PRINCIPLES OF THERMAL-HYDRAULIC CALCULATIONS OF HEAT PUMP CONNECTION SYSTEMS
DOI:
https://doi.org/10.31471/2304-7399-2025-21(79)-379-397Keywords:
pipeline; high-viscosity oil; heat pump; low-potential heat source; thermal-hydraulic calculation; recuperative heat exchanger; heat transfer coefficient; Reynolds number; energy efficiencyAbstract
The article is devoted to the principles of thermal-hydraulic calculations of a heat pump (HP) connection system that utilizes low-potential heat sources for the energy-efficient heating of high-viscosity crude oil during its transportation through main pipelines. The transportation of high-viscosity oil requires continuous heating due to its cooling in the soil and the associated risk of pipeline blockage. Traditional heating methods based on fuel combustion are energy-intensive and environmentally hazardous. Therefore, this study examines the use of heat pumps that convert low-potential heat into higher-temperature heat to maintain the required pumping regime.
The main purpose of the research is to develop a methodology for designing the heat-exchange equipment of this system, which includes the installation of an additional recuperative heat exchanger in the first (brine) circuit of the heat pump. The paper provides a detailed algorithm for thermal-hydraulic calculations covering: determination of the geometric parameters of the recuperative heat exchanger; selection and calculation of the physical properties of the working fluid for the brine circuit; hydraulic calculation of the brine circuit and pumping unit for hot heat carrier supply, including pump selection; and constructive thermal calculation of the recuperative heat exchanger. The calculation concludes with a comparison of the calculated and actual heat-exchange areas to refine the design. The proposed methodology makes it possible to optimize the design of heat-exchange equipment and ensure reliable and energy-efficient operation of the oil heating system.
References
1. Лозовський А. П., Іванов О. М. Основи холодильних технологій: навч. посібник. Суми: Університетська книга, 2018. 280 с.
2. Малежик І. Ф. Процеси і апарати харчових виробництв: Підручник / І. Ф. Малежик, П. С. Циганков, П. М. Немирович та ін.; за ред. І. Ф. Малежика. К.: НУХТ, 2003. 400 с.
3. Подмазко О. С., Мурашов В. С. Холодильна техніка і технологія (навчальний посібник). Одеса: Видавничий центр ОДАХ, 2015.91 с.
4. Середюк М. Д., Пилипів Л. Д. Трубопровідний транспорт високов’язких вуглеводнів. Івано-Франківськ, 2013. 247 с.
5. Середюк М. Д., Якимів Ю. В., Лісафін В. П. Трубопровідний транспорт нафти і нафтопродуктів: Підручник. Івано-Франківськ, 2001. 517 с.
6. Хмельнюк М. Г., Подмазко О. С., Подмазко І. О. Холодильні установки та сфери їх використання: Підручник. Херсон: Грінь Д.С., 2014. 484 с.
7. Холодильні установки. Проектування / Чумак І. Г., Чепурненко В. П., Лагутін А. Ю., Лар’яновський С. Ю., Чумак Н. І., Оніщенко В. П. Одеса: Друк, 2008. Т. 1. 145 с.
8. Холодильні установки. Проектування / Чумак І. Г., Чепурненко В. П., Лагутін А. Ю., Лар’яновський С. Ю., Чумак Н. І., Оніщенко В. П. Одеса: Друк, 2008. Т. 2. 186 с.
9. Холодильні установки / під заг. ред. І. Г. Чумака. Одеса: Пальміра, 2016. 552 с.
10. Suchasnyi stan, problemy i perspektyvy stvorennia v Ukraini naftovoho ta enerhetychnoho rezerivu: analitychna dopovid / [Dudkin O. M., Minev A. N., Mitsai A. O. tain.]; zazah. red. H. L. Riabtsevata O. M. Sukhodoli. K.: NISD, 2018. 160 s.
11. "Ukrtransnafta" zbilshyla obiomy prokachuvannia nafty v 2019 rotsi. URL: https://kosatka.media/category/neft/analytics/ukrtransnafta-uvelichila -obemy-prokachki-nefti-v-2019-godu (дата звернення: 03.09.2025).
