Теплопровод «Труба в трубе» как альтернативный вариант двухтрубной прокладки Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.186.2.001.24

ТЕПЛОПРОВОД «ТРУБА В ТРУБЕ» КАК АЛЬТЕРНАТИВНЫЙ ВАРИАНТ ДВУХТРУБНОЙ ПРОКЛАДКИ

Докт. техн. наук БАЙРАШЕВСКИЙ Б. А., инж. БОРУШКО Н. П.

РУП «БЕЛТЭИ»

Двухтрубная прокладка - это испытанный вариант конструкции теплопровода, утвердившийся в XX ст. Современные прогрессивные тенденции, направленные на рациональное использование топливно-энергетических ресурсов, требуют применения новых технологий в системе теплоснабжения. Они рассматривались и публиковались в работах [1, 2] (в частности, это: авторское свидетельство по применению конструкции теплопровода с кольцевым каналом для подачи обратной сетевой воды [1]; теоретические разработки и предложения по стабилизации теплового и гидравлического режимов работы теплосети путем применения системы рециркуляции в традиционных прокладках или теплопроводов типа «труба в трубе» [2]; наконец, обоснование идеи создания конструкции теплопровода типа «труба в трубе» (БЕЛТЭИ) путем теоретического анализа некоторых особенностей его теплового расчета и конструктивных размеров).

Расчет конечных температур в теплопроводах типа «труба в трубе» основан на формуле среднелогарифмического температурного напора по всей его длине Ь. В отличие от традиционного метода [4, 5] в данном случае необходимо воспользоваться расчетной формулой [3], учитывающей влияние теплопотерь д1 в окружающую среду. После соответствующих преобразований представим эту формулу в виде: а) для встречных (7) потоков

б) для спутных (П) потоков

= (2)

где к, - линейный коэффициент теплопередачи между двумя потоками рабочих тел, осредненный по длине Ь исследуемого теплопровода; т 2-Щ~1±И/2'1 - показатель соотношения водяных эквивалентов (Щи

Щ) двух исследуемых потоков, движущихся относительно друг друга по схемам «2» или «П»; (¡,4й 'Г > А. ~ температуры потоков на входе и выходе каждого из исследуемых каналов.

В случае двух встречных (2Г) потоков расчетные формулы для конечных температур воды г," = и £ = С)2 в каналах теплопровода определим на основании уравнения (1) и уравнения теплового баланса

Таким образом:

„ _ - д^: - (1 - + д,кМ -

г

(4)

Е;1 - щщг'

+ (5)

В случае ^ = Щ = Ж неопределенность значений по расчетной формуле (4) можно раскрыть с помощью уравнений теплового баланса и теплопередачи на участке Ь

Ш-^+як, (6)

отсюда

С = (т; + ¿А - +¿¿Г. (7)

Для двух спутных (П) потоков формула расчета конечной температуры воды определяется на основании совместного решения уравнений

(2) и (3), а конечная температура С, = 1*1п вычисляется на основании аналогичного уравнения теплового баланса (3), т. е.:

„ _ + щж;1)- д,ьЩ'1 + (1 ■- +д^Чщ - щУ'щ

- г-1

„ _ +1гу,7 I ■ Vх ' ЧУ1 У,г1 "2> "21 - /ОЛ

1+щщ-1 ' {)

& = Ъ + Ж"1- (9)

Теплопровод с одним кольцевым каналом представляет собой теплообменник («труба в трубе») [2] с противоточным движением теплоносителей. Прямая сетевая вода от энергоисточника с температурой г™ и массой Оп подается по центральной трубе Ц. В зоне потребителя она имеет температуру С'т. Обратная сетевая вода массой 00 подается по смежному кольцевому каналу к1 и со стороны потребителя имеет температуру г"07. В энергоисточник она возвращается с температурой . В радиальном направлении теплопровода (независимо от соотношений Оа = Сп или О0 ф Оп) устанавливается тепловой баланс: дпк] = дк] + д1, где дгЛ - поток теплоты,

формирующий температурный уровень теплоносителя в канале к1. Как видно, исследуемый теплопровод с одним кольцевым каналом соответствует модели теплообменника с двумя встречными {£) потоками С„ и С„. В

f »лтг f пот

связи с этим при заданных начальных температурах = (п и рас-

чет конечных температур - = ¿"от в канале Ц и 4' = 4'г - (Г в канале к1 вьшолняется по адекватным формулам (4), (7), (5).

Теплопровод с двумя кольцевыми каналами основан на более сложной модели процессов теплообмена между движущимися потоками. Со стороны энергоисточника прямая сетевая вода подается в канал Ц и имеет параметры вп и . За счет отвода теплоты дт на участке Ь (в сторону смежного канала к1) она охлаждается и к потребителю доставляется с температурой С" . От потребителя по каналу к1 в сторону энергоисточника подается избыток невостребованной (на данный период времени) рециркуляционной (С'Р) массы воды с температурой ^лот. Не исключено, что температура последней формируется после некоторого использования ее первоначального потенциала у потребителя с добавлением обратной сетевой воды. В энергоисточник рециркуляционный поток возвращается с температурой

¿р'ш . Одновременно во втором кольцевом канале к2 формируется определенный температурный уровень обратной сетевой воды, поступающей от потребителя с температурой ^пот и доставляемой в энергоисточник с температурой /0ЭН. При этом часть теплоты от обратного потока в канале к2 в виде потерь <7, отводится в окружающую среду. Тепловой баланс в радиальном направлении такого теплопровода между каналами Ц, к1 и к1, к2 соответственно можно записать: дак) = дк1 + дк1к2 и с/к1к2 - дк2 + Ч\ Здесь <укЬ #к2 - тепловые потоки, формирующие температурные уровни воды в каналах к1 и к2; дк]к2, <7/ - радиальные отводы теплоты от канала к1 в сторону канала к2 и от канала к2 в окружающую среду. В целом по теплопроводу: Чщл - 9к1 + <7к2 + Ч1 ■ Соотношения между массовыми потоками воды в каналах Ц, к1 и к2 выразим следующим образом: Ои = Са + С'1 + ДСотб, где ДСот6 - отбор горячей сетевой воды из системы теплоснабжения, включая утечки; причем С? = КрСп и АО0.гв = КтбСа , где Кр, К0тб - коэффициенты рециркуляции и отбора. Соответственно поток сетевой воды по кольцевому каналу к2 равен: 00 = Сп(1 - А"р - Котб)-

Исследование модели теплопровода с двумя кольцевыми каналами усложняется неоднозначностью направлений {2 и П) потоков по смежным каналам Ц, к1 и к2. Если основываться на приведенных зависимостях (1)-{9), то здесь в «двойственном» положении оказывается рециркуляционный поток , движущийся по каналу к1. По отношению к потоку С„ в канале Ц он является противоточным (7) и, следовательно, подчиняется закономерностям среднелогарифмического температурного напора, определяемого формулой (1). В этом случае при заданных начальных температурах ^ = С и 4 = С" значения конечных температур = =("0Т (в канале Ц со стороны потребителя) и ^ = ¿"г = (сГ ф (пЭВ (в канале к1 со стороны энергоисточника) должны вычисляться по формулам (4), (5) при д, = дк1к2 и коэффициенте теплопередачи между потоками Оп и О^, равном к, = £дк1. По отношению к потоку О0, движущемуся по периферийному кольцевому каналу к2, тот же рециркуляционный поток С^ является спут-

ным (П) и, следовательно, аналогично подчиняется закономерностям сред-нелогарифмического температурного напора, определяемого формулой (2).

В этом случае при заданных начальных температурах -- /пр пот и = /Р"ш значения конечных температур = ^ = (гррк2/" * Iрэн (в канале к1 со стороны энергоисточника) и С - ?"п = (в канале к2 также со стороны энергоисточника ) должны вычисляться по формулам (8), (9) при коэффициенте теплопередачи между потоками С/'пр и 00, равном к, = кк1к2. Очевидно, что упомянутая «двойственность» расчетных значений температур

С = (¿р^/ * (ГрЦX * 4'г ^ С в выходном сечении канала к1 сказывается также и на неоднозначности расчетных температур в выходном сечении канала к2. Согласно формуле (9), расчетное значение С=*2П = /(0 все" цело зависит от принимаемой в ней величины : либо = * грэн,

либо С =(грЦ) * С" и т- Д- Исключить такую неопределенность

(двойственность) в решении поставленной задачи можно двумя путями:

• либо в порядке альтернативы разработать новый метод расчета не двух, как это нам известно, а трех смежных теплообменивающихся потоков, что представляет собой самостоятельный раздел исследования;

• либо «приспособить» уже зарекомендовавший себя метод расчета двух смежных потоков к трем, как этого требует исследуемая модель теплопровода, и попытаться определить зависимость =/рэн = (¿р*2/" | •

Основываясь на втором пути решения поставленной задачи, функцию (п'я = / к")' > ((рЖ21 ] определим как среднеинтегральную величину

между значениями и (/Рк2)'" по кольцевому сечению канала к1, выразив это следующим образом:

г =^27(10) л

где Fк, т 1 = 0,5^1 и гг- 0,5й2 - сечение, внутренний и наружный радиусы кольцевого канала к1.

Пренебрегая размерами пограничных слоев на стенках канала, профиль температур по его ширине представим в виде линейной зависимости:

% = аг + Ь. Граничные условия: на границе гх = 0,5^ ^ = , а на границе г2 = 0,5<£, (Р - к"2 }". В результате соответствующего решения на основании (10) определяем

с -(сг-(")

Из анализа особенностей режима работы канала к1 и механизма теплообмена по сечению исследуемого теплопровода можно считать, что вариант исключения неоднозначности температуры потока ^ путем вычисления ее по (11) достаточно приемлемым на данном этапе исследования. В соответствии с этим в формуле теплового баланса (9) неоднозначность расчетной температуры обратной сетевой воды /0Э" = 1"п = /(/1"п) также исключается путем использования той же формулы (11).

Расчет экономии удельных денежных затрат А2УД, руб/(м-ч), в сравнении с нормой на составляющую теплоэнергии при ее транспорте в сетях можно определить следующим образом:

= (12)

где <7", - нормативное и отчетное значения удельных теплопотерь в сети, Вт/м; Ц^ - рыночная стоимость теряемой теплоэнергии, руб/(Вт-ч).

В условиях производства величина удельных теплопотерь в сетях является результатом суммарного воздействия на нее двух основных факторов: абсолютных теплопотерь через изоляцию £?из и потерь с утечками сетевой воды Qyт. Принимая во внимание виртуальную протяженность [7]

теплосети Ь, имеем: = , дут = и дт = + <?у,. Величину теплопотерь с утечками вычисляем на основании расходов подпиточной сетевой воды

дут = сОуг[о,5{1а-(оу(доб]. (13)

Введя понятие относительной плотности теплосети в виде коэффициента рут = дут{цу1 + <?/)1, отчетное значение удельных теплопотерь цт выразим в

зависимости от потерь через изоляцию, т. е. - - руг)1. Тогда расчетная формула (12) принимает вид, позволяющий оценить суммарную (отчетную) величину теплопотерь с одновременным представлением о состоянии плотности теплосети:

А2уд = Ьт - 9/(1 - Рут)-1]Ц9- (14)

Из формулы (14) следует, что экономия денежных затрат А2УД во многом зависит от количества теряемой теплоты д/ через теплоизоляцию теплопровода и установленной нормы теплопотерь ц". На пути нормальной тенденции к снижению теплопотерь стоят противодействующие факторы, и прежде всего стоимость (капзатраты) материалов и работ по созданию теплопровода новой конструкции. Следовательно, оценку перспективности [8] альтернативного вида прокладки теплопровода необходимо выполнять с позиций чистой дисконтированной прибыли ЫРУ, руб/м, основанной

на упомянутой экономии денежных средств за весь планируемый период Та, лет, службы:

т„

КРУ ^

"Г

-К,

УД'

(15)

1=1

где - экономия денежных затрат, руб/(м-ч), за счет повьппения эф-

фективности теплоизоляции в альтернативном варианте конструкции теплопровода, вычисляемая по формуле (14) при р =0 ; ти - число часов использования теплопровода в году, ч/год; Куа - единовременные удельные капзатраты на изготовление и прокладку теплопровода, руб/м; г - желаемая норма прибыльности (банковский процент увеличения денежного вклада) в долях от единицы; Г, - текущий год в диапазоне полного (планируемого) срока службы теплопровода от 1-го до последнего Гп, лет.

В целях упрощения формулы (15) положим, что комплекс Л£™тн (т. е.

экономия годовых денежных затрат, руб/(м год)) в течение всего периода службы теплопровода Тп, лет, постоянен. Тогда, вынося его за знак I и рассматривая оставшуюся сумму как геометрическую прогрессию со знаменателем (1 + г)4, выражение (15) с учетом (14) при Руг = 0 и соответственно

при д" = д* представим в развернутом виде

АТРУ = (<?? -д^дтиг-1[-{1 + гУт"}-Куя, (16)

где д? - нормативная плотность теплопотерь, регламентируемая СНиП по отношению к теплопроводу, подлежащему замене новой конструкцией.

Срок окупаемости Ток, лет, затрат на реализацию нового теплопровода выразим зависимостью

= П7)

Расчетные формулы (16) и (17) позволяют определять степень перспективности альтернативной конструкции исследуемого теплопровода и выполнять соответствующий анализ при введении ряда условий. Например, приравнивая показатель ИРУ = 0, на основании (16) и (17) устанавливаем взаимосвязь между значениями Ток, Ти и г:

Гп=-1п(1-гГ0К)1п-1(1 + г) = 7;0. (18)

При любых двух заданных значениях аргументов в (18), отвечающих условиям реальной возможности, расчетная величина третьего определяет условия, при которых вклад денежных средств не обеспечивает желаемой прибыли инвестору, так как КРУ = 0. Например, при заданных значениях аргументов Гок и г расчетная величина третьего, т. е. Тп - Тпо согласно формуле (18), представляет собой расчетно-аналитический период работы

теплопровода (в годах) с момента его пуска, в течение которого он лишь «возместит» затраты инвестора.

На основании изложенного материала разработано программное средство (файл «2Т4К, 4524 КБ»), позволяющее производить расчеты технико-экономических характеристик трех видов прокладки: двухтрубной ПИ-тр, состоящей из ПИ-труб, одиночного теплопровода 1 К/Теп с одним кольцевым каналом и одиночного теплопровода 2К/Теп с двумя кольцевыми каналами. Данные, приведенные в табл. 1, 2, представляют собой выкопиров-ки из упомянутого файла по 10 режимам работы трех видов прокладки. В отличие от прокладки ПИ-труб из стали рассмотрены варианты применения полиэтиленовых труб в качестве комплектующих составляющих в теплопроводах 1К/Теп и 2К/Теп. Из учета цен, принятых при выполнении приведенного примера, использование полиэтиленовых труб приводит к удешевлению стоимости теплопровода. В частности, согласно данным (табл. 2), стоимость теплопровода при комплектации по варианту 3 меньше, чем по варианту 2, и соответственно по варианту 2 меньше, чем по варианту 1. В связи с этим наибольший интерес вызывают следующие варианты комплектации теплопроводов: ПИ-тр - по варианту 1; 2К/Теп - по варианту 2; 2К/Теп - по варианту 3.

В табл. 1 даны нагрузки потребителя, температуры и скорости сетевой воды в каналах исследуемых теплопроводов. Определены расчетные и нормативные значения теплопотерь. В порядке примера рассмотрим результаты расчетов работы теплопроводов по режиму 7. Требует внимания тот факт, что абсолютные и (соответственно при одинаковых нагрузках) относительные теплопотери в теплопроводах с кольцевыми каналами 1 К/Теп и 2К/Теп значительно ниже, чем в прокладке из ПИ-труб: кВт, = 248,6:126,7:94,8, что соответствует соотношениям 1,0:0,51:0,38. В основном это объясняется тем, что (при размерах труб, приведенных в данном примере) наружные поверхности теплопроводов с кольцевыми каналами почти на 21 % меньше, чем наружные поверхности в прокладке из ПИ-труб. Соотношение этих поверхностей составляет 2-400/630/630 = = 1,0:0,787:0,787. При этом температурные и скоростные (т. е. массовые потоки) в теплопроводах ПИ-тр и 2К/Теп почти соизмеримы, т. е. Жпср, м/с, = 1,0:1,84:1,04. В отличие от этого в теплопроводе 1К/Теп повышение нагрузки (до уровня нагрузки <2потр = 10787 кВт в теплопроводе ПИ-тр) достигается путем совместного или раздельного увеличения массового расхода теплоносителя и его температуры. В результате тенденция к снижению теплопотерь в конструкции теплопровода 1К/Теп сопровождается существенным ростом сопротивления (т. е. скорости воды в канале), что не наблюдается в теплопроводе типа 2К/Теп.

Данные, приведенные в табл. 1, позволяют утверждать, что в плане эффективности теплового и гидравлического режимов на первом месте стоит теплопровод 2К/Теп, затем следуют ПИ-тр и 1 К/Теп.

Показатели режимов работы сопоставляемых теплопроводов

Типоразмеры ПИ-тр Типоразмеры ШТеп, мм Типоразмеры 2К/Теп, мм

273,0-5,0/400,0-5,0 273,0-5,0/400,0-5,0 273,0-5,0/457,2-6,3/630,0-6,7 273,0-5,0/323,9-5,6/457,2-6,3/630,0-6,0

Обозн. Разм. ТипТ/П 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Qnarp кВт ПИ-тр 10787 10787 10787 12740 12740 12740 10787 10787 10787 10787

1 К/Теп 10787 10787 4212 12740 12740 4915 10787 4212 4212 448

2К/Теп 10787 10410 10410 12740 12740 12308 10787 10410 10410 10410

А & кВт ПИ-тр 248,6 248,6 248,6 310,8 310,8 310,8 248,6 248,6 248,6 248,6

1 К/Теп 144,5 144,5 136,4 160,5 160,5 172,2 126,7 136,4 137,1 160,6

2К/Теп 94,8 94,8 94,8 121,9 121,8 121,8 94,8 94,8 94,8 94,8

^ЕХ "С ПИ-тр 90,4 90,4 90,4 110,5 110,5 110,5 90,4 90,4 90,4 90,4

ШТеп 110,0 110,0 90,0 110,0 110,0 110,0 90,0 90,0 90,0 90,0

2К/Теп 90,0 90,0 90,0 110,0 110,0 110,0 90,0 90,0 90,0 90,0

Г °С ПИ-тр 89,6 89,6 89,6 109,5 109,5 109,5 89,6 89,6 89,6 89,6

1 К/Теп 73,5 73,5 59,3 81,8 81,8 72,9 66,7 59,3 59,3 42,1

2К/Теп 87,7 87,7 87,7 107,3 107,3 107,3 87,7 87,7 87,7 87,7

^jBX °С ПИ-тр 40,2 40,2 40,2 50,2 50,2 50,2 40,2 40,2 40,2 40,2

1 К/Теп 40,0 40,0 40,0 50,0 50,0 50,0 40,0 40,0 40,0 40,0

2К/Теп 40,0 40,0 40,0 50,0 50,0 50,0 40,0 40,0 40,0 40,0

fbbpi о °С ПИ-тр 39,8 39,8 39,8 49,8 49,8 49,8 39,8 39,8 39,8 39,8

ШТеп 76,0 76,0 70,1 77,8 77,8 86,3 63,0 70,1 70,1 87,2

2К/Теп 40,8 40,8 40,8 50,9 51,0 50,9 40,8 40,8 40,8 40,8

м/с ПИ-тр 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00

ШТеп 1,48 1,48 0,99 1,84 1,84 0,99 1,84 0,99 0,99 0,99

2К/Теп 1,04 1,00 1,00 1,03 1,03 1,00 1,04 1,00 1,00 1,00

КГ м/с ПИ-тр - - - - - - - - - -

ШТеп - - - - - - - - -

2К/Теп 0,15 0,14 0,14 0,15 0,15 0,14 0,15 0,14 0,14 0,14

м/с ПИ-тр 0,97 0,97 0,97 0,96 0,96 0,96 0,97 0,97 0,97 0,97

ШТеп 0,81 0,81 ,0,55 1,01 1,01 0,55 1,02 0,55 0,55 0,55

2К/Теп 0,71 0,69 0,69 0,71 0,71 0,68 0,71 0,69 0,69 0,69

я? Вт/м ПИ-тр 49,7 49,7 49,7 62,2 62,2 62,2 49,7 49,7 49,7 49,7

ШТеп 28,9 28,9 27,3 32,1 32,1 34,4 25,3 27,3 27,4 32,1

2К/Теп 19,0 19,0 19,0 24,4 24,4 24,4 19,0 19,0 19,0 19,0

Ятсф Вт/м ПИ-тр 138,7 138,7 138,7 166,1 166,1 166,1 138,7 138,7 138,7 138,7

ШТеп 80,3 80,3 76,6 91,8 91,8 95,9 71,5 76,6 76,6 85,9

2К/Теп 49,3 49,3 49,3 70,1 70,1 70,1 49,3 49,3 49,3 49,3

Вт/м ПИ-тр 111,0 111,0 111,0 132,9 132,9 132,9 111,0 111,0 111,0 111,0

ШТеп 64,3 64,3 61,3 73,4 73,4 76,7 57,2 61,3 61,3 68,7

2К/Теп 39,4 39,4 39,4 56,1 56,1 56,1 39,4 39,4 39,4 39,4

9%К2 Вт/м ПИ-тр 80,1 80,1 80,1 95,9 95,9 95,9 80,1 80,1 80,1 80,1

1 К/Теп 53,3 53,3 50,8 60,9 60,9 63,7 47,5 50,8 50,8 57,0

2К/Теп 32,7 32,7 32,7 46,5 46,5 46,5 32,7 32,7 32,7 32,7

Удельные стоимости вариантов комплектации теплопроводов (Сщэ, тыс. руб / м ) из уче -

та цен на образующие их трубы и полиуретан. Экономия удельных денежных затрат

на компенсацию теплопотерь АХ™ , руб /(м-ч), в сравнении с нормой. Оценка дискон

тированной прибыли при замене теплопроводов из ПИ-труб теплопроводом типа

«труба в трубе»

тп ПИ-тр Вар. 1 тп ШТеп Вар. 1 Вар. 2 Т„ 2К/Теп Вар. 1 Вар. 2 Вар. 3

Тепло- 29,0 п Сталь 28,0 ц Сталь П-этил 31,0 ц Сталь П-этил П-этил

прово- лет О Сталь лет К/к1 Сталь Сталь лет К/к1 Сталь Сталь П-этил

ды К„и - - - КК1 - - - Кк2 К/к2 Сталь Сталь Сталь

1,2 Тр-об П-этил 1,2 Тр-об П-этил П-этил 1,2 Тр-об П-этил П-этил П-этил

Обозн. Рсг Рпу Рп, Цс, Цоу Цш ц, Т» г

Велич. Г7852,9 80,0 940,0 0,860 6,450 2,846 од 7000,0 0,1

Разм. кг/м3 кг/м3 кг/м3 тыс. руб/кг тыс. руб/кг тыс. руб/кг тыс. руб/кВт-ч ч/год -

Затраты на внедрение теплопровода новой конструкции (тыс.руб/м): верхняя строка - без

учета (С]д,з)/ и нижняя - с учетом / (Ку„ = С^г.з'Кщ,, К1, й) стоимости монтажа и прокладки

Обозн. Разм. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

ПИ-тр Вар. 1 тыс. руб/м 152,9 152,9 152,9 152,9 152,9 152,9 152,9 152,9 152,9 152,9

183,5 183,5 183,5 183,5 183,5 183,5 183,5 183,5 183,5 183,5

Вар. 1 тыс. руб/м 193,2 193,2 193,2 193,2 193,2 193,2 193,2 193,2 193,2 193,2

ШТеп 231,8 231,8 231,8 231,8 231,8 231,8 231,8 231,8 231,8 231,8

Вар. 2 тыс. руб/м 176,0 176,0 176,0 176,0 176,0 176,0 176,0 176,0 176,0 176,0

211,2 211,2 211,2 211,2 211,2 211,2 211,2 211,2 211,2 211,2

Вар. 1 тыс. руб/м 228,0 228,0 228,0 228,0 228,0 228,0 228,0 228,0 228,0 228,0

273,7 273,7 273,7 273,7 273,7 273,7 273,7 273,7 273,7 273,7

2К/Теп Вар. 2 тыс. руб/м 210,9 210,9 210,9 210,9 210,9 210,9 210,9 210,9 210,9 210,9

253,1 253,1 253,1 253,1 253,1 253,1 253,1 253,1 253,1 253,1

Вар. 3 тыс. руб/м 188,0 188,0 188,0 188,0 188,0 188,0 188,0 188,0 188,0 188,0

225,6 225,6 225,6 225,6 225,6 225,6 225,6 225,6 225,6 225,6

Экономия удельных денежных затрат, руб/( м-ч), на транспорт теплоэнергии в сравнении

с нормой потерь через изоляцию теплопровода из ПИ-тр

ПИ-тр руб/(м-ч) 3,04 3,04 3,04 3,38 3,38 3,38 3,04 3,04 3,04 3,04

ШТеп руб/(м-ч) 5,12 5,12 5,28 6,38 6,38 6,15 5,47 5,28 5,27 4,80

2К/Теп руб/(м-ч) 6,11 6,11 6,11 7,15 7,16 7,16 6,11 6,11 6,11 6,11

Дисконтированная прибыль ИРУ, тыс. руб/м, за весь период Гш лет, эксплуатации теплопровода

ПИ-тр Вар. 1 тыс. руб/м 16 16 16 38 38 38 16 16 16 16

ШТеп Вар. 1 тыс. руб/м 102 102 112 184 184 169 125 112 111 81

Вар. 2 тыс. руб/м 122 122 133 205 205 189 145 133 132 101

Вар. 1 тыс. руб/м 132 132 132 201 201 201 132 132 132 132

2К/Теп Вар. 2 тыс. руб/м 153 153 153 222 222 222 153 153 153 153

Вар. 3 тыс. руб/м 180 180 180 249 249 249 180 180 180 180

Срок окупаемости Т„ затраченных средств на изготовление и прокладку теплопровода

ПИ-тр Вар. 1 лет 8,6 8,6 8,6 7,8 7,8 7,8 8,6 8,6 8,6 8,6

ШТеп Вар. 1 лет 6,5 6,5 6,3 5,2 5,2 5,4 6,0 6,3 6,3 6,9

Вар. 2 лет 5,9 5,9 5,7 4,7 4,7 . 4,9 5,5 5,7 5,7 6,3

Вар. 1 лет 6,4 6,4 6,4 5,5 5,5 5,5 6,4 6,4 6,4 6,4

2К/Теп Вар. 2 лет 5,9 5,9 5,9 5,1 5,1 5,1 5,9 5,9 5,9 5,9

Вар. 3 лет 5,3 5,3 5,3 4,5 4,5 4,5 5,3 5,3 5,3 5,3

Расчетно-аналитический (минимальный Т„°) период эксплуатации теплопровода при ИРУ= 0

ПИ-тр Вар. 1 лет 20,9 20,9 20,9 15,7 15,7 15,7 20,9 20,9 20,9 20,9

ШТеп Вар. 1 лет 10,9 10,9 10,3 7,7 7,7 8,1 9,7 10,3 10,4 12,3

Вар. 2 лет 9,3 9,3 8,9 6,7 6,7 7,1 8,4 8,9 8,9 10,4

Вар. 1 лет 10,7 10,7 10,7 8,3 8,3 8,3 10,7 10,7 10,7 10,7

2К/Теп Вар. 2 лет 9,4 9,4 9,4 7,4 7,4 7,4 9,4 9,4 9,4 9,4

Вар. 3 лет 7,9 7,9 7,9 6,3 6,3 6,3 7,9 7,9 7,9 7,9

В табл. 2 приведены показатели экономической эффективности, дисконтированной прибыли и сроки окупаемости исследуемых теплопроводов. Расчеты выполнялись по формулам (14)...(18). Удельная стоимость 1 п. м теплопровода вычислялась, исходя из размеров, плотностей и стоимостей комплектующих его материалов труб, т. е. как произведение удельной стоимости массы, из которой выполнена труба (сталь, полиуретан, полиэтилен), на массу ее отрезка длиной 1 м. Ориентировочные значения капзатрат на реализацию 1 п. м теплопровода с учетом стоимости изготовления труб устанавливались путем введения дополнительных коэффициентов Кш, Кк] и Кк2, используемых в качестве сомножителей к суммарной стоимости комплектующих материалов. Тогда согласно тем же вариантам комплектации и в том же режиме 7:

• удельные затраты на внедрение исследуемых теплопроводов ПИ-тр, 1К/Теп и 2К/Теп соответственно равны

С1>2>3, тыс. руб/м, = 183,5:211,2 :225,6 = 1,0:1,15:1,23;

• экономия удельных денежных затрат за счет снижения теплопотерь в сравнении с нормой, установленной для ПИ-труб, составляет: ,

руб/(м-ч), = 3,04:5,47:6,11 = 1,0:1,80:2,01;

• дисконтированная прибыль за весь расчётный период эксплуатации теплопроводов составляет: ИРУ, тыс. руб/м, = 16:145:180 = 1,0: 9,06:11,25;

• сроки окупаемости затраченных средств на изготовление и прокладку теплопроводов: Ток, лет, = 8,6:5,5:5,3 = 1,0:0,65:0,62.

• расчетно-аналитические периоды работы теплопроводов с момента пуска, в течение которого они лишь «возмещают» затраты инвестора:

Т°, лет, = 20,9:8,4:7,9 = 1,0:0,4:0,38.

Данные, приведенные в табл. 2, позволяют утверждать, что перспективность теплопровода типа 2К/Теп определяется его технико-экономической эффективностью в целом. Здесь на первом месте стоит теплопровод 2К/Теп, затем следуют теплопроводы 1К/Теп и ПИ-тр. Остается неразрешенным вопрос, касающийся конструктивных разработок исследуемых теплопроводов. В этом отношении на первом месте, по-видимому, следует считать теплопровод ПИ-тр, затем 1К/Теп и 2К/Теп. Конкурентоспособность теплопровода типа 1К/Теп определяется повышенной скоростью теплоносителя, что требует увеличения затрат на его транспортирование.

Предлагаемое вниманию программное средство «2Т4К» позволяет достаточно аргументированно выбрать оптимальную конструкцию теплопровода применительно к конкретным размерам теплосети и режимам ее работы, как это показано на основании примерных данных в табл. 1, 2. Многоразовые расчеты и сопоставления полученных результатов позволяют утверждать, что теплопроводы с кольцевыми каналами имеют широкие возможности оптимизации их конструкций при одновременном повы-

шении технико-экономических показателей системы теплоснабжения в целом.

ВЫВОДЫ

1. Разработан метод расчета конечных температур с учетом теплопо-терь в окружающую среду на участке теплообменника, выполненного по принципу «труба в трубе» с одним и двумя кольцевыми каналами. Данный метод расчета положен в основу разработки и исследования режимов работы теплопроводов адекватной конструкции.

2. Перспективность технического решения планируемых разработок подтверждается результатами исследования и расчетов, выполненных с помощью разработанного программного средства на компьютере.

3. Величина теплопотерь (при сопоставимых условиях) в теплопроводах с кольцевыми каналами на 50 % меньше, чем в прокладке из ПИ-труб.

4. Низкие значения теплопотерь в теплопроводах с кольцевыми каналами позволяют установить в них высокий температурный уровень теплоносителя и тем самым обеспечить снижение расхода электроэнергии на его транспорт.

5. Удельные денежные затраты на транспорт теплоэнергии в теплопроводе с кольцевыми каналами типа 2К/Теп значительно меньше, чем в теплопроводе из ПИ-труб.

6. Конкурентоспособность теплопровода типа 1К/Теп достигается повышенной скоростью теплоносителя, что требует увеличения затрат на его транспортирование.

7. Экономия удельных денежных затрат и дисконтированная прибыль от реализации теплопроводов с кольцевыми каналами значительно выше, а сроки окупаемости затраченных средств ниже в сравнении с теплопроводами из ПИ-труб.

ЛИТЕРАТУРА

1. А. с. 1583703 А. СССР. Теплопровод / Ю. А. Зыбин, А. А. Демчишин. - 1990.

2. Байрашевский Б. А. Стабилизация теплового и гидравлического режимов работы теплосетей // Промышленная безопасность. - 2002. - № 7.

3.Байрашевский Б. А., Б о р у ш к о Н. П. Влияние теплопотерь в окружающую среду на температурный режим работы теплообменников // Изв. HAH Беларуси. Сер. ФТН. -2002,- №2.

4. М и х е е в М. А., М и х е е в а И. М. Основы теплопередачи. - М.: Энергия, 1973.

5. И с а ч е н к о В. П., О с и п о в а В. А., С у к о м е л А. С. Теплопередача. -М.: Энергия, 1969.

6. Байрашевский Б. А. Оценка теплопотерь и эффективности работы теплосетей // Изв. HAH Беларуси. Сер. ФТН. - 2004. - № 4.

7. Л и п с и ц И. В., К о с о в В. В. Инвестиционный проект // Методы подготовки и анализа: Учеб.-справ, пособие. — М., 1996.

Поступила 24.06.2005