Одним из основных элементов ТЭУ и систем являются трубопроводы, по которым осуществляется движение энергоносителей. Такими энергоносителями являются жидкие (вода, нефть) и газообразные (пар, природный газ) среды.
Важным моментом процесса транспорта любых сплошных сред является нестационарность, и представление их расчетов в виде стационарных зависимостей, которые часто используются на практике, в большинстве случаев неоправданно. Нестационарные режимы работы трубопроводов могут привести к значительным изменениям параметров транспорта сплошных сред (энергоносителей), нарушающим их нормальную устойчивую работу, вызывающим увеличение затрат на транспорт, повышенный износ оборудования, в некоторых случаях разрушение. Такие режимы для оборудования ТЭУ весьма характерны.
Нестационарные процессы имеют место как в теплоэнергетическом оборудовании (промышленных котельных, тепловых электрических станциях, установках сжатого воздуха, системах теплоснабжения), так и в системах магистрального транспорта газа, газоперерабатывающих заводов и др.
Оперативное управление ТЭУ требует применения быстродействующих методик расчета со временем счета ниже, чем время переходных процессов при нестационарных режимах. Это дает возможность рассчитывать технологические альтернативы и принимать соответствующие управленческие решения в соответствии с анализом технологического режима. Для этого необходимо использовать быстродействующие методики расчета, основанные на применении инженерных формул, прошедших теоретическую и экспериментальную проверку [8, 19, 75, 107]. В настоящее время существуют частные методики для оперативного управления оборудованием, разработанные отдельными предприятиями, области применения которых для различных технологических ситуаций в большей части ограничены.
Динамика сплошных сред описывается линейными и нелинейными дифференциальными уравнениями в частных производных. Решение этих уравнений в полном объеме может быть выполнено только численными методами. Однако использование численных методов, особенно в сложных установках и в сетях является чрезвычайно трудной задачей из-за трудоемкости, громоздкости, и большого времени счета, что вызывает проблемы для их использования.
Знание механизма переноса массы дает возможность совершенствовать технологические процессы, безопасно варьировать нагрузкой и тем самым повышать надежность работы теплоэнергетических установок.
Методики расчета нестационарных процессов движения сжимаемых сплошных сред необходимы:
- для оценки условий работы действующего оборудования и проектирования нового;
- для разработки программ, используемых в АСУ объектов;
- для разработки тренажеров, используемых для обучения эксплуатационного персонала установок.
В настоящей работе приводятся результаты исследований инженерных методов расчета нестационарных процессов сжимаемых сред, которые позволили получить компактные методики расчета, имеющие достаточную для практики точность, обладающие высоким быстродействием, что позволяет выполнять расчеты систем достаточной сложности.
Разработанные методики расчета позволяют определять давления и расходы (объемные и массовые) на входе и выходе трубопроводов в зависимости от различных комбинаций граничных и начальных условий, возникающих на конечных участках трубопровода.

Цель исследования. Повышение эффективности и безопасности эксплуатации ТЭУ и систем путем разработки приближенных методик расчета нестационарных процессов транспорта сжимаемых сред в трубопроводах.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
–Разработка и анализ методик расчета уравнений движения сжимаемой среды в трубопроводах теплоэнергетических установок, промышленных котельных, газоперерабатывающих заводов и систем магистрального транспорта газа (СТГ) для всех возможных типов граничных и начальных условий.
–Разработка методик расчета нестационарного изотермического движения сжимаемой среды в трубопроводе с учетом: ускорения потока, геометрического перепада высот концов трубопровода, расположения компрессорной станции, а также путевых отборов по длине трубопровода. Рассматриваются изотермические потоки в парогазопроводах, которые имеют либо качественную теплоизоляцию, либо охлаждаются за счет естественной циркуляции окружающей среды, которая дает незначительные температурные осевые потоки и потерями в практических расчетах можно пренебречь. Оценки, проведенные в предыдущих работах, показали, что даже в случае контакта газопровода с грунтом это условие соблюдается.
–Апробация разработанных методик путем расчета типовых переходных режимов в элементах ЗАО «Кубаньтеплоэнерго» и объектов, проектируемых ОАО «НИПИгазпереработка».

Купить