Методика нормирования расхода тепла в стационарном производстве на железнодорожном транспорте Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 621.311.22:621.182

МЕТОДИКА НОРМИРОВАНИЯ РАСХОДА ТЕПЛА В СТАЦИОНАРНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ

А.Ю. Финиченко

Омский государственный университет путей сообщения E-mail: Finichenko@mail.ru

Рассмотрен вопрос нормирования тепловой энергии в стационарной теплоэнергетике железнодорожного транспорта (ж. -д. транспорт), задачей которого является разработка норм расхода тепловой энергии на отдельные технологические операции и производственные процессы. Определена математическая модель определения расхода тепла в прачечных, дезинфекционных камерах и на химчистку рабочей одежды в структурных подразделениях ОАО «Российские железные дороги», которая призвана помочь работникам ответственным за энергохозяйство линейных железнодорожных предприятий, в определении нормативных расходов тепловой энергии на данные технологические операции.

Ключевые слова:

Тепловая энергия, прачечная, дезинфекционная камера, химчистка, энергоресурсы. Key words:

Thermal energy, laundry, the disinfection chamber, dry-cleaner, power resources.

Большая доля производственного расхода тепла отпускается на специализированные прачечные вагонных депо, обслуживающие пассажирские поезда. Эти затраты тепла следует относить не к коммунально-бытовому потреблению, а к производственному, так как ритмичность подготовки пассажирских поездов во многом определяется и отла-женностью работы прачечной. Энергообследование структурных подразделений (СП) ж.-д. транспорта показало, что оборудование прачечных физически изношено, тепловые схемы использования тепла несовершенны, удельные расходы тепла на обработку единицы белья не определены, отсутствуют паспортные характеристики оборудования и сведения о нормативном потреблении тепла.

Для нормирования топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) в СП ж.-д. транспорта используют методики, разработанные ВНИИЖТ МПС РФ и утвержденные различными департаментами и заместителями Министра путей сообщения Российской Федерации в период 2000-2007 гг. Данные методики созданы, в соответствие с основополагающими документами в области энергетической политики, таких как: Федеральный закон № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности...»; «Энергетическая стратегия ОАО «РЖД» на период до 2010 г. и на перспективу до 2030 г.»; стандарт ОАО «РЖД», «Политика управления топливно-энергетическими ресурсами»; «Организационно-функциональная схема структуры управления планированием и потреблением топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) в холдинговой компании РЖД», которые служат основными ориентирами для осуществления эффективной стратегии энерго- и ресурсосбережения в стационарной теплоэнергетике ж.-д. транспорта.

Проведенный анализ методик нормирования ТЭР на железной дороге позволяет сделать вывод, что при определении расхода тепла на технологические нужды на некоторые технологические операции не существует официально утвержденных

методик определения расхода тепловой энергии в нормативных документах ОАО «РЖД». А именно таких, как определение расхода тепловой энергии на прачечные, дезинфекционную камеру и на химчистку рабочей одежды в СП ОАО «РЖД».

Для создания условий функционирования системы рационального использования тепловой энергии в СП ОАО «РЖД» предлагается разработать методику определения норм расхода энергоресурсов в прачечных, дезинфекционных камерах и на химчистку рабочей одежды.

Нормирование расхода тепловой энергии

при работе прачечных

Прачечная является достаточно крупным потребителем пара, в которой выполняются операции по стирке постельного белья в стиральных машинах, сушке в сушильных барабанах, глажению на однокатковых и многокатковых каландрах.

Для обеспечения программы обработки постельного белья в прачечной развит парк агрегатов по стирке, сушке и глажению белья. Таким образом, расход теплоты пара будет складываться из расхода на стирку (нагрев воды в машинах за счет тепла пара) и сушку белья (удаление влаги от 55 % после отжима на центрифужном устройстве стиральной машины до остаточных 15 % влажности), расхода тепла при глажении белья (удаление остаточной влаги после сушки).

Общие затраты тепла на обработку постельного белья, ГДж:

бпр Оет + Ое. б + бгл ' (1)

где QCI - расход тепловой энергии на подогрев воды в стиральных машинах; Qc.б - на сушку белья в сушильных барабанах; Qгл - на глажение белья.

Расход тепловой энергии на подогрев воды в стиральных машинах определяется по следующей формуле, ГДж:

О =Н в -10~3, (2)

■^-ет н.п ет ' V '

где кн.п - энтальпия пара при атмосферном давлении окружающей среды и нагрева до температуры испарения воды 100 °С белья, загружаемого в барабан [4], кДж/кг; Ост - расход пара на подогрев воды в стиральных машинах, т, определяемый как:

GCT=NqCT, (3)

где N - количество белья для стирки за рассматриваемый период, т; qCT - средний расход пара на один килограмм белья при стирке, кг/кг.

Количество белья для стирки принимается на основе данных предыдущих периодов, либо определяется на основе сведений о рабочем графике стиральных машин по следующей формуле, т:

N = n т ТУ р. -

см см / , г . '

¡=1

где псм - число смен работы стиральных машин; тсм - продолжительность одной смены, ч; Т - продолжительность рассматриваемого периода, дни; n - количество стиральных машин;p¡ - производительность г-й стиральной машины, кг/ч.

Средний расход пара на один килограмм белья при стирке определяется по паспортным данным стиральных машин, с учетом следующего выражения (при равномерной загрузке стиральных машин), кг/кг:

У q tPt

— ¡-i

4И

У р.

(4)

k=-

24T У р ¡.

Значение коэффициента загрузки, k3 Степень загрузки

0,7 и более Высокая

от 0,4 до 0,7 Средняя

менее 0,4 Низкая

бс.6 =

Q + Q á

-¿¡--И.В -g>-n.O

Лс

(6)

где Qи.в - количество тепла на испарение влаги; 0шб - количество тепла на подогрев белья; - коэффициент использования тепла при сушке, с учетом непроизводственных потерь тепла, в среднем принимается 0,75...0,95.

Количество тепла на испарение влаги рассчитывается по формуле, ГДж:

0,.„=ж(к -к2)дта-10-3, (7)

где к1 - доля исходной влаги в белье, принимается равным 0,55; к2 - доля остаточной влаги в белье (после сушки), принимается равным 0,15; дш -скрытая теплота парообразования при атмосферном давлении [4], кДж/кг.

Количество тепла на подогрев белья, ГДж:

а, = С6N(100 - О • 10-3, (8)

где Сб - удельная теплоемкость белья (табл. 2) [5], кДж/(кг°С); /н.с - начальная температура сушки белья (до подогрева), принимается равной температуре окружающей среды.

Затраты тепла на гладильных машинах связаны с нагревом белья от температуры окружающей среды до температуры 100 °С и с испарением остаточной влаги.

Расход тепловой энергии на глажение белья, ГДж:

бгл! + бгл2

Qrn

где - значение удельного расхода пара для г-й стиральной машины, кг/кг.

Для оценки степени использования стиральных машин используется коэффициент загрузки:

N-103

(5)

(9)

По табл. 1 определяется степень использования стиральных машин в прачечной, рекомендуется для наиболее экономичной работы оборудования иметь высокую степень загрузки.

Таблица 1. Зависимость степени использования стиральных машин от коэффициента загрузки

где Qш1 - затраты тепла на нагрев белья до температуры испарения влаги; Qгл2 - затраты тепла на испарение остаточной влаги; - коэффициент использования тепла при глажении белья, с учетом непроизводственных потерь тепла в среднем принимается 0,75.0,95.

Затраты тепла на нагрев белья до температуры испарения влаги, ГДж:

Qrai = Ñ n (ioo - о-10-

(10)

где - начальная температура глажения белья (перед подачей в каландр), принимается равной температуре окружающее среды.

Затраты тепла на испарение остаточной влаги, ГДж:

Q^2-k2NqT.n -10-

(11)

В процессе сушки белья в сушильных барабанах теплота расходуется на испарение влаги и превращение ее в пар при атмосферном давлении окружающей среды и на нагрев белья, загружаемого в барабан, до температуры 100 °С.

Расход тепловой энергии на сушку белья в сушильных барабанах, ГДж:

Нормирование расхода тепловой энергии в дезинфекционной камере

В дезинфекционных камерах на железнодорожном транспорте пар используется для термической дезинфекции постельных принадлежностей (подушек, матрацев). Типовой технологический процесс при термической дезинфекции выглядит следующим образом. В начале смены, в течение 20 мин, производится впуск пара в камеру с целью прогрева, затем в течение 30 мин происходит дезинфек-

-1

¡-1

ция тележки с подушками и матрацами с помощью пара. После этого осуществляется сушка включением вентилятора без подогрева воздуха в течение 40...50 мин. Цель дезинфекции достигается, если весь материал прогревается до температуры кипения воды при нормальных условиях (100 °С).

Количество тепла на дезинфекцию постельных принадлежностей, ГДж:

СмN(100 - о-10-3

Таблица 3. Технические характеристики стиральных машин

а =-

где См - удельная теплоемкость постельных принадлежностей (табл. 2), кДж/(кг.°С) [5]; N - число тонн постельных принадлежностей, обрабатываемых за нормируемый период; /нд - начальная температура дезинфекции постельных принадлежностей (до подогрева); - коэффициент использования тепла при дезинфекции с учетом непроизводственных потерь тепла, в среднем принимается 0,75.0,95.

Таблица 2. Теплофизические свойства различных материалов

Материал Коэффициент теплопроводности X, Вт/(м-К) Теплоемкость С, кДж/(кг-Ю

Вата хлопковая 0,054 1,68

Вата х/б 0,046 0,84

Ткань шерстяная 0,052 1,34

Лён 0,058 1,47

Нормирование расхода тепловой энергии на химчистку рабочей одежды Химчистка одежды - это физико-химический процесс очистки одежды или текстиля, использующий какой-либо растворитель (кроме воды). Основное назначение химической чистки: удаление грязи и пятен, которые не поддаются обычной стирке.

Затраты тепла на химчистку рабочей одежды рассчитываются по формуле, ГДж:

Ох = К

П XX

"н.м см см р

IР Д1-10-

где йн.п - энтальпия нормального пара [4], кДж/кг; псм - число смен работы моечных машин; хсм - продолжительность одной смены, ч; хр - количество рабочих дней за рассматриваемый период, дней; п - количество моечных машин; - производительность г-й моечной машины, кг/ч; д! - значение удельного расхода пара на химчистку одежды для г-й моечной машины, кг/кг.

Пример расчета нормативного расхода тепловой энергии на прачечную

Рассчитать нормативное количество тепла для обработки 2581 т постельного белья за год. Используются стиральные машины с техническими характеристиками, представленными в табл. 3.

Марка Количество Производительность одной машины, кг/ч Удельный расход пара, кг/кг

Л0-60 5 60 0,9

«ВЕГА» В-25 3 25 0,9

1. Стирка белья

Определяется коэффициент загрузки стиральных машин по формуле (5):

2581-103

к = -

■ = 0,78.

24-365-(5-60 + 3-25)

По табл. 1 определяется, что степень загрузки прачечной - высокая. Вычисляется по формуле (4) средневзвешенный расход пара на один килограмм белья при стирке:

0,9-60-5 + 0,9-25-3 ,

дст =-= 0,9 кг/кг.

ст 60-5 + 25-3

Годовой расход пара на подогрев воды в стиральных машинах рассчитывается по формуле (3): в =2581-0,9 = 2323 т.

ст "

Годовой расход тепловой энергии на подогрев воды в стиральных машинах, определяется по формуле (2):

бст = 2681,6-10-3-2323 = 6229,3 ГДж.

2. Сушка белья

Определяется по формуле (7) годовой расход тепла на испарение влаги при сушке белья:

бив = 2581-(0,55 -0,15)-2260,3-10-3 = 2333,6 ГДж.

Вычисляется по формуле (8) годовое количество тепла на подогрев белья:

бпб = 1,458-2581-(100 -20)10-3 = 301,07 ГДж.

Годовой расход тепловой энергии на сушку белья в сушильных барабанах определяется по формуле (6):

Ос = (2333,6 + 3°1,07) = 3512,9 ГДж.

3. Глажение белья

Годовые затраты тепла на нагрев белья до температуры испарения влаги определяется по формуле (10):

Огл1 = 1,458• 2581 • (100 -20) -10-3 = 301,07 ГДж.

Рассчитывается по формуле (11) годовой расход тепла на испарение остаточной влаги:

Огл2 = 0,15-2581-2260,3-10-3 = 875,08 ГДж.

Расход тепловой энергии на глажение белья за год определится по формуле (9):

О (301,07 + 875,08) 1527 .

°гл =-0л7-=1527,5 ГДж'

Общие годовые затраты тепла на обработку постельного белья определяется по формуле (1): Опр = (6229,3 + 3512,9 +1527,5) = 11269,7 ГДж.

¡=1

Выводы

Нормы расхода тепловой энергии выступают в качестве одного из критериев оценки совершенства технологического процесса производства, а также являются фактором, стимулирующим внедрение новых технологий и более эффективных теплоэнергетических процессов.

Актуальной остается задача разработки соответствующих методик для определения норм расхода тепловой энергии на технологические операции,

не представленные в нормативных документах по нормированию расхода топливно-энергетических ресурсов на ж.-д. транспорте.

Разработанная методика позволяет планировать расход тепловой энергии на вышеуказанные технологические процессы на любой расчетный период. С использованием разработанной методики выполнен ряд апробаций в структурных подразделениях ОАО «ржД».

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Методика нормирования расхода теплоты и топлива стационарными установками железнодорожного транспорта. - М.: ВНИИЖТ, 2002. - 86 с.

2. Методика планирования расхода топлива на нетяговые нужды и тепловой энергии в ОАО «РЖД». - М.: ВНИИАС, 2007. -97 с.

3. Нормативная база тепло- и топливопотребления стационарных объектов железных дорог. - М.: ВНИИЖТ, 2001. - 112 с.

4. Вукалович М.П. Теплофизические свойства воды и водяного пара. - М.: Машиностроение, 1966. - 160 с.

5. Гува А.Я. Краткий теплофизический справочник. - Новосибирск: Сибвузиздат, 2002. - 300 с.

Поступила 21.06.2010 г.

УДК 620.165.29:620.176.16

ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ АЛГОРИТМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ УТЕЧКИ

Т.Е. Степанченко, В.Н. Шкляр

Томский политехнический университет E-mail: stepanchenko@mail2000.ru

Исследуется влияние чувствительности датчиков давления, установленных на трубопроводе, и изменения параметров трубопровода и транспортируемой жидкости на точность определения координаты и массового расхода утечки в трубопроводах по алгоритмам на основе гидродинамических моделей. Показано, что на точность определения параметров утечки наибольшее влияние оказывает вариация плотности транспортируемой жидкости и скорости её движения.

Ключевые слова:

Магистральный трубопровод, утечка, гидродинамическая модель, датчик давления, чувствительность датчика, скорость звука, режим течения.

Key words:

Main pipeline, loss, hydrodynamic model, sensor of pressure, sensitivity of sensor, speed of sound, mode of fluid.

Введение

Ранее нами были разработаны и исследованы алгоритмы определения координаты и массового расхода утечек в магистральных трубопроводах [1,2]. При этом не учитывались характеристики реальных датчиков давления в них, а также изменения параметров нефтепродукта (плотности, вязкости, скорости передвижения) и самого объекта -нефтепровода (толщины стенок, шероховатости), которые в реальности измеряются специальными приборами (плотность и вязкость - плотномеры, денсиметры; скорость передвижения потока жидкости - термоанемометр, толщина стенок - толщиномерами, профилограф-профилометрами, шероховатость - измерителями шероховатости) и, в зависимости от точности этих приборов, могут иметь некоторый диапазон изменения.

Постановка задачи

Как известно, на трубопроводах устанавливаются датчики давления различной точности. Для диагностики используют высокоточные датчики на базе пьезорезистивного чувствительного элемента из монокристаллического кремния. В табл. 1 приведены технические данные для некоторых типов датчиков давления, разработанных и производимых в России [3, 4].

Рассматривается вначале влияние одной из основных характеристик датчиков - погрешности измерения, на точность определения координаты утечки

Давления в местах установки датчиков могут быть рассчитаны по формулам, полученным в [1]. Там же приведены формулы для определения координаты и массового расхода утечки, которые имеют вид: