CC BY
23
Лiтература
1. Obanijesu, E.O., Akindeju, M.K., Pareek, V. and Tade, M.O. (2011 a). Modeling the Natural Gas Pipeline Internal Corrosion Rateas a Result of Hydrate Formation, Elsevier 21st European Sympo-siumon Computer-Aided Process Engineering, (Part B). - Pp. 1160-1164.
2. Мазур М.П. Втома та корозшна втома матер1алу газопроводов з урахуванням гщратоут-ворення / М.П. Мазур // Проблеми корози та протикорозшного захисту конструкцшних матерь алш : матер. XIII М1жнар. наук.-практ. конф. - 2016. - С. 338-340.
3. Maruschak, P., Poberezhny, L., and Pyrig, T. (2013). Fatigue and brittle fracture of carbon steel of gas and oil pipelines. Transport 28(3). - Pp. 270-276.
Надшшла до редакцп 17.10.2016 р.
Побережний Л.Я., Грицанчук В.В., Грицанчук А.В. Коррозионно-меха-ническое разрушение труб выкидных линий скважин под действием газовых гидратов
Проведены усталостные испытания на воздухе и в коррозионной среде (0,05 моль/л NaCl + 0,05 моль/л Na2SO4) для трубных сталей марки 17ГС, так и Ст20. Зафиксирована трехстадийная кинетика деформации стали трубопровода. Влияние газогидратов на относительную продолжительность стадий низкочастотной усталости проявляется в уменьшении третьей стадии, соответствующей работе в режиме ограниченной функциональности. В дальнейшем нужно продолжить исследования процессов гидратной коррозии для разработки эффективных и экологически безопасных способов и средств предотвращения их образованию.
Ключевые слова: трубопровод, выкидная линия, газовый гидрат, деградация, кинетика усталости.
Poberezhny L.Yа., Hrytsanchuk V.V., HrytsanchukA.V. Corrosion-mechanical Destruction of the Pipe Lines of Flow Well Under the Influence of Gas Hydrates
Fatigue tests conducted in air and in corrosive environment (0,05 mol/lNaCl + 0.05 mol/lNa2SO4) for steel 17GS and for St20 showed three-stage kinetics of deformation of the steel pipe. Influence of gas hydrates on the relative duration of the low-frequency stages of fatigue is a decrease in the third stage, the relevant work with limited functionality. Further research is necessary to extend the hydration process of corrosion to develop efficient and environmentally friendly ways and means to prevent their formation.
Keywords: pipeline, delivery line, gas hydrate, degradation, fatigue kinetics.
УДК 624.[15+131]
ТЕХН1КО-ЕКОНОМ1ЧН1 ПРИНЦИПИ ПРОЕКТУВАННЯ ТЕПЛОВИХ НАСОС1В З ГОРИЗОНТАЛЬНИМИ ТА ВЕРТИКАЛЬНИМИ КОЛЕКТОРАМИ Б.В. Моркляник1, Б.€. Брездень2, П.О. Проценко3
Розглянуто ефектившсть застосування теплових насоав з горизонтальними i верти-кальними колекторами. Наведено найважливший технiко-економiчний показник теплового насоса - коефщент його ефективносп. Побудовано графики залежност питомо! потужност вщбору тепла грунту вщ його вологост та виду для горизонтального та вертикального колектс^в теплового насоса. Розраховано наближений термш окупност
1 проф. Б.В. Моркляник, д-р техн. наук - НУ "Львгвська полггехнка";
2 acnip. Б.€. Брездень - НУ "Льв1вська полггехшка";
3 асшр. П.О. Проценко - НУ "Льв1вська полггехшка"
теплового насоса. Показано сшввщношення електрозатратностi на роботу теплового насоса та вироблено! ним теплово! електроенерги для деяких краш Свропи. Зазначено основнi недолiки теплових насоав з горизонтальними та вертикальними колекторами.
Ключовi слова: тепловий насос, горизонтальний колектор, вертикальний колектор, волопсть грунту.
Вступ. На сьогодт у свт успiшно експлуатуються сотнi мшьйошв тепло-насосних установок рiзного функщонального призначення (рис. 1), а загальний рiчний обсяг продажу становить понад 125 млрд дол. [1, 2].
Реверсивш пов1тряно-пов1тряш
Пхштряно-водяш Грунтово-водяш СЫчш води Вщпрацьоване пов1тря 1нии реверсивш системи
/У/У//У/У//У/У///А 49
1
/////Л 6
/////114
///] 9
//л 10
0 10 20 30 40 50 60 Кшыасть, %
Рис. 1. Розподт установлених теплових насоав у 2012 р. залежно в1д джерела
тепла
Упродовж 2012 р. встановлено чимало теплових насошв (рис. 2), iз яких трете мюце займають тепловi насоси (ТН) iз грунтовими колекторами. З кож-ним роком '1х встановлюють дедалi бшьше, адже грунт - це найбшьш утвер-сальне джерело розс1яного тепла. Вiн акумулюе сонячну енергш i цший рiк т-дiгрiваеться вiд земного ядра. Грунт здатний вщдавати тепло незалежно вiд погоди, адже на глибит, нижчш вiд глибини промерзання, температура практично незмшна протягом усього року.
Рис. 2. Шлыасть установлених теплових насоав у кратах Свропи за 2012 р.
Потребу влаштування у близькому майбутньому грунтових теплових насо-сiв з горизонтальними та вертикальними колекторами в Украíнi можна довести такими перевагами: зменшення витрат невiдновлюваних i використання вщнов-люваних джерел енергií; низькi експлуатацiйнi витрати порiвняно iз тради-цiйним газовим опаленням; високi рiчнi коефiцieнти ефективносп експлуатацií теплового насоса; тривалий термш служби без капiтального ремонту; еколопч-но чиста технология, вiдсутнi викиди в атмосферу шкiдливих речовин; безпека -ввдсутш такi джерела тдвищено! небезпеки як вогонь та газ тощо. Енергетичну доцiльнiсть застосування теплових насоав як енергоджерела переконливо шд-тверджено результатами значно! кiлькостi наукових дослiджень i досвiдом експлуатацií мшьйонгв ТН у багатьох кра'нах свиу [3].
Виклад основного матерiалу. Найважливтим технiко-економiчним по-казником ТН е його коефiцieнт ефективностi, який напряму залежить вiд пито-мо! потужносп вiдбору тепла з грунту, яка, водночас, залежить ввд його теплоп-ровiдностi. Теплопровiднiсть грунту залежить ввд виду грунту, його вологостi та питомо! ваги [5]. Пiд час проектування теплового насоса потрiбно врахувати, що ефективне його застосування у вологих грунтах (суглинок i глина), менш ефективне у сухих та неефективне у скелястих грунтах (чим бiльша вологiсть -тим краща теплопровiднiсть грунту).
Спираючись на американський досвiд [4], виконано аналiз залежностей ве-личини теплового потоку ввд деяких факторiв, що впливають на нього. Це дозволило визначити питоме значення теплового потоку дГ що надходить вiд грунту до горизонтального колектора ТН у виглядi
Ж
дг = (1,41- 0,5) • ^ У + 1] • - Ы (1)
У , ,гр~ Сх), (1) (1)
уу т
де: 1 - теплопроввдшсть грунту, Вт/(°Ом); та - кiлькiсть холоду та тепла, що ввдбираеться вщ грунту за рiк, вираженi в однакових одиницях вимрю-вання; - температура грунту в природному сташ, °С; гх - середня температура рiдини, що охолоджуе грунт, °С.
Аналогiчно, опираючись на кнуючий досвiд [4], можна визначити питоме значення теплового потоку дВ, що надходить ввд грунту до вертикального ко-лектора ТН, за формулою
дв = (1,41 - 0,5) • к • ^У +1 j • (Сгр - Сх), (2) (2)
де к - коефщент, що дорiвнюе 1,0 за опускания у свердловину одно! U-подiб-но! труби та к = 1,28, якщо двi труби.
За формулами (1) та (2) обчислено пигаш потужносп вiдбору грунту для Львова у грудш (ггр = 10,2 оС на глибинi 3,2 м [6]) за методикою [4] та даними значеннями теплопровiдностi для рiзних грунтiв за рiзноí вологостi i стало! пи-томо! ваги, яка дорiвнюе 1,4 т/м3 [5]. Результат подано у графiчнiй формi (рис. 3).
Як видно з графшв (див. рис. 3) за оптимально! вологосп грунту (10-30 % залежно вiд виду грунту) можна досягнути високого коефщента ефективносп
ТН з горизонтальним або вертикальним колектором (к = 3.. .4), який тдтвер-джуе його економiчнiсть пiд час експлуатацп.
15 20 25 30 Вологкть, %
Рис. 3. Питома потужшсть вiдбору тепла залежно вiд вологостi та виду Грунту: а) для горизонтального, б) для вертикального колектора
Оскшьки опалення за допомогою ТН iз грунтовим колектором е дешевшим вiд традицiйного газового опалення, то дощльно визначити термiн окупност ТН (за методикою [7]), враховуючи його високу собiвартiсть та витрати на влаштування (табл.).
Табл. Приблизний термт окуnностi ТН в УкраШ станом щн на травень 2016 р
Витрати
Система + влаштування
за 1 рж
за 10 роюв
за 20 роюв
за 30 роюв
Газ (6,879 грн за 1 м3)
1500 дол.
1100 дол.
11000 дол.
22000 дол.
33000 дол.
ТН (57 коп. за 1 кВт-год)
20000 дол.
300 дол.
3000 дол.
6000 дол.
9000 дол.
Рiзниця (А)
-18500 дол.
800 дол.
8000 дол.
16000 дол.
24000 дол.
Примггка: коефщент ефективносл ТН прийнято рiвним 3,0.
Термш окупност ТН може становити понад 20 роюв, що пояснюеться складним економiчним становищем i невдалою полiтикою краши. Порiвняемо ефектившсть експлуатацп ТН у рiзних крашах ввропи, враховуючи вiдповiднi тарифи на електроенергш (рис. 4).
О 1 2 3 4 5 6 7 у. О.
■ Р ¡зшщя ■ Внроблсно «Затрачено
Рис. 4. CmeeidHomeHHn в у. о. meKmpo3ampamHocmi на роботу ТН пошужшсшю 20 кВт i вироблено'1 ним теплово'1 електроенерги для деяких крат Свропи (коеф. eфeкmивносmi ТН = 3,0)
Як бачимо з рис. 4, Укра'на станом на 2016 р. за ефектившстю використан-ня ТН значно поступаеться провщним кра'нам Свропи, проте згщно з "Концеп-цieю розвитку паливно-енергетичного комплексу Укра'ни на 2006-2030 роки" передбачено збшьшення обсягу виробництва теплово'' енергií за рахунок тер-мотрансформаторiв, теплових насосiв i акумуляцiйних електронагрiвачiв, внас-лiдок чого повинно виршитись i економiчне питання.
Попри перераховаш вище переваги, треба врахувати i недолiки ТН:
• ТН з горизонтальними колекторами: потреба у великш технологiчнiй площi (ця площа завжди бшьша вiд загально1 площi опалювально1 будiвлi); неможливiсть ремонту вже вкладених в основу труб;
• ТН з вертикальними колекторами: високi швестицшш витрати; влаштування грун-тових зондiв е можливим не у вах регiонах Украши (наприклад, це недоцшьно в тих регiонах, де скельш грунти залягають поблизу денно!' поверхш).
Висновки. Сьогоднi грунтовi ТН з горизонтальними i вертикальними колекторами встановлюють i успiшно експлуатують у вах провiдних кранах свь ту. Укра'на значно вiдстаe i мае незначний досвiд з експлуатацп грунтових ТН. Проте згiдно з "Концепщею розвитку паливно-енергетичного комплексу Укра-'ни на 2006-2030 роки" обсяг виробництва теплово'' енергп за рахунок ТН повинен зрости бтьше шж у 100 разiв.
Пiд час проектування ТН з горизонтальними i вертикальними колекторами потрiбно враховувати волопсть, теплопровiднiсть i вид грунту. Попм треба визначити питому потужнiсть вщбору грунту, що дасть змогу встановити ко-ефiцieнт ефективностi ТН. Також тд час проектування варто враховувати i не-долiки, якi виникають як пiд час влаштування ТН (перелiченi вище), так i у про-цесi його експлуатацп.
Лггература
1. Greg Pahl. Magic heat pumps / Greg Pahl // Energy and environment. - 2006. - № 6. - Pp. 95-102.
2. Мацевитый Ю.М. О рациональном использовании теплонасосных технологий в экономике Украины / Ю.М. Мацевитый, Н.Б. Чиркин, Л.С. Богданович, АС. Клепанда // Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит : сб. науч. тр. - 2007. - № 3. - С. 20-31.
3. Мальований М.С. Свiтовий досвiд, переваги та недолши застосування теплових насоив у теплоенергетиц Украши / М.С. Мальований, О.Ю. Берлшг // Вiсник Вшницького полггехшч-ного iн-ту : зб. наук. праць. - 2012. - № 3. - С. 89-94.
4. Stephen P. Kavanaugt. Kevin Rafferty. Ground-Source Heat Pumps / P.Stephen. ASHRAE. 1997. - 346 p.
5 : поабник з проектування шженерних систем житлових i громадських будинкiв з тепло-вими насосами. - К. : Вид-во "Либщь", 2010. - 82 с.
6. Моркляник Б.В. Закономiрностi деформування геомеханiчноï системи "Фундамент -грунтовий масив" в зонi дп колектора теплового насоса : монографш / Б.В. Моркляник. - Львш : Вид-во "Захщ-друк", 2015. - 272 с.
7. ION Energosberezhenie.com. [Electronic resource]. - Mode of access http://www.energosbe-rezhenie.com.
Надтшла до редакцп 28.10.2016р.
Моркляник Б.В., Брездень Б.Е., Проценко П.А. Технико-экономические принципы проектирования тепловых насосов с горизонтальными и вертикальными коллекторами
Рассмотрена эффективность применения тепловых насосов с горизонтальными и вертикальными коллекторами. Приведен важнейший технико-экономический показатель теплового насоса - коэффициент его эффективности. Построены графики зависимости удельной мощности отбора тепла почвы от его влажности и вида для горизонтального и вертикального коллекторов теплового насоса. Рассчитан приближенный срок окупаемости теплового насоса. Показано соотношение электрозатратности на работу теплового насоса и производимой им тепловой электроэнергии для некоторых стран Европы. Указаны основные недостатки тепловых насосов с горизонтальными и вертикальными коллекторами.
Ключевые слова: тепловой насос, горизонтальный коллектор, вертикальный коллектор, влажность почвы.
Morklianyk B.V., Brezden B.Ye., Protsenko P.O. Technical and Economic Design Principles of Heat Pumps with Horizontal and Vertical Collectors
The article deals with the efficiency using of heat pumps with horizontal and vertical collectors. The most important technical and economic performance of heat pump - the coefficient of efficiency is considered. Diagrams of dependence between a heat power selection from the soil and its humidity and type for horizontal and vertical collectors of heat pump are constructed. The approximative payback period of heat pump is calculated. A correlation between electrical heat pump's work and thermal energy that made by it for some European countries is shown. The main problems of heat pumps with horizontal and vertical collectors аге listed.
Keywords: heat pump, horizontal collector, vertical collector, humidity of the soil.
УДК 674:621.928.93
ЧИННИКИ КОМПЛЕКСНОГО ВИР1ШЕННЯ ПИТАННЯ ЕКОЛОПЧНО1 ЕФЕКТИВНОСТ1 ПРОЦЕС1В ЗНЕПИЛЕННЯ НА ДЕРЕВООБРОБНИХ
пщпрнемствАХ
Ю.Р. Дадак1, А .В. Ляшеник2
Визначено чинники, яю формують еколопчну ефектившсть процесш знепилення на шдприемствах деревообробно'1 галуз^ та встановлено ïx взаемозв'язок з метою прийнят-тя ефективних ршень на осж^ запропонованого "трикутника компромюш". Обгрунто-
1 доц. Ю.Р. Дадак, канд. техн. наук - НЛТУ Украши, м. Львгв;
2 доц. А.В. Ляшеник, канд. техн. наук - Коломийський полггехшчний коледж
