додати матеріал


Реалізація хладоресурса вуглеводневих палив у силових і енергетичних установках

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.


На правах рукопису

 
 
 

Галімов Фарід МІСБАХОВІЧ


 
 
 
Реалізація хладоресурса вуглеводневих палив у силових і енергетичних установках
 

05.14.04 - Промислова теплоенергетика


АВТОРЕФЕРАТ


дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора технічних наук


Казань
Робота виконана в Казанському державному технологічному університеті
 
Науковий консультант: доктор технічних наук, професор, член-кореспондент АН Татарстану Гарифуллин Ф.А.
 
Офіційні опоненти:
доктор технічних наук, професор,
член-кореспондент Російської АН Назмієв Ю.Г.
 
доктор технічних наук, професор Шевченко І.В.
 
доктор технічних наук, професор,
член-кореспондент АН Татарстану Даутов Г.Ю.
Провідна організація - Центральний інститут авіаційного моторобудування, м.Москва
Захист відбудеться «____» ____________ 2001 року в ____ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 212.080.06 в Казанському державному технологічному університеті за адресою: 420015, м. Казань, вул.К.Маркса, 68, аудиторія А-330, зал засідань Вченої ради .
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Казанського державного технологічного університету.
Автореферат дисертації розісланий «___»_________ 200__ р.
Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,
доктор технічних наук, професор А. Г. Лаптєв
 

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ


Задоволення потреб сучасної промисловості і суспільства в електричній та тепловій енергії може бути вирішено шляхом переобладнання існуючих опалювальних котелень у теплофікаційні енергетичні газотурбінні установки. Найбільш ефективними газотурбінними установками малої потужності є установки, виконані на базі авіаційних газотурбінних двигунів (Скибин В.А., Солонін В. І., Цховребов М. М. Перспективи авіаційних двигунів у розвитку транспорту та енергетики / / Конверсія в машинобудуванні. -1999. № 2.-С.28-35.; Алемасов В.Є., Кравцов Я.І. та ін Автономна ТЕЦ на базі газотурбінних технологій / Матер. науково-практ. конф. "енергозбері. у хім. технол.» Казань, 2000.С.60-63.). На базі серійних і досвідчених авіаційних двигунів у Росії розроблена широка номенклатура наземних газотурбінних установок класу потужності від 0.5 до 60 МВт. Цілий ряд таких установок на сьогоднішній день вже освоєно й успішно експлуатується на газоперекачувальних станціях. Призначений ресурс таких установок становить величину 100 000 годин, а міжремонтні 25 000 годин. Крім того, авіаційні двигуни, що відпрацювали свій ресурс в авіації, знаходять широке застосування як високоефективних джерел механічної, газодинамічної і теплової енергії в суднобудуванні, сушильних установках, пожежогасінні, в аеродромних і залізничних снігоочисниках та інших індустріальних установках, використовуються в багатьох галузях народного господарства. Наземний ресурс таких установок порівняємо, а в ряді випадків у кілька разів перевищує відпрацьований. При подальшій експлуатації виникають проблеми, пов'язані з утворенням коксових відкладень і впливом його на Теплопередавальні властивості поверхні.
Аналогічні проблеми виникають і в нафтохімічній, нафтопереробній промисловості, енергетиці, автомобільної промисловості та інших галузях народного господарства.
Актуальність роботи
Дисертація присвячена вирішенню актуальної науково-технічної проблеми-забезпечення ефективного застосування рідких вуглеводневих палив у теплонапружених вузлах силових, енергетичних і технологічних установок. Підвищення паливної економічності пов'язано зі збільшенням хладоресурса і питомої працездатності вуглеводневих палив та реалізації їх в термодинамічній циклі. Значного приросту хладоресурса і працездатності можна досягти при перегріві палив, тобто за рахунок підвищення їх граничних температур нагріву, однак при цьому відбувається утворення смолистих і коксових відкладень. Ці відкладення, перш за все, негативно позначаються на ресурсі і надійності агрегатів установки, у зв'язку з чим при розробці останніх гостро постає питання щодо зниження інтенсивності утворення коксоотложеній. Роботи в цьому напрямку в даний час носять чисто емпіричний характер і не спираються на наукові уявлення про механізм утворення коксоотложеній. Однією з ключових завдань вирішення цієї проблеми є вивчення процесів, що відбуваються в паливах при їх нагріві, закономірностей тепло-та масообміну в вуглеводневих паливах в широкому діапазоні зміни режимних параметрів, властивостей утворилися при цьому відкладень, механізмів їх придушення і видалення.
Дані дослідження проводилися відповідно до Координаційною планом НДР Академії наук з комплексної проблеми "Теплофізика та енергетика" на 1986-1990 рр.. (Розділи 1.9.1.3., 1.9.1.9., 1.9.1.10); Міжгалузевих програм "Хімічна регенерація тепла для підвищення економічності, надійності та екологічної чистоти силових і транспортних засобів"; теми "Федерація-МАП" на 1991-1995 рр..; Федеральної цільової науково-технічної програми «Дослідження і розробки за пріоритетними напрямами розвитку науки і техніки цивільного призначення» 1997-1999 р.р. комплексної програми Мінвузу РРФСР "Людина і навколишнє середовище", а також за договорами з ЦІАМ ім. П. І. Баранова.
 
Метою роботи є розробка наукових основ підвищення охолоджуючої здатності вуглеводневих палив для охолодження теплонапружених вузлів і каналів силових і енергетичних установок. Для досягнення цієї мети були поставлені наступні завдання:
-Дослідити закономірності утворення смолистих і коксових відкладень в каналах при течії рідких вуглеводневих палив в умовах жидкофазного окислення;
-Вивчити вплив відкладень на процеси теплообміну на гріючої поверхні нагрівача;
-Експериментально визначити теплофізичні властивості відкладень;
-Розробити методи придушення процесів утворення смолистих і коксових відкладень;
-Розробити методи видалення смолистих і коксових відкладень;
-Дослідити закономірності утворення смолистих і коксових відкладень в каналах при течії рідких вуглеводневих палив в умовах термічної деструкції;
 
Наукова новизна
У даній роботі вперше комплексно досліджено процеси утворення смолистих і коксових відкладень в каналах при течії рідких вуглеводневих палив в умовах жидкофазного окислення і термічної деструкції. Враховано вплив цілого ряду факторів, що впливають на утворення відкладень, таких, як хімічний склад і фазовий стан палива, матеріал і стан поверхні, що контактують з паливом стінок. Комплексно розглянуто питання придушення утворення відкладень. Розроблено високоефективні методи видалення відкладень, що відрізняються від прототипів низькою енергоємністю, високої (практично 100%-ної) ефективністю і можливістю збереження каталітичних властивостей поверхні стінок каналу.
Автором отримані нові дані:
-За закономірностям освіти смолистих і коксових відкладень в каналах при течії рідких вуглеводневих палив в умовах жидкофазного окислення;
-За впливом відкладень на процеси теплообміну на гріючої поверхні нагрівача;
-За теплофізичними властивостями відкладень;
-За закономірностям придушення процесів утворення смолистих і коксових відкладень;
-За закономірностям видалення смолистих і коксових відкладень з елементів силових, енергетичних і технологічних установок;
-За закономірностям освіти смолистих і коксових відкладень в каналах при течії рідких вуглеводневих палив в умовах термічної деструкції.
 
Достовірність отриманих даних забезпечувалася застосуванням атестованих вимірювальних засобів та апробованих методик вимірювання та обробки даних, аналізом точності вимірювань, повторюваністю результатів, а також відтворюваністю результатів по теплообміну, властивостями, з придушення і видалення відкладень і застосуванням статистичних методів оцінки похибок і обробки експериментальних даних.
 
Практична цінність
Результати роботи послужили основою для створення:
-Способів охолодження теплонапружених вузлів силових, енергетичних і технологічних установок;
-Способів придушення процесів утворення відкладень у паливних системах силових і енергетичних;
-Способів видалення відкладень з авіаційних двигунів і силових, енергетичних і технологічних установок.
 
Реалізація основних положень дисертації
Основні результати дослідження використані в наступних організаціях:
-МКБ «Граніт» у комплексі робіт по розробці методів очищення паливних колекторів від смолистих і коксових відкладень;
-В СГНПП «Праця» в комплексі робіт по придушенню смолистих і коксових відкладень при проектуванні паливного колектора;
-В Центральному інституті авіаційного моторобудування в комплексі робіт з підвищення охолоджуючої здатності реактивних палив в умовах фазових перетворень і розробці методів і програм зі створення НТЗ з перспективної тематики;
-В НВО «Піщепромпроектмаш» при проектуванні теплообмінного обладнання харчової промисловості;
-В ЗАТ «Татнефтьавіасервіс» в роботах щодо запобігання та видалення відкладень в паливоподаючі трубопроводах і ємкостях із зберігання вуглеводневих палив;
-В навчальних курсах авіаційних, технологічних і енергетичних спеціальностей ВНЗ (МГФТУ, КДТУ, МАІ, МЕІ та ін.)
Основні положення, що виносяться на захист
Нові результати експериментальних досліджень, методик розрахунку теплообміну, закономірностей придушення утворення відкладень, впровадження яких у практику сприяє забезпеченню ефективного застосування рідких вуглеводневих палив у теплонапружених вузлах силових і енергетичних установок. Способи видалення смолистих і коксових відкладень з елементів силових, енергетичних, технологічних установок і двигунів літальних апаратів.
 
Апробація роботи
Основні результати були докладені на науково-технічних конференціях, в т.ч. на:
· На щорічних науково-технічних конференціях КДТУ-КХТІ (м.Казань 1989-2000 рр..);
· II Міжгалузевий науково-технічної конференції з проблеми хімічної регенерації тепла у літальних апаратах і силових установках (Москва 1991 р.);
· II Мінському міжнародному форумі з тепломасообміну (Мінськ 1992 р.);
· Науково-технічної конференції «Екологічна безпека міст» (Москва 1996р.);
· 11 міжнародному симпозіумі з фізики кипіння і конденсації (Москва 1997 р.).
· 11 і дванадцятим Міжвузівському науково-технічному семінарі «внутрішньокамерних процеси в енергетичних установках, акустика, діагностика» (Казань 1999, 2000).
· Міжнародної наукової конференції «Двигуни XXI століття» (Москва 2000 р.)
 
Публікації
За темою дисертації опубліковано 33 друкованих роботи, в т.ч. 9 монографій.
 
Обсяг і структура роботи
Дисертація складається з вступу, шести розділів, висновків та списку використаної літератури. Зміст дисертації викладено на 250 сторінках машинописного тексту, містить 9 таблиць, 54 малюнка. Список використаної літератури включає 212 найменувань.
ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обгрунтовано актуальність теми дисертації та подано короткий огляд змісту глав дисертації.
 
У розділі 1 представлено стан проблеми і сформульовано цілі та основні завдання дослідження, його наукова новизна та практична значущість. Відзначено, що при реалізації хладоресурса палив можливі обмеження по температурі нагріву, що накладаються термічною стабільністю палива і тиском насичених парів.
Фізичний хладоресурс стандартних вуглеводневих палив внаслідок невеликих значень теплоємності, відносно невеликий, і при нагріванні до температури початку кипіння не перевищує 500-600 кДж / кг (Рис.1). Реалізація теплоти пароутворення і перегрівання до 400 о С дозволяє досягти хладоресурса до 1300-1400 кДж / кг, однак збільшення граничних температур нагріву палив ускладнює процес теплообміну тим, що на поверхні утворюються коксоотложенія, які впливають на теплопередачу як за рахунок зростання термічного опору стінки, так і за рахунок впливу на тепловіддачу внаслідок зміни стану поверхні. Одним з основних факторів, що визначають процес утворення коксу, є рідиннофазного окиснення палив розчиненим у них киснем.

Рис.1. Хладоресурс палив D Н х в залежності від температури Т при Р = 0.1 МПа:
1-хладоресурс палива Т-6, відповідний максимальній температурі застосування;
2-хладоресурс палива РТ, Т-8, відповідний максимальній температурі застосування;
3-хладоресурс палива Т-1, ТС-1, Т-2, відповідний максимальній температурі застосування.
Аналіз показує, що освіта відкладень є досить складним процесом, що залежать як від кінетики хімічних перетворень, так і від внутрішніх характеристик течії і теплообміну, які в свою чергу можуть багато в чому визначатися структурою і властивостями самих відкладень.
Значний приріст хладоресурса і працездатності може бути досягнутий при перегріві палив за рахунок використання ендотермічна розкладання палив в паровій фазі. Сумарний хладоресурс вуглеводневих палив при нагріванні до 700-800 о С може досягати значень 2500-4000 кДж / кг. Однак разом з тим слід зазначити, що процеси, що відбуваються в паливах в області високих температур, практично не вивчені. Крім того, при фазових перетвореннях і деструкції палив в силових, енергетичних і технологічних установках відбувається утворення смоли-і коксоотложеній, які в свою чергу призводять до зростання гідравлічного опору трубопроводів і термічного опору стінок. Освіта коксу в паливних колекторах і форсунках камер згоряння, перш за все, негативно позначається на ресурсі і надійності агрегатів і установок, у зв'язку з чим при розробці останніх прагнуть знизити інтенсивність утворення коксоотложеній. Роботи в цьому напрямку в даний час носять чисто емпіричний характер і не спираються на наукові уявлення про механізм утворення коксоотложеній при течії нагріваються палив (горючих) у вузлах і каналах апаратів.
У розділі 2 наведено експериментальні установки для вивчення закономірностей утворення відкладень в умовах жидкофазного окислення вуглеводневих палив. Відзначено, що утворення низькотемпературних відкладень, які в основному відзначаються на стінках складських паливних резервуарів, фільтрах тонкого очищення заправних засобів, а також в паливних системах літаків на фільтрах тонкого очищення, деталях топливоподающей апаратури і в топлівомасляних радіаторах можуть забивати фільтри, порушувати роботу паливорегулююча апаратури і знижувати ефективність охолодження двигунів і теплообмінних апаратів. Виявлено, що механізм окислення палив змінюється при досягненні температур 110 ¸ 130 про С. На малюнку 2 представлені дані за освітою нерозчинних опадів при зберіганні палив Т-1, ТС-1 і РТ в залежності від температури при статичних (при контакті з повітрям надтоплівним) умовах.
Як видно з цього рисунка, при низьких температурах немає принципової відмінності в механізмі утворення відкладень у реактивних паливах. Ці дані відповідають висновкам робіт Г. Ф. Большакова (Освіта гетерогенної системи при окисленні вуглеводневих палив / Большаков Г.Ф.-Наука. Сиб. Птд-ня, 1990. -248 С.), В якій зазначається, що, починаючи від температури початку кристалізації і до температур початку витіснення легких фракцій, змінюється лише швидкість процесу відкладення нерозчинних опадів.

Рис.2. Маса нерозчинного осаду, що утворився при зберіганні реактивних палив протягом 1500 годин на скляній поверхні в залежності від температури

Рис.3. Схильність палив до утворення нерозчинних опадів при підвищених температурах для статичних умов.
З підвищенням температури збільшується кількість що утворюється за певний час осаду. Як видно з рисунку 3, при значеннях температури 150 - 170 о С (в залежності від марки палива) воно досягає максимуму, а з подальшим підвищенням температури знижується. Пояснення цьому можна знайти у зменшенні доступу кисню до палива в міру зростання температури.
Вивчено кінетичні закономірності окиснення реактивних палив в контакті з конструкційними матеріалами паливних систем літальних апаратів. Виявлено, що серед досліджених металів є як каталізатори, так і інгібітори окислення.
Для вивчення закономірностей утворення коксоотложеній при течії різних палив і горючих в умовах нагріву була змонтована експериментальна установка (Рис.4).
В якості робочої ділянки використовувалися змінні трубки партії поставки зі сталі 12Х18Н9Т, сплаву ХН60ВТ, міді М1, в тому числі з внутрішніми покриттями, довжиною від 0,3 до 1,0 м і внутрішнім діаметром від 1 до 4 мм. Установка має розімкнутий паливний контур з горизонтально розташованим робочим ділянкою, що нагрівається змінним струмом. Попередньо очищене від механічних домішок паливо з різним вмістом кисню, смол і неграничних сполук з витратного бака 5 через сітчасті фільтри 4 з осередками 16 і 5 мкм подавалося насосом 2 марки 661Л в електронагрівач 15, де проводився попередній підігрів палива. Після цього паливо надходило в робочий ділянка 17, де відбувався його нагрівання до заданої температури.

Рис.4. Експериментальна установка для вивчення закономірностей утворення відкладень при течії вуглеводневих палив в умовах нагріву
1 - бак закачування палива; 2 - насос; 3 - запобіжний клапан, 4 - фільтр;
5 - видатковий бак; 6 - вентиль; 7 - триходовий кран; 8 - штіхпробер;
9 - зрівняльний бак; 10 - теплообмінник; 11 - кран з електроприводом;
12 - датчик витрати; 13 - електроконтактні манометр, 14 - термопара;
15 - електронагрівач, 16 - манометр, 17 - реактор; 18 - холодильник;
19 - регулювальний кран; 20 - паливо-газовий елімінатор;
21 - газовий лічильник, 22 - кран керування; 23 - паливний бак;
З огляду на те, що речовинами, які зумовлюють утворення коксу при нагріванні різних палив, є розчинені в них кисень, смоли, ненасичені сполуки та ін хімічно активні домішки, а також речовини, що знаходяться в паливі у вигляді колоїдних і мікрогетерогенних часток, були проведені дослідження закономірностей утворення коксоотложеній при течії палив в умовах варіювання концентрації цих домішок. Концентрація розчиненого в паливі кисню (в паливному баку) варіювалася від 5,0% (рівноважна концентрація при нормальних умовах) до 0,2% (об'ємно). Зменшення концентрації розчиненого кисню-знекиснення - здійснювалося за допомогою барботажа палива в баку інертним газом (N 2, Ar, He) до необхідного змісту залишкового кисню при нормальних умовах. Зміст залишкового кисню варіювалося допомогою вибору інертного газу і часу барботирования (Мал. 5) з метою вивчення впливу концентрації розчиненого кисню на швидкість утворення коксу на стінках каналу. Як видно з цього рисунка, найкращий результат з витіснення кисню як для палива РТ, так і інших реактивних палив РТ, ТС-1 виявлено при барботировании із застосуванням газу гелію.

Рис.5. Залежність змісту залишкового кисню в паливі РТ від часу барботажа інертного газу. 1 - азот; 2-гелій.

Обсяг палива -15 л. Витрата газу - 9. 10 -4 кг / c.


Закономірності утворення коксу в трубках визначали при постійних режимних параметрах. Тиск і температуру палива на вході в робочу ділянку змінювали від 0,5 до 8,0 МПа (Р / Р кр = 0,2-3,6) і від 10 до 150 о С (Т / Т кр = 0,5 - 0,75), відповідно через задані проміжки часу. Режими течії палива в трубках-ламінарний, перехідний і турбулентний. Після випробування трубки розрізали на окремі відрізки довжиною по 50 мм, відкладення фотографували з 100 - і 2000-кратним збільшенням з використанням скануючого мікроскопа DSМ - 960 Opton. Середні величини шорсткості й пористості відкладень визначалися шляхом статистичної обробки результатів мікродослідження.
Експерименти показали, що коксоотложенія представляють собою дрібнопористу структуру, сформовану з окремих сфероподобних глобул. Характерне рахункове розподіл цих глобул по еквівалентним діаметрам наведено на малюнку 6, де F i-число глобул у D i - інтервалі діаметрів, F S - сумарна кількість глобул. Видно, що глобули мають характерні розміри 15 - 25 мкм.

Рис.6. Зліченних розподіл часток коксоотложеній за діаметрами.
Схема дослідження коксоотложеній, що утворилися в процесі нагрівання палив, наведена на рисунку 7

Рис.7. Схема і сследованія коксоотложеній, що утворилися при нагріванні вуглеводневих палив
У міру напрацювання відкладення покривають металеву поверхню не відразу, а поступово. Обробка даних показала, що залежність від часу напрацювання частки поверхні стінки, покритої відкладеннями, = S / S max, може бути описана співвідношенням
= 1 - exp (-at), (1)
де а-емпіричний коефіцієнт, t-час напрацювання поверхні.
Для визначення маси коксоотложеній та їх елементного та групового складу використовувалася спеціальна установка, наведена на рисунку 8.

Рис.8. Установка для визначення складу і маси коксоотложеній:
1 - газометр; 2,3 - осушувальні склянки;
4,5 - U-подібні трубки; 6 - реактор для випалювання коксу;
7 - газовий пальник; 8,9 - електропечі; 10,11,12 - поглиначі;
13 - заключна трубка; 14 - аспіратор; 15 - циліндр;
16 - кварцовий склянку.
Кварцовий стаканчик 16 з закоксованной трубкою поміщали в кварцовий реактор 6 для випалювання коксу в потоці кисню, що проходить з балона 1 через склянки 2 - 5 для очищення, де витрата становив 35-70 мл / хв при Р = 0,1 МПа. Температура електропечей 8 і 9 становила 800-980 о С і 200 о С, відповідно. Після досягнення зазначених температур і приєднання поглинальних трубок 10 і поглинальних апаратів 11 і 12 виробляли випалювання коксу.
Утворилися продукти розкладання і горіння змішувалися з великим надлишком О 2 і, пройшовши через зону, нагріту до 850 - 950 о С, повністю окислялись до СО 2 і Н 2 О. Останні уловлювалися адсорбентами в апаратах 11 і 12. Кількості утворилися СО 2 і Н 2 О визначалися за різницею мас поглинальних апаратів до і після спалювання коксу. Час випалювання становило 4 - 5 год залежно від складу і кількості коксу.
Оскільки при горінні відкладень в металевій трубці відбувається утворення оксидів металів, для запобігання попадання частинок цих оксидів в апарати 11 і 12 була введена поглинальна трубка 10, що представляє собою обігрівається фільтр з срібної стружки. Обігрів поглинальної трубки до 200 о С необхідний для запобігання конденсації утворилася води на цій стружці.
Аналіз, проведений за допомогою розчинення смолистих продуктів і коксу і механічного їх видалення з подальшим дослідженням методами мікроелементного аналізу, атомно-абсорбційної та інфрачервоної спектроскопії, показав, що елементний склад відкладів, знятий з різних ділянок системи охолодження РРД, практично однаковий. Основною частиною відкладів є органічні речовини (С -62-70%, Н -4-7%, Про -10-13%), а зольна частина відкладів (продукти неорганічного походження) складають 15-20%, що узгоджується з даними Г. Ф. Большакова.
Коефіцієнт теплопровідності коксу, як гетерогенної пористої структури, може бути розрахований за формулою (Глєбов В.П., Ескін Н.Б., Трубачов і ін внутрішньотрубним освіти в парових котлах надкритичного тиску.-М., Енергоіздат, 1983. -240 З .)
l отл = (1 - П) l до + Пl т, (2)
де П = V пір / V отл-пористість, в об'ємних частках; l к, l т-коефіцієнти теплопровідності каркаса коксу і палива.
Для визначення теплопровідності каркаса відкладень кокс піддавався руйнуванню з використанням преса. Прикладене зусилля становила 250 кг / см 2. Як показали дослідження, засновані на методах кольорової дефектоскопії, пористість каркаса після руйнування не перевищувала П »0.00013.
Як показали експерименти, теплопровідність каркаса відкладень слабо змінюється в обмеженому діапазоні зміни температури в шарі коксу. Для визначення коефіцієнта теплопровідності в залежності від параметра q × d отл отримана номограма (Рис.9).

Рис.9. Номограмма коефіцієнтів теплопровідності коксоотложеній
¾ ¾ Т-6; - - РТ; -. - Н-октан.
, Вт / м: 1-60; 2-50; 3-40; 4-30, 5-20; 6-10; 7-1.0; 8-0.5
Щільність суцільних відкладень, що утворюються внаслідок окислення палив на каталітично неактивних поверхнях, виявилася практично постійною: r отл = 1010 ± 50 кг / м. Щільність ж пористих відкладень, що утворилися внаслідок окислення палив при течії на металевих поверхнях, лінійно зменшується з ростом пористості П коксу,
r отл = 1000 (1 - 1,82 П), (3)
де П <0,5.
Груповий хімічний склад коксоотложеній визначався за методом, заснованому на селективної розчинності окремих класів вуглеводнів у різних розчинниках. Асфальтени добре розчиняються в бензолі (С 6 Н 6), але не розчиняються в ефірі (легкий бензин, одержаний за допомогою легких фракцій з бензинів прямої перегонки). Смоли навпаки добре розчиняються в ефірі. Карбо-карбоідние з'єднання не розчиняються ні в ефірі, ні в бензолі. Результати цих експериментів наведені в таблиці 1.
Таблиця 1.
Компоненти
Склад відкладень,% мас.
Кокса
Температура стінки, О С

300
400
500
600
Смолообразниє
90-98
80-90
55-70
20-30
Асфальтено-смолисті
1,3-5
3-6
15-35
30-40
Карбо-карбоідние
0,1-0,7
0,2-0,8
2-10
20-40

У розділі 3 представлені результати експериментального дослідження теплообміну при нагріванні вуглеводневих палив в умовах реалізації фізичного хладоресурса. Експерименти проводилися як в умовах природної конвекції, так і при наявності фазових перетворень.
Для вивчення теплообміну була змонтована експериментальна установка (Рис.10)
  Нагрівання палив здійснювався на горизонтально розташованої змінної трубці, виготовленої із сталі 1Х18Н9Т, довжиною 0,118 м і діаметром 6.7х6 мм, що нагрівається електричним струмом. Початкова чистота поверхні відповідала станом суцільнотягнутої трубки.
Експерименти з визначення коефіцієнта тепловіддачі для реактивних палив в умовах природної конвекції проводилися як при атмосферному тиску, так і при підвищеному (до 0.7 МПа). Як показали ці дослідження, особливої ​​відмінності у теплообміні між однокомпонентними рідинами у вигляді води, спиртів і н-гексану, так і реактивними і моторними паливами, підданими діоксегінізаціі, не виявляються. Утворилися в початковому періоді роботи поверхні незначні відкладення на коефіцієнт тепловіддачі видимого впливу не надавали.

Рис.10 Принципова схема експериментальної установки для вивчення теплообміну при нагріванні палив в умовах природної конвекції.
1-експериментальний бачок, 2-кришка, 3,8-штуцери,
4-манометр, 5-конденсатор, 6,7-оглядові вікна,
9-мідні наконечники, 10-вставка для стоку конденсату,
11,12-відвід і нагрівач конденсату, 13-нагрівач,
14,16-краники, 15-гільзи з термопарами.
Як показали експерименти, для умов однофазної конвекції на лінії насичення при розрахунку коефіцієнта тепловіддачі до реактивних палив може бути використано рівняння
(4)
Похибка розрахунку за висловом (4) не перевищує 20%.
Для розвиненого бульбашкового кипіння для поверхні без відкладень отримана розрахункова залежність, заснована на моделі В. В. Ягова (Ягов В. В. Теплообмін при розвиненому бульбашкової кипінні / / Теплоенергетика, -1988. - № 3.-С.4-9.) .
. (5)
де для всіх реактивних палив.
При виведенні розрахункового співвідношення виходили з особливостей процесу кипіння складних, багатокомпонентних сумішей, зокрема більш низької інтенсивності випаровування рідини з поверхні менісків на кордонах сухих плям (центрів паротворення). Як відомо, збільшення локальної концентрації висококиплячих компонентів суміші в пристінному шарі рідини і викликане цим зниження дійсного температурного напору призводить до різкого зменшення щільності центрів пароутворення. У результаті узагальнення всього масиву досвідчених даних отримано розрахункове співвідношення.
Середньоквадратичне відхилення досвідчених точок від розрахункової залежності (5) становить 4.63%. На малюнку 11 наведено зіставлення експериментальних точок по реактивних палив з розрахунковою залежністю. Аналогічні результати отримані і для автомобільних бензинів і дизельного палива.

Рис.11. Узагальнення експериментальних даних по реактивних палив
за допомогою моделі кипіння В. В. Ягова
Як вже було зазначено раніше, при нагріванні палив в міру напрацювання формуються відкладення, які роблять значний вплив на процеси теплообміну. Коксоотложенія на поверхні теплоотдающей поверхні тут грають роль свого роду як теплоізоляторів, так і є потенційними центрами генерації парових бульбашок, у зв'язку з чим на інтенсивність охолодження впливає їх товщина і теплопровідність.
При вивченні закономірностей пароутворення на поверхні з коксоотложеніямі слід розглянути три аспекти процесу: зародження пароутворення, інтенсивність тепловіддачі при кипінні і настання кризи кипіння.
Експерименти, проведені з реактивними паливами для умов природної конвекції, показали, що освіта відкладень надає незначний вплив на коефіцієнт тепловіддачі. Була вивчена тепловіддача як на поверхні після 16-ї доби окислення при температурі 114 ° С, так і після розвиненого бульбашкового кипіння протягом 8 годин при q = 200 кВт / м 2 і P s = 0.5 МПа. Структура відкладень, що утворилися при даних температурах, наведена на фотографії (Рис.12).

Рис.12. Структура відкладень на поверхні 1Х18Н9Т при нагріванні
реактивного палива ТС-1.
Верхня частина фото-після 16-ї доби окислення при Т ст = 114-116 о С
Нижня частина фото-після 8-ї години розвиненого кипіння при Т ст = 278 о С
Зіставлення експериментальних даних для палив з розрахунковою залежністю (4), одержаної для гладких поверхонь, показало, що коксоотложенія дещо знижують a. Похибка розрахунку по цій залежності становить 28%. Однак, якщо в цьому виразі дещо змінити значення постійного множника та показника ступеня, то розрахункова залежність
(6)
дозволяє описати досвідчені точки для всіх реактивних палив з похибкою до 12%. Аналогічні результати отримані і для інших палив (бензин А-76, АІ-93 і дизельного палива) в інтервалі тисків P s = 0.1-1.1 МПа і щільності теплового потоку q = 1.1-7.6 кВт / м 2.
У цьому виразі за визначальну величину прийнятий діаметр трубки.
Визначення умов виникнення парової фази і зародження бульбашок на твердій поверхні є однією з найбільш складних і важливих завдань фізики кипіння рідин. Це питання ще більш ускладнюється для поверхні, покритої відкладеннями. На малюнку 13а наведено результати експериментів з вивчення умов виникнення бульбашок на поверхні кипіння, покритої відкладеннями для палива ТС-1. Суцільна лінія відповідає поверхні, обробленої з технічного класу чистоти (Ñ6 - 7 і нижче) з середньою глибиною западин до 10 мкм, без відкладень.
Як видно з цього рисунка, умови утворення відкладень вносять істотний внесок на значення теплового потоку, необхідного для зародження парових бульбашок. Якщо на поверхні після 16 діб окислення при температурі 114 ° С ми спостерігаємо значне зростання необхідного теплового потоку для зародження бульбашок, який досягає до 3-4 кВт / м 2, то для поверхні, що зазнала заздалегідь 8 години розвиненому бульбашкової кипіння при щільності теплового потоку q = 200 кВт / м 2 і P s = 0.5 МПа, значення перегріву і відповідно щільності теплового потоку впливає незначно (не перевищує 1.5 кВт / м 2 для всього діапазону досліджених тисків). Пояснення цьому можна знайти в структурі освіти самих відкладень (см.ріс.12). Як вже зазначалося раніше, при знижених температурах на поверхні (мається на увазі Т ст. = 114-116 о С) в основному відкладаються смолообразниє опади, які в свою чергу забивають наявні шорсткості. Останнє призводить до необхідності зростання перегріву трубки для умови зародження на ній парового міхура, що ми і спостерігаємо.
На поверхні, підданої 8 години розвиненому бульбашкової кипіння, що утворилися відклади складаються, окрім смолообразних відкладень, також з асфальтено-смолистих і карбо-карбоідних відкладень, які, як відомо, представляють із себе більш високомолекулярні з'єднання і є попередниками утворення коксу. Відкладення останніх приводить до утворення пористих структур на поверхні, у зв'язку з цим шорсткість поверхні в порівнянні з попередньою поверхнею виявляється вищою. Причому ці пори забиваються не паливом з обсягу системи, а збагачені сполуками, що містять смолообразних структуру, тобто температура їх кипіння набагато вище, ніж температура кипіння самого палива.
Уповільнення зародження парових бульбашок в порівнянні з чистою поверхнею можна пояснити тільки низькою теплопровідністю і товщиною цих відкладень.
Аналогічні результати отримані також при зворотному переході від режиму одиночних бульбашок до однофазної конвекції. Тут спостерігалося незначне зниження щільності теплового потоку, тобто мав місце свого роду гістерезис виродження кипіння як для чистої поверхні, так і для поверхні з відкладеннями. Причому величина гистерезиса для чистої поверхні лежить в межах 1-1.5 кВт / м 2, а для поверхонь з відкладеннями становить до 3-5 кВт / м 2.
а)
б)
Рис.13. Вплив коксоотложеній на перехід
а)-від режиму природної конвекції до бульбашкової кипіння;
б) - від режиму бульбашкового кипіння до природної конвекції.
На малюнку 13б представлені результати експериментів для палива ТС-1. Слід також зазначити, що виродження бульбашок на поверхні після 8 годин розвиненого кипіння відбувається значно пізніше, ніж для чистої поверхні і поверхні після однофазного окислення, що також пояснюється природою процесу кипіння. Динамічні процеси на поверхні кипіння, пов'язані зі зростанням парового міхура, призводять до деформації утворилися відкладень, що призводить до зростання нерівностей та шорсткості. Для відкладів, що утворилися при підвищеній температурі, як вже зазначалося раніше, властиво присутність асфальтено-смолистих і карбо-карбоідних сполук, шорсткість яких виявляється значно вище, ніж для поверхні з смолообразних відкладеннями.
Аналогічні результати отримані також для палив РТ, Т-6, Т-1.
Для розрахунку тепловіддачі при кипінні палив на поверхні, покритих відкладеннями, теплофізичні властивості яких помітно відмінні від властивостей металу, відомі формули, отримані при кипінні на трубках на початку напрацювання, коли відкладень не було, в загальному випадку виявляються непридатними. Це обумовлено тим, що поява шару малотеплопроводних відкладень на металевій стінці призводить до зміни умов для зародження і зростання парових бульбашок. У залежності від природи утворилися відкладень, значно зазнає змін шорсткість поверхні, а також помітно зменшується коефіцієнт акумуляції тепла на стінці , Що у свою чергу знижує інтенсивність тепловіддачі. Крім цього, відкладення впливають на виникнення температурних пульсацій при випаровуванні мікрослоя рідини в околиці центрів пароутворення.
Як показали попередні експерименти, впливом шорсткості стінки, внаслідок утворення відкладень при розвиненому кипінні, можна знехтувати, тому що в умовах розвиненого бульбашкового кипіння коефіцієнт тепловіддачі протягом значного часу змінюється незначно. Крім того, як показали експерименти по зародженню міхурів (Рис.13), відкладення, утворені в умовах кипіння, надали менший вплив на освіту парової фази, ніж смолообразниє відкладення, які утворюються при знижених температурах. У зв'язку з усім вищесказаним можна зробити висновок, що на поверхнях нагріву, оброблених з технічного класу чистоти (Ñ6-7 і нижче) з середньою глибиною западин до 10 мкм, тобто досить грубо, зміна шорсткості за рахунок коксоотложеній не впливає на коефіцієнт тепловіддачі.
Середнє значення глибини проникнення температурних пульсацій при випаровуванні мікрослоя палив з поверхні відкладень, згідно з оцінками, виконаним за формулою
, (7)
не перевищує 0.1 мм.
Для опису тепловіддачі при розвиненому бульбашкової кипінні в умовах утворення на поверхні нагрівання відкладень отримана розрахункова залежність
, (8)
де a розраховується з рівняння (5).
Параметр визначається з виразу
[D отл / h ср + (1-d отл / h ср) 2 ] 2. (9)
Вираз (8) відрізняється своєю універсальністю. Так для чистої поверхні вираз під коренем = 1. Для умови, коли товщина відкладень d отл, перевищує величину глибини температурних пульсацій (h СР / d отл <1), розрахунок ведеться згідно теплофізичних властивостях відкладень, а для випадку, коли (h СР / d отл> 1), використовується вираз (9 )
Похибка розрахунку по залежності (8) не перевищує ± 35% для всіх досліджених палив.
 
Глава 4 присвячена моделюванню процесів теплообміну і освіти коксоотложеній при течії вуглеводневих палив у паливних каналах силових і енергетичних установок. Запропоновано трехстадийная схема утворення речовин коксу
Паливо + Кисень Проміжні продукти
Проміжні продукти + Паливо ВМС (10)
ВМС кокс
Розглянемо окислення вуглеводнів за цією схемою при розвиненому турбулентному плині в обігріваються каналах.
Оскільки концентрації продуктів окислення дуже малі (~ 10 -4 моль / л) і концентрація кисню незначна (~ 10 -2 моль / л), зміною концентрації палива і тепловими ефектами реакції окислення можна знехтувати, і протягом окислюваного палива можна віднести до класу течій хімічно реагують сильно розбавлених рідин.
Система рівнянь гідродинаміки і теплообміну записується у вигляді:
, (11)
, (12)
, (13)
(14)
, (15)
(16)
(17)
(18)
(19)
з граничними умовами:
x = 0: w x = , W r = 0 h = h о (r);
r = 0: ; (20)
r = r w: w x = w r = 0; -
У цих рівняннях: w x і w r-складові швидкості вздовж осі труби x і радіуса r; h-ентальпія; P-тиск; r-щільність; t і q-сумарне (молекулярне і турбулентний) дотичне напруження і поперечний тепловий потік, які виражаються через кінематичний коефіцієнт турбулентної в'язкості e t і коефіцієнт турбулентної температуропровідності e q; m-динамічний коефіцієнт в'язкості; l-коефіцієнт теплопровідності; C p-теплоємність.
Тоді вирази (14) і (16) з урахуванням (17) і (18) перепишуть у вигляді
t ; Q = (21)
де Pr = n / a-молекулярне число Прандтля;
Pr т = e t / e q-турбулентне число Прандтля, яке приймається рівним одиниці.
Коефіцієнт турбулентної в'язкості при змінних фізичних властивостях e t розраховується за формулою В.М. Попова (Попов В.М. та ін Теплообмін і турбулентний плин води надкритичних параметрів стану у вертикальній трубі при суттєвий вплив вільної конвекції. / / Теплоенергетика. 1986. № 4. С.22-29):
, (22)
Коефіцієнт турбулентної в'язкості при постійних фізичних властивостях визначається за формулою Рейхардт, уточненнной для відносно малих чисел Рейнольдса (3. 3 жовтня £ Re £ 2. 10 4):
(23)
Тут R = r / r w = 1-h / h о, h о = .
Система рівнянь балансу мас має вигляд:
, I = 1,2,3 (24)
де j i-відповідно, джерельної член. Для кисню (i = 1), проміжного продукту (i = 2) і ВМС (i = 3); з i-вагова концентрація; D i і D Ti ​​відповідно коефіцієнти молекулярної і турбулентної дифузії, що розраховуються відповідно до теорії кінетики хімічних реакцій.
Граничні умови:
r = 0; = 0.
х = 0; C 1 = C o; C 2,3 = 0 (25)
r = r w; ; .
Запишемо вирази для джерельних членів:
j 1 = K 1 c 1 c RH r 2 / М RH;
j 2 = K 1 c 1 c RH / -K 2 c 2 c RH r / М RH ; (26)
j 3 = K 3 c 3 c RH r 2 / М RH
М i-молекулярна маса, кг / кмоль; K i = A i. Exp (-E i / RT)-константи швидкостей реакцій окислення вуглеводнів.
Система рівнянь (11-26) вирішується кінцево-різницевим методом.
У якості останнього граничної умови (25) прийнято рівність дифузійного потоку потоку маси внаслідок реакції на стінці: J 3w = K w c 3w, де К w-константа швидкості реакції на стінці. Величина K w обрана з умови збігу з експериментом по швидкості утворення коксоотложеній в кінетичному режимі.
Для обліку впливу дезактивації металевої поверхні внаслідок коксоотложеній приймалося, що швидкість дезактивації має перший порядок по константі швидкості основний поверхневої реакції:
, (27)
де t н-час напрацювання, K g-константа швидкості дезактивації, визначеною за зміни частки площі поверхні, що покривається відкладеннями.
Дана модель дозволила детально вивчити властивості процесу коксоотложенія на основі результатів чисельного моделювання. Це особливо важливо при вивченні такого складного процесу, як термоокиснення палив, тому що багато стадії цього процесу практично не піддаються експериментальним дослідженням.

Рис.14. Розподіл концентрацій продуктів окислення
реактивного палива РТ по довжині каналу х
(Трубка Æ 4х1500; 1-О 2; 2-проміж. Прод.; 3-ВМС).
Результати моделювання умов утворення коксу при течії нагріваються палив в каналах продемонстровані на рис. 14, де наведена залежність среднемассових концентрацій кисню, проміжного продукту, ВМС по довжині каналу х при тепловому навантаженні q w = 3,8. 10 5 Вт / м 2; витраті G = 0,585. 10 -2 кг / с; і температурі на вході Т вх = 373 К для палива РТ. Концентрація домішок приймалася рівною нулю.
 
У розділі 5 представлені дані по теплообміну і освіти отоженій при течії вуглеводневих палив в умовах реалізації хімічного хладоресурса.
Хімічний хладоресурс так само, як і фізичний, може використовуватися при підведенні тепла до палива безпосередньо від теплонапружених елементів при їх охолодженні або ж як проміжний теплоносій (наприклад, в паливо-повітряному або паливо-газовому теплообміннику). При цьому продукти хімічних перетворень палив можуть бути перед подачею в камеру згоряння використані в якості робочого тіла для приводу агрегатів системи топлівопітанія двигуна. З'являється можливість розробки комбінованих ВРД нових схем, що працюють за більш сучасним, ніж цикл Брайтона, термодинамічним циклам за рахунок використання можливостей палива як хладагента, робочого тіла з високою газової постійної і висококалорійного пального.
Дослідження закономірностей термічної деструкції палив проводилися при атмосферному та підвищеному тиску і температурах до 900 o С на експериментальній установці (Рис.4). У результаті проведених досліджень встановлено, що при температурах нижче 575-600 о С газоутворення практично не спостерігається. Підвищення температури вище 575-600 о С призводить до появи газоподібних продуктів, що свідчить про термічний розкладанні палив. Збільшення часу перебування (контакту) також сприяє зростанню газоутворення. Вивчення ж закономірностей утворення відкладень при термічній деструкції показало, що в умовах турбулентної течії металева поверхня покривається тонким суцільним шаром коксу.
Як випливає з вищевикладеного, для установок багаторазового використання утворилися відкладення ставлять проблему з їх очищення.
 
У розділі 6 наведено фізико-механічні, фізико-хімічні, хіміко-термічні способи видалення відкладень.
Фізико-механічні методи очищення забруднених коксоотложеніямі трубопроводів засновані, як правило, на руйнуванні відкладень шляхом промивання миючими засобами з ультразвуковим або термоакустичний впливом. Вони використовуються в основному для очищення невідповідальних деталей або деталей, механічна обробка яких не представляє небезпеки з точки зору порушення їх міцності або стану робочої поверхні. Цей метод має невисоку ефективність при очищенні трубопроводів складної конфігурації (колін з великими кутами загину, змійовиків і трубопроводів, що мають глухі порожнини, западини і екрановані зони, що виключають безпосередню попадання в них ультразвукових хвиль і т.д.). За допомогою цього методу (Табл.2) недостатньо ефективно віддаляються тверді відкладення, тому що для цього, як показують досліди, збільшення тертя внаслідок гальмування потоку рідини недостатньо. Тому очищення трубопроводів вимагає значного часу і, як правило, розбирання установок. Незважаючи на те, що цей метод дозволяє проводити очищення трубопроводів великої довжини, тим не менше ця довжина обмежена внаслідок зниження інтенсивності коливань уздовж труби. Має місце поздовжня нерівномірність очищення трубопроводу, тому що початкова ділянка очищається краще, ніж інші.
Таблиця 2.
Ефективність очищення фізико-механічними методами
Температура утворення коксу о С
Ступінь очищення%
250-350
350-550
550-700
700-800
До 20
20-30
25-40
90-95

Фізико-хімічні методи (Табл.3) є більш ефективними порівняно з фізико-механічними і засновані на видаленні коксоотложеній допомогою лужних сполук, поверхнево-активних речовин, синтетичних миючих засобів і растворяюще-емульгуючих коштів.
Таблиця 3.
Ефективність очищення фізико-хімічними методами
Температура освіти
Ступінь очищення *
коксоотложеній, о С
СМС
РЕЗ
300
25-45
60-70
400
20-30
40-50
500
15-20
30-40
600
10-15
20-30
* Час очищення - 1 година.
Отримані результати показали, що за допомогою СМС і РЕЗ видаляються в основному смолообразниє речовини, утворені при температурах поверхні нижче 400 о С. Однак СМС і РЕЗ малоефективні при очищенні від асфальтено-смолистих і коксообразних речовин, утворених при температурах стінки вище 400 о С. При цьому більш ефективним засобом виявилися РЕЗ.
Недоліком даного методу є: 1. Низька ефективність видалення твердого коксу. 2. Більш інтенсивне повторне коксування. 3.Большая тривалість процесу очищення.
Хіміко-термічні методи (Табл.4) є найбільш ефективними в порівнянні з вище розглянутими. Як видно з цієї таблиці, хіміко-термічні методи дозволяють досягти найбільш високого ступеня очищення від коксу (80-100%). Метод випалювання відкладень виявився найбільш ефективним. Експериментальне дослідження закономірностей вигоряння коксоотложеній в потоці О 2 проводилося на установці мікроелементного аналізу (Рис.8). Через трубку з коксом, що нагрівається зовні газової пальником до температур 800-980 о С, продувався потік О 2 або суміш О 2 + N 2 при температурі Т @ 20 о С.
Недоліком цього методу є висока енергоємність процесу, і крім того, сам процес видалення коксу шляхом випалювання здійснюється при високих температурах (800-950 о С), при яких можливі деформація і руйнування очищаються елементів.
Таблиця 4.
Ефективність очищення хіміко-термічними методами
Температура утворення коксу о С
Ступінь очищення,%
Розплав солей
Розплав лугів
Згоряння в повітряному потоці
250-350
350-550
550-700
700-800
90-95
87-93
85-90
85-90
90-95
86-94
86-90
85-90
95-100
92-98
92-95
90-95

Автором розроблена технологія (Рис.15) і випробуваний на реальних об'єктах метод видалення коксоотложеній допомогою Озонолиз.

Рис.15 Схема технологічного процесу видалення коксоотложеній озонуванням
1-балон з киснем; 2 - генератор озону; 3 - реактор, 4 - електропіч;
5 - очищається елемент; 6 - аналізатор подвійних зв'язків АДС-4;
7 - бак для промивання органічними розчинниками;
8 - бак для промивання водними розчинами неорганічних речовин;
9 - бак для промивання водою; 10 - бак для сушіння.
Видалення коксоотложеній допомогою озонування проводилося таким чином: трубка з коксом продувалася сумішшю О 2 + О 3 при температурах 20-150 о С протягом 15 хв. Як джерело О 3 використовували генератор озону ГО-3 (концентрація О 3 в кисні 4% об'ємно.). Після обробки озоном відкладення послідовно оброблялися ацетоном і 18%-ним водним розчином їдкого натрію при температурах 70-85 о С.
У таблиці 5 наведено дані за ступенями видалення коксу на стадіях озонування і послідовної обробки розчинниками.
 
Таблиця 5.
Ефективність очищення методом озонування

Ступінь видалення відкладень,%
Температура освіти
Після озонування
Після послідовної
обробки розчинниками

S,%
коксу, о С

Ацетон
водний розчин-
злодій NaOH (10%)


300
30
20
50
100
400
24
18
55
97
490
19
15
58
92
Викладене вище свідчить про те, що запропонований метод видалення коксоотложеній є досить ефективним. Технологія видалення коксоотложеній на базі цього методу включає такі операції:
1. Обробку відкладень озоном при температурі »100 о С; час обробки визначається по припиненню зміни концентрації озону.
2. Промивання продуктів озонування відкладень ацетоном при температурі початку кипіння.
3. Промивання продуктів озонування відкладень 18%-ним розчином NaOH при температурах 70-85 о С.

Рис.16. Видалення відкладень методом озонування і наступного промивання ацетоном і 18%-ним водним розчином NaOH.
Розроблена технологія була використана для видалення коксу з порожнин форсунок і паливного колектора камери згоряння в МКБ «Граніт» (Рис.16). Очищення проводилася без їх попереднього розбирання. Після очищення за допомогою Озонолиз отриманий позитивний результат, що полягає у збільшенні прокачування палива, а також у збільшенні рівномірності розподілу витрат палива через форсунки.
Крім того, розроблена технологія була використана для очищення від коксу гартівних-випарних апаратів (ЗІА) і теплообмінників нафтохімічних виробництв.
ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ І ВИСНОВКИ
 
У результаті проведених комплексних та систематичних досліджень з вивчення закономірностей утворення коксоотложеній, методів придушення і видалення відкладень і процесів теплообміну встановлено наступне:
· Проблема з охолодженням силових і енергетичних установок може бути вирішена за рахунок підвищення охолоджуючої здатності палива (реалізація теплоти пароутворення і збільшення ентальпії їх парів), при якій сумарний хладоресурс досягає 1200-1400 кДж / кг.
· Процес утворення коксу відбувається при нагріванні рідких вуглеводневих горючих і обумовлений окисленням розчиненим у них киснем. Основними чинниками, що впливають на процес утворення коксоотложеній, є: хімічний склад палива, його фазовий стан і температура, тиск та швидкість потоку, температура, матеріал і стан поверхні нагрівання, що контактує з пальним.
· З підвищенням температури збільшується кількість що утворюється за певний час осаду. При значеннях температури палив 150 - 170 о С кількість утвореного осаду досягає максимуму, і з подальшим підвищенням температури воно знижується, що пояснюється зменшенням доступу кисню до палива в міру зростання температури.
· Зменшення шорсткості поверхні гріючої стінки сприяє зниженню утворення на ній відкладень і підвищенню стабільності роботи паливних систем і систем охолодження двигунів.
· Отримано розрахункові співвідношення, що дозволяють оцінити вплив освіти відкладень на коефіцієнт тепловіддачі як в умовах природної конвекції, так і в режимі розвиненого бульбашкового кипіння.
· Розроблено метод видалення відкладень за допомогою Озонолиз з подальшою обробкою ацетоном і 18%-ним водним розчином NaOH,
· Розроблено рекомендації з придушення утворення відкладень при нагріванні палив, які полягають у видаленні неграничних сполук шляхом попередньої обробки палив озоном і подальшої його очищення через селікогелевий фільтр, знекиснення шляхом барботажа інертним або нейтральним газом, підборі каталітично пасивних матеріалів, що дозволяє підвищити ресурс силових, енергетичних і технологічних установок в 10 і більше разів.
Проведені дослідження дозволили розробити наукові основи застосування палив в силових, енергетичних і технологічних установках і забезпечити ефективне використання ГСМ у перспективних технічних пристроях.
 
Основний зміст дисертації викладено в наступних роботах
У монографіях
1. Шігабіев Т.М., Галімов Ф.М. Кипіння сумішей. Казань, Видавництво НВО «Піщепромпроектмаш», 1994. -133 С.
2. Шігабіев Т.М., Яновський Л.С., Галімов Ф.М., Іванов В. Ф. Тепло і масообмін при фазових перетвореннях палив і олив. Казань, Видавництво НВО «Піщепромпроектмаш», 1995. 58 с.
3. Шігабіев Т.М., Яновський Л.С., Галімов Ф.М., Іванов В. Ф. Ендотермічна палива та робочі тіла силових і енергетичних установок. Казань. Видавництво «Абак», 1996. 264 с.
4. Яновський Л.С., Дубовкін Н.Ф., Галімов Ф.М., Іванов В.Ф.. Екологія легких моторних палив. Казань, Видавництво «Абак», 1997. 204 с.
5. Яновський Л.С., Дубовкін Н.Ф., Галімов Ф.М., Іванов В.Ф., Сагідуллін Р. М. Енергоємні горючі. Казань, Видавництво «Абак», 1997. 131 з
6. Дубовкін Н.Ф., Яновський Л.С., Галімов Ф.М., Іванов В.Ф., Сагідуллін Р. М. Авіаційні криогенні вуглеводневі палива. Казань, Видавництво «Абак», 1998. 255 с.
7. Яновський Л.С., Іванов В.Ф., Галімов Ф.М., Сапгір Г. Б. Коксоотложенія в авіаційних і ракетних двигунах. Казань, Видавництво «Абак», 1999. -284 С.
8. Дубовкін Н.Ф., Яновський Л.С., Шігабіев Т.М., Галімов Ф.М. Іванов В. Ф. Інженерні методи визначення фізико-хімічних та експлуатаційних властивостей палив. Казань, Видавництво «Майстер Лайн», 2000. -378 С.
9. Шігабіев Т.М., Яновський Л.С., Галімов Ф.М., Іванов В. Ф. Фізичний і хімічний хладоресурс вуглеводневих палив. Казань, Видавництво «Майстер Лайн», 2000. -240 С.
 
У статтях і працях наукових конференцій з відкритою публікацією
1. Шігабіев Т.М., Галімов Ф. М. Тепловіддача при кипінні реактивного палива ТС1. / В зб. Тепло і масообмін в хімічній технології. Казань. 1989. С.117120.
2. Галімов Ф.М. Шігабіев Т.М. Узагальнення дослідних даних по тепловіддачі при кипінні реактивних палив / / В зб. Тепло і масообмін у хім. технології. Казань, 1990. С.99102.
3. Галімов Ф.М., Шігабіев Т.М. Вплив тривалості кипіння реактивного палива ТС1 на стан поверхні нагріву / / В зб. Тепло і масообмін у хім. технології. Казань, 1991. С.1114.
4. Галімов Ф.М., Головін С.В. Теплообмін при кипінні багатокомпонентних сумішей вуглеводнів / Матеріали IV Всесоюзній конференції молодих дослідників. Новосибірськ, 1991. С.142143.
5. Галімов Ф.М. Тепловіддача при кипінні реактивних палив в умовах природної конвекції / Автореферат дисертації на соіск. уч. ст. канд. техн. наук. Казань, 1991. 16с.
6. Галімов Ф.М., Шігабіев Т.М., Усманов А.Г. Теплообмін при кипінні реактивних палив в умовах природної конвекції. / В зб. Тепло і масообмін в хімічній технології. Казань. 1991. С.1421.
7. Шігабіев Т.М., Галімов Ф.М. Теплообмін при кипінні багатокомпонентних сумішей вуглеводнів. / / Хімічна промисловість. № 11. 1992. С.678-681.
8. Усманов А.Г., Гумеров Ф.М., Галімов Ф.М. та ін Дослідження теплообміну при кипінні реактивних і моторних палив / Науковотехнічний звіт № 1 ¸ 4, кафедра ТОЙ КХТІ. Казань 19921993 рр.. 65 с.
9. Шігабіев Т.М., Галімов Ф.М. Теплообмін при кипінні реактивних палив в діапазоні тисків 0.11.1 МПа. / / Промислова теплотехніка. Т.16, № 1, 1994. С.79.
10. Галімов Ф.М., Шігабіев Т.М. Теплообмін при кипінні автомобільних бензинів і дизельних палив в умові природної конвекції / / В зб. Тепло і масообмін в хімічній технології. Казань. -1994. С.4650.
11. Ягов В.В., Яновський Л.С., Галімов Ф.М., Тимошенко А.В. Теплообмін при кипінні бульбашкової реактивних палив / / Теплофізика високих температур. 1994. -Т.32, № 6. С.867872.
12. Шігабіев Т.М., Галімов Ф.М.. Тепловіддача при кипінні вуглеводневих палив в умовах природної конвекції / / Інженерно-фізичний журнал. 1995. Т.68. № 3. С.438443.
13. Шігабіев Т.М., Галімов Ф.М. Вплив процесу фракціонування на коефіцієнт тепловіддачі при кипінні вуглеводневих палив в умові природної конвекції / / Хімічна промисловість № 2. 1995. С.8790.
14. Галімов Ф.М., Гарифуллин Ф.А., Яновський Л.С. Освіта коксоотложеній при нагріванні вуглеводневих палив. / Збірник доповідей і повідомлень на 11м науковотехнічне семінарі "внутрішньокамерних процеси в енергетичних установках, акустика, діагностика". Казань. 1999. С.4850.
15. Галімов Ф.М., Гарифуллин Ф.А., Яновський Л.С. Використання хладоресурса реактивних палив для охолодження вузлів і конструкцій літальних апаратів / Збірник доповідей і повідомлень на 11м науковотехнічне семінарі "внутрішньокамерних процеси в енергетичних установках, акустика, діагностика". Казань. 1999. С.5254.
16. Фадєєв Д.А., Галімов Ф.М., Гарифуллин Ф.А. Розрахунок коефіцієнта тепловіддачі при кипінні однокомпонентних систем / Збірник доповідей і повідомлень на 11м науково-технічному семінарі "внутрішньокамерних процеси в енергетичних установках, акустика, діагностика". Казань, 1999. С.5051.
17. Галімов Ф. М. Можливості реалізації хімічного хладоресурса палив літальних апаратів / Тези доповідей 12го Міжвузівського науковотехнічного семінару "внутрішньокамерних процеси в енергетичних установках, акустика, діагностика". Казань, 2000. С.76-78.
18. Фадєєв Д.А., Галімов Ф.М., Гарифуллин Ф.А. Кипіння суспензійних горючих на прикладі суміші палива ТС-1 і алюмінію / Тези доповідей 12го Міжвузівського науковотехнічного семінару "внутрішньокамерних процеси в енергетичних установках, акустика, діагностика". Казань, 2000. С.84-85.
19. Галімов Ф.М., Гарифуллин Ф.А., Яновський Л.С. Структура і склад коксоотложеній в каналах ВМД та ВРД. / Тези доповідей 12го Міжвузівського науковотехнічного семінару "внутрішньокамерних процеси в енергетичних установках, акустика, діагностика". Казань, 2000. С.80-82.
20. Фадєєв Д.А., Галімов Ф.М., Гарифуллин Ф.А. Узагальнення експериментальних даних по тепловіддачі при кипінні суспензійний суміші палива ТС-1 і алюмінію / / Хімічна промисловість. № 10, 2000. С.53-56.
21. Галімов Ф.М. Вплив відкладень на початок утворення міхурів при поверхневому кипінні палив / Тези доповідей 12го Міжвузівського науковотехнічного семінару "внутрішньокамерних процеси в енергетичних установках, акустика, діагностика". Казань. 2000. С.82-83.
22. Фадєєв Д.А., Галімов Ф.М., Гарифуллин Ф.А. Кипіння рідких суспензійних горючих у великому обсязі / / Матеріали міжнародної наукової конференції «Двигуни XXI століття». Москва, 2000. С.226-227.
23. Галімов Ф. М. Виникнення кипіння вуглеводневих палив на поверхні при наявності відкладень / / Матеріали всеросійської наукової конференції «Тепло і масообмін в хімічній технології». Казань, 2000. С.82-86.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Фізика та енергетика | Реферат | 147кб. | скачати

Схожі роботи:
Методики діагностики пламен вуглеводневих палив
Реклама на установках Прізмавіжен
Класифікація інцидентів на реакторних установках
Як уберегтися від пожеж на вітроенергетичних установках
Ректифікаційних установках безперервної дії для розділення суміші CCl4 C7H8
Еволюція енергетичних процесів у еубактерій
Гідроочищення дизельних палив
Визначення енергетичних параметрів газотурбінної установки
Склади рідких ракетних палив
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru