СТРОЙ ИТ – Ваш надежный подлядчик по изоляции

Ваш надежный подрядчик
по отделке и изоляции

ПУТИ СНИЖЕНИЯ ТЕПЛОПОТЕРЬ ВЯЗКИХ НЕФТЕГРУЗОВ ПРИ ТРАНСПОРТИРОВКЕ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫМ ТРАНСПОРТОМ

Пенополиуретановое утепление как основа снижения теплопотерь вязких нефтегрузов при транспортировке железнодорожным транспортом

УДК 629.4.025

А. В. Жебанов

Самарский государственный университет путей сообщения (СамГУПС), г. Самара, Российская Федерация

Аннотация. Перевозка застывающих грузов железнодорожным транспортом, а именно вагонами- цистернами, сопровождается рядом трудностей. К их числу относятся понижение температуры перевозимого нефтепродукта, вызывающее повышение его вязкости, невозможность быстрой разгрузки, изменение эксплуатационных характеристик перевозимых нефтепродуктов, увеличение простоя вагонов-цистерн. Приведен анализ скорости охлаждения перевозимых грузов в зависимости от размеров и толщины тепло- изолирующего слоя. Введенные формулы показывают, что наличие теплоизолирующей оболочки вызывает отклонение радиуса цилиндрической емкости от оптимального значения. При этом тепловая изоляция существенно снижает коэффициент теплопередачи в окружающее пространство и способствует ускорению процесса выгрузки.

 Ключевые слова: перевозка застывающих грузов, вагон-цистерна, сохранение температуры, изменение эксплуатационных характеристик топлива, теплоизоляционные материалы.

Вязкие, застывающие и затвердевающие нефтепродукты (мазуты, масла, парафинистые нефти, битум и др.) при транспортировке железнодорожным транспортом погружают, как правило, в вагоны-цистерны в разогретом состоянии с температурой 60 – 80 °С.

При транспортировке нефтепродукты охлаждаются, переходят в вязкое состояние, затрудняющее, а в некоторых случаях даже делающее невозможным их выгрузку без предварительного разогрева различными способами.

В данной статье рассмотрены вопросы по оценке влияния размеров и толщины теплоизолирующей оболочки транспортной емкости на скорость охлаждения нефтегруза, а также вопросы по определению его оптимальной температуры, обеспечивающей минимальные затраты тепловой энергии на разогрев, но достаточной для обеспечения его выгрузки самотеком.

Теоретически цистерну заданной вместимости можно изготовить в различных вариантах по диаметру и длине с учетом допустимых габаритов подвижного состава, но оптимальные ее размеры определяются еще при взятии во внимание потери теплоты транспортируемого продукта в процессе перевозки и выгрузки.

Сделаем оценку размеров цилиндрической емкости радиуса R и длины L с горячим нефтепродуктом, имеющим температуру Т, осуществляющим теплопередачу в окружающее пространство, где температура воздуха составляет Тg. Оценим условия, при которых обеспечиваются минимальные потери теплоты.

СМ PDF

Введенные формулы показывают, что наличие теплоизолирующей оболочки вызывает отклонение радиуса цилиндрической емкости от оптимального значения, обеспечивающего минимальные потери теплоты в окружающее пространство, но это отклонение незначительно. При этом тепловая изоляция существенно снижает коэффициент теплопередачи в окружающее пространство k.

Рассмотрим влияние толщины тепловой изоляции на сокращение потерь теплоты в зависимости от заданного темпа охлаждения.

СМ PDF

Рассмотрим вариант пенополиуретановой тепловой изоляции, установленной на 60-тонной цистерне, для которой коэффициент теплопроводности lиз  = 0,03 Вт м оС  с нефтепродуктом (удельная теплоемкость С = 2000Дж/кг оС, плотность ρ = 950 кг/м3).

Предложено нанести на поверхность железнодорожной цистерны слой теплоизоляционного покрытия специального состава пенополиуретана (срок службы – 30 лет), чтобы использовать его для транспортировки груза без застывания (рисунок).

Предложено нанести на поверхность железнодорожной цистерны слой теплоизоляционного покрытия специального состава пенополиуретана (срок службы – 30 лет), чтобы использовать его для транспортировки груза без застывания (рисунок).

При этом стоимость модифицированной цистерны возрастает на 5 – 10 %, а затраты на выгрузку и простой вагонов снижаются в несколько раз [3].

Способность сохранять тепло – основная функция теплоизоляционного материала – оценивается коэффициентом теплопроводности.

Сравнение коэффициентов  теплопроводности – стеклянной ваты 0,033 – 0,042; минеральной ваты 0,032 – 0,056; вспененного полиэтилена 0,032 – 0,038;  вспененного  каучука  0,034  –0,038; пенополиуретана 0,028 – 0,040 –позволяет сделать выбор в пользу пенополиуретана (по данному критерию).

Качество любого утеплителя определяют коэффициент теплопроводности, срок службы и т. д. По таким важным показателям, как теплопроводность, влагопоглощение, срок эксплуатации пенополиуретана (ППУ), превосходит все существующие в настоящее время утеплители [4].

Структурная характеристика пенополиуретана отличается от других теплоизолирующих материалов своей пористостью, выражающейся в создании ячеек, минимального размера, которые в свою очередь заполнены газообразным веществом. Оставшуюся часть материала составляет твердая часть (1 – 2 % от всего объема нанесенного слоя), сформированная тонкими стенками данных ячеек.

В качестве основы материала применяются продукты нефтехимической переработки, такие как полиолы и полиизоцианаты. Существует также технологии производства пенополиуретана из масел на основе растительного сырья.

В зависимости от пропорции используемых исходных компонентов при производстве материала есть возможность подбора конкретных качеств пенополиуретана (повышенная жесткость, мягкого типа, вязкоэластичный, высокоэластичный и др.), при этом образовавшиеся ячейки будут иметь различные геометрические параметры и прочностные характеристики [5].

Используя формулу (26), вычислим зависимость между толщиной теплоизолирующей оболочки и темпом охлаждения нефтегруза в цистерне.

При рассмотрении темпа охлаждения примем, что разность температур между горячим нефтепродуктом, нагретым до плюс 90 °С, и окружающей средой с температурой минус 30 °С ΔT = 120 °С.

Данные выполненных расчетов представлены в таблице 3.

Таблица 3 – Зависимость между толщиной теплоизолирующей оболочки на цистерне и темпом охлаждения нефтегруза, перевозимого в ней

ЦистернаТолщина изоляции hиз , смТемп охлаждения m ·104, град/чОхлаждение в сутки
Вместимость, м3Длина, мДиаметр, м

F

V

49,003,5на 1 оС
61,210,33,00 24,107,1на 2оС
 16,2010,5на 3оС
9,8017,5на 4,8оС
4,8036,0на 10оС

Из данных таблицы 3 следует, что на железнодорожной цистерне с горячим нефтепродуктом, перевозимым в течение пяти суток, должна быть установлена пенополиуретановая теплоизолирующая оболочка толщиной 5 см.

Нефтепродукт, налитый в цистерну при температуре 80 – 90 ºС, будет прибывать в пункт выгрузки с ориентировочной средней температурой 40 – 50 ºС.

При такой температуре слив нефтегруза самотеком можно производить без дополнительного предварительного разогрева.

Скачать в PDF – ПУТИ СНИЖЕНИЯ ТЕПЛОПОТЕРЬ ВЯЗКИХ НЕФТЕГРУЗОВ ПРИ ТРАНСПОРТИРОВКЕ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫМ ТРАНСПОРТОМ

ПОТОМУ ЧТО ЭТО БЕСПЛАТНО, И НИ К ЧЕМУ НЕ ОБЯЗЫВАЕТ

  • ВЫЕЗД ИНЖЕНЕРА
  • КОНСУЛЬТАЦИЯ СПЕЦИАЛИСТА
  • КАЧЕСТВЕННАЯ СМЕТА
  • РАБОТАЕМ БЕЗ ВЫХОДНЫХ