Библиотека ДИССЕРТАЦИЙ

Главная страница Каталог

Статьи
О сайте
Авторские права
О защите
Для авторов
Новости
Поиск

Введите слово для поиска

Галимов Ф. М. Реализация хладоресурса углеводородных топлив в силовых и энергетических установках.

Скачать

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Удовлетворение потребностей современной промышленности и общества в электрической и тепловой энергии может быть решено путем переоборудования существующих отопительных котельных в теплофикационные энергетические газотурбинные установки. Наиболее эффективными газотурбинными установками малой мощности являются установки, выполненные на базе авиационных газотурбинных двигателей (Скибин В.А., Солонин В.И., Цховребов М.М. Перспективы авиационных двигателей в развитии транспорта и энергетики// Конверсия в машиностроении. –1999. №2. ‑С.28‑35.; Алемасов В.Е., Кравцов Я.И. и др. Автономная ТЭЦ на базе газотурбинных технологий /Матер. научно-практ. конф.«Энергосбер. в хим. технол.» Казань,2000.С.60-63.). На базе серийных и опытных авиационных двигателей в России разработана широкая номенклатура наземных газотурбинных установок класса мощности от 0.5 до 60 МВт. Целый ряд таких установок на сегодняшний день уже освоен и успешно эксплуатируется на газоперекачивающих станциях. Назначенный ресурс таких установок составляет величину 100 000 часов, а межремонтные 25 000 часов. Кроме того, авиационные двигатели, отработавшие свой ресурс в авиации, находят широкое применение в качестве высокоэффективных источников механической, газодинамической и тепловой энергии в судостроении, сушильных установках, пожаротушении, в аэродромных и железнодорожных снегоочистителях и других индустриальных установках, используемых во многих отраслях народного хозяйства. Наземный ресурс таких установок соизмерим, а в ряде случаев в несколько раз превышает отработанный. При дальнейшей эксплуатации возникают проблемы, связанные с образованием коксовых отложений и влиянием его на теплопередающие свойства поверхности.

Аналогичные проблемы возникают и в нефтехимической,  нефтеперерабатывающей промышленности, энергетике, автомобильной промышленности и других отраслях народного хозяйства.

 

Актуальность работы

Диссертация посвящена решению актуальной научно-технической проблемы –обеспечению эффективного применения жидких углеводородных топлив в теплонапряженных узлах силовых, энергетических и технологических установок. Повышение топливной экономичности связано с увеличением хладоресурса и удельной работоспособности углеводородных топлив и реализации их в термодинамическом цикле. Значительного прироста хладоресурса и работоспособности можно достичь при перегреве топлив, т.е. за счет повышения их предельных температур нагрева, однако при этом происходит образование смолистых и коксовых отложений. Эти отложения, прежде всего, отрицательно сказываются на ресурсе и надежности агрегатов установки, в связи с чем при разработке последних остро встает вопрос по снижению интенсивности образования коксоотложений. Работы в этом направлении в настоящее время носят чисто эмпирический характер и не опираются на научные представления о механизме образования коксоотложений. Одной из ключевых задач решения этой проблемы является изучение процессов, происходящих в топливах при их нагреве, закономерностей тепло- и массообмена в углеводородных топливах в широком диапазоне изменения режимных параметров, свойств образовавшихся при этом отложений, механизмов их подавления и удаления.

Данные исследования проводились в соответствии с Координационным планом НИР Академии наук по комплексной проблеме “Теплофизика и энергетика” на 1986‑1990 гг. (разделы 1.9.1.3., 1.9.1.9., 1.9.1.10); Межотраслевых программ “Химическая регенерация тепла для повышения экономичности, надежности и экологической чистоты силовых и транспортных средств”; темы “Федерация -МАП” на 1991‑1995 гг.; Федеральной целевой научно-технической программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники гражданского назначения» 1997-1999 г.г. комплексной программы Минвуза РСФСР “Человек и окружающая среда”, а также по договорам с ЦИАМ им. П.И.Баранова.

 

Целью работы является разработка научных основ повышения охлаждающей способности углеводородных топлив для охлаждения теплонапряженных узлов и каналов силовых и энергетических установок. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

-исследовать закономерности образования смолистых и коксовых отложений в каналах при течении жидких углеводородных топлив в условиях жидкофазного окисления;

-изучить влияние отложений на процессы теплообмена на греющей поверхности нагревателя;

-экспериментально определить теплофизические свойства отложений;

-разработать методы подавления процессов образования смолистых и коксовых отложений;

-разработать методы удаления смолистых и коксовых отложений;

-исследовать закономерности образования смолистых и коксовых отложений в каналах при течении жидких углеводородных топлив в условиях термической деструкции;

 

Научная новизна

В данной работе впервые комплексно исследованы процессы образования смолистых и коксовых отложений в каналах при течении жидких углеводородных топлив в условиях жидкофазного окисления и термической деструкции. Учтено влияние целого ряда факторов, влияющих на образование отложений, таких, как химический состав и фазовое состояние топлива, материал и состояние поверхности, контактирующих с топливом стенок. Комплексно рассмотрены вопросы подавления образования отложений. Разработаны высокоэффективные методы удаления отложений, отличающиеся от прототипов низкой энергоемкостью, высокой (практически 100 %-ной) эффективностью и возможностью сохранения каталитических свойств поверхности стенок канала.

 

Автором получены новые данные:

-по закономерностям образования смолистых и коксовых отложений в каналах при течении жидких углеводородных топлив в условиях жидкофазного окисления;

-по влиянию отложений на процессы теплообмена на греющей поверхности нагревателя;

-по теплофизическим свойствам отложений;

-по закономерностям подавления процессов образования смолистых и коксовых отложений;

-по закономерностям удаления смолистых и коксовых отложений из элементов силовых, энергетических и технологических установок;

-по закономерностям образования смолистых и коксовых отложений в каналах при течении жидких углеводородных топлив в условиях термической деструкции.

 

Достоверность полученных данных обеспечивалась применением аттестованных измерительных средств и апробированных методик измерения и обработки данных, анализом точности измерений, повторяемостью результатов, а также воспроизводимостью результатов по теплообмену, свойствам, по подавлению и удалению отложений и применением статистических методов оценки погрешностей и обработки экспериментальных данных.

 

Практическая ценность

Результаты работы послужили основой для создания:

-способов охлаждения теплонапряженных узлов силовых, энергетических и технологических установок;

-способов подавления процессов образования отложений в топливных системах силовых и энергетических;

-способов удаления отложений из авиационных двигателей и силовых, энергетических и технологических установок.

 

Реализация основных положений диссертации

Основные результаты исследования использованы в следующих организациях:

-МКБ «Гранит» в комплексе работ по разработке методов очистки топливных коллекторов от смолистых и коксовых отложений;

-в СГНПП «Труд» в комплексе работ по подавлению смолистых и коксовых отложений при проектировании топливного коллектора;

-в Центральном институте авиационного моторостроения в комплексе работ по повышению охлаждающей способности реактивных топлив в условиях фазовых превращений и разработке методов и программ по созданию НТЗ по перспективной тематике;

-в НПО «Пищепромпроектмаш» при проектировании теплообменного оборудования пищевой промышленности;

-в ЗАО «Татнефтьавиасервис» в работах по предотвращению и удалению отложений в топливоподающих трубопроводах и емкостях по хранению углеводородных топлив;

-в учебных курсах авиационных, технологических и энергетических специальностей ВУЗов (МГФТУ, КГТУ, МАИ, МЭИ и др.).

 

Основные положения, выносимые на защиту

Новые результаты экспериментальных исследований, методик расчета теплообмена, закономерностей подавления образования отложений, внедрение которых в практику способствует обеспечению эффективного применения жидких углеводородных топлив в теплонапряженных узлах силовых и энергетических установок. Способы удаления смолистых и коксовых отложений из элементов силовых, энергетических, технологических установок и двигателей летательных аппаратов.

 

Апробация работы

Основные результаты доложены на научно-технических конференциях, в т.ч. на:

·    на ежегодных научно-технических конференциях КГТУ-КХТИ (г.Казань 1989-2000 гг.);

·    II Межотраслевой научно-технической конференции по проблеме химической регенерации тепла в летательных аппаратах и силовых установках (Москва 1991 г.);

·    II  Минском международном форуме по тепломассообмену (Минск 1992 г.);

·    научно-технической конференции «Экологическая защита городов» (Москва 1996г.);

·    11 международном симпозиуме по физике кипения и конденсации (Москва 1997 г.).

·    11 и 12­ом Межвузовском научно‑техническом семинаре «Внутрикамерные процессы в энергетических установках, акустика, диагностика» (Казань 1999, 2000).

·    Международной научной конференции «Двигатели XXI века» (Москва 2000 г.)

 

Публикации

По теме диссертации опубликовано 33 печатных работы, в т.ч. 9 монографий.

 

Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка использованной литературы. Содержание диссертации изложено на 250 страницах машинописного текста, содержит 9 таблиц, 54 рисунка. Список использованной литературы включает 212 наименований.

 

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

 

В результате проведенных комплексных и систематических исследований по изучению закономерностей образования коксоотложений, методов подавления и удаления отложений и процессов теплообмена установлено следующее:

·         Проблема с охлаждением силовых и энергетических установок может быть решена за счет повышения охлаждающей способности топлива (реализация теплоты парообразования и приращения энтальпии их паров), при которой суммарный хладоресурс достигает 1200-1400 кДж/кг.

·         Процесс образования кокса происходит при нагреве жидких углеводородных горючих и обусловлен окислением растворенным в них кислородом. Основными факторами, оказывающими влияние на процесс образования коксоотложений, являются: химический состав топлива, его фазовое состояние и температура, давление и скорость потока, температура, материал и состояние поверхности нагрева, контактирующей с горючим.

·          С повышением температуры увеличивается количество образующегося за определенное время осадка. При значениях температуры топлив 150 - 170 оС количество образовавшегося осадка достигает максимума, и с дальнейшим повышением температуры оно снижается, что объясняется уменьшением доступа кислорода к топливу по мере роста температуры.

·         Уменьшение шероховатости поверхности греющей стенки способствует снижению образования на ней отложений и повышению стабильности работы топливных систем и систем охлаждения двигателей.

·         Получены расчетные соотношения, позволяющие оценить влияние образования отложений на коэффициент теплоотдачи как в условиях естественной конвекции, так и в режиме развитого пузырькового кипения.

·         Разработан метод удаления отложений посредством озонолиза с последующей обработкой ацетоном и 18% -ным водным раствором NaOH,

·         Разработаны рекомендации по подавлению образования отложений при нагреве топлив, заключающиеся в удалении непредельных соединений путем предварительной обработки топлив озоном и дальнейшей его очистке через селикогелевый фильтр, обескислороживании путем барботажа инертным или нейтральным газом, подборе каталитически пассивных материалов, что позволяет повысить ресурс силовых, энергетических и технологических установок в 10 и более раз.

Проведенные исследования позволили разработать научные основы применения топлив в силовых, энергетических и технологических установках и обеспечить эффективное использование ГСМ в перспективных технических устройствах.

 

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах

 

В Монографиях

 

1.    Шигабиев Т.Н., Галимов Ф.М. Кипение смесей. Казань, Издательство НПО «Пищепромпроектмаш», 1994. -133 с.

2.    Шигабиев Т.Н., Яновский Л.С., Галимов Ф.М., Иванов В.Ф. Тепло­ и массообмен при фазовых превращениях топлив и масел. Казань, Издательство НПО «Пищепромпроектмаш», 1995. ­58 с.

3.    Шигабиев Т.Н., Яновский Л.С., Галимов Ф.М., Иванов В.Ф. Эндотермические топлива и рабочие тела силовых и энергетических установок. Казань. Издательство «Абак», 1996. ­264 с.

4.    Яновский Л.С., Дубовкин Н.Ф., Галимов Ф.М., Иванов В.Ф. Экология легких моторных топлив. Казань, Издательство «Абак», 1997. ­204 с.

5.    Яновский Л.С., Дубовкин Н.Ф., Галимов Ф.М., Иванов В.Ф., Сагидуллин Р.Н. Энергоемкие горючие. Казань, Издательство «Абак», 1997. ­131 с

6.    Дубовкин Н.Ф., Яновский Л.С., Галимов Ф.М., Иванов В.Ф., Сагидуллин Р.Н. Авиационные криогенные углеводородные топлива. Казань, Издательство «Абак», 1998. ­255 с.

7.    Яновский Л.С., Иванов В.Ф., Галимов Ф.М., Сапгир Г.Б. Коксоотложения в авиационных и ракетных двигателях. Казань, Издательство «Абак»,  1999. –284 с.

8.    Дубовкин Н.Ф., Яновский Л.С., Шигабиев Т.Н., Галимов Ф.М. Иванов В.Ф. Инженерные методы определения физико-химических и эксплуатационных свойств топлив. Казань, Издательство «Мастер Лайн», 2000. ‑378 с.

9.    Шигабиев Т.Н., Яновский Л.С., Галимов Ф.М., Иванов В.Ф. Физический и химический хладоресурс углеводородных топлив. Казань, Издательство «Мастер Лайн», 2000. –240 с.

 

 

В статьях и трудах научных конференций с открытой публикацией

 

1.    Шигабиев Т.Н., Галимов Ф.М. Теплоотдача при кипении реактивного топлива ТС­1.  /В сб. Тепло­ и массообмен в химической технологии. Казань. 1989. С.117­120.

2.    Галимов Ф.М. Шигабиев Т.Н. Обобщение опытных данных по теплоотдаче при кипении реактивных топлив //В сб. Тепло­ и массообмен в хим. технологии. Казань, 1990. С.99­102.

3.    Галимов Ф.М., Шигабиев Т.Н. Влияние длительности кипения реактивного топлива ТС­1 на состояние поверхности нагрева //В сб. Тепло­ и массообмен в хим. технологии. Казань, 1991. С.11­14.

4.    Галимов Ф.М., Головин С.В. Теплообмен при кипении многокомпонентных смесей углеводородов /Материалы IV Всесоюзной конференции молодых исследователей. ­Новосибирск, 1991. С.142­143.

5.    Галимов Ф.М. Теплоотдача при кипении реактивных топлив в условиях естественной конвекции /Автореферат диссертации на соиск. уч. ст. канд. техн. наук. Казань, 1991. 16с.

6.    Галимов Ф.М., Шигабиев Т.Н., Усманов А.Г. Теплообмен при кипении реактивных топлив в условиях естественной конвекции. /В сб. Тепло­ и массообмен в химической технологии. Казань. 1991. С.14­21.

7.    Шигабиев Т.Н., Галимов Ф.М. Теплообмен при кипении многокомпонентных смесей углеводородов. //Химическая промышленность. №11. 1992. С.678-681.

8.    Усманов А.Г., Гумеров Ф.М., Галимов Ф.М. и др. Исследование теплообмена при кипении реактивных и моторных топлив /Научно­технический отчет №1¸4, кафедра ТОТ КХТИ. Казань 1992­1993 гг. 65 с.

9.    Шигабиев Т.Н., Галимов Ф.М. Теплообмен при кипении реактивных топлив в диапазоне давлений 0.1­1.1 МПа. //Промышленная теплотехника. Т.16, №1, 1994. С.7­9.

10.  Галимов Ф.М., Шигабиев Т.Н. Теплообмен при кипении автомобильных бензинов и дизельных топлив в условии естественной конвекции //В сб. Тепло­ и массообмен в химической технологии. ­ Казань. ‑1994. С.46­50.

11.  Ягов В.В., Яновский Л.С., Галимов Ф.М., Тимошенко А.В. Теплообмен при пузырьковом кипении реактивных топлив //Теплофизика высоких температур. ­ 1994. ‑Т.32, №6. ­С.867­872.

12.  Шигабиев Т.Н., Галимов Ф.М.. Теплоотдача при кипении углеводородных топлив в условиях естественной конвекции //Инженерно‑физический журнал. ­1995. ­Т.68. ­№3. ­С.438­443.

13.  Шигабиев Т.Н., Галимов Ф.М. Влияние процесса фракционирования на коэффициент теплоотдачи при кипении углеводородных топлив в условии естественной конвекции //Химическая промышленность ­№2. ­1995. С.87­90.

14.  Галимов Ф.М., Гарифуллин Ф.А., Яновский Л.С. Образование коксоотложений при нагреве углеводородных топлив. /Сборник докладов и сообщений на 11­м научно­техническом семинаре “Внутрикамерные процессы в энергетических установках, акустика, диагностика”. Казань. 1999. С.48­50.

15.  Галимов Ф.М., Гарифуллин Ф.А., Яновский Л.С. Использование хладоресурса реактивных топлив для охлаждения узлов и конструкций летательных аппаратов /Сборник докладов и сообщений на 11­м научно­техническом семинаре “Внутрикамерные процессы в энергетических установках, акустика, диагностика”. Казань. 1999. С.52­54.

16.  Фадеев Д.А., Галимов Ф.М., Гарифуллин Ф.А. Расчет коэффициента теплоотдачи при кипении однокомпонентных систем /Сборник докладов и сообщений на 11­м научно-техническом семинаре “Внутрикамерные процессы в энергетических установках, акустика, диагностика”. Казань, 1999. С.50­51.

17.  Галимов Ф.М. Возможности реализации химического хладоресурса топлив летательных аппаратов /Тезисы докладов 12­го Межвузовского научно­технического семинара “Внутрикамерные процессы в энергетических установках, акустика, диагностика”. Казань, 2000. С.76‑78.

18.  Фадеев Д.А., Галимов Ф.М., Гарифуллин Ф.А. Кипение суспензионных горючих на примере смеси топлива ТС-1 и алюминия /Тезисы докладов 12­го Межвузовского научно­технического семинара “Внутрикамерные процессы в энергетических установках, акустика, диагностика”. Казань, 2000. С.84‑85.

19.  Галимов Ф.М., Гарифуллин Ф.А., Яновский Л.С. Структура и состав коксоотложений в каналах ГТД и ВРД. /Тезисы докладов 12­го Межвузовского научно­технического семинара “Внутрикамерные процессы в энергетических установках, акустика, диагностика”. Казань, 2000. С.80‑82.

20.  Фадеев Д.А., Галимов Ф.М., Гарифуллин Ф.А. Обобщение экспериментальных данных по теплоотдаче при кипении суспензионной смеси топлива ТС-1 и алюминия //Химическая промышленность. №10, 2000. С.53-56.

21.  Галимов Ф.М. Влияние отложений на начало образования пузырей при поверхностном кипении топлив /Тезисы докладов 12­го Межвузовского научно­технического семинара “Внутрикамерные процессы в энергетических установках, акустика, диагностика”. Казань. 2000. С.82‑83.

22.  Фадеев Д.А., Галимов Ф.М., Гарифуллин Ф.А. Кипение жидких суспензионных горючих в большом объеме //Материалы международной научной конференции «Двигатели XXI века». Москва, 2000. С.226-227.

23.  Галимов Ф.М. Возникновение кипения углеводородных топлив на поверхности при наличии отложений //Материалы всероссийской научной конференции «Тепло и массообмен в химической технологии». Казань, 2000. С.82-86.

24.  Фадеев Д.А., Галимов Ф.М., Гарифуллин Ф.А. Обобщенные зависимости для расчета интенсивности теплоотдачи при кипении однокомпонентных жидкостей в условии естественной конвекции //Материалы международной научной конференции «Двигатели XXI века». Москва, 2000. С.228-229.

Скачать

Биология
Ветеринария
Геология
Искусствоведение
История
Культурология
Медицина
Педагогика
Политика
Психология
Сельхоз
Социология
Техника
Физ-мат
Филология
Философия
Химия
Экономика
Юриспруденция

Подписаться на новости библиотеки


Пишите нам
X