Преимущества применения устройств транспортирования и нагрева жидких рабочих сред в различных отраслях промышленности Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.313.17

Преимущества применения устройств транспортирования и нагрева жидких рабочих сред в различных отраслях промышленности

К. К. Ким 1, С. Н. Иванов 2, М. И. Хисматулин 1

1 Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I, Российская Федерация, 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., 9

2 Комсомольский-на-Амуре государственный университет, Российская Федерация, 681013, Дальневосточный федеральный округ, Хабаровский край, Комсомольск-на-Амуре, пр. Ленина, 27

Для цитирования: Ким К. К., Иванов С. Н., Хисматулин М. И. Преимущества применения устройств транспортирования и нагрева жидких рабочих сред в различных отраслях промышленности // Известия Петербургского университета путей сообщения. - СПб.: ПГУПС, 2019. - Т. 16, вып. 4. -С. 573-583. DOI: 10.20295/1815-588Х-2019-4-573-583

Аннотация

Цель: Доказать эффективность применения электротехнических перекачивающих устройств на основе теплогенерирующих электромеханических преобразователей энергии (ТЭМП) как альтернативных регулируемых источников тепловой мощности применительно к существующим системам транспортировки нефтепродуктов, электронагрева для отопления и горячего водоснабжения. Методы: В качестве основных математических средств применялись методы математического анализа, вычислительной математики, математического аппарата теории нечетких множеств, теории вейвлетов, дискретной математики, математического программирования. Использовались пакеты ELCUT, FEMLAB, Comsol Multiphysics, NASTRAN, Matlab и MathCAD, с целью автоматизации процесса проектирования аппаратного обеспечения пакет MAX+PLUS II 10.1 BASELINE, для измерений - пакет PowerGraph 2.1. Результаты: Доказано, что внедрение ТЭМП наиболее перспективно для перекачки нефтепродуктов, а также для электроотопления и горячего водоснабжения автономных объектов, удаленных от централизованных тепловых сетей. Показано, что замена ТЭМП вместо традиционного оборудования будет способствовать выполнению технико-экономических и экологических требований энергетической стратегии Российской Федерации на период до 2030 г. Практическая значимость: Замена традиционного оборудования, используемого для нагрева и перекачки жидких сред, ТЭМП в разнообразных отраслях промышленности приводит к заметному уменьшению его количества, что позволяет снизить установленную мощность такого оборудования, а это, в свою очередь, улучшает технико-эксплуатационные показатели рассмотренных систем.

Ключевые слова: Теплогенерирующие электромеханические преобразователи энергии, насосные установки, давление, температура, циркуляция, технологический цикл переработки, тепло-потребление.

Приоритетность направлений «Энергетическое сбережение и энергетически сберегающие технологии» и «Создание энергосберегающих систем передачи, равномерного распространения и расходования тепла и электроэнергии» диктует необходимость разработки

специального энергетического оборудования, ориентированного на производство и передачу тепловой энергии, обеспечивающего, помимо экономичности, безошибочного и бесперебойного поддержания установленных эксплуатационных показателей, требуемый уровень

электробезопасности, стабильность и эффективность работы.

Одной из основных целей модернизации и дальнейшего развития промышленных комплексных отраслей Российской Федерации в свете ресурсо- и энергосбережения является уменьшение издержек энергии на всех этапах изготовления различной продукции. Повышение эффективности работы производственных мощностей и снижение итоговой отпускной

цены готовой продукции связано с внедрением новаторских технических устройств, к числу которых можно отнести электротехнические перекачивающие устройства на основе тепло-генерирующих электромеханических преобразователей энергии (ТЭМП) [1-11].

Целесообразность эксплуатации ТЭМП обосновывается сопоставлением систем нагрева, структура которых показана на рис. 1, из которого видно, что ТЭМП обладают ком-

П] реобразователи, генерирующие тепловую энергию

С резистивными статическими составными частями, обладающими большим активным сопротивлением С статическими составными частями в форме вторичной короткозамкнутой обмотки трансформатора С поворачивающимся нагревательным элементом С статическими составными частями и поворачивающимся нагревательным элементом

Масляные

Карбоновые и галогеновые

Конвекторы

Камины

Инфракрасные

Тепловые пушки

Тепловые завесы

Тепловентиляторы

Водяные калориферы

Емкостные ЭВН

Проточные ЭВН

Переносные ЭВН

Тороидальные

Стержневые

Пространственные

Внутри вторичной обмотки Индуктор

Снаружи первичной обмотки

С вынесенной нагрузкой

Объемная а и т

Трубчатая о S vo о

Ленточная w ce н

Волнообразная F S р

Гребенчатая о H m

Цилиндрическая

Промышленной частоты

Повышенной частоты

Неуправляемые

Автоматизированные

Автоматические

Одноконтурные

Многоконтурные

Одно ступенчатые

Много ступенчатые

Осевые

Диагональные

Вихревые

Центробежные

Шнековые

Жидкостные

Газовые

Комбинированные

Рис. 1. Классификация преобразователей, генерирующих тепловую энергию

бинированием в одном устройстве функций приводящего, передающего и исполнительного механизмов, позволяя ощутимо улучшить его технические и экономические показатели. Кроме этого, электротехнические перекачивающие устройства на основе ТЭМП обладают возможностью самого точного регулирования мощности электронагрева непосредственно в месте потребления от нескольких ватт до сотен киловатт, экологической чистотой, безопасностью, относительно небольшими капитальными затратами, отсутствием необходимости в использовании протяженных тепломагистра-лей (а следовательно, незначительными тепло-потерями), мобильностью и т. д.

ТЭМП, представляющие собой логическое развитие электронагревательных устройств трансформаторного типа [3], в плане рентабельности отличаются от последних увеличенными коэффициентом теплоотдачи и теп-лопроизводительностью. Рассмотрим их конструкцию и принцип действия (рис. 2).

Устройство состоит из наружного кожуха 1, который отделен от магнитопровода с укладываемой в нем сетевой обмоткой 2 зазором 3 и двух короткозамкнутых вторичных обмоток, выполненных из специального электропроводящего материала, неподвижной 4 и вращающейся 5 обмоток. Последняя имеет форму по-

лого цилиндра, во внутренней полости которого жестко закреплены напорные лопасти 6. Толщина зубцов Ьг сетевой обмотки 2 определяется по формуле

b =

t • Bs k • в.

где t - деление зубцов, согласно внутреннему диаметру статора, м; В& - величина магнитной индукции, приходящейся на воздушный зазор, Тл; Вг - величина магнитной индукции в расчетном сечении зубца (1,9-2,2 Тл); кс - коэффициент заполнения сталью сердечника статора, принимаемый равным 0,95-0,97.

Конструкция статора предусматривает выполнение в нем осевых каналов произвольной формы 7 (показанные на рис. 2 каналы 7 в поперечном сечении представлены в форме окружности).

Нагреваемая рабочая среда подается через входной патрубок 8 и циркулирует внутри неподвижной обмотки 4 по осевым каналам 7 и в дальнейшем по зазору 3 отводится через выходной патрубок 9 за пределы ТЭМП.

Вторичная вращающаяся обмотка и магни-топровод разделены специальным элементом из самосмазывающегося неэлектропроводящего материала 10, выполняющего функцию

Рис. 2. Преобразователь электромеханический для нагрева и перемещения жидкой среды: а - в продольном сечении; б - в поперечном сечении

подшипника скольжения и предусматривающего беспрепятственно вращение подвижной обмотки 5 и препятствующего ее осевому перемещению относительно магнитопровода. Вращающаяся обмотка 5 сконструирована в виде двух коаксиальных цилиндров 11 и 12, которые неподвижны друг относительно друга, помимо этого внешний цилиндр 11 изготовлен из электропроводящего немагнитного материала, а внутренний 12 - из ферромагнитного. На внутренней поверхности цилиндра 12 закреплены лопасти 6. Толщина внутреннего ферромагнитного цилиндра 12 подбирается таким образом, чтобы она была равна расчетной ширине зубца статора Ь, длина же составляет 30-70 % размера продольной длины цилиндра 11.

Количество теплоты, выделяющейся на вторичной обмотке, и производительность ТЭМП (т. е. количество нагреваемой и/или перемещаемой жидкости в единицу времени, м3/с) зависят от вторичного тока и скорости вращения обмотки.

Использование специального элемента из самосмазывающегося неэлектропроводящего материала 10 с теплоизолирующими свойствами, выполняющего функции радиального и/или упорного подшипника скольжения, обеспечивает малые потери на трение.

Изучение предпочтительности использования систем, в основе которых лежат комбинированные устройства, совмещающие в себе функции перекачивания и нагрева, целесообразно начать с анализа возможных областей их применения, к которым в первую очередь

Марка НК ТКА ТКА ТКА

насоса............... 12/40 32/80 63/80 32/125

Мощность электродвигателя, кВт........ 5,5 5,5-22 7,5-30

Марка НКВ НКВ НКВ

насоса............... 360/200 360/320 600/125

Мощность электродвигателя, кВт........ 75-400 110-500 75-315

можно отнести различные виды производств, а также технологические процессы, касающиеся транспортировки вязких жидкостей. К таким объектам могут быть отнесены и изучены предприятия нефтедобывающего и перерабатывающего комплексов, магистральные системы транспортировки нефтепродуктов, устройства для подогрева и подачи топлива, автономные системы электроотопления (авиационный, автомобильный, морской и речной транспорт и др.).

Первым рассмотрим нефтеперерабатывающее производство, представляющим собой сложную техническую структуру, насыщенную энергетическим оборудованием, что видно из рис. 3, где показана блок-схема нефтеперерабатывающего завода [1]. Предварительный анализ доказывает, что используется целый комплекс устройств, влияющих не только на качество выпускаемой продукции, но и определяющих затраты на ее производство.

Например, сейчас для нагревания нефти широко применяются теплообменники, трубчатые печи, паровые подогреватели и термосифоны, для охлаждения - конденсаторы-холодильники, холодильники. В процессе разделения нефти и других сложных смесей участвуют ректификационные колонны, абсорберы, отстойники. Кроме того, в технологический цикл входят такие специальные устройства как реакторы, кристаллизаторы, фильтры, центрифуги, насосы и т. д.

Из перечисленного оборудования одним из самых энергоемких являются насосные установки. Приведем их характеристики:

ТКА ТКА ТКА НКВ НКВ

63/125 120/80 210/80 360/80 360/125

37-250 НК

200/370

55-400

7,5-37 11-45 11-45 15-75 22-132 НКВ НКВ НКВ НКВ НК 600/200 600/320 1000/200 1000/320 210/200

90-500 160-800 160-800 250-125037-200

00 00

оо

оп оо оо X

го

<Т> ^

=1

—I

<

=1

п

Основное производство Западно-Сибирская нефть

Сахалинская нефть

Кислая вода

Сжиженный газ

ЭЛОУ-АВТ 2

ЭЛОУ-АВТЗ

Фракция НК-160

Керосин

Дизельное топливо

Вакуумный газойл

Гудрон

Насыщенный раствор

1

Установка гидроочистки дистиллятов

Производство

серы

Углеводородный газ

Гилроопитпенное лизтпгтлипо

Нафта

Углеводородный газ

Каталитический

риформинг с гидроочисткой

Сжиженный газ

Фракция НК-85

в топливную сеть

Стабильный катзлимт

Установка изомеризации

УВГ

Фракция НК-85

Иэомсризат

Отлувочныи газ

Сера техническая

Гидроочшценное ' дизельное топливо

■ Нафта

Сжиженный газ

Автобензин " АИ76...98

-Авиакеросин

Дизтопливо летнее, зимнее, арктическое

' Маауг флотский Ф-5 . Мазут М-40

П О го "О

<Т>

<Т> л

л £

го н го

X л о ь

о

"О ш т

Г)

о

"О

о

ю

Рис. 3. Блок-схема нефтеперерабатывающего завода

оп

Конструкция насосных установок включает в себя центробежный насос, соединенный муфтой с электродвигателем. Центробежный насос работает в весьма напряженном режиме, что приводит к необходимости постоянного высококвалифицированного обслуживания, часто связанного с длительным удалением оборудования из производственного процесса для ремонта. Анализ вышеприведенных характеристик насосных установок показывает, что единичная мощность применяемых приводных электродвигателей находится в диапазоне 5,5-1250 кВт и, следовательно, определяет мощность и стоимость всей установки.

К немаловажным вопросам при выборе номинальной мощности насосных агрегатов относится изначальное качество первичного сырья - транспортируемой сырой нефти. Лабораторные исследования показывают, что химический состав, например содержание хлористых солей, плотность и другие физико-химические параметры могут меняться в зависимости от места добычи или времени года.

Известно, что к основным условиям при перегонке нефти относятся давление и температура исходного материала и его последующих фракций. Технологический процесс пере-

работки начинается с принудительной подачи сырой нефти в нефтяной резервуар. Затем в специальных теплообменниках она нагревается до температуры порядка 100-120 °С (рис. 4) и поступает на основную установку для дальнейшей переработки.

Полное давление существенно влияет на ход обессеривания топлива. С ростом давления в технологических процессах при остальных одинаковых условиях увеличивается парциальное давление водорода, ускоряющее реакции гидрирования, и сокращается коксование на катализаторе. Парциальное давление водорода служит важным параметром для поддержания требуемого уровня обессеривания, денитрогенизации и деароматизации сырья. При слишком низком парциальном давлении качество продукта может быть некондиционным, а активность катализаторов может снизиться. В этом случае чистоту водорода следует повышать путем увеличения продувки и подачи подпиточного водорода. Если его подача ограничена, требуется понижать производительность для компенсации недостаточного парциального давления водорода.

Установка гидроочистки дистиллятов рассчитана на парциальное давление водорода

9 8

о 7

03

Е 6

H

о §

m

к да

5 4

3

2

1

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Температура, °С

Рис. 4. Зависимость вязкости сырой нефти от ее температуры

на выходе из реактора 1-й ступени в 4,4 МПа (44 кгс/см2) и 6,1 МПа (61 кгс/см2) на выходе из реакторов 2-й и 3-й ступеней.

Увеличение парциального давления водорода приводит к удлинению рабочего цикла и улучшению качества продукта. Экспериментально было определено, что влияние парциального давления водорода на скорость реакции в реакторе 1-й ступени пропорционально в степени 1, в реакторах 2-й ступени - 1,5.

Температура, необходимая для достижения заданного уровня обессеривания, денитроге-низации и деароматизации, в свою очередь, будет зависеть от часовой объемной скорости, парциального давления водорода и кратности циркуляции для заданного состояния активности катализатора (т. е. от состояния в начале цикла (НЦ) до состояния в его конце (КЦ)).

До определенных значений степень обессе-ривания возрастает с повышением температуры пропорционально росту температуры. При превышении максимально допустимой температуры скорость реакций разложения становится выше по сравнению со скоростью реакции гидрирования сернистых соединений, поэтому уменьшается избирательность действия катализатора по отношению к сере, замедляется рост степени обессеривания, увеличивается выход газа, легких продуктов и кокса.

Для инициирования реакций обессеривания и денитрогенизации при активности катализатора, соответствующей НЦ, требуется температура на входе в реактор не ниже 300 °С, для инициирования реакций деароматизации - не ниже 180 °С.

Для блока гидроочистки дистиллятов в зависимости от этапа работы и режима («зима-лето», НЦ-КЦ) температура на входе в реактор 1-й ступени лежит в диапазоне 342-353 °С, в реакторах 2-й ступени - 219-250 °С, в реакторах 3-й ступени - 306-322 °С.

Технологический цикл переработки не замыкается в рамках предприятия и включает процессы транспортировки как сырых углеводородов, так и готовой продукции с использованием системы магистральных нефтепроводов, железнодорожного, морского и автомо-

бильного транспорта. Это еще одна область для потенциального применения ТЭМП, охватывающая магистральные, промысловые и распределительные нефтепроводы, по которым транспортируется около 95 % добываемой нефти и общая протяженность которых в России составляет около 1 млн км.

В существующих технологических системах требуемые уровни давления и температуры обеспечиваются отдельными устройствами, что усложняет и удорожает процесс производства. Использование ТЭМП решает не только эту проблему, но и одновременно обеспечивает снижение уровня загрязнения атмосферного воздуха вредными выбросами и затрат по охране окружающей среды. При этом количество используемого оборудования меньше, а это, в свою очередь, приводит к увеличению надежности всего рабочего комплекса и понижает эксплуатационные затраты за счет отсутствия необходимости привлечения высококвалифицированного персонала.

К основным параметрам магистрального нефтепровода относятся: производительность, диаметр, протяженность, число нефтеперекачивающих станций, рабочее давление на них и гидравлические потери в трубопроводе. Последний параметр существенно зависит от температуры окружающей среды и в ряде случаев определяет принципиальную возможность перекачивания углеводородного сырья. Похожие проблемы возникают и при перевозке нефтепродуктов в железнодорожных цистернах.

Действительно, транспортировка загустевающих нефтепродуктов (масла, мазуты, па-рафинистые нефти, крекинг-остатки и др.) в холодное время года связана со значительными затруднениями. В этот период без предварительного разогрева их слив практически неосуществим, масса же остатков в затвердевшем состоянии в некоторых случаях достигает значения, близкого к нескольким тоннам, особенно при использовании и эксплуатации железнодорожных цистерн.

В настоящее время данная проблема усложняется, так как значительное количество неф-

тедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятий расположено непосредственно в северных районах России, а также в Сибири. В этих районах продолжительность зимы составляет в среднем 6-8 месяцев, дальность расположения превышает 1000 км, продолжительность перевозок колеблется от 7,5 до 14 суток, при объеме перевозок до 15 млн т в год. Время слива в холодное время года зачастую выходит за пределы, установленные нормативами (примерно 8-10 ч). В условиях площадок, где энергетические ресурсы ограничены, полный слив периодически не обеспечивается.

Опыт железнодорожных перевозок жидкостей, имеющих различный коэффициент вязкости, в вагонах-цистернах с объемом котлов 50 и 60 м3 без специальных тепловых изоляций стенок свидетельствует, что нагрев продукта на местах пунктов слива, экономически наиболее оправдывает себя, чем изготовление и эксплуатация в большом количестве специальных вагонов-термосов. В данном случае процесс разогрева ассоциируется с продолжительной, ресурсоемкой, энергозатратной и материально затратной операцией, которая в числе прочих показателей определяет сравнительно небольшой оборот цистерн. Именно по этим причинам ТЭМП можно представить как альтернативные регулируемые источники тепловой мощности применительно к существующим системам транспортировки нефтепродуктов.

Отмеченные обстоятельства позволяют определить и еще одну область, для которой внедрение ТЭМП может улучшить качество использования энергоресурсов - применение их для автономных объектов, т. е. удаленных от централизованных тепловых сетей. Данное мероприятие может стать одним из важнейших шагов, ориентированных на устранение проблем, возникающих при производстве, преобразовании, передаче и дальнейшем использовании тепловой энергии, способствующих выполнению технико-экономических и экологических требований энергетической стратегии Российской Федерации на период до 2030 г.

К большему применению электронагрева для отопления и горячего водоснабжения приводит многотарифная система оплаты за электроэнергию. Например, для Сибирского и Дальневосточного регионов, в которых длительность отопительного периода превышает 220 суток в год, имеется значительное время, когда объем теплопотребления, приходящийся на горячее водоснабжение и отопление, не требует номинальной нагрузки крупных теплоэлектроцентралей, что значительно снижает их эффективность [2].

Наиболее существенными достоинствами ТЭМП являются: минимальные потери энергии в процессе ее преобразования и доставки потребителю за счет практически полного ее использования для нагрева и перемещения; высокая надежность и безопасность работы, отсутствие наружных вращающихся частей; возможность экономичного регулирования.

В заключение отметим, что при замене ТЭМП вместо традиционного оборудования в разнообразных отраслях промышленности количество последнего заметно уменьшается, что дает возможность снизить установленную мощность используемого оборудования, а это, в свою очередь, приведет к улучшению технико-эксплуатационных показателей рассмотренных систем.

Библиографический список

1. Елшин А. И. Экономическая целесообразность электроотопления // Междунар. симпозиум «Образование, наука и производство : проблемы, достижения и перспективы» : Материалы Междунар. науч.-технич. конференции «Электротехнические системы и комплексы». Комсомольск-на-Амуре, 21-22 октября 2010 г. : в 5 т. / А. И. Елшин и др. ; Редкол. : А. М. Шпилев (отв. ред.) и др. - Комсомольск-на-Амуре : ГОУВПО «КнАГТУ», 2010. - Т. 3. - С. 190196.

2. Кузьмин В. М. Электронагревательные устройства трансформаторного типа / В. М. Кузьмин. - Владивосток : Дальнаука, 2001. - 143 с.

3. Новый подход к моделированию полей. - URL : http://www.elcut.ru (дата обращения : 17.10.2019 г.).

4. Сипайлов Г. А. Тепловые, гидравлические и аэродинамические расчеты в электрических машинах / Г. А. Сипайлов, Д. И. Санников, В. А. Жадан. -М. : Высшая школа, 1989. - 239 с.

5. Басов К. А. ANSYS справочник пользователя / К. А. Басов. - М. : ДМК Пресс, 2005. - 640 с.

6. Ким К. К. Разработка композитных покрытий для специальных электротехнических устройств / К. К. Ким, С. Н. Иванов // Изв. СПбГЭТУ «ЛЭТИ». -2019. - № 9. - С. 77-84.

7. Васильев П. Ю. Определение параметров технических средств контроля силовых полупроводниковых приборов путем математического моделирования теплофизических процессов, возникающих при воздействии импульсов тока / П. Ю. Васильев,

B. В. Никитин // Материалы Всерос. науч.-технич. конференции «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте» : в 4 т. Красноярск, 19-21 мая 2005 г. - Красноярск, 2005. - Т. I. -

C. 539-543.

8. Байко А. В. Автономные электроэнергетические системы с синхронными генераторами и водородными источниками электроэнергии / А. В. Бай-

ко, В. В. Никитин, Е. Г. Середа // Электротехника. -

2015. - № 8. - С. 47-53.

9. Никитин В. В. Безредукторный тяговый привод городского рельсового транспорта / В. В. Никитин, Я. Ю. Пармас, В. М. Пивоваров, Р. Р. Сатта-ров // Изв. Петерб. ун-та путей сообщения. - СПб. : ПГУПС, 2013. - Вып 1. - С. 31-38.

10. Baiko A. V. Hydrogen energy sources with current inverters in ship AC power plants / A. V. Baiko, V. V. Nikitin, E. G. Sereda // Russian Electrical Engineering. - 2017. - Vol. 88, iss. 6. - P. 355-360.

11. Никитин В. В. Вагоны-электростанции с комбинированными энергоустановками / В. В. Никитин, А. Н. Марикин, А. В. Третьяков // Электротехника. -

2016. - № 5. - C. 25-31.

Дата поступления: 27.11.2019 Решение о публикации: 02.12.2019

Контактная информация:

КИМ Константин Константинович - д-р техн. наук, профессор; kimkk@inbox.ru ИВАНОВ Сергей Николаевич - д-р техн. наук, профессор; snivanov57@mail.ru ХИСМАТУЛИН Марат Ильдусович - аспирант; lokomotivlar@gmail.com

Advantages of application of devices for transportation and heating of working liquids in various industries

K. K. Kim 1, S. N. Ivanov2, M. I. Khismatulin 1

1 Emperor Alexander I Petersburg State Transport University, 9, Moskovsky pr., Saint Petersburg, 190031, Russian Federation

2 Komsomolsk-na-Amure State University, 27, pr. Lenina, Komsomolsk-na-Amure, Khabarovsk Territory, 681013, Russian Federation

For citation: Kim K. K., Ivanov S. N., Khismatulin M. I. Advantages of application of devices for transportation and heating of working liquids in various industries. Proceedings of Petersburg Transport University, 2019, vol. 16, iss. 4, pp. 573-583. (In Russian) DOI: 10.20295/1815-588X-2019-4-573-583

Summary

Objective: To prove efficiency of electrotechnical pumping devices on the basis of heat-producing electromechanical energy converters as alternative controlled sources of thermal capacity as applied to existing oil product transfer systems, electric warming for heating and hot-water supply. Methods: As

main mathematical instruments, methods of mathematical analysis, computational mathematics, mathematical apparatus of fuzzy-set theory, wavelet theory, discrete mathematics and mathematical programming were deployed. ELCUT, FEMLAB, Comsol Multiphysics, NASTRAN, Matlab and MathCAD software packages were used. MAX+PLUS II 10.1 BASELINE was deployed for hardware design automation. PowerGraph 2.1 package was used for measurements. Results: It was proven that introducing heat-producing electromechanical energy converters is most promising for transit of oil products, as well as for electric heating and hot-water supply of standalone objects remote from central heating networks. It is shown that replacing traditional equipment with heat-producing electromechanical energy converters would contribute to fulfillment of technical, economic and environmental requirements of the energy strategy of the Russian Federation for the period through to 2030. Practical importance: Replacing traditional equipment used for heating and pumping fluids by heat-producing electromechanical energy converters in various industrial results in significant reduction of the quantity of equipment, which allows reducing the installed capacity and thus improve the technical operation parameters of systems under consideration.

Keywords: Heat-producing electromechanical energy converters, pumping facilities, pressure, temperature, circulation, processing technological cycle, heat consumption.

References

1. Elshin A. I. et al. Ekonomicheskaia tsele-soobraznost' elektrootopleniia [Economic efficiency of electric heating]. Mezhdunarodnyi simpozium "Obra-zovanie, nauka iproizvodstvo: problemy, dostizheniia i perspektivy". Materialy Mezhdunarodnoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii "Elektrotekhnicheskie siste-my i kompleksy" [International symposium "Education, science and industry: problems, achievements and prospects". Proceedings of International research and engineering conference "Electrical engineering systems and networks"]. Komsomolsk-na-Amure, Oct. 21-22, 2010. Five vols. Ed. by A. M. Shpilev (main editor) et al. Komsomolsk-na-Amure, KnAGTU [Komsomolsk-na-Amure State University] Publ., 2010, vol. 3, pp. 190-196. (In Russian)

2. Kuz'min V. M. Elektronagrevatel'nye ustroist-va transformatornogo tipa [Transformer-type electric heaters]. Vladivostok, Dal'nauka Publ., 2001, 143 p. (In Russian)

3. Novyipodkhod k modelirovaniiupolei [New approach to field simulation]. Available at: http://www. elcut.ru (accessed: 17.10.2019). (In Russian)

4. Sipailov G. A., Sannikov D. I. & Zhadan V. A. Teplovye, gidravlicheskie i aerodinamicheskie ras-chety v elektricheskikh mashinakh [Thermal, hydraulic and aerodynamic calculations in electrical machines]. Moscow, Vysshaia shkola Publ., 1989, 239 p. (In Russian)

5. Basov K. A. ANSYS spravochnikpol'zovatelia [ANSTS user manual]. Moscow, DMK Press Publ., 2005, 640 p. (In Russian)

6. Kim K. K. & Ivanov S. N. Razrabotka kom-pozitnykh pokrytii dlia spetsial'nykh elektrotekh-nicheskikh ustroistv [Development of composite coating for special electrical devices]. Izvestiia SPbGETU LETI [Proceedings of the St. Petersburg Electrotechni-cal University LETI], 2019, no. 9, pp. 77-84. (In Russian)

7. Vasil'ev P. Iu. & Nikitin V. V. Opredelenie para-metrov tekhnicheskikh sredstv kontrolia silovykh po-luprovodnikovykh priborov putem matematicheskogo modelirovaniia teplofizicheskikh protsessov, voznikai-iushchikh pri vozdeistvii impul'sov toka [Identification of parameters of technical control facilities of semiconductor power devices by mathematical simulation of thermo-physical processes occurring under the influence of current impulse]. Materialy Vserossi-iskoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii "Resursos-beregaiushchie tekhnologii na zheleznodorozhnom transporte" [Proceedings of All-Russian research and engineering conference "Resource-saving technologies in railway transport"]. Four vols. Krasnoyarsk, May 19-21, 2005, vol. I, pp. 539-543. (In Russian)

8. Baiko A. V., Nikitin V. V. & Sereda E. G. Av-tonomnye elektroenergeticheskie sistemy s sinkhron-nymi generatorami i vodorodnymi istochnikami energii [Autonomous electrical power systems with synchro-

nous generators and hydrogen electrical power sources]. Elektrotekhnika [Electrical engineering], 2015, no. 8, pp. 47-53. (In Russian)

9. Nikitin V. V., Parmas Ia. Iu., Pivovarov V. M. & Sattarov R. R. Bezreduktornyi tiagovyi privod gorod-skogo rel'sovogo transporta [Direct-drive pulling drive of urban rail transport]. Izvestiia Peterburgskogo univer-siteta putei soobshcheniia [Proceedings of Petersburg Transport University]. Saint Petersburg, PGUPS [Petersburg State Transport University] Publ., 2013, iss. 1, pp. 31-38. (In Russian)

10. Baiko A. V., Nikitin V. V. & Sereda E. G. Hydrogen energy sources with current inverters in ship AC power plants. Russian Electrical Engineering, 2017, vol. 88, iss. 6, pp. 355-360.

11. Nikitin V. V., Marikin A. N. & Tret'iakov A. V. Vagony-elektrostantsii s kombinirovannymi ener-goustanovkami [Mobile power plant cars with combined power generation systems]. Elektrotekhnika [Electrical engineering], 2016, no. 5, pp. 25-31. (In Russian)

Received: November 27, 2019 Accepted: December 02, 2019

Author's information:

Konstantin K. KIM - D. Sci. in Engineering, Professor; kimkk@inbox.ru

Sergey N. IVANOV - D. Sci. in Engineering, Professor; snivanov57@mail.ru Marat I. KHISMATULIN - Postgraduate Student; lokomotivlar@gmail.com