CC BY
46
ГРНТИ 620.97
Р. В. Сапинов1, С. Ф. Починок2, А. В. Починок3
'м.т.т., ст. преподаватель, кафедра «Механика и нефтегазовое дело», Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар, 140008, Республика Казахстан;
2,3магистранты техники и технологии, Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар, 140008, Республика Казахстан e-mail: 'ruslan.sapinov@mail.ru; 2686661@mail.ru; 3scorpic_85@mail.ru
повышение энергетической эффективности
РАЗРЕЗА «ВОСТОЧНЫЙ» АО «ЕК» ПУТЕМ
проведения энергетического аудита
Изучается баланс энергоресурсов. Рассматриваются существующие мероприятия в области энергосбережения и специфика технологического процесса, а также анализируются результаты инструментального обследования объекта.
Ключевые слова: энергоемкость ВВП, энергетический аудит, энергоэффективность, энергосбережение, тепловые потери, изоляционные материалы.
ВВЕДЕНИЕ
Энергосбережение - самый дешевый и экологически чистый «источник» энергии. Это подход к экономии энергоресурсов, основанный на использовании энергосберегающих технологий, которые призваны уменьшить потери ресурсов [1]. В настоящее время энергосбережение - одна из приоритетных задач. Это связано с дефицитом основных энергоресурсов, возрастающей стоимостью их добычи [2], а также с глобальными экологическими проблемами [3], [4], [5]. Внедрение энергосберегающих технологий является одним из важных шагов в решении многих экологических проблем - изменения климата, загрязнения атмосферы (например, выбросами от ТЭЦ), истощения ископаемых ресурсов и др. Энергосбережение является важным фактором, который улучшает экономические показатели и качество окружающей среды [6], [7], [8], [9]. Энергосбережение в любой сфере сводится по существу к снижению бесполезных потерь энергии. Универсальных способов экономии энергоресурсов на данный момент не существует, но разработаны методики, технологии и устройства, помогающие вывести энергосбережение на качественно новый уровень [10]. Проблемы повышения энергоэффективности привлекает внимание руководства страны на самом высшем уровне. Главой государства поставлены цели по снижению энергоемкости ВВП на 10 % к 2017 году и на 25 % к 2020 году, в реализации которых должны быть задействованы все промышленные предприятия [11], [12]. Особенностью процессов добычи полезных ископаемых, особенно угля, является то, что сами технологические процессы несовершенны. Практическое потребление и сопутствующие потери энергии, при отсутствии её производства, не позволяют считать их энергоэффективными. Применяемое на разрезах энергоёмкое оборудование не может не сказаться на себестоимости
конечной продукции, поэтому оценка потенциала энергоэффективности и энергосбережения устойчивого развития данных предприятий в условиях жесткой конкуренции [13], [14].
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
г» и и
В ходе проведения исследоваий по теме «энергетический аудит разреза «Восточный» АО «ЕЭК» с целью разработки технических предложений по энергосбережению» были проведены работы по энергитическому аудиту предприятия угольного разреза «Восточный» с целью обеспечение прозрачности структуры энергосбережения и энергопотребления и выявление потенциалов энергосбережения на предприятии.
Задачи энергетического аудита:
- обследование состояния использования энергетических ресурсов;
- разработка организационно-технических мероприятий, направленных на снижение энергетических затрат;
- определение потенциала сбережения энергии;
- экономическое обоснование организационно-технических мероприятий;
Для обследования и анализа состояния системы теплоснабжения и
теплопотребления проводятся следующие виды работ:
- определение технического состояния водяных тепловых сетей. На основе получаемых сведений о длине, размерах, местах соединения труб, а также схем трубопроводов определяется техническое состояние тепловых сетей ППК.
- проверка тепловой изоляции трубопроводов. Измерения тепловой изоляции трубопровода проводятся как по периметру комплекса, так и внутри зданий и сооружений.
Для проведения измерения необходимы соответствующие инструменты, приведенные в таблице 1.
Таблица 1 - Перечень приборов для энергоаудита
Наименование прибора Тип, марка
Тепловизор Т 110
Расходомер ультразвуковой Акрон-01
Гигрометр Testo 625
Инфракрасный термометр Кельвин
Выявление тепловых потерь на неизолированных участках теплопроводов и теплопроводах с некачественной изоляцией.
Выявление тепловых потерь от неизолированных участков теплотрассы является одним из главных мероприятий, направленных на сокращение потребления энергоресурсов. При эксплуатации промышленных трубопроводов, чтобы уменьшить тепловые потери в окружающую среду, используют теплоизоляционные материалы. Так, неизолированные участки теплотрассы,
показанные на рисунке 4, расположенные от КИП до станции «Фестивальная» с наружным диаметром dви = 426 мм., длиной - 3200 м и участок теплотрассы от котельной до КИП длиной - 800 м являются источниками тепловых потерь. Температура на поверхности трубы составляет порядка 66 градусов. Ориентировочная суммарная длинна участков составляет 4000 м.
Рисунок 1 - Участок теплотрассы от КИП до ст. «Фестивальная» с наружным
диаметром d = 426 мм.
Таблица 2 - Данные проведенного тепловизионного обследования
Место проведения измерений Излучение Температура самой теплой точки 0С Температура самой холодной точки 0С Температура воды 0С
d = 426 мм ви 0,93 66 - 3 75
Методика расчета тепловых потерь с трубопровода dви = 426 мм. 1) Определим величину часовых потерь расчетным путём используя следующую формулу
(2 = Ь-1-ч (1)
где Ь - коэффициент учитывающий тепловые потери через опоры, соединения и арматуру, принимаемый по СНиП 2.04.014 и равный для стальных трубопроводов с ;■/■,■ 150м:ч. .-=1.2. Д. '=150. /-=1.:5. а для неметаллических труб Ь=1,7. I - длина участка, м;
д - тепловые потери с одного метра трубы за один час, Вт/м.
д = к ■ ЗД4(^ - 1С) (2)
где tв - температура воды в трубопроводе, °С;
tс - температура среды окружающей трубопровод, °С; к - линейный коэффициент теплопередачи, Вт/м °С;
1
к =
сЬт К 2ÄT dßib
л)
(оСнхйни)
где 1т - коэффициент теплопроводности материала трубы, Вт/м2 °С; 1 - коэффициент теплопроводности тепловой изоляции, Вт/м2 °С;
(3)
d m, dHm - внутренний и наружный диаметры трубы соответственно, м;
deu, duu - внутренний и наружный диаметры изоляции соответственно, м;
ан - коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности тепловой изоляции, Вт/ м2 °C, принимаемый по приложению 9 СНиП 2.04.14 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов».
Расчет тепловых потерь с трубопровода:
Для теплоизоляции этого участка теплотрассы можно использовать:
1 стекловату URSA фольгированную;
2 минераловатные цилиндры HOTPIPE.
Результаты сравнительного анализа физико-механических показателей этих теплоизоляционных материалов приведены в таблице 3. Более детально с достоинствами и недостатками этих теплоизоляционных материалов можно ознакомиться на сайтах и в каталогах фирм-производителей.
Для оценки потенциала энергосбережения от теплоизоляции участка теплотрассы, длинной 4000 м и наружным диаметром трубопровода равным d = 426 мм, использовался расчетный метод. Для этого проведены расчеты величины тепловых потерь по формулам. Расчеты производились для 3 различных вариантов:
1 труба изолирована стекловатой URSA фольгированной;
2 труба изолирована минераловатными цилиндрами HOTPIPE;
3 труба с существующей изоляцией из стекловаты (сроком сл. 20 лет).
Таблица 3 - Сравнение изоляционных материалов
Показатели Стекловата URSA фольгированная Минераловатные цилиндры
Коэффициент теплопроводности, Вт/м2*К 0,038 0,037
Плотность, кг/м3 11-15 100
Водопоглощение, % Менее 1,5 Менее 1,5
Температура применения, оС От - 60 оС до +270 оС От - 180 оС до +550 оС
Микроорганизмы, грызуны Устойчива НД
Эффективный срок службы, лет 30-40 40-50
Группа горючести Г1 НГ
Необходимые для расчета исходные данные для расчета потерь при использовании вышеприведенных теплоизоляционных материалов сведены в таблицу 4.
Таблица 4 - Данные для расчета потерь на участке теплот
оассы
Тип изоляции Длина участка, м Наружный диаметр трубы, мм Толщина стенки трубы, мм Толщина изоляции, мм X и изол., Вт/ м2°С t в воды, °C t с возд., °C
Стекловата URSA фольгированная 4000 426 5 80 0,038 75 -8,3
Минераловатными цилиндрами HOTPIPE 4000 426 5 70 0,037 75 -8,3
Существующая изоляция из стекловаты 4000 426 5 20 0,05 75 -8,3
Температура воды в трубопроводе te = 75 °C, принята как средняя температура воды исходя из графика тепловых нагрузок в зависимости от температуры наружного воздуха Котельной на 2014 г.
Температура наружного воздуха tc= - 8,3 °C принята как средняя температура окружающего воздуха за отопительный период в 2014г.
1 Определим величину часовых потерь на трубопроводе изолированном
стекловатой URSA фольгированной используя формулы 1,2,3:
к= i _
4лт)Х1п([1вНт)'ШХ1пО '(Ш,Ж,1,П,Р
к = 0,229 Вт/м °С; q = kx3.14(fB -tc), q = 60 Вт/м: Q = b X 1 X q, Q = 276 000 Вт;
2 Определим величину часовых потерь на трубопроводе изолированном минераловатными цилиндрами HOTPIPE:
к = 0,252 Вт/м°С;
q = 66 Вт/м: Q = 303 600 Вт;
3 Определим величину часовых потерь на трубопроводе с существующей изоляцией из стекловаты, (сроком службы более 20 лет):
к = 0,929 Вт/м °С;
q = 243 Вт/м; Q 1 117 800 Вт;
Результаты расчетов потерь при использовании вышеприведенных теплоизоляционных материалов сведены в таблицу 5.
Таблица 5 - Результаты расчетов потерь на трубопроводе
Тип изоляции 1 , Вт/ т' м2°е 1и, Вт/ мм 2°C Толщина изоляции,мм k, Вт/м °C q, Вт/м Q, Вт
Стекловата URSA фольгированная 58 0,038 80 0,229 60 276000
Минераловатными цилиндрами HOTPIPE 58 0,037 70 0,252 66 303600
Существующая изоляция из стекловаты 58 0,05 20 0,929 243 1117800
Расчет эффективности мероприятия по установке изоляции на неизолированных участках теплопроводов и теплопроводах с некачественной изоляцией с наружным диаметром dв=426 мм.
Определение стоимости тепловых потерь с указанного участка теплотрассы за отопительный период произведено расчетным методом с использованием результатов расчетов, полученных в предыдущем разделе. Продолжительность отопительного периода составляет п = 215 дней (5160 часов).
В расчетах были использованы следующие соотношения между физическими величинами:
1 Вт = 8.5984 х 10 -7 Гкал/ч # 8,6 • 10-7 1 'кал/ч.
1 Гкал/ч = 0,143 т.у.т.
1 т, угля = 0,626 т.у.т., (коэффициент перевода в тонн условного топлива был принят из «Методики по предоставлению субъектами Государственного энергетического реестра информации, необходимой для формирования и ведения Государственного энергетического реестра»).
Результаты расчетов сведены в таблицу 6
Таблица 6 - Результаты расчетов тепловых потерь в денежном эквиваленте для участка теплотрассы
Тип изоляции Потери, Вт/ч Потери, Гкал/год Потери, т.у.т./год Потери угля, т/год Потери тг/год Ежегодная экономия тг/год
Стекловата URSA фольгированная 276000 1222,4 174,8 279,24 339777 1038997
Минераловатными цилиндрами HOTPIPE 303600 1347,25 192,65 307,76 374480 1004294
Существующая изоляция из стекловаты 1117800 4960,35 709,33 1133,12 1378774 0
*Стоимость тонны угля составляла 1216,8 тг.
Выгода от применения указанных видов изоляции участка теплотрассы составляет порядка 1 млн. тенге ежегодно.
Из предложенных вариантов теплоизоляции оптимальным вариантом будет использование фольгированной стекловаты URSA, так как данная теплоизоляция обладает высокой теплоизолирующей способностью при малом весе, имеет химическую и биологическую нейтральность, низкое влагопоглощение, стабильные физические свойства, легко режется под нужный размер. Помимо указанных качеств, стекловаты, из предложенных вариантов теплоизоляции, является единственным товаром, представленным на казахстанском рынке. Стоимость доставки по территории Республики Казахстан других видов теплоизоляционных материалов на порядок выше, чем доставка стекловаты URSA.
Паспортные данные и стоимость стекловаты URSA были взяты с сайта http://diana-almaty.kz/. Расчеты на доставку товара производились через онлайн калькулятор на сайте http://www.aleko.kz/. При этом, рассматривались два возможных варианта доставки утеплителя, который предлагается указанной деливерской компанией:
- вариант 1 - доставка по весу товара;
- вариант 2 - доставка по объему товара.
Из предложенных вариантов доставки доставка по весу является рациональным вариантом доставки, так как обладает меньшими экономическими затратами.
Капитальные затраты на реализацию проекта по теплоизоляции участка теплотрассы наружным диаметром dви = 426 мм представлены в таблице 7.
Таблица 7 - Капитальные затраты на реализацию проекта по теплоизоляции участка теплосети dви = 426 мм
Тип изоляции Стоимость материала, тг Площадь поверхности трубы, м2 Размеры материала (1 рулон) Вид доставки Стоимость доставки, тг Стоимость монтажных работ,тг
Стекловата URSA фольгиро-ванная 2834595 243 рулона 5099,4 м2 18000120080 мм, 21 м2 по весу 3402 кг 290820 1000000 с учетом подрядной организации
Суммарные затраты составят:
S = 2 834 595 + 290 820 + 1 000 000 = 4 125 415 тенге. Простой срок окупаемости проекта составляет:
4 125 415
Ток =-= 3,97 года ~ 4 года.
1038 997 '
Сведенные финансовые показатели анализа завтра жизненного цикла данного проекта по энергоэффективности, а также их основные составляющие, приведены в таблице 8.
Таблица 8 - Анализ затрат жизненного цикла проекта
Показатель Значение
Начальные капитальные вложения, тг 4 125 415
Чистая приведенная стоимость (КРУ), тг 4 131 234
Коэффициент чистой существующей прибыли (NPVQ) 1
Внутренняя норма прибыли (IRR), % 26,1
Отношение экономии к инвестициям (SIR) 2,3
Полный срок окупаемости, лет 4
Продолжительность жизненного цикла, лет 10
Ежегодная экономия, тг/год 1 038 997
ВЫВОДЫ
1 Проведение тепловизионного обследование довольно эффективно, поскольку позволяет наглядно продемонстрировать потери тепла.
2 По итогам тепловизионного обследования разрабатываются конкретные мероприятия по устранению потерь с указанием конкретных мест, указываемых на снимках произведенных с использованием соответствующей аппаратуры.
3 Также логичным будет произвести расчет тепловых потерь с сравнением различных теплоизоляционных материалов доступных на рынке.
4 Таким образом, как видно из расчетов любые из 3-х видов теплоизоляционного материала значительно (в 3 раза) уменьшают тепловые потери, теплопроводов. При этом стекловата URSA фольгированная несколько превышает остальные по теплоизолирующим свойствам. Следующим логичным шагом будет проверить экономическую целесообразность замены существующей теплоизоляции на новую теплоизоляцию.
5 Предлагаемые в работе результаты исследований и мероприятия имеют большую практическую значимость, поскольку были внедрены на АО «ЕЭК» разрез «Восточный»
При реализации проекта предполагается значительное снижение затрат на энергосбережение (1 038 997 тг. в год) со сроком окупаемости 4 года.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 Бергузинов, А. Н., Талипов, О. М. Тепловые насосы : прогрессивный метод энергообеспечения зданий // Наука и Техника Казахстана. - 2010 - № 2. - С. 28-29.
2 Дербенев, В. К. Макроэкономический анализ инновационного развития Казахстана // Саясат-Policy. - № 3,4. - С. 212-218.
3 Алиев, С. Б. Реструктуризация угольной промышленности Казахстана // Уголь. - 2001. - № 9. - С. 41-44.
4 Каренов, Р. С. Проблемы развития Карагандинского бассейна в условиях рыночных отношений // Комплексное использование минерального сырья. - 1994. - № 4. - С. 73-77.
5 Сайт Евразийского Банка Развития [Электронный ресурс]. - https://eabr. org/press/comments/ sostoyanie-i-perspektivy-ugolnoy-promyshlennosti-kazakhstana/.
6 Каренов, Р. С. Минерально-сырьевой комплекс Казахстана в условиях рыночной экономики. - Алматы : РИО ВАК РК, 2000. - 296 с.
7 Energy Efficiency in Exploration and Production of Oil & Gas. [Электронный ресурс]. - URL: https://hub.globalccsinstitute.com/publications/energy-efficiency-tech-nologies-overviewreport/3-energy-efficiency-exploration-and-production-oil-gas.
8 Международная финансовая корпорация. Руководство по энергосбережению в промышленности [Электронный ресурс]. - Режим доступа : http://www.ifc.org/ wps/wcm/connect/c25b18004886583db4eef66a6515 bb18/1-2%2BEnergy%2BCon-servation.pdf?MOD=AJPERES.
9 Energy and environmental profile of the US mining industry. US Department of Energy. [Электронный ресурс]. - URL: https://energy.gov/eere/amo/downloads/ itp-mining-energy-andenvironmental-profile-us-mining-industry-december-2002.
10 Техника и технология горно-подготовительных работ в угольной промышленности / Под ред. Э. Э. Нильвы. - М. : Недра, 1991. - 315 с.
11 Энергоаудит и нормирование расходов энергоресурсов. Сборник методических материалов под редакцией профессора С. К. Сергеева. - Н. Новгород : НГТУ, «Нижегородский региональный учебно-научный инновационный центр энергосбережения», 2004.
12 Закон Республики Казахстан «Об энергосбережении и повышении энергоэффективности» с изменениями и дополнениями по состоянию на 14.01.2015 г.
13 Борголова, Е. А. Энергосбережение и повышение энергетической эффективности. Учебное пособие / Е. А. Борголова, Ф. Ф. Лавриненко, Ю. Ф. Тихоненко, А. В. Стежко и др. - М., 2013.
14 Бренер, М. С., Лоскутов, А. В. Зарубежный опыт стимулирования энергосбережения // Энергосбережение. - № 3. - 2008.
Материал поступил в редакцию 15.05.18.
Р. В. Сапинов1, В. Ф. Починок2, А. В. Починок3
«Шыгыс» ЕЭК А^ кем1р кешеншщ энергетикалык тшмдштн энергетикалык аудит жYргiзу аркылы арттыру
1,2,3С. ТораЙFыров атындаFы Павлодар мемлекетлк университет^ Павлодар к., 140008, Казахстан Республикасы.
Материал баспаFа 15.05.18 тYстi.
R. V. Sapinov1, S. F. Pochinok2, A. V. Pochinok3
Increase of energy efficiency of JSC «EEK» «Vostochny» open-pit coal mine by performing energy audit
1,2,3S. Toraighyrov Pavlodar State University, Pavlodar, 140008, Republic of Kazakhstan.
Material received on 15.05.18.
Энергия ресурстарыныц балансы зерттеледi. Энергияны унемдеу жэне технологиялъщ удерктщ ерекшелг бойынша цолданыстагы шаралар царалды, сондай-ац объектШц аспаптыц зерттеу нэтижелерi талданды.
The balance of energy resources is studied. Existing measures in the field of energy saving and the specificity of the technological process are considered, and also the results of instrumental survey of the object are analyzed.
