Коефіцієнт тепловіддачі факельної установки за умов вільної конвекції

Зімін Сергій Ігорович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0003-0514-2238

Афанасенко Костянтин Анатолійович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0003-1877-1551

DOI: https://doi.org/10.52363/2524-0226-2024-39-11

Ключові слова: факельні системи, факельні труби, температура, теплове випромінювання, коефіцієнт тепловіддачі

Анотація

Запропоновано модель для дослідження температурних режимів факельних пристроїв біогазових комплексів на основі рівняння нестаціонарної теплопровідності. Незважаючи на загалом надзвичайно складне явище теплообміну, теплопередачі, тепловіддачі,при роботі факельного пристрою складаються такі умови, що дозволяють покладатись на відносно прості модельні описи, що може дозволити проводити оцінку ступеню небезпеки теплового випромінювання при його роботі. Побудовано та розглянуто розрахункову схему огороджувальної труби факельного пристрою із зазначенням розрахункових параметрів. Прийняті граничні умови першого роду на внутрішній і третього роду на зовнішній поверхні стінки кожуха труби факельного пристрою. Для побудови моделі були зроблені наступні припущення: температура на внутрішній стінці кожуха однакова і дорівнює температурі продуктів згоряння біогазу; в розрахунковій схемі не врахована теплопровідність через виробничу арматуру факельного пристрою; в процесі нагрівання геометричні параметри стінки кожуха не змінюються. Визначено, що коефіцієнт теплопередачі при використанні факельного пристрою для спалювання біогазу можна визначити з виразу по визначенню критерія подібності теплових процесів. При розрахунку у відповідності до отриманої моделі критерію подібності теплових процесів встановлено, що в залежності від температури зовнішнього середовища його значення можуть змінюватися в межах 10–24 %. При цьому геометричні параметри факельного пристрою мають суттєвіший вплив на вказані критерій – до 65 %.Отримані аналітичні залежності коефіцієнта тепловіддачі α від характерного геометричного розміру, а також від температури повітря і температури поверхні кожуха, що дозволяє визначити негативний тепловий вплив на оточуюче середовище. Показано, що його величина може змінюватися до 1000 % в залежності від лінійного розміру та температури поверхні кожуха.

Посилання

1. Smith J. D., Jackson R., Suo-Antilla A. Estimated flare emissions created during flare ignition transient. International Conference on Environmental Impacts of the Oil and Gas Industries: Kurdistan Region of Iraq as a Case Study (EIOGI). 2017. P. 1–2. doi:10.1109/EIOGI.2017.8267637
2. Taghavifar M., Zandi M. A review of new flare gases recovery methods to increase energy efficiency and reduce pollutants. 9th Iranian Conference on Renewable Energy & Distributed Generation (ICREDG). 2022. P. 1–6. doi: 10.1109/ICREDG54199.2022.9804550
3. Зімін С. І., Афанасенко К. А., Липовий В. О. Температурний режим факельної установки закритого типу. Проблеми надзвичайних ситуацій: Зібрка наукових праць. 2022. Вип. 2(36). С. 267–279. doi: https://doi.org/10.52363/2524-0226-2022-36-20
4. Afanasenko K., Lypovyi V. Zimin S. Manufacturing entities flare systems fire hazard analysis. Inzynieria Bezpieczenstwa Obiektów Antropogenicznych. 2021. № 1. P. 9–14. https://doi.org/10.37105/iboa.102
5. ВБН В.1.1-00013741-001:2008. Факельні системи. Промислова безпека. Основні вимоги. Чинний від 2008-07-03. Вид. офіц. Київ: Мінпаливенерго України, 2008. 44 с. http://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page?id_doc=78441
6. Михайлюк О. П., Афанасенко К. А., Савченко О. В., Зімін С. І., Статівка Є. С. Дослідження щодо безпечного розташування факельних систем біогазової установки. Проблемы пожарной безопасности: Сборник научных трудов. 2020. Вип. 47. С. 81–85. https://nuczu.edu.ua/images/topmenu/science/zbirky-naukovykh-prats-ppb/ppb47/12.pdf
7. Process flare systems safety, selection, sizing, and troubleshooting. Kolmetz Handbook Of Process Equipment Design. Kolmetz Karl et al. KLM Technology Group, 2020. 128 р. https://www.researchgate.net/publication/338831959_PROCESS_FLARE_SYSTEMS_SAFETY_SELECTION_SIZING_AND_TROUBLESHOOTING_Kolmetz_Handbook_Of_Process_Equipment_Design
8. Serth R., Lestina Th. Process Heat Transfer. Principles, Applications and Rules of Thumb. 2nd Edition. Academic Press, 2014. 770 p. https://doi.org/10.1016/C2011-0-07242-3
9. Roetzel W., Luo X., Chen D. Design and Operation of Heat Exchangers and their Networks. Academic Press, 2020. 577 p. https://doi.org/10.1016/C2017-0-03210-X
10. Nitsche M., Gbadamosi R. O. Heat Exchanger Design Guide. A Practical Guide for Planning, Selecting and Designing of Shell and Tube Exchangers. Academic Press, 2016. 270 p. https://doi.org/10.1016/C2014-0-04971-4
11. Нікіпчук С. В. Визначення коефіцієнта теплопередачі в двигуні приводу пожежно-рятувального обладнання аналітичними засобами. Пожежна та техногенна безпека. Теорія, практика, інновації: Матеріали Міжнародної науково-практичної конференції, Львів: 20–21 жовтня 2016. ЛДУБЖД. 2016. C. 433‑435. https://sci.ldubgd.edu.ua/bitstream/123456789/9064/1/Kondor_Hashchuk_Nikipchuk.pdf
12. Чепурний М. М., Резидент Н. В. Тепломасообмін в прикладах і задачах: навчальний посібник. Вінниця, 2011. 128 с. https://ir.lib.vntu.edu.ua/bitstream/handle/123456789/8043/%D0%A7%D0%B5%D0%BF%D1%83%D1%80%D0%BD%D0%B8%D0%B9%20%D0%A2%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D0%BC%D0%B0%D1%81%D0%BE%D0%BE%D0%B1%D0%BC%D1%96%D0%BD.pdf?sequence=4&isAllowed=y
13. Гільчук А. В., Халатов А. А., Доник Т. В. Теорія теплопровідності: навчальний посібник. Київ: КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2020. 153 с. https://ela.kpi.ua/server/api/core/bitstreams/f2c859d5-be0b-486f-80c1-7e3fc320b662/content