CC BY
14
Budianu R.H. Grounding for performance requirements for the development of the perspective models and further modernization of national "light" armoured vehicles
The assessment of the level of technical efficiency of national "light" armored vehicles compared with the best foreign models of the similar type has been done. Comparative analysis of the assessment of technical efficiency level of the same type materiel shows that national models of "Dozor-B" and "Cossack" meet the present day requirements and are not substantially inferior to the best in their class foreign models of the same class. Ways of enhancement of performance characteristics of existing models have been grounded with the aim of modernization and development of the perspective models.
Keywords: "light" armoured vehicles, modernization, level of technical efficiency, unified model.
УДК 622.692.4 Доц. Ю.Г. Мельниченко, канд. техн. наук -
1вано-Франшвський НТУ нафти i газу
ВИЗНАЧЕННЯ ДОПУСТИМОГО ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМУ НАПОВНЕННЯ Д1ЛЯНОК МАПСТРАЛЬНИХ ГАЗОПРОВОД1В ПРИРОДНИМ ГАЗОМ
Здшснено огляд дослщжень з вивчення законом1рностей наповнення дщянок га-зопровод1в газом. Запропоновано математичну модель нестацюнарного не1зотерм1чно-го руху газу шд час наповнення дшянки газопроводу. Встановлено 1мов1ршсть шдви-щення температури газу вище допустимого значення, що може стати причиною руйну-вання 1золяцшного покриття та виникнення аваршних ситуацш на мапстральних газопроводах. Дослщжено залежшсть величини зростання температури шд час наповнення дщянок мапстральних газопровод1в продуктом вщ визначальних характеристик проце-су. Розроблено номограми для практичного використання отриманих результатш в умо-вах виробництва.
Ключевi слова: мапстральний газопровод, нестацюнарний не1зотерм1чний процес, моделювання, температура газу.
Постановка проблеми у загальному виглядi та и зв'язок iз важливи-ми науковими чи практичними завданнями. Пiсля спорудження дшянки ма-гiстрального газопроводу швидккть наповнення 11 повiтрям чи природним газом для проведення пневматичних випробувань регламентуетъся вiдповiдними нор-мативними документами, зокрема [1]. При цъому швидшсть пiдвищення тиску у магiстралъному газопроводi обмежуеться значенням 0,3 МПа/год. Це обмеження накладаеться з метою скорочення часу очiкування стабiлiзацií температури газу перед проведенням самих випробувань. Водночас висока швидкiстъ заповнення може призвести до надмiрного нагршання наповнювано! дшянки ^ як наслiдок, руйнування iзоляцiйного покриття на дшянщ, що наповнюеться, або навiтъ до втрати стшкосп трубопроводу. Водночас у кершних документах ввдсутш норма-тиви щодо регламентування швидкостi наповнення дшянок магiстралъних га-зопроводiв пiсля виконання на них каштального чи поточного ремонту. Дивним при цьому е те, що будшельники заповнюють газом або повоям трубопроводи практично тiлъки один раз i вважають за необхiдне регламентувати час наповнення, а для експлуатацшниюв, якi виконують цi операцц десятки або сотнi ра-зiв з необмеженими можливостями за швидкктю заповнення, цей процес в час
абсолютно не регламентуеться. З огляду на невизначешсть iз цим питанням та актуальнкть капiтального ремонту магiстральних газопроводiв для нашо'' дер-жави, необхiдно детально дослщити названий процес.
Аналiз останнгх дослщжень i публiкацiй. Термогазодинамiчний процес наповнення магiстрального трубопроводу газом детально до^джено в ракурсi проведения пневматичних випробувань щойно споруджено'' далянки трубопроводу [2]. Аналiз виконано на прикладi магiстралi дiаметром 1400 мм, довжиною 300 км з юнцевим тиском заповнення 8,5 МПа, початковими температурою газу 2 0С i тиском 0,2 МПа, для яко'' здiйснено розрахунок процесу наповнення да-лянки газом за допомогою математично'' моделi. Автори роботи [2] встановили, що природний газ, що заповнюе трубопровiд, зазнае три моменти: зниження температури, 11 пiдвищения i стабшзащю. При цьому вважаеться, що максимальна температура газу по довжиш трубопроводу досягае величини на 8-10 % вищо1 вiд початково'' i ця зона починаеться на ввдсташ однiеí чвертi загально'' довжини ввд вимикаючого крана.
Подiбне явище спостережено шд час пневматичного випробування тиском 6,05 МПа газопроводу довжиною 4 км, дiаметром 500 мм разом з пиловлов-лювачем, в яких початковий манометричний тиск становив 1,5 МПа, а температура газу була -2 °С [3]. Вщвщ i газорозподiльна станцк (ГРС) перебували в робота i тому пиловловлювачi були покрип льодом та iнеем. Така картина е типовою для умов, коли температура газу нижча ввд нуля, а температура пов^я -трохи вища вiд нуля градуав за Цельсiем. Вивiвши ГРС i газопровiд-вiдвiд з роботи, було в^азу пiдвищено в них тиск шляхом перепуску газу з мапстраль-ного газопроводу. Шд час ще!' операцц пиловловлювачi раптово "заплакали" i в лiченi секунди звшьнилися вiд льоду та iнею. Автор [3] прийняв вихвдну кон-цепцiю про розгляд процесу заповнення газопроводу як умовного руху "поршня" , який стискае газ у трубопроводi перед випробуваннями.
Обидва дослiджения виконано для конкретних геометричних параметр1в дшянок i конкретних значень початкового перепаду тиску мiж дшянкою i дже-релом тиску. У такому раз^ необхiдно значно розширити дiапазон можливих геометричних параметр1в дшянок i перепадiв тиску мiж наповнюваними та ви-порожнюваними дшянками трубопроводов.
Якщо висловленi вище висновки справедливi для процесу стиснення газу пiд час наповнення дшянок газопроводiв, то логiчно припустити, що пiд час 'х випорожнення мае спостерiгатися зворотна картина, тобто на дшянщ, яка ви-користовуеться як ресивер, мае спостертатись охолодження газу. Якщо при цьому природний газ був насичений вологою i температура його була низькою, то на дшянщ-ресивер^ з яко'' перепускають продукт у наповнювану дiлянку, шд час розширення газу можливе пониження його температури нижче вiд границ зони гiдратоутворения або навiть нижче ввд точки роси газу, що, водночас, призведе до утворення пдратних вiдкладень на стiнцi труби або накопичення вшьно'' вологи у понижених мiсцях траси. Таким чином, об'ектом дослвдження мае бути не тшьки наповнювана далянка трубопроводу, але i далянка, яка вико-ристовуеться як джерело газу шд тиском.
Мета дослвдження - провести шггацшне моделювання процесу пере-пускання газу з одше'' длянки газопроводу в iншу та встановити умови виник-нення явищ надмiрного нагрiвания та охолодження газу шд час цього процесу.
Викладення основного матерiалу дослщження. Математична модель одновишрного нестацiонарного неiзотермiчного руху газу на дшянщ мапс-трального газопроводу описуеться моделлю, яка е сукупнктю законiв збере-ження маси, шпульсу, енерги та рiвияния теплопровiдностi i у диференцiальнiй формi мае такий вигляд [5]:
э(р) + v d(r) =_pfx _эр _ 4 _Э_
Эх Эх 3 Эх
P| е +
pv2
Эг
Э
+ v — Эх
m
эр | Эр) — 0;
Эг Эх
P е +
pv2
Сстрс
ЭТст
' Эг
— Лсг
ЭТ
+Р p
pDa1
— P4r +
Эх
Эх2 pDs2/4
(T _ Tcm ) +
л( ЭТ
{ Эх pD3a2
(1)
(Toe Тст );
де: г - час; х - поздовжня координата трубопроводу; р - густина газу; р - тиск газу; V - швидккть руху частинок газу в задашй точщ потоку; /х - проекпдя рiвнодiйноí' всiх масових сил, що ддать на частинки газу, на горизонтальну вiсь ОХ, орiеитовану уздовж осi трубопроводу; т - динамiчна в'язкiсть газу; е - пи-тома виутрiшия енерпя газу; - питома кшьккть тепла, отримана одиницею об'ему газу ввд зовнiшнього джерела; Т, Тст - температура газу та стшки труби вiдповiдно; 1, 1т - теплопроввдшсть газу та стiнки труби ввдповщно; а1, а2 -коефщент тепловiддачi вiд газу до стшки та ввд стiнки в навколишне середови-ще вiдповiдно.
Запропонована модель розв'язана методом кшцевих рiзииць iз неявною схемою розбиття й апроксимащею граничних умов рiзницевими аналогами другого порядку. Для моделювання руху газу через кран необидно врахувати той факт, що внаслщок високого перепаду тиску на краш потж газу через отвiр за-шрного органу крану може бути критичним. Тому для визначення значення матово'' витрати через кран необхщно використовувати формули Сен-Венана-Ван-целя, однак при цьому потрiбно додатково ввести коефщент витрати для вра-хування вiдхиления реального потоку газу через кран ввд теоретичного:
Ро .
• якщо виконуеться умова — >
Р1
2 к +1
к к_1
M — rnoFo^
2к к _ 1
PiPi
2
Ро ^к Р1,
(2)
• якщо виконуеться умова — <
Р I к +1
к к_1
2
Э
2
2
PD//4
к
М = МсРо
2
2к
рр
(3)
„к +1) \ к +1
де: то - коефiцieнт витрати отвору; ¥0 - площа мiнiмального перерiзу отвору; к - стала Больцмана для газу; р1,р - тиск i густина газу в дiлянцi iз вищим значениям тиску; ро,ро - тиск навколишнього середовища i густина газу шд тис-ком навколишнього середовища;
Коефiцieнт витрати то залежить вiд ступеня стиснення газу в отвор^ режиму руху газу, структури розподiлу швидкостей по перерiзi струменя, яка, водночас, залежить вщ форми отвору. Переважно цей коефщент визначаеться експериментально. Встановлено, що в разi високих перепадiв тиску коефшденг витрати з достатньою точшстю описуеться за залежностями, прийнятими у кла-сичнiй гiдравлiцi [5]. На основi наведено!' моделi розроблено програмний стимулятор роботи магiстральних газопроводов у нестацiонарних режимах, даало-гове вгкно якого подано на рис. 1. Використовуючи наведену модель, проведено розрахунок процесу наповнення дшянки магiстрального газопроводу шляхом перепускання газу зi сумiжноí дшянки, результати якого подано на рис. 2.
Рис. 1. Дiалогове вшно стимулятора роботи магiстральних газопроводiв у нестащонарнихрежимах
Рис. 2. Змта температури газу тд час заповнення дшянки магштрального газопроводу: а) через лМйний кран; б) через байпасний кран
Процес наповнення дшянки газопроводу тсля проведения на нш ремон-тних робiт характеризуеться зупинкою наповнення тсля досягнення тиску у на-повнюванiй дiлянцi 2 МПа [6]. Протягом двох годин здшснюеться огляд напов-нювано! дшянки на предмет наявноот на нш видимих ознак негерметичностi газопроводу. У разi вiдсутностi останнiх подальше наповнення дшянки до про-хiдного тиску проводиться безперервно. При цьому у нормативному докуменл не наголошено на способi пiдвищення тиску, тобто через який кран пропускаемся природний газ у наповнювану дiлянку: через байпасний чи через ль ншний кран. Тому розглянуто процес наповнення дшянки газопроводу через ль ншний (рис. 2, а) i байпасний (рис. 2, б) крани. Дiаметр байпасного крану ста-новить приблизно 0,3БК, де БК - номшальний дiаметр газопроводу [4].
Для пробного розрахунку прийнято найменш сприятливi умови з точки зору пониження температури у дшянщ, з яко! надходить газ, а саме:
• робочий тиск у сумiжнiй дiлянцi максимальний i дорiвнюе 7,5 МПа;
• дшянка, з яко1 пропускаеться газ, е iзольована вiд магiстрального газопроводу лшшним краном;
• довжини сумiжних дiлянок максимальнi згiдно з [4] i дорiвнюють 30 км;
• внутршнш дiаметр максимальний i дорiвнюе - 1392 мм;
• температура грунту на глибиш залягання трубопроводу мМмальна для нашого регiону i становить 2 °С;
• температура продукту на початку процесу перепускання рiвна температурi грунту, що зумовлено тим, що в процесi ремонту сумiжнi дiлянки газопроводу працювали тшьки для подачi газу до систем газопостачання, тобто на незнач-них продуктивностях.
Процес наповнення дшянки газу розпочинаеться у момент часу /=1000 с. Як видно з результат наповнення дшянки газом, нашнтенсившше змь нюеться температура газу у дшянщ, яка наповнюеться газом, причому в разi збшьшення швидкостi наповнювання дiлянки максимальна температура газу на нш теж зростае. Так, для дослщжувано! дiлянки газопроводу максимальна температура газу становитиме близько 54 °С i утримуватиметься на такому рiвнi приблизно 300 с, чого може бути цшком достатньо для пошкодження iзоля-цшного покриття. Користуючись моделлю, складено номограми (рис. 3) для визначення максимально! температури газу тд час процесу перепускання газу мiж дшянками iз тиском 7,5 МПа та тиском 2,0 МПа залежно вiд дiаметра трубопроводу та дiаметра перепускного крану (лшшного або байпасного), як
представлено на рис. 3, а i 3, б. На рис. 3, в та 3, г показано залежносп максимально! температури газу, яка досягаеться тд час наповнення дшянки з БК=1400 мм магiстрального газопроводу газом, вщ довжини наповнювано! дь лянки iз перепадом тиску 7,5 i 2,0 МПа, а також вщ перепаду тиску для напов-нювано! дшянки довжиною 30 км.
Рис. 3. Номограми для визначення максимальное змти температури газу тд час перепускания газу мЬж дтянками: а) через лтйний кран; б) через байпасний кран;
в) через лтйний кран залежно вгд довжини наповнюваног дшянки;
г) через лтйний кран залежно вгд перепаду тиску м1ж дтянками
Висновки. Як свщчать результати розрахунку, гшотеза щодо змши температури газу у газопроводi тд час його наповнення тдтверджуеться. Отрима-н залежносп дають тдстави зробити висновок про те, що номограми, побудо-ваш для найпрших умов перепускання газу, можуть бути орiентирними даними для експлуатуючих оргашзацш для проведення перепускання з безпекою сто-совно перевищення температури газу у газопроводi вище допустимого значен-ня. Водночас, згiдно з рис. 3, в юнуе висока небезпека значного тдвищення температури газу в разi швидкого наповнення коротко'! (значно коротшо'! 30 км) дшянки газопроводу продуктом тд високим тиском, що може призвести до на^вання стшок трубопроводу, а також розм'якшення та порушення суцшь-ностi захисного iзоляцiйного покриття трубопроводу.
Лiтература
1. Магистральные трубопроводы. СНиП Ш-42-80. - [чинний вiд 1981-01-01]. - М. : Госстрой СССР, 1981. - 43 с. - (Бущвельш норми та правила).
2. Тугунов ПИ. Гидродинамические и теплопые процессы при испытании магистральных газопроводов / ПИ. Тугунов, Б. Л. Кривошеин, Ю.В. Колотилин // Газовая промышленность. Обзорная информация. - Сер.: Транспорт и храпение газа. ВНИИЭгазпром. - 1986. - 253 с.
3. Кутынский Я.М. О температурном феномене в газопроводах / Я.М. Кутынский // Нефть и газ : сб. науч. тр. - 1993. - № 2. - С. 25-27.
4. Магистральные трубопроводы: СНиП 2.05.06-85. - [чинний ввд 1985-03-18]. - М. : ГУП ЦПП, 1997. - 70 с. - (Будшельш норми та правила).
5. Мельниченко Ю.Г. Прогнозування нестащонарних процеив в складних газотранспор-тних системах при аваршннх ситуацкх : дис. ... канд. техн. наук: спец. 07.07.10 / Мельниченко Юрш Гримиславович. - 1вано-Франкшськ, 2010. - 152 с.
6. Охорона пращ. Вогневi роботи. 1нструкцш: СОУ 60.3-30019801-073:2012. - [чинний вщ 2012-09-10]. - К. : ДК "УКРТРАНСГАЗ", 2012. - 96 с.
Мельниченко Ю.Г. Определение допустимого температурного режима наполнения участков магистральных газопроводов природным газом
Проведен обзор исследований по изучению закономерностей наполнения участков газопроводов газом. Предложена математическая модель нестационарного неизотермического движения газа при наполнении участка газопровода. Установлена вероятность повышения температуры газа выше допустимого значения, что может стать причиной разрушения изоляционного покрытия и возникновения аварийных ситуаций на магистральных газопроводах. Исследовано влияние характеристик процесса на значение максимальной температуры газа при наполнении участков магистральных газопроводов. Разработаны номограммы для практического использования полученных результатов в условиях производства.
Ключевые слова: магистральный газопровод, нестационарный неизотермический процесс, моделирование, температура газа.
Melnychenko Yu. G. Defining the Acceptable Temperature Conditions for Pressure Elevation in Main Gas Pipeline Sections
A review of researches related to the study of the process of pressure elevation during filling the section of main gas pipelines is presented. A mathematical model of transient non-isothermal gas flow, which appears during the filling of main gas pipeline, is proposed. The probability of increasing the gas temperature above the acceptable degree that may result in the destruction of the insulation coating of the main gas pipelines as well as emergency situations may occur. The dependence between the degree of increasing inner product temperature and values of corresponding characteristics was researched. The number of nomograms for industrial use of the provided research results was developed.
Keywords: main gas pipeline, transient non-isothermal process, modelling, natural gas temperature.
УДК338.43:620.91(045) Доц. О.В. Сидоров, канд. техн. наук;
студ. АЛ. Калтовська; студ. i.Ю. Кравченко -Нащональний авiацiйний утверситет, м. Кшв
ПЕРСПЕКТИВИ ВИКОРИСТАННЯ АЛЬТЕРНАТИВНИХ ДЖЕРЕЛ ЕНЕРГН В ЧИГИРИНСЬКОМУ РАЙОН1
Розглянуто особливост застосування технологий альтернативно! енергетики на те-ритори Чигиринського району Черкасько! области Проаналiзовано сприятливють при-родних умов та шфраструктури Чигиринського району для впровадження альтернатив-них джерел енергп. Представлено результати розрахунюв енергетично! та економiчноi ефективност впровадження альтернативних джерел енергп (вггрова та сонячна енергш, бюгаз, вщходи сшьського та люового господарств) та оцшено перспектившсть !х впровадження для цього району. Виконано SWOT-аналiз використання в^огенераторгв, со-нячних батарей, бюгазових установок та вiдходiв сiльського та лiсового господарства як палива в альтернативнiй енергетищ району.
Ключовi слова: альтернативна енергетика, вiтрова енергiя, сонячна енергiя, бь огаз, вiдходи.
