CC BY
21По данным «Регион-газа» цена природного газа среднего давления (без НДС) с учётом роста тарифа в настоящее время составляет 726 руб. за 1000 м^. С учётом НДС - 871.2 руб. за 1000 м3. Удельная теплота сгорания газа - 8500 ккал/м^. Следовательно, энергетический потенциал, выделяющийся при сжигании 1000 м^ природного газа, равен 8500000 ккал или 8.5 Гкал. Это количество энергии используется на нагрев воды с кпд 0.9, т.е. 8,5 Гкал х 0.9 = 7.65 Гкал. Значит, на получение 7.65 Гкал израсходовано 871,2 рубля. Отсюда стоимость газа в себестоимости выработки тепла составит 871,2 : 7.65 = 113.9 руб ./Г кал. Результирующая стоимость тепла будет определяться заработной платой персонала (она минимальна ввиду работы модуля в автоматическом режиме), накладными расходами, величиной заложенной прибыли, налогами. Можно ожидать её на уровне 140-150 руб./Гкал,
Микропроцессорная система управления модулем обеспечивает качественно* количественное регулирование процесса теплоснабжения, т.е. в зависимости от температуры наружного воздуха меняется температура горячей воды и её расход. Этим достигается большая комфортность температурного режима помещений на всех этажах отапливаемого здания. Температура в служебных помещениях в ночные часы, в выходные дни поддерживается на существенно более низком уровне, обеспечивая снижение эксплуатационных расходов. Нормальный температурный режим восстанавливается в течение часа перед началом рабочего дня. Локальное построение системы позволяет снять привычное ограничение на температуру обратной воды в 70°С Используя соответствующий алгоритм управления, можно стабилизировать ее на уровне 55-60°С, допуская снижение необходимого расхода горячей воды. В итоге возникает возможность при проектировании уменьшать диаметры труб в теплотрассах, экономя металл.
Что касается работы тепловых сетей, то ГМ НПЦ ИНТЕХ разработал технологию внешнего и внутреннего эмалирования труб с защитой сварных швов теплотрасс от коррозии в полевых условиях, что увеличивает стоимость труб вдвое. Этим гарантируется нормальная их работа в течение 40-50 лет вместо 4-6-ти. С целью обеспечения гидро- и теплоустойчивости тепловых сетей разработана методика их наладки путём моделирования процессов теплоснабжения на ЭВМ. определения необходимых величин гидравлических сопротивлений для всех узловых точек сети с одновременной их установкой на теплотрассах.
Дополнительную информацию можно получить: тел.: (8-8482) 35-01-09 (E-mail: pliss(«'iavtograd,rii) или тел, (8-8462) 37-09-87. E-mail: zolotovvpiVimail.ru.
ЬИЬЛИОГРАФИЧКС'КИЙ список
I 11Л1.:юфикании 11 тепловые сети: Учеб, для вузов / Е.Я. Соколов: М.: Энергоатомизлат. 1982. 360 с.
2. Соколов Е.Я.. Зингер II. М. Струйные аппараты. М.: Эн ер го атом из дат, 1989, 352 с.
.V Гообатис К Ф. Нол та ре и кий А.Н. Справочник по котельным установкам малой производительности - Пол рсл К Ф Ролдатиса. М.: ')пер[ оатомиздат. 1989. 488 с.
Статья поступила « редакцию 2 ’ августа 2004 г.
УДК 621.315 В.Н. Митрошип
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОПЕРЕНОСА ПРИ ОХЛАЖДЕНИИ ЭКСТРУДИРОВАННОЙ КАБЕЛЬНОЙ ЖИЛЫ С УЧЕТОМ ФАЗОВЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ ПОЛИМЕРНОЙ ИЗОЛЯЦИИ
Предлагаете» уточненная модель для расчета температурных тлей экструдированных кабельных жги с изоляцией из полиэтилена высокого давления низкой плотности (ПЭНП) в процессе охлаждения проводов при их изготовлении. Разработанная модель учитывает преобразование фаз. имеющее место при охлаждении пластмассы, и связанные с uu.\t значительные тепловыделения при фазовом переходе, обусловленные кристаллизацией полимера.
Одной из важнейших технологических операций производства кабелей с пластмассовой изоляцией является операция изолирования. При изготовлении кабелей с полиэтиленовой изоляцией ее наложение осуществляется на экструзионных линиях, содержащих помимо червяч-
ных экструдеров охлаждающие ванны, обеспечивающие постепенное охлаждение полиэтиленовой изоляции. По существующей в настоящее время технологии изолирования кабельных жил с пластмассовой изоляцией применяют так называемый режим воздушно-водяного охлаждения.
При пропускании кабельной жилы через ванну охлаждения в изоляции возникает значительный градиент температурного поля по радиусу изоляции, обусловленный, в частности, тонкостенностью изоляции (составляющей единицы миллиметров), а также существенной разницей температур расплавленной изоляции и охлаждающей среды - воды в ванне.
Наличие значительного градиента температуры может привести к неравномерной деформации (усадке) полимера в различных ее слоях по радиусу, что вызовет появление механических напряжений в изоляции; может явиться причиной образования внутренних пустот в ней и даже вызвать эффект так называемой “закалки” изоляции - быстрого охлаждения и кристаллизации ее.
Появление вы'неперечисленных эффектов неизбежно приведет к ухудшению электрических характеристик изоляции, а также к ее преждевременному старению и даже механическому разрушению. Для уменьшения градиента температуры используют многосекционные ванны охлаждения с различной температурой охлаждающей воды в них.
Регулирование процесса охлаждения изоляции можно осуществлять как изменением длины участков воздушного и водяного охлаждения, так и температурой охлаждающей среды (например, воды в ваннах охлаждения).
Для математического описания и температурного поля в изолированной кабельной жиле принимаем следующие допущения.
1. Изолированная жила считается симметричной относительно своей оси,
2. Жила движется с постоянной скоростью.
3. Материал жилы и изоляции является изотропным.
4. Не учитываются изменения размеров провода, вызванные усадкой изоляции,
5. Процесс считаем стационарным.
Зависимость температуры любой точки изоляции кабеля от времени его охлаждения, радиальной и осевой координат при отсутствии внутренних источников тепла есть решение уравнения нестационарной теплопроводности [1]:
где Т2 ~ температура изоляции; г - текущий радиус; г - продольная координата,
/ - текущее время;
а2 - коэффициент температуропроводности материала изоляции;
^2 - коэффициент теплопроводности материала изоляции;
V - скорость изолирования (вытяжки); г0 - радиус внутреннего проводника;
Яиз -■ радиус жилы по изоляции;
£ - общая длина участка охлаждения.
Обычно в качестве изоляции радиочастотных кабелей используется полиэтилен высокого давления низкой плотности (ПЭНП). Для ПЭНП при комнатной температуре коэффициент теплопроводности А = 0,335 Дж/м-с-К, а теплоемкость С = 2,3 кДж/(кг-К).
Для внутреннего металлического проводника зависимость температуры любой точки Г1(г.г,/)есть решение уравнения нестационарной теплопроводности [2]:
дг2 г дг А. 2 ог дг дг2
с!
(1)
^гМг.2,1)
Го* г 0<:<Ь;
дт^(л-,2г3/) 1 эт;(г,г,/),
--- -—а 1 --------------------г-н г г ^ л
---------—а] ---------г------1-------------------г----------
дг дг г дг 8г~
(2)
О < г <г„ ; 0 < ( <= ™;
и ^ у
здесь Т] - температура проводника;
а; - коэффициент температуропроводности материала проводника.
С учетом процесса выделения тепла при кристаллизации полимера при охлаждении кабельной изоляции в уравнение (1) необходимо добавить член, учитывающий наличие внутренних источников тепла Е(г.-,/) [3]:
-/ \ ¥Ят дг\ ,
а(г,г,/)=-(3)
где ()т - экспериментально определяемое максимальное тепловыделение при кристаллиза-
ции полимера;
г[ - относительная величина, принимающая значения от 0 до 1 и характеризующая степень завершенности процесса кристаллизации;
С’2 - удельная теплоемкость полиэтилена.
Р
Ч = ^: (4)
ИР
р -- степень кристалличности полимера;
[3^ - равновесная степень кристалличности полимера (при комнатной температуре для ПЭ равна 0.7 [4]).
Для полиэтилена ()щ ~ [377 кДж/кг] [3].
Математическая модель неизотермической кристаллизации, описывающая изменение степени кристаллизации полимера в процессе охлаждения изоляции, описывается кинетическим \ равнением [3]:
ар(г,г.г)
дг
\ ко ■ехР
Я-Т(г,и) т" -Т(г,2,г)
В уравнении (5) К(), и, Сд , Т - кинетические константы, полученные экспериментально:
Ко = 0.04 [с_1], и = - 1000 [Дж/моль]; С# =1,8; Т = 43 [К];
I? =8,31441 [Дж/моль-К] - универсальная газовая постоянная.
Зависимость коэффициента теплопроводности ПЭНП /(т) от температуры приведена в [5]. Данная кривая может быть аппроксимирована линейной зависимостью:
Х2 = 0.488-0,0017-7’. (6)
Так как толщина кабельной изоляции, как правило, невелика и составляет единицы миллиметров. разность температур наружного и поверхностного слоев изоляции не превышает при охлаждении 40-60°С. то в первом приближении можно считать, что в указанном интервале температур коэффициент теплопроводности ПЭНП постоянен. Тогда уравнение (1) с учетом сказанного и уравнения (3) принимает вид
с72(>\=.!)
■ = а-
с/
у.дя, сіі(г,,л).
уЗТ2(г,г,{) |
г0 < Г <Яуз ; 0 < 2 < І.
На поверхности контакта изоляции и проводника выполняется граничное условие четвертого рода, что соответствует теплообмену тел, находящихся в тепловом контакте (температуры сопрягающихся поверхностей одинаковы) [2]:
= ^Ъ^Л. 7;(го,/) = Г,(го,0- (§)
Ог дг
На внешней поверхности изоляции, охлаждаемой теплоносителем (водой - в ванне охлаждения, либо воздухом ~ на участке воздушного охлаждения), выполняется граничное условие второго рода [2];
— (9)
где ап - коэффициент теплоотдачи на поверхности изоляции, [Вт/м2 К],
Тв - температура теплоносителя (воды или воздуха - для участков водяного или воздушного охлаждения соответственно).
Для определения коэффициента теплоотдачи на поверхности изоляции ап используются аналитические зависимости для случая продольного обтекания цилиндра с учетом нелинейности свойств воды [6].
Начальные условия для металлического проводника в общем случае:
7'1(/-,0,/) = У,(г,г). (10)
Обычно для лучшей адгезии (прилипаемости) расплавленной изоляции к внутреннему проводнику его предварительно подогревают до температуры порядка 90’С. Справедливо допущение:
/1М = Т„ , (И)
где Тп - температура предварительного подогрева проводника.
Условия в центре жилы могут быть записаны следующим образом:
ЭГ1(0,г,г) = (); {12)
дг
Начальное условие для изоляции:
Г2(лО,0 = /2(г,0- 03)
При хорошей гомогенизации расплава изоляции в зоне дозирования экструдера справедливо допущение:
/2 М=7>. (14)
где Тр - температура расплава изоляции.
Переходя к безразмерной записи уравнений (2), (7) и (5), с учетом (4) получим
аЭ1Су,/,т)_ а2Э|(д:,/,т) [ 1 эе)(х,лт)| 2.5Ч0ил). (15)
5т дх2 х Зх 1 д12 ' '
/е[0,1]; лге [О,.*:,];
ае,(*./,х) э202(х,;,х), 1 502(х:/,т) 2 а2е2(.г,/,х) ^ ае2(х,/,х)
дт = ал-2 5л- т ' 812 * ' Ы
51
/ е [од]; д:е[л1;1];
(16)
д! V
•[1 + С0-рр-л(я,/,т)];
и ¥
ЯТ\{х,1,т) Г*{1-е2(х,/, т)}
(П)
здесь
ш 2 (Я,л2 У-1
01=4; е3=Ч; / = 7; * = Т = 4т’ Т2= т-р л =
т т I йцз2 V I )
г - А_ ■ о* л1 “ Т ! У»! -
(18)
К/ г-С,
где 0[ и02- безразмерная температура проводника и изоляции соответственно; Т" - температура приведения (температура плавления полимера); I - безразмерная осевая (продольная) координата; х - безразмерная радиальная координата; х1 - граница сопряжения двух неоднородных сред (изоляции и металлического проводника); т - безразмерное время; Ре - число Пекле;
Qm - безразмерное максимальное тепловыделение при кристаллизации полимера.
Граничные условия:
дв2(хь1,х)_ ЗО^./.т).
п. ~ a j А, “ э Vi5v
ОХ ОХ А-2
e2(x1,/,x)=0i(jci)/,t); (20)
- а (',т) ■ ■ [е2(1.Лг)-е,(/,т)], (21)
где 0е (/,т)- относительная температура охлаждающей среды (воды, например).
(22)
В безразмерной форме начальные условия записываются следующим образом:
01(jc,/,O)=91o(x,/); 92(jc,/,0)= 02О(л,/);
Т Т (23)
е1(хДт)-01(х,т) = ^- = 0*о; 02(*,О,т) = 02{л,т)=^- = 021 :
Э01(О,/,т)=О;
дх
Таким образом, уравнения (15)-(17) с граничными условиями (19)-(22) и начальными условиями (23) являются математической моделью процессов теплопереноса и фазовых превращений при охлаждении кабельной жилы с экструдированной полимерной изоляцией.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИ СПИСОК
1. MtunpouiUH В.Н. Математическая модель для расчета температурных полей экструдированных изоляционных покрытий кабельных жил Н Вести. Самар, гос. техн, ун-та. Сер. Физико-математические науки. 2004. Вып. 27. С. 8890.
2. Карташов ЭМ. Аналитические методы в теории теплопроводности твердых тел. М.: Высш. шк., 2001. 550 с.
3. Зиннатуллин P.P., Труфанова И.М., Шилинг А,А. Исследование процессов теплопереноса и фазовых превращений при охлаждении провода с полимерной изоляцией Н V Минский между нар. форум по тепло- и массообмену; Тез. докл. и сообщ. Т. 2. 24-28 мая 2004 г, Минск, 2004. С. 130-131.
4. Полиэтилен. Справочное руководство / Под ред. М.И. Гарбара. Л.: Госхимиздат, 1955.
5. Оганесян К.Г. Расчет времени вулканизации при изолировании жил кабелей вулканизирующимся полиэтиленом // Электротехническая промышленность. Серия: Кабельная техника, 1975. № 12. С. 7-10.
6. Теплотехнический справочник. / Под ред. В.Н.Юренева Т. 2. М.: Энергия, 1976, 896 с.
Статья поступила в редакцию 18 ноября 2004 г.
УДК 621.311.22.002.56; 62! .317 В.И. Немченко, С.Ю. Абрамов
СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К ОГАНИЗАЦИИ УЧЕТА ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ НА МУНИЦИПАЛЬНОМ УРОВНЕ
Представлены результаты системного анализа основных факторов, определяющих выбор приборов систем коммерческого учета тепловой энергии и теплоносителя. Изложены основные результаты внедрения приборного учета на муниципальном уровне.
Рассмотрены результаты системного подхода к решению многокритериальной технической задачи анализа работы системы централизованного теплоснабжения на примере г, Ново-куйбышевска Самарской области [1]. Организационно-технические мероприятия проводились в несколько этапов.
