Issn молодой учёныйМеждународный научный журналВыходит два раза в месяц 10 (114) Редакционная коллегия bГлавный редактор
 Скачать 5.47 Mb.
|
|
245 Technical Sciences “Young Scientist” . #10 (114) . May 2016 19. Surmeneva, M. A., Surmenev R. A., Pichugin V. F., Koval’ N. N., Teresov A. D., Ivanova A. A., Yu I., Ignatov V. P., Primak O. Adhesion Properties of a Silicon Containing Calcium Phosphate Coating Deposited by RF Magnetron Sputtering on a Heated Substrate // Journal of Surface Investigation. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2013. V.7. № 5. Р. 944–951. 20. Mège-Revil, АР of multilayered TiSiN nanocomposite coatings synthesized by a hybrid physical/chemical vapour deposition process // Thin Solid Films. 2010. V. 518. № 21. Р. 5932–5937. 21. Naoe, M., Yamanaka Sh. Evaporation of silicon by vacuum-arc discharge // Japanese Journal of Applied Physics. 1969. Vol. 8, no. 2. P. 287–288. DOI: 10.1143/JJAP.8.28. 22. Марахтанов, М. К, Духопельников Д. В, Жуков А. В, Кириллов Д. В, Мелик-Парсаданян А. К, Пархо- менко ЮН. Вакуумная дуга с монокристаллическим кремниевым катодом для получения наноструктуриро- ванных материалов // Справочник. Инженерный журнал с приложением. 2008. № 9. с. 22–27. 23. Духопельников, Д. В, Кириллов Д. В, Рязанов В. А. Исследование профиля выработки катода дугового испарителя с арочным магнитным полем//Наука и образование. МГТУ им. Н. Э. Баумана. Электрон. журн. 2012 № 11. Режим доступа http://technomag.edu.ru/doc/482485.html (дата обращения 24.02.2016). DOI: 10.7463/1112.0482485. 24. Кесаев, И. Г, Пашкова В. В. Электромагнитная фиксация катодного пятна // Журнал технической физики. 1959. Т. 29, № 3. с. 287–298. 25. Духопельников, Д. В, Жуков А. В, Костин А. А, Юрченко А. А. Управление движением катодного пятна в линейных вакуумно-дуговых испарителях // Упрочняющие технологии и покрытия. 2005. № 11. с. 45–49. 26. Духопельников, Д. В, Кириллов Д. В, Марахтанов М. К, Воробьев Е. В, Булычёв В. С. Вакуумная дуга на поликристаллическом кремниевом катоде // Наука и образование научное издание МГТУ им. Н. Э. Бау- мана. 2014. № 11. с. 188–197. Режим доступа http://technomag.bmstu.ru/doc/748209.html (дата обращения 24.02.2016). 27. Андреев, А. А, Саблев Л. П, Шулаев В. М, Григорьев С. Н. Вакуумно-дуговые устройства и покрытия. Харьков ННЦ ХФТИ, 2005. 236 с. Береговский, В. В, Марахтанов М. К, Духопельников Д. В, Щуренкова С. А. Объемное содержание и дисперсный состав капельной фазы в покрытиях, полученных вакуумно-дуговым методом на установке PLATIT π-80 // Упрочняющие технологии и покрытия. 2009. № 1. с. 3–5. 29. Духопельников, Д. В, Юрченко А. А. Экспериментальное исследование технологического ускорителя с анодным слоем Радикал без катода компенсатора // Вестник Московского технического университете им. Н. Э. Баумана. Серия Машиностроение. 2004. № 3. с. 74–83. 30. Kasdan, А, D Goshorn D. P. Ion bombardment control of morphology during the growth hydrogenated amorphous silicon thin films by reactive ion beam deposition // Appl. Phys. Lett., 1983. V. 42. № 1. P. 36–38. 31. Wua, J. — J., Wub C. — T., Liaoa Y. — C., Lud T. — R., Chenb L. C., Chena K. H., Hwac L. — G., Kuod C. — T., Lingc K. — J. Deposition of silicon carbon nitride films by ion beam sputtering // Thin Solid Films. 1999. V. 355– 356. P. 417–422. 32. Zhoua, F., Yuea B., Wanga X., Wub X., Zhuge L. Surface roughness, mechanical properties and bonding structure of silicon carbon nitride films grown by dual ion beam sputtering // Journal of Alloys and Compounds. 2010. V. 492. № 1–2. Р. 269–276. 33. Lambrinos, M. F., Valizadeh R., Colligon J. S. Effects of bombardment on optical properties during the deposition of silicon nitride by reactive ion-beam sputtering // Applied Optics. 1996. V. 35. № 19. Р. 3620–3626. 34. Гусев, АС, Рындя СМ, Каргин НИ, Бондаренко Е. А. Низкотемпературный синтез тонких пленок карбида кремния метродом вакуумной лазерной абляции и исследование их свойств // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2010. № 5. с. 18–22. 35. Неволин, В. Н, Фоминский В. Ю, Гнедовец А. Г, Романов Р. И. Особенности импульсного лазерного осаждения тонкопленочных покрытий с применением противокапельного экрана // Журнал технической физики. 2009. Т. 79. № 11. с. 120–127. 36. Solla, E. L., Gonzalez Р, Serra J., Chiussi S., Leon B., Garcıa Lopez J. Pulsed laser deposition of silicon substituted hydroxyapatite coatings from synthetical and biological sources // Applied Surface Science. 2007. V. 254. № 4. Р. 1189–1193. Технические науки «Молодой учёный» . № 10 (114) . Май, 2016 г. О возможности использования центробежного ректификационного аппарата для регенерации метанола Костюк Сергей Владимирович, директор; Рязанов Антон Валентинович, кандидат технических наук, ведущий инженер; Апарин Артем Константинович, инженер Уренгойский филиал ПАО «ВНИПИгаздобыча» В статье обосновывается актуальность регенерации метанола на установках комплексной подготовки газа месторождений и станциях подземного хранения газа, описано устройство, приведены достоинства и недостатки центробежного ректификационного аппарата для регенерации метанола в сравнении с существующими установками. Статья предназначена для специалистов нефтяной и газовой отраслей промышленности и машиностроительных предприятий, для научных и инженерно-технических работников, занятых изучением, исследованием, расчетом, разработкой, проектированием и эксплуатацией ректификационного оборудования и установок. Ключевые слова установка комплексной подготовки газа месторождений,регенерация метанола, центробежный ректификационный аппарат, массообмен, вал ротора. Н а нефтегазоконденсатных месторождениях (далее НГКМ) и станциях подземного хранения газа (далее СПХГ) с целью предупреждения образования кристаллогидратов в шлейфах, коллекторах и внутриплощадочных газопроводах в них предусмотрена подача метанола. Метанол обладает высокой степенью понижения температуры гидратообразования, способностью быстро разлагать уже образовавшиеся гидратные пробки и смешиваться с водой в любых соотношениях, обладает малой вязкостью и низкой температурой замерзания. Наиболее распространен на газовых промыслах способ подачи метанола (СН 3 ОН) в струю газа. При этом он образует с парообразной и жидкой влагой спиртоводные смеси, температура замерзания которых значительно ниже нуля. Пары воды поглощаются из газа, что значительно снижает точку росы, и, следовательно, создаются условия для разложения гидратов или для предупреждения их образования. Метанол доставляется на газовые промыслы автомобильными и железнодорожными цистернами, а также трубопроводным транспортом. Уникальные условия России удаленность основных НГКМ от транспортных артерий и центров промышленной инфраструктуры, суровый климат, требующий большого количества метанола для предотвращения гидратообразования, и высокая стоимость доставки метанола в районы промыслов диктуют необходимость в его регенерации. Потребность в метаноле, только в районе Уренгоя, составляет примерно 100 тысяч тонн в год. Доставка метанола на промыслы Крайнего Севера как минимум удваивает его заводскую стоимость. Согласно оценкам, приведенным в [1], затраты на борьбу с гидратообразованием составляют до 20% от промысловой себестоимости газа и до 5÷8% от всех капитальных затрат в газодобывающей промышленности. Применяемые в России установки регенерации метанола (далее РМ) обладают значительной энерго- и металлоемкостью, что существенно увеличивает первичные капиталовложения, затраты на ремонт, очистку внутренних поверхностей и поэтому работы, направленные на повышение эффективности процесса РМ, снижения энергопотребления оборудования являются актуальной задачей. Целью настоящей работы является рассмотрение новой технологии регенерации метанола в сравнении с существующими. В настоящее время на установках комплексной подготовки газа (далее УКПГ) месторождений и СПХГ России в основном применяются установки РМ, основанные на гравитационном принципе разделения водометанольного раствора (далее ВМР). Массообменные процессы и разделение ВМР по фракциям осуществляется в ректификационных колоннах различной конструкции и наполнения На рис. 1 показана принципиальная схема ректификационной установки РМ колонного типа. В трапе — дегазаторе ВМР дегазируется от растворенного в нем газа и через промежуточный теплообменник поступает в среднюю часть ректификационной колонны, температура верха которой поддерживается подачей орошения, а температура низа — парами воды, поступающими из испарителя. Нагрев воды в испарителе осуществляется за счет тепла продуктов сгорания топливного газа (или теплом пара в случае парового испарителя. Пар в колонне идет снизу-вверх, а жидкость стекает сверху-вниз. На каждой тарелке колонны пари жидкость вступают в контакт. Поскольку между жидкостью и паром отсутствует равновесие, тона тарелке между ними происходит обмен компонентами (массообмен, в результате которого пар обогащается более летучим (низкокипящим) компонентом метанолом, а жидкость — менее летучим (вы- сококипящим) компонентом — водой. Далее пары насыщенного метанола сверху колонны поступают в аппарат воздушного охлаждения, где конденсируются, охлаждаются и направляются в накопительную ёмкость и частично на орошение колонны 247 Technical Sciences “Young Scientist” . #10 (114) . May Рис Принципиальная схема ректификационной установки РМ колонного типа К недостаткам существующих ректификационных колонн РМ можно отнести большие размеры аппарата обуславливающие высокие металлоемкость и энергоемкость крупные первичные капиталовложения частое загрязнение тарелок существенные затраты на ремонт и чистку внутренних поверхностей. Однако, за рубежом не так давно стали использовать новый принцип для регенерации метанола, реализованный в центробежных ректификационных установках различной конструкции [4–8]. Сущность этого принципа разделения ВМР заключается в преимущественной замене гравитационного поля Земли центробежной силой. На рис. 2 показана принципиальная схема центробежного ректификационного аппарата для регенерации метанола с вертикальной осью вращения. Согласно схеме, ротор представляет собой вал с кольцевыми цилиндрическими насадочными слоями, размещёнными в корпусе на диске, с приводом от электродвигателя. В роторе под действием значительной центробежной силы создается большая, динамически обновляемая, поверхность газожидкостного взаимодействия. Жидкость подается в установку через стационарный распределитель, расположенный в центре ротора, ив виде струй и капель течет через поры по внутреннему пространству насадки в радиальном направлении наружу под действием центробежной силы, далее вылетает из насадки струями капель, ударяется о стенки корпуса, стекает по ним под действием силы тяжести, и выводится из нижней части корпуса. Пар под давлением тангенциально вводится в корпус противотоком по отношению к жидкости, далее покидает насадку в центральной части ротора через выпускную трубу. Массоперенос в основном происходит в насадочном слое ротора, и кроме того, значительный массообмен происходит в пространстве между ротором и корпусом. В результате создается противоточное взаимодействие жидкости и газа с многократными циклами испарени- я-конденсации, обуславливающие следующие достоинства центробежной ректификационной установки [7–9]: – большая площадь контакта между жидкой и газовой фазой значительно более высокие объемные коэффициенты массообмена позволяют использовать компактные размеры меньшая металлоемкость и, соответственно, вне- сколько раз ниже стоимость установки в сравнении с существующими КПД восстановления 99,5%; – быстрый запуск в течении 2 часов отсутствует необходимость чистки внутренней поверхности, т. кона самоочищающаяся; Технические науки «Молодой учёный» . № 10 (114) . Май, 2016 г отсутствуют узлы, требующие обслуживания замена торцевых уплотнений производится без разборки аппарата и без применения специального оборудо- вания. К недостаткам относятся затраты на электроэнергию для двигателя привода, а также мероприятия, направленные на снижение вибрационных нагрузок установки Анализ достоинств и недостатков существующей и новой технологии регенерации метанола актуализирует исследования, направленные на изучение и оптимизацию процессов массообмена в центробежных ректификационных установок для регенерации метанола для подтверждения возможности их применения на Российских УКПГ месторождений и СПХГ. Литература: 1. Чайка, СЕ. Попутный нефтяной газ. Реальность и перспективы / СЕ. Чайка, А. М. Шкода // Межотраслевой журнал — Химическая техника. — 2007. — № 6. 2. Плановский, АН. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии / АН. Плановский, ПИ. Николаев — М Изд-во Химия, 1987. — 496 с. Подготовка и переработка углеводородных газов и конденсата. Технологии и оборудование Справочное пособие Г.К Зиберт и др — М ОАО “Недра-Бизнесцентр”, 2001. — 316 с. Ramshaw, C.; Mallinson, R. H. Mass Transfer process.US Patent 4283255.1981. 5. Z. C. Xu, Y. L. Yu, J. B. Ji, Rotating zigzag high-gravity bed and its application in distillation, Petrochem. Technol. 34 (2005) 778–781 (in Chinese). 6. Yong Luo, Guangwen Chu, Le Sang, Haikui Zou, Yang Xiang, Jianfeng Chen A two-stage blade-packing rotating packed bed for intensification of continuous distillation // Chinese Journal of Chemical Engineering. 2016. Vol. 24 (1). pp. 109–115. 7. Nascimento, J. V. S., Ravagnani T. M. K., Pereira J. A. F. R. Experimental study of a rotating packed bed distillation column // Brazilian Journal of Chemical Engineering. 2009. Vol. 26, No 01, pp. 219–226. 8. Ankur Pramanik, Prof. Siddhartha Datta, Prof. Avijit Bhowal Distillation studies in a rotating packed bed contactor (HiGee). 2010. p. 64. 9. Официальный сайт завода ООО «Цекон» г. Пермь http://www.cekon.ru/ http://npz.tdpartners.ru/ 10. Самарин, АН. Вибрации трубопроводов энергетических установок и методы их устранения / АН. Самарин — М Изд-во Энергия, 1979. — 288 с. Рис. 2. Принципиальная схема центробежного ректификационного аппарата для регенерации метанола с вертикальной осью вращения 249 Technical Sciences “Young Scientist” . #10 (114) . May Определение теплопотерь через теплоизоляцию трубопроводов теплоснабжения при подземной прокладке в непроходных каналах Кочеткова Юлия Александровна, студент; Рафальская Татьяна Анатольевна, кандидат технических наук, доцент Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин) Проведено сравнение методик расчёта теплопотерь трубопроводами системы теплоснабжения для различных типов и плотности тепловой изоляции. Проведённые расчёты позволяют выбрать оптимальную толщину тепловой изоляции трубопроводов систем теплоснабжения и оценить потери теплоты. Ключевые слова тепловая изоляция, трубопроводы, теплоснабжение, тепловая сеть, тепловые потери. З а период эксплуатации тепловых сетей в системе централизованного теплоснабжения (СЦТ) Новосибирска (первая тепловая сеть диаметром у =350 мм и длиной L=2.0 км от ТЭЦ была построена в 1938 году) нормы тепловых потерь (линейная плотность теплового потока) для сетей законодательно корректировались в меньшую сторону) три раза. Это Нормы 1959 года, Нормы 1991 года и Нормы 1998 года. Так, например, последние Нормы линейных тепловых потерь от первых норм 1959 года уменьшены в среднем на 62% для подземной прокладки в непроходных каналах. Для прогнозирования доли тепловых потерь в тепловых сетях, качественного расчёта теплоизоляционных конструкций, учитывающего местные условия эксплуатации, ОАО «Новосибирскгортеплоэнерго» совместно с кафедрой Теплогазоснабжения и вентиляция НГАСУ (Сибстрин) была разработана методика расчета Процесс теплопередачи через стенки труби слой те- плогидроизоляционной конструкции, применяемых при строительстве и эксплуатации в системах теплоснабжения городов характеризуется законами теплопереноса тепловой энергии от транспортируемой горячей среды в окружающую холодную среду (воздух, грунт, вода, и наоборот от нагретого воздуха в канале к транспортируемой холодной среде. Как правило, транспорт горячей среды всегда сопровождается с вынужденными величинами тепловых потерь. Тепловые потери являются функцией теплопроводности материалов и различием между величинами температур горячей и холодной среды: Q тп =ƒ (и, ива теплопроводность — функцией плотности и влажности применяемого теплоизоляционного материала и ƒ ( ρ, На практике, в качестве теплоизоляционных материалов, в большинстве случаев применяются — минерало- ватные маты и их аналоги, или пенополиуретан. В условиях эксплуатации, любой теплоизоляционный материал подвержен воздействию природных и техногенных факторов. К природным факторам можно отнести подтопление водами талого снега и дождя, повышенная влажность и туман, повышенный уровень грунтовых водит. д к техногенным факторам — подтопление водой из поврежденного трубопровода теплосети или смежных коммуникаций и т. д. Это влечет к неизбежности увлажнения теплоизоляции, ее заиливания и ухудшения теплотехнических свойств (увеличения теплопроводности, уменьшения толщины теплоизоляционного слоя от проектных зна- чений. Наличие влаги в теплоизоляционных материалах характеризуется) тремя состояниями насыщения капиллярно-разобщенное или стыковое (состояние защемленной воды, когда большая часть объема порте- плоизоляционного материала занята воздухом и сообщена с воздухом, а вода занимает только суженную небольшую часть пор канатное или чёточное, когда вода образует непрерывную сетку с воздушными пузырьками в центре пор, невзаимодействующими друг с другом и наружным воздухом капиллярное (состояние влаго-насыщения), когда ячейки пор полностью заполнены водой) тремя режимами тепло-массо-передачи: – при объемной влажности (о > 4%) — закритиче- ский режим, при котором отвод теплоты происходит за счет теплопроводности через теплоизоляционные материалы и за счет теплопроводности воды содержащийся в её порах при объемной влажности (о < 4%) — докри- тический режим, при котором отвод теплоты происходит за счет теплопроводности через теплоизоляционный материал и за счет уноса теплоты с паром (разрыв капиллярной сетки, поры сообщаются с наружным воздухом при массовой влажности (м < 1%) — режим абсолютно сухого тела, при котором отвод теплоты осуществляется по закону Фурье, и только за счет теплопроводности теплоизоляционного материала. Эти состояния и режимы работ необходимо учитывать при расчетах фактических тепловых потерь (Q тп ф) через теплоизоляционные конструкции и коэффициента теплопроводности (и) теплоизоляционного материала, что обеспечивает получение более точных результатов Технические науки «Молодой учёный» |