеральної зв'язки базальтової теплоізоляції обраний оксид алюмінію А1203 (масова частка 5.7%). Призначення зв'язки - скріплення окремих волокон в місцях їхнього зіткнення для додання виробу міцності і пружності. В якості сполучного, розчиненого в пульпі, використовують гідроксид алюмінію, що отримується з солі сірчанокислого алюмінію при осадженні її розчином аміаку у водному середовищі. Отриманий гідроксид являє собою желеподібний осад білого кольору, практично не розчинний у воді. Оксид алюмінію утворюється в процесі сушіння і термообробки вироби при температурі 300 ° С.

    Виготовлене ТИП НКТ діаметром dТР = 60 + 0,3 мм і товщиною НТІП = 25 ± 0,2 мм у вигляді циліндричних шкаралуп показано на рис. 5. Середня щільність ТИП склала ртіп = 156 ± 3,4 кг / м3, пористість волокнистої композиції т = 1 - ртіп / рб в дорівнювала 94,3%, де РБВ = 2 750 кг / м3 - щільність волокон з базальту.

    а б

    Мал. 5. Загальний вигляд готових циліндричних шкаралуп (а) і встановлених на трубу (б)

    Лабораторні теплові випробування НКТ з ТИП на основі коротких базальтових волокон проводилися на тепловому стенді [10], розробленому СібГАУ ім. акад. М.Ф. Решетнева. Результати випробувань показані на рис. 6.

    т> __Прі питомій тепловому потоці

    qi = 154 Вт / м [9] для відомих значень параметрів вироби коефіцієнт теплопровідності циліндричних шкаралуп з коротких базальтових волокон можна визначити з

    20 40 60 80 100 120 i, хв формули

    q 2 X тип (Т | - Т2)

    Мал. 6. Зміна температури q = - = -, (1)

    НКТ і поверхні ТИП: Л ^ тр ^ тр ln (1 (2Лтіп / ^

    1 - температура гарячого повітря

    на вході в НКТ; 2 - температура де атр - зовнішній діаметр НКТ, датчика на поверхні ТИП

    атр = 60 мм; Т1 - температура на внутрішній стінці НКТ, Т = 420 ° С; Т2 - температура на зовнішній стороні покриття НКТ, Т2 = 63 ° С; Ітіп - товщина теплоізоляції НКТ, Л = 25 мм.

    'тип

    З формули (1) знаходимо X тип = 0,0413 Вт / (м-К), що майже вдвічі

    менше, ніж значення коефіцієнта теплопровідності рулонного матеріалу і прошивних матів з базальтового супертонкого волокна (див. рис. 2).

    Таким чином, розробка легких, екологічно чистих, пожежобезпечних та дешевих теплоізоляційних виробів на основі коротких базальтових волокон і мінеральної зв'язки, переробляються в теплоізоляційні конструкції у вигляді пластин, плиток, циліндрів, полуцилиндров, конусів, півсфер і профільних виробів методом рідинної фільтрації волокон з пульпи, є важливим і актуальним напрямком досліджень.

    Обговорення результатів. Для визначення необхідної товщини ТИП НКТ необхідно знайти усереднений коефіцієнт теплопровідності ТІМ в залежності від його щільності або пористості волокнистої структури. При кількісному обліку теплообміну в міжтрубномупросторі будемо вважати, що тепловий потік від гарячої стінки НКТ до більш холодним зовнішнім захисній оболонці буде передаватися внаслідок теплопровідності каркаса з базальтових волокон, сухого повітря і шляхом променевого переносу теплоти. Очевидно, що при такому підході коефіцієнт теплопровідності є узагальненою характеристикою провідності теплоти в матеріалі - ефективної теплопровідністю. В цьому випадку сумарний, або ефективний, коефіцієнт теплопровідності представимо як суму трьох складових:

    X, = XK + X (X = X (X (2)

    еф Б.В пов радий конд радий '\ /

    Аналіз структурних і теплофізичних характеристик високопористої ... де Xбв, Xвозд, Xрад і Xконд - відповідно коефіцієнти теплопровідності каркаса з базальтових волокон, сухого повітря, коефіцієнти радіаційної і кондуктивной теплопровідності,

    Хконд = Хб.в (Хвозд.

    Аналіз експериментальних даних, отриманих для коефіцієнтів теплопровідності базальтових волокон діаметром 1,5.3,0 мкм в залежності від температури (див. Рис. 2), показує, що вони можуть бути усереднені і апроксимувати лінійною залежністю виду

    Xб.в (Т) = ^ 0б [1 (а (Т - Те)], (3)

    де Т - поточна температура; Х0б - коефіцієнт теплопровідності тонких волокон з базальту при температурі То = 20 ° С, А ^ б =

    = 0,032 Вт / (м-К); а = 1/170 К - коефіцієнт апроксимації.

    Для спокійного повітря експериментальні значення (див. Рис. 2) також можна виразити лінійною залежністю

    Xвозд (Т) = ^ 0в [1 (Ь (Т - Т)], (4)

    де Х0в - коефіцієнт теплопровідності повітря при температурі

    Т0 = 20 ° С, Х0в = 0,0257 Вт / (м-К); Ь = 1/380 К.

    Без урахування теплових втрат на випромінювання Стефана - Больцмана і спокійного стану повітря в порах теплоізоляційного матеріалу коефіцієнт кондуктивной теплопровідності може бути знайдений на підставі правила сумішей:

    X (т Т) = ^ д = т XB; Cзд ((1-т) ^, (5)

    де т - пористість волокнистої теплоізоляції, т = 1 - ртім / рб в (Ртім - щільність теплоізоляційного матеріалу; рб в - щільність базальтових волокон, РБВ = 2750 кг / м). Середні значення коефіцієнтів X пов = 0,0406 Вт / (м-К) і X БРВ = 0,0734 Вт / (м-К) для інтервалу температур 60.420 ° С визначені на підставу залежностей (3) і (4). На рис. 7, відповідно до виразу (5) і середнім значенням коефіцієнтів для волокон і повітря, показано зміна коефіцієнта теплопровідності X конд в залежності від пористості і щільності ТИП.

    Орієнтація волокон в площинах, перпендикулярних тепловому потоку, істотно підвищує термічний опір матеріалу променистому перенесення теплоти. Однак при високій пористості теплоізоляційного матеріалу з коротких базальтових волокон лу-

    М.А. Комков, Ю.В. Баданіна, В.А. Тарасов, А.С. Філімонов

    Хтіп, Вт / (м-К) 0,06

    0,05

    0,04

    "" ~ * "" ~ * "" * "" Т,%

    165 Ртіп> кг / м3

    Мал. 7. Залежності коефіцієнтів ефективної теплопровідності (1) ТИП НКТ з коротких базальтових волокон з урахуванням променевого переносу теплоти і кондуктивной теплопровідності (2) покриття НКТ, визначеної без урахування втрат на променистий перенесення теплоти

    чиста складова в перенесенні теплоти від стінки НКТ до захисної оболонки може мати визначальне значення. Коефіцієнт променистої теплопровідності для волокнистих матеріалів Храд можна

    знайти за такою залежністю [17], опублікованій науково-дослідним центром ВАТ «Теплопроект»:

    1 0Tm п dB

    Арад -т; -, (6)

    -8

    радий КслС - ту

    де О0 - константа Больцмана, яка дорівнює 5,67 10 Вт / (м-К); Тт - середня температура ізоляції, К; т - пористість; ? В - діаметр волокна, м; Косл - коефіцієнт ослаблення (константа, яка визначається для різних видів волокон за емпіричними формулами); для базальтових волокон

    Косл = 70 тёТт (5 • 103 (1 - т) / Тт. (7)

    В залежності (6) і (7) середня температура, діаметр волокна і коефіцієнт ослаблення визначають за формулами

    Тт = 3 (Т13 (Т23) / 2; d в =? 4 (п); Косл = (? 1, П), (8)

    1 = 1 1 = 1

    де Т - температура теплоізоляційного покриття НКТ, Т1 = 333 К;

    Т2 - температура сталевий стінки НКТ, Т2 = 693 К; Тт - середнє

    розрахункове значення, Тт = 570 К; п - відносне число волокон

    діаметром .

    Обробка декількох електронних фотографій дозволила отримати наступний розподіл за усередненими діаметрами базальтових волокон (див. Рис. 2): di = 3 мкм - 23%, 2 мкм - 46%, 1 мкм - 31%.

    Результати розрахунку коефіцієнта радіаційної теплопровідності Храд, відповідно до виражень (6) - (8) для середнього діаметра волокна

    d] 5 = 1,92 мкм, в сумі з коефіцієнтом кондуктивной теплопровідності X конд (5) визначають значення ефективного коефіцієнта теплопровідності Xеф (2) ТИП НКТ, показані на рис. 7. Зміна

    значення сумарного коефіцієнта теплопровідності ізоляції з коротких базальтових волокон показує, що радіаційна складова має суттєвий вплив лише при малій щільності матеріалу і пористості m понад 96%.

    Орієнтуючись на характеристики вакуумно-ізольованих НКТ [3] ( «термокейсов»), для яких допустимою вважається втрата теплового потоку по довжині труби q ^ = 150 Вт / м, на підставі формули (1) визначимо необхідну товщину ТИП НКТ з коротких базальтових волокон Лтап без урахування (X тип = h ^) і з урахуванням (X тип =% ад)

    променевого переносу теплоти в високопористого теплоізоляційний матеріал:

    d "

    h

    тип

    тр

    exp

    Г2П Xтіп АТ '

    V

    qi

    -1

    (9)

    де АТ = (Т - Т2) = 360 ° С - перепад температури на зовнішній і внутрішній стінках теплоізоляції.

    мтть «г Атипія>мм

    Мал. 8. Залежності товщини шару (1) і маси 1 м (3) ТИП НКТ з коротких базальтових волокон з урахуванням променевого переносу теплоти, а також товщини (2) покриття НКТ, визначеної без урахування втрат на променистий перенесення теплоти (МТІП - маса 1 м погонной довжини ТИП)

    0 55 110 165 ртіп.кг / м3

    Результати розрахунку товщини шарів ТИП НКТ за формулою (9) і значення ефективної маси МЕФ 1 м теплоізоляції труби наведені на рис. 8.

    висновки

    1. Показано, що теплоізоляційний матеріал, виготовлений з подрібнених і очищених базальтових волокон, має при температурі 60.420 оС в 1,8 рази менше значення коефіцієнта теплопровідності в порівнянні з аналогічним показником для прошивних рулонів і матів з вихідних супертонких базальтових волокон.

    2. Встановлено, що при збільшенні пористості базальтової теплоізоляції понад 96.97% багаторазово зростає ефективний коефіцієнт теплопровідності матеріалу в інтервалі температур 60. 420 оС внаслідок променевого переносу теплоти, що приводить до різкого збільшення товщини теплоізоляційного покриття конструкції.

    Стаття відображає результати роботи, проведеної в рамках Угоди про надання субсидії № 14.579.21.0024 від 5 червня 2014 року (Унікальний ідентифікатор прикладних наукових досліджень (проекту) REMEFI57914X0024) за фінансової підтримки Міністерства освіти і науки Російської Федерації.

    ЛІТЕРАТУРА

    [1] Лозино-Лозинський Г.Є., Братухін А.Г., ред. Авіаційно-космічні системи. Москва, Изд-во МАІ, 1997, 416 с.

    [2] Комков М.А., Моісеєв В.А., Тарасов В.А., Тимофєєв М.П. Зменшення негативного впливу на біосферу при видобутку важкої нафти і екологічно чиста технологія закачування пара надкритичних параметрів в нафтові пласти за рахунок створення нових насосно-компресорних труб з екологічно чистим теплозахисних покриттям. Геофізичні процеси і біосфера, 2015 року, т. 14, № 1, с. 70-79.

    [3] Калінін В. Свита для нафтових королів. Сибірська нафту, 2012, № 4/91, с. 16-19.

    [4] Сучков Б.М. Температурні режими працюють свердловин і теплові методи видобутку нафти. Москва, Іжевськ, Изд-во ІКД, 2007, 406 с.

    [5] Komkov M.A., Moiseev V.A., Tarasov V.A., Timofeev M.P. Minimization of the Negative Influence on the Biosphere in Heavy Oil Extraction and Ecologically Clean Technology for the Injection of the Steam with Supercritical Parameters in Oil Strata on the Basis of New Ecologically Clean Tubing Pipes with Heat Resistant Coatings. Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics, 2015-го, vol. 51, no. 8, pp. 819-825.

    [6] Моісеєв В.А., Моісеєв А.В., Комков М.А., Фролов В.І. Високотемпературний енергозберігаючий нафтопромислового паропровід. Біржа інтелектуальної власності, 2012 т. XI, № 9, с. 57-60.

    [7] Моісеєв В.А., Моісеєв А.В., Фролов В.І., Комков М.А. Труба теплоізольована. Пат. № 121855 RU, E21B 17/00 U1 2012, бюл. № 31, 3 з.

    [8] Моісеєв В.А., Моісеєв А.В., Фролов В.І., Комков М.А., Зелінський Р.В. Термобарьерное покриття для термоізольованих НКТ нового покоління. Біржа інтелектуальної власності, 2013, т. XII, № 11, с. 17-20.

    [9] Філімонов А.С., Тарасов В.А., Комков М.А., Моісеєв В.А., Тимофєєв М.П., ​​Герасимов Н.В. Експериментальний аналіз властивостей перспективних тепло-

    ізоляційних матеріалів машинобудування, отриманих методом фільтраційного осадження. Інженерний журнал: наука та інновації, 2012 вип. 9. URL: http://engjournal.ru/catalog/machin/rocket/382.html

    [10] Комков М.А., Баданіна Ю.В., Тимофєєв М.П. Розробка і дослідження термостійких покриттів трубопроводів з коротких базальтових волокон. Інженерний журнал: наука та інновації, 2014 року, вип. 2. URL: http: // engj ournal. ru / catalog / machin / hidden / 1203. htm

    [11] Баданіна Ю.В., Комков М.А., Тарасов В.А., Тимофєєв М.П., ​​Моісеєв А.В. Моделювання та експериментальне визначення технологічних параметрів рідинного формування базальтової теплоізоляції насосно-компресорних труб. Наука і освіта, 2015 року, № 4.

    DOI: 10.7463 / 0315.0761820

    [12] Джігріс Д.Д., Волинський А.К., Козловський П.П. та ін. Основи технології одержання базальтових волокон і їх властивості. Базальтові волокнисті композиційні матеріали і конструкції. Київ, Наукова думка, 1980, 81 с.

    [13] Базальтове супертонке волокно MINOL.

    URL: http://uteplitel-minol.ru/holst/ (дата звернення 05.09.2016).

    [14] Тарасов В.А., Смирнов Ю.В., Тимофєєв М.П., ​​Філімонов А.С. Режими фільтраційного осадження елементів теплозахисту РКТ. Політ. Загальноросійський науково-технічний журнал, 2007, № 5, с. 52-55.

    [15] Матеріал прошивний базальтовий вогнезахисний рулонний (МПБОР) по ТУ 5769-004-02500345-2009. URL: http://www.bztm.su/vbor.php (дата звернення 05.09.2016).

    [16] Мати прошивні з базальтового супертонкого волокна (МПБСТВ) по ТУ 5762-002-47897055-2003. URL: http://www.bztm.su/bstv.php (дата звернення 05.09.2016).

    [17] Методика оцінки впливу вологості на ефективність теплоізоляції обладнання і трубопроводів. МДС 41-7.2004.

    URL: http://www.gosthelp.ru/text/MDS4172004Metodikaocenkiv.html

    Стаття надійшла до редакції 14.10.2016

    Посилання на цю статтю просимо оформляти наступним чином: Комков М.А., Баданіна Ю.В., Тарасов В.А., Філімонов А.С. Аналіз структурних і теплофізичних характеристик високопористої базальтової теплоізоляції насосно-компресорних труб. Інженерний журнал: наука та інновації 2017, вип. 1.

    http://dx.doi.org/10.18698/2308-6033-2017-01-1575

    Комков Михайло Андрійович - д-р техн. наук, професор кафедри «Технології ракетно-космічного машинобудування» МГТУ ім. Н.е. Баумана. Автор понад 130 наукових робіт в області технології машинобудування і композитних конструкцій. e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Баданіна Юлія Володимирівна - аспірантка кафедри «Технології ракетно-космічного машинобудування» МГТУ ім. Н.е. Баумана. Автор чотирьох наукових публікацій в області космічного машинобудування. е-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Тарасов Володимир Олексійович - д-р техн. наук, професор, завідувач кафедри «Технології ракетно-космічного машинобудування» МГТУ ім. Н.е. Баумана. Автор понад 200 наукових робіт в області технології машинобудування, контролю і діагностики. е-тал: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Філімонов Олексій Сергійович - канд. техн. наук, доцент кафедри «Технології ракетно-космічного машинобудування» МГТУ ім. Н.е. Баумана, заступник декана факультету «Спеціальне машинобудування» МГТУ ім. Н.е. Баумана. Автор понад 40 наукових робіт в області технології машинобудування, контролю і діагностики. е-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Analysis of structural and thermal-physical characteristics of high-porosity basalt thermal insulation for tubing

    © M.A. Komkov, Yu.V. Badanina, V.A. Tarasov, A.S. Filimonov Bauman Moscow State Technical University, Moscow, 105005, Russia

    The study shows the importance of developing high-porosity, low-density environmentally friendly thermal insulation using accessible and inexpensive basalt fibres and a mineral matrix to create structures operational under temperatures up to 750 ° С. We discuss basalt thermal insulation coating for tubing obtained via the technique of depositing short fibres from the pulp upon a perforated attachment by means offiltration. We analysed a quantitative account of heat flow in oil well annuli through high-porosity thermal insulation of tubing due to thermal conductivity of the basalt fibre framework, dry air and via radiant heat transfer. We show that when determining the coefficient of thermal conductivity for a fibrous material characterised by high porosity it is necessary to account for the radiant heat transfer contribution to the heat transfer process, the radiant heat transfer being a critical factor.

    Keywords: thermal insulation of structures, short basalt fibres, thermal insulation material porosity, coefficient of thermal conductivity, tubing, cylindrical jackets

    REFERENCES

    [1] Lozino-Lozinskiy G.E., Bratukhin A.G., ed. Aviatsionno-kosmicheskie sistemy [Aerospace systems]. Moscow, MAI Publ., 1997, 416 p.

    [2] Komkov M.A., Moiseev V.A., Tarasov V.A., Timofeev M.P. Geofizicheskie protsessy i biosfera - Geophysical Processes and Biosphere, 2015-го, vol. 14, no. 1, pp. 70-79.

    [3] Kalinin V. Sibirskaya neft - Siberian Oil 2012, no. 4/91, pp. 16-19.

    [4] Suchkov B.M. Temperaturnye rezhimy rabotayushchikh skvazhin i teplovye metody dobychi nefti [Temperatures in functioning oil wells and thermal oil recovery methods]. Ser. Sovremennye neftegazovye tekhnologii [Contemporary oil-and-gas technologies series]. Moscow, Izhevsk, Computer Research Institute Publ., 2007, 406 p.

    [5] Komkov M.A., Moiseev V.A., Tarasov V.A., Timofeev M.P. Izvestiya Rossiis-koi Akademii nauk, Fizika atmosfery i okeana - Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics, 2015-го, vol. 51, no. 8, pp. 819-825.

    [6] Moiseev V.A., Moiseev A.V., Komkov M.A., Frolov V.I. Birzha intellektual-noy sobstvennosti - Intellectual Property Exchange 2012, vol. 11, no. 9, pp. 57-60.

    [7] Moiseev V.A., Moiseev A.V., Frolov V.I., Komkov M.A. Truba teploizoliro-vannaya [Thermally insulated tube]. Patent 121855 RU, E21B 17/00 U1. Kompomash-TEK JSC (RU). 2012 bulletin no. 31, 3 p.

    [8] Moiseev V.A., Moiseev A.V., Frolov V.I., Komkov M.A., Zelinskiy R.V. Birzha intellektualnoy sobstvennosti - Intellectual Property Exchange, 2013, vol. 12, no. 11, pp. 17-20.

    [9] Filimonov A.S., Tarasov V.A., Komkov M.A., Moiseev V.A., Timofeev M.P., Gerasimov N.V. Inzhenernyy zhurnal: nauka i innovatsii - Engineering Journal: Science and Innovation 2012, issue 9. Available at:

    http: // engj ournal.ru/catalog/machin/rocket/3 82. html

    [10] Komkov M.A., Badanina Yu.V., Timofeev M.P. Inzhenernyy zhurnal: nauka i innovatsii - Engineering Journal: Science and Innovation, 2014 року, issue 2. Available at: http://engjournal.ru/catalog/machin/hidden/1203.htm

    [11] Badanina Yu.V., Komkov M.A., Tarasov V.A., Timofeev M.P., Moiseev A.V. Nauka i obrazovanie - Science and Education, 2015-го, no. 4.

    DOI: 10.7463 / 0315.0761820

    [12] Dzhigris D.D., Volynskiy A.K., Kozlovskiy P.P. et al. Osnovy tekhnologii polu-cheniya bazaltovykh volokon i ikh svoystva [Foundations of basalt fibre production technology and fibre properties]. Bazaltovye voloknistye kompozitsionnye materialy i konstruktsii [Fibrous basalt composite materials and structures]. Kiev, Naukova Dumka Publ., 1980, 81 p.

    [13] Bazaltovoe supertonkoe volokno "MINOL". Zavod BSTV "MINOL": sayt kompanii [Superfine basalt fiber MINOL. SFBF MINOL plant: company website]. Available at: http://uteplitel-minol.ru/holst/ (accessed 5 September, 2016).

    [14] Tarasov V.A., Smirnov Yu.V., Timofeev M.P., Filimonov A.S. Polet, Ob-shcherossiyskiy nauchno-tekhnicheskiy zhurnal - Flight, Pan-Russian scientific and technological journal, 2007, no. 5, pp. 52-55.

    [15] Material proshivnoy bazaltovyy ognezashchitnyy rulonnyy (MPBOR) po TU 5769-004-02500345-2009 [Quilted fire-resistant basalt material in rolls according to Technical Specifications 5769-004-02500345-2009]. Available at: http://www.bztm.su/vbor.php (accessed 5 September, 2016).

    [16] Maty proshivnye iz bazaltovogo supertonkogo volokna (MPBSTV) po TU 5762002-47897055-2003 [Quilted mats of superfine basalt fibre according to Technical Specifications 5762-002-47897055-2003]. Available at: http://www.bztm.su/bstv.php (accessed 5 September, 2016).

    [17] Metodika otsenki vliyaniya vlazhnosti na effektivnost teploizolyatsii oborudo-vaniya i truboprovodov [A method for estimating the effect of humidity on the equipment and tubing thermal insulation efficiency]. MDS [Methodological documentation in construction] 41-7.2004. Moscow, 2004. Available at: http://www.gosthelp.ru/text/MDS4172004Metodikaocenkiv.html

    Komkov M.A. (B. 1938) graduated from Bauman Moscow Higher Technical School in 1966. Dr. Sci. (Eng.), Professor, Department of Aerospace Engineering Technologies, Bauman Moscow State Technical University. Author of over 130 scientific publications in the field of engineering technology and composite structures. e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Badanina Yu.V. (B. 1990) graduated from Bauman Moscow State Technical University in 2013. Post-graduate student, Department of Aerospace Engineering Technologies, Bauman Moscow State Technical University. Author of 4 scientific publications in the field of aerospace engineering. e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Tarasov V.A. (B. 1946) graduated from Bauman Moscow Higher Technical School in 1969. Dr. Sci. (Eng.), Professor, Head of Department of Aerospace Engineering Technologies, Bauman Moscow State Technical University. Author of over 200 scientific publications in the field of engineering technology, monitoring and diagnostics. e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Filimonov A.S. (B. 1972) graduated from Bauman Moscow State Technical University in 1996. Cand. Sci. (Eng.), Assoc. Professor, Department of Aerospace Engineering Technologies, Bauman Moscow State Technical University. Deputy Dean, Mechanical Engineering Faculty, Bauman Moscow State Technical University. Author of over 40 scientific publications in the field of engineering technology, monitoring and diagnostics. e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.


    Ключові слова: НАСОСНО-КОМПРЕСОРНІ ТРУБИ /КОЕФІЦІЄНТ ТЕПЛОПРОВІДНОСТІ /ТЕПЛОІЗОЛЯЦІЯ КОНСТРУКЦІЙ /КОРОТКІ БАЗАЛЬТОВІ ВОЛОКНА /Пористий теплоізоляційний матеріал /ЦИЛІНДРИЧНІ шкаралупи

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити