Эффективность применения устройства для преобразования ржавчины

1027
При оценке какого-либо явления используют различные прилагательные, например, «хорошая (растворимость)», «слабый (поток)»; мы привыкли доверять фразам «специалисты подсчитали…», но эти слова не могут однозначно выразить состояние или значение происходящего. Необходимо числовое значение, характеризующее результат. Представляемый материал является логическим завершением предыдущей статьи автора, знакомившей читателей с эффектом ядерного магнитного резонанса , и позволяет оценить целесообразность применения новой технологии на конкретном объекте.

При оценке какого-либо явления используют различные прилагательные, например, «хорошая (растворимость)», «слабый (поток)»; мы привыкли доверять фразам «специалисты подсчитали…», но эти слова не могут однозначно выразить состояние или значение происходящего. Необходимо числовое значение, характеризующее результат. Представляемый материал является логическим завершением предыдущей статьи автора, знакомившей читателей с эффектом ядерного магнитного резонанса[1], и позволяет оценить целесообразность применения новой технологии на конкретном объекте.

Оценка эффективности

Примем за критерий оценки эффективности требование обеспечить постоянный расход теплоносителя. Будем считать, что начальная площадь живого сечения трубы S = 1, гидравлическое сопротивление чистой трубы R = 1, скорость потока v = 1, следовательно, расход Q= v × S = 1.

Предположим, что в связи с коррозией площадь живого сечения уменьшилась до 0,7S = 0,7.

Во сколько раз необходимо увеличить мощность насосов для поддержания постоянного расхода (Q)?

На основании того, что нам необходимо поддерживать изначальный постоянный расход Q = v × S = const, определим новую скорость потока:

V = Q/0,7S = Q/0,7= 1,43.

В данном случае V – это скорость потока, позволяющая обеспечить изначальный постоянный расход при уменьшенном сечении трубы.

Учитывая, что гидравлическое сопротивление прямо пропорционально квадрату скорости, получим, что гидравлическое сопротивление вырастет на величину (не менее чем) V2 = 1,432 = 2,04.

Исходя из большой неровности стенок трубы, покрытых коррозией, которая увеличит полученное значение гидравлического сопротивления, можно достоверно принять, что новое гидравлическое сопротивление трубы R1 при уменьшении площади проходного сечения на 30% вырастет в кубе по отношению к начальному и составит 2,92. Поскольку мощность насосов тратится на преодоление сопротивления, требуемая мощность насосов тоже увеличится в 2,92 раза по отношению к начальному значению.

Соотношение объема магнетита и коррозии составляет 1 : 9 (1 : 10). Таким образом, площадь проходного сечения после преобразования ржавчины в магнетит восстановится до 97% начального значения. Проведя аналогичные расчеты для нового значения сечения, получим: новая скорость потока в восстановленном сечении V2 = 1,03, новое гидравлическое сопротивление R2 = 1,06. А с учетом неровностей будем считать, что увеличение произойдет по кубичной зависимости и новое гидравлическое сопротивление R2 можно принять 1,09.

Предположим, что установили новую трубу и первые восемь лет по мере зарастания сечения трубы насосы тоже работали с увеличивающейся нагрузкой (по отношению к чистой трубе). Затем на эту трубу было установлено устройства для преобразования ржавчины внутри труб (далее – изделие РТ). Для полного преобразования ржавчины в магнетит потребуется несколько лет (от года до пяти). Выберем пять лет. При таком временном графике изменения сопротивления среднегодовая потребляемая мощность в течение 8 + 5 = 13 лет приблизительно в два раза больше номинальной (по отношению к чистой трубе). Предполагая, что срок службы трубы после установки изделия РТ удлинится не менее чем на 40 лет (данные производителя изделия РТ), общий срок составит не менее (8 + 40)= 48 лет. Используя полученные удельные величины потребления энергии, вычислим среднегодовую потребляемую мощность: (13 × 2 + 32 × 1,09)/48 = 1,27.

Из этих значений видно, что установка изделия РТ на старую трубу только по энергозатратам сэкономит (1 - 1,27/2) × 100% ≈ 36%, где 2 – это закладываемая в проект удвоенная номинальная мощность, необходимая для обеспечения работы системы с развившейся внутренней коррозией.

Таким образом, если принять требование обеспечить постоянный расход теплоносителя за критерий оценки эффективности, то можно сделать следующие выводы:

– при установке изделия РТ даже на старые трубопроводы можно ожидать постепенное снижение эксплуатационных затрат на энергию на 30–40% по сравнению с исходным состоянием до установки;

– при установке изделия РТ на новые трубопроводы можно ожидать номинального уровеня эксплуатационных затрат на энергию в течение всего срока службы водопровода.

В расчете не учитывалось, что коэффициент теплопроводности ржавчины 1,16 Вт/м·К, а стали 58 Вт/м·К, поэтому превращение слоя коррозии в магнетит практически восстанавливает требуемую теплоотдачу трубы без применения перегретого теплоносителя или увеличения расхода.

В расчет экономии не вошли плановые затраты на замену трубопроводных магистралей и рост производительности труда.

Попытаемся составить мнение о перспективах ремонта трубопроводов в Москве.

Данные о состоянии трубопроводов столицы в 2010–2011 гг. (по информации Мосводоканала[2]) сведены в таблицу.

Состояние водопроводной сети г. Москвы

Параметр

2011 г.

2010 г.

Переложено ветхих водопроводных сетей, км

115,85

116,51

Проведены реконструкция и восстановление водопроводной сети, км

52,83

59,09

Удельное количество повреждений на 1 км

0,34

0,4

При этом протяженность водопроводной сети по диаметрам труб:

трубы диаметром более 1600 мм – 23,43 км;

более 600 мм – 1887,6 км;

более 300 мм – 3638,29 км;

менее 300 мм – 5408,37 км.

Из них стальных труб 6806,24 км.

Общая протяженность всех трубопроводов 10 957,69 км.

Для расчета предположим, что за год в Москве перекладывается и реконструируется не 176, как следует из таблицы, а 200 км труб. Учитывая длину стальных трубопроводов (6806,24 км) и предполагаемый объем годовой перекладки/реконструкции (200 км), потребуется 34 года на их замену, что вдвое больше проектного срока эксплуатации или в четыре раза выше среднего значения реального срока безаварийной эксплуатации.

Если подойти к вопросу с позиции графы в таблице «Удельное количество повреждений на 1 км», то даже при коэффициенте 0,34 получим суммарную длину всех поврежденных трубопроводов 0,34 × 10 957,69 = 3725,62 км, т. е. при темпах перекладки/реконструкции 200 км/год потребуется 18,6 лет.

Так как значение 18,6 зависит от удельного количество повреждений, а 34 получено при фактическом объеме работ/скорости выполняемой работы при этом же количестве повреждений, для расчетов необходимо брать значение 34 года.

Как можно заметить (зная реальное время эксплуатации труб), разница не в пользу применяемых технологий и производительности труда работников ЖКХ.

Рассмотрим проблему с другой стороны.

При строительстве трубопроводов всегда ищется оптимальное соотношение между расходами на строительство и эксплуатацию. Для определения оптимальности используется минимально возможное значение К, равное сумме двух коэффициентов[3]: К1 – приведенные капитальные затраты и К2 – приведенные энергетические затраты (затраты, приведенные к одному году).

К1= (m × Сm × Км)/n ,

где: m – вес материала (труб), т;

Сm – стоимость тонны материала, тыс. руб.;

Км – монтажный коэффициент, определяет сложность работ;

n – срок эксплуатации (лет).

К2 = 24N × t × Сэ ,

где: 24 – количество часов;

N – потребляемая мощность;

t – количество дней работы в год;

Сэ – стоимость 1 кВт·ч.

Чем ниже этот коэффициент (К = К1 + К2), тем экономичнее проект.

Условия целесообразности установки изделия РТ

Если установить изделие РТ на существующий более восьми лет трубопровод, то приведенные капитальные затраты для изделия РТ (К1изд) определяются как

К1изд = Сизд /n,

где: Сизд – стоимость изделия РТ;

n – срок эксплуатации (лет).

Другими составляющими формулы можно пренебречь; стоимость трубопровода не учитывается, так как он уже эксплуатируется.

Приведенные энергетические затраты изделия РТ обозначим К2изд:

К2изд = 24Nтр+изд × t × Сэ ,

где: Nтр+изд = 0,64N ,

N – потребляемая мощность, заложенная в расчет существующего трубопровода. Коэффициент 0,64 означает, что применение изделия РТ уменьшает затраты энергии на 36% от заложенного в проекте значения мощности.

t = 8 лет. Величина выбрана в качестве срока, за который новый трубопровод достигает повышенного гидравлического сопротивления, эквивалентного сопротивлению при 30% зарастании коррозией, наличием мест возможного появления свищей, т. е. состояния трубопровода в конце периода безаварийной работы.

Если сразу применить изделие РТ в составе проекта нового трубопровода, то К1 определяется как (m × Сm × Км) / n + Сизд / n, где n – срок эксплуатации (лет), т. е. К1 = (m × Сm × Км + Сизд) / n.

К2изд = 24Nнов.тр+изд × t × Сэ ,

где: Nнов.тр+изд = 0,5N ,

где N – потребляемая мощность, заложенная в расчет существующего трубопровода с учетом повышенного гидравлического сопротивления.

Множитель 0,5 означает, что применение изделия РТ уменьшает затраты энергии на 50% от значения заложенной мощности для такого же трубопровода без изделия РТ.

О каких расходах энергии идет речь? Вот два примера по данным ОАО «Мосводоканал»[4].

ПОЛНОСТЬЮ статью можно прочитать в октябрьском номере журнала "ЖКХ: журнал руководителя и главного бухгалтера" 



[1] Васильев Н.В. Защита от коррозии с использованием эффекта ядерного магнитного резонанса // ЖКХ: журнал руководителя и главного бухгалтера. 2013. № 6.

[2] http://www.mosvodokanal.ru/

[3] Эксплуатация нефтяных и газовых скважин. Глава «Расчет оптимального диаметра трубопровода». http://www.judywhiterealestate.com/

[4] ОАО «Мосводоканал». Специалистам. Научные публикации. Исследования зависимости водопотребления Москвы от температуры наружного воздуха.



Ваша персональная подборка

    Подписка на статьи

    Чтобы не пропустить ни одной важной или интересной статьи, подпишитесь на рассылку. Это бесплатно.

    Рекомендации по теме
    Вопросы по теме

    Мероприятия

    Школа

    Проверь свои знания и приобрети новые

    Посмотреть

    Самое выгодное предложение

    Самое выгодное предложение

    Воспользуйтесь самым выгодным предложением на подписку и станьте читателем уже сейчас

    Живое общение с редакцией




    Обновлено 14.08.2017
    ВСЁ ДЛЯ ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА

    ВСЁ ДЛЯ ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА

    ВСЁ ДЛЯ ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВАЭЛЕКТРОННЫЙ КАТАЛОГ
    НАШИ ПАРТНЁРЫНАШИ ПАРТНЁРЫ




    © Актион-МЦФЭР, 2006-2017. Зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор) Свидетельство о регистрации ПИ № ФС77-68225 от 27.12.2016. Все права защищены.

    По вопросам подписки обращайтесь по телефонам: 
    Москва: 8 (495) 775-48-44 
    Другие регионы: 8 (800) 775-48-44 

    Получите техническую поддержку: 
    по телефону: +7 (495)-937-90-82 
    e-mail: sd@mcfr.ru 

    Политика обработки персональных данных

    
    • Мы в соцсетях
    Сайт использует файлы cookie. Они позволяют узнавать вас и получать информацию о вашем пользовательском опыте. Это нужно, чтобы улучшать сайт. Если согласны, продолжайте пользоваться сайтом. Если нет – установите специальные настройки в браузере или обратитесь в техподдержку.
    Вы - работник сферы ЖКХ? Зарегистрируйтесь!

    Регистрация бесплатная и займет всего 1 минуту!
    После регистрации вы сможете:

    • читать любые статьи сферы ЖКХ на нашем сайте!
    • бесплатно подписаться на ежедневные новости по жилищно-коммунальному и городскому хозяйству
    • оставлять комментарии к материалам
    • задавать вопросы экспертам

    Оставайтесь с нами!
    с заботой о Вас, портал Городское хозяйство и ЖКХ
    По всем вопросам обращайтесь по номеру: +7 (800) 775-48-44

    У меня есть пароль
    напомнить
    Пароль отправлен на почту
    Ввести
    Я тут впервые
    И получить доступ на сайт Займет минуту!
    Введите эл. почту или логин
    Неверный логин или пароль
    Неверный пароль
    Введите пароль