Про доцільність використання квазідвовимірної математичної моделі для оцінки вирогідності відмови роботоздатності внаслідок появи прогарів в трубчастих газових нагрівачах

Abstract

UK: Мета. Одинична властивість надійності, яка знайшла відображення в даній роботі, є безвідмовність. Експлуатація трубчастих газових нагрівачів характеризується рядом специфічних особливостей, що впливають на рівень аварійності (поломки). До числа таких особливостей відносяться відмови роботоздатності, внаслідок різних типів пошкоджень трубчастої частини нагрівача. Такими пошкодженнями є прогари, що відбуваються, як правило, через внутрішню високотемпературну корозію. Як показують експериментальні дослідження, продукти згоряння газу, просуваючись уздовж трубчастої частини, нагрівають поверхню нагрівача нерівномірно. Метою даної роботи є оцінка ймовірності відмов роботоздатності нагрівача шляхом удосконалення методики його розрахунку. Для досягнення мети необхідно розробити таку модель теплового та гідравлічного режимів ТГН, яка б враховувала нерівномірність розподілу температур по периметру поверхні нагрівача по його довжині. Методика. Аналіз ймовірності відмов роботоздатності, внаслідок прогарів, дав можливість розробити квазідвовимірну математичну модель теплового та гідравлічного режимів, яка складається з рівнянь теплообміну і руху. Представлені рівняння математичної моделі відрізняються від відомої опублікованої математичної моделі [3] рівняннями зв'язку розподілу температури по поверхні нагрівача в залежності від кутової координати. У розробленому алгоритмі розрахунку [3,7-9], у відповідних пунктах програми, був введений додаток у вигляді емпіричної залежності безрозмірного виду. В останній виділена сукупність параметрів, що впливають на розподіл температур по периметру нагрівача за рахунок конвективного руху. Результати. Отримані необхідні експериментальні дані про характер зміни температури по периметру нагрівача. Розроблено емпіричну залежність, в якій враховано вплив розподілу температур не тільки по лінійній, але і по кутовій координатам. Наукова новизна. Розроблено квазідвовимірну математичну модель теплового та гідравлічного режимів, яка додатково враховує нерівномірність розподілу температур по периметру нагрівача в залежності від кутової координати. Отримано методику розрахунку, яка дає можливість оцінити ймовірність відмов роботоздатності ТГН внаслідок прогарів. Практична значимість. Розроблено алгоритм і модифікована програма для розрахунку за допомогою комп’ютера. Отримані результати розрахунку можуть бути використані під час проектування, експлуатації та аналізу діючого устаткування в системах теплопостачання з трубчатими газовими нагрівачами.

RU: Цель. Единичным свойством надежности, которое нашло отражение в данной работе, является безотказность. Эксплуатация трубчатых газовых нагревателей характеризуется рядом специфических особенностей, влияющих на уровень аварийности (поломки). К числу таких особенностей относятся отказы работоспособности, вследствие различных типов повреждений трубчатой части нагревателя. К таким повреждениям относятся прогары, происходящие, как правило, из-за внутренней высокотемпературной коррозии. Как показывают экспериментальные исследования, продукты сгорания газа, продвигаясь вдоль трубчатой части, нагревают поверхность нагревателя неравномерно. Целью данной работы является оценка вероятности отказов работоспособности нагревателя путем усовершенствования методики его расчета. Для достижения цели необходимо разработать такую модель теплового и гидравлического режимов ТГН, которая бы учитывала неравномерность распределения температур по периметру поверхности нагревателя, по его длине. Методика. Анализ вероятности отказов работоспособности, вследствие прогаров, дал возможность разработать квазидвумерную математическую модель теплового и гидравлического режимов, которая состоит из уравнений теплообмена и движения. Представленные уравнения математической модели отличаются от известной опубликованной математической модели [3] уравнениями связи распределения температуры по поверхности нагревателя в зависимости от угловой координаты. В разработанном алгоритме расчета [3,7-9], в соответствующих пунктах программы, было введено дополнение в виде эмпирической зависимости безразмерного вида. В последней выделена совокупность параметров, влияющих на распределение температур по периметру нагревателя за счет конвективного движения. Результаты. Получены необходимые экспериментальные данные о характере изменения температуры по периметру нагревателя. Разработана эмпирическая зависимость, в которой учтено влияние распределения температур не только по линейной, но и по угловой координатам. Научная новизна. Разработана квазидвумерная математическая модель теплового и гидравлического режимов, которая дополнительно учитывает неравномерность распределения температур по периметру нагревателя в зависимости от угловой координаты. Получена методика расчета, которая дает возможность оценить вероятность отказов работоспособности ТГН, вследствие прогаров. Практическая значимость. Разработан алгоритм и модифицирована программа для расчета при помощи компьютера. Полученные результаты расчета могут быть использованы во время проектирования, эксплуатации и анализа действующего оборудования в системах теплоснабжения с трубчатими газовими нагревателями.

EN: Purpose. The identity property of reliability, which is reflected in this work, is failure - free operation. Operation tube gas heaters are characterized by a number of specific features affecting the level of accident (breakage). Such performance features include failures efficiency, due to various types of damage of the tube heater. Such damage burnouts are derived usually from internal high temperature corrosion. As shown by experimental researches, the gas combustion products moving along the tube part of the heater surface is heated irregularly. The purpose of this work is to estimate the probability of failure efficiency of the heater by improving its method of calculation. To achieve of the purpose must be developed a model of thermal and hydraulic regimes TGH, which takes into account the irregular of temperature distribution along the perimeter surface of the heater along its length. Methodology. Analysis of the probability of performance failure efficiency due to burnouts, made it possible to develop a quasi twodimensional mathematical model of the thermal and hydraulic regimes, which consists of equations of heat and motion. Presented equations of the mathematical model different from the known published mathematical model [3] equations for the temperature distribution of the heater surface connection depending on the angular coordinate. The developed algorithm for calculating [3,7-9], the relevant paragraphs of the program, was introduced in addition a dimensionless empirical relationship of the form. The final set of isolated parameters affecting the temperature distribution at the perimeter of the heater due to convective motion. Findings. The necessary experimental data on the nature of the changes in the perimeter of the heater temperature. A empirical relationship, which takes into account the effect of temperature distribution not only in linear, but the angular coordinates too. Originality. A quasi twodimensional mathematical model of thermal and hydraulic conditions, which further takes into account the irregular distribution of temperature on the heater perimeter depending on the angular position. We obtain a calculation method which allows us to estimate the probability of failure efficiency TGH, due to burnouts. Practical value. The algorithm and the modified program to calculate through the computer was developed. These calculation results can be used during the design, operation and analysis of the existing equipment in heating systems with a tube gas heater.