Проектирование и использование номограммы для определения целевого показателя по энергосбережению предприятий трубопроводного транспорта нефти Текст научной статьи по специальности «Экономика и бизнес»

УДК 621.311

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НОМОГРАММЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЦЕЛЕВОГО ПОКАЗАТЕЛЯ ПО ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЮ ПРЕДПРИЯТИЙ ТРУБОПРОВОДНОГО ТРАНСПОРТА НЕФТИ

Н. В. ТОКОЧАКОВА, А. С. ФИКОВ, П. М. КОЛЕСНИКОВ

Учреждение образования «Гомельский государственный технический университет имени П. О. Сухого»,

Республика Беларусь

Введение

Начиная с 1998 г. в Республике Беларусь введен показатель, позволяющий оценивать эффективность использования ТЭР на всех стадиях их производства и потребления - целевой показатель по энергосбережению. Данный показатель ежегодно устанавливается Советом Министров Республики Беларусь в качестве одного из основных показателей социально-экономического развития [1]. Государственная статистическая отчетность о выполнении целевого показателя по энергосбережению ведется предприятиями ежемесячно с нарастающим итогом. В настоящее время в республике введена в действие временная инструкция по расчету целевого показателя по энергосбережению [2], отличительной особенностью которой является переход от темпов роста товарной продукции в сопоставимых ценах к индексу промышленного производства. С введением в действие инструкции [2] концерном «Белнефтехим» были отменены все ранее разработанные отраслевые методики по расчету целевого показателя по энергосбережению, за исключением методик, разработанных для предприятий трубопроводного транспорта нефти и газа. Данные методики учитывают не только физические объемы транспортируемого продукта, но и технологические особенности конкретных предприятий.

В повседневной работе службы главного энергетика, с целью контроля над эффективным потреблением ТЭР, в течение месяца неоднократно возникает необходимость в проведении прикидочных расчетов целевого показателя по энергосбережению. Одним из эффективных путей решения данной задачи является использование номограмм. Ценными свойствами номограмм являются их дешевизна, доступность, простота использования, наглядность и быстрота получения ответов [3]. Задачей работы является проектирование номограммы, облегчающей инженерные расчеты целевого показателя по энергосбережению предприятий трубопроводного транспорта нефти. При проектировании номограммы используются методики, приведенные в [3].

Решение задачи

Согласно методике [4] расчет целевого показателя по энергосбережению для предприятий транспорта нефти выполняется по формуле

ЦП =

г ОЭЗо л ~1

ОЭЗб

100, %, (1)

где ОЭЗо - обобщенные энергозатраты за отчетный период, ту. т.; ОЭЗ^ -

приведенные к сопоставимым условиям обобщенные энергозатраты в предыдущем (базисном) периоде, т у. т.

Приведенные к сопоставимым условиям обобщенные энергозатраты в предыдущем (базисном) периоде определяются как

ОЭЗб.у = ОЭЗб + Е ДОЭЗб, т у. т., (2)

где ОЭЗб - обобщенные энергозатраты в базисном периоде, т у. т.; ЕДОЭЗб -

величина, на которую должны быть изменены обобщенные энергозатраты в базисном периоде при приведении к сопоставимым условиям, т у. т.

Расчет значения Е ДОЭЗб осуществляется с учетом структуры потребления ТЭР,

которая складывается из следующих составляющих:

- электрической энергии, расходуемой на транспортировку нефти;

- тепловой энергии, расходуемой на нужды отопления, вентиляции и горячего водоснабжения;

- топлива, расходуемого в котельных для производства тепловой энергии. Величина Е ДОЭЗб определяется сопоставимыми условиями, корректирующими

потребление электрической, тепловой энергии и топлива в базисном периоде:

Е ДОЭЗб = ЛОЭЗэб + ДОЭЗб, т у. т., (3)

где ЛОЭЗб - величина, на которую следует скорректировать затраты электроэнергии

за счет сопоставимых условий, т у. т.; ДОЭЗт - величина, на которую следует скорректировать затраты тепловой энергии и топлива за счет сопоставимых условий, т у.т.

Сопоставимые условия для корректировки затрат тепловой энергии и топлива определяются средней температурой наружного воздуха и продолжительностью отопительного периода. Сопоставимые условия для корректировки затрат электроэнергии определяются как изменением грузооборота нефти, так и состоянием технологической системы транспортировки нефти. Следует отметить, что для

предприятий транспорта нефти на величину Е ДОЭЗб в наибольшей степени влияет

изменение грузооборота нефти, поскольку порядка 98 % потребленных ТЭР составляет электрическая энергия технологических нужд.

Приведение к сопоставимым условиям обобщенных энергозатрат производится на основе фактической взаимосвязи между электропотреблением и приведенным грузооборотом нефти через показатель степени а, что позволяет учесть индивидуальные особенности конкретного предприятия транспорта нефти:

ДОЭЗэ = ОЭЗб• О! -1), т у. т., (4)

где ОЭЗб - энергозатраты электроэнергии на транспортировку нефти базисного

периода, т у. т.; Тго - темп роста приведенного грузооборота, о. е.; а - показатель

степени, характеризующий нелинейность взаимосвязи между энергозатратами и приведенным грузооборотом нефти. Согласно исследованиям [5] данный параметр зависит от способа управления нефтепроводом (смена состава насосных агрегатов,

дросселирование) и для белорусских нефтепроводов теоретически лежит в пределах от 0,5 до 2,7. На практике этот диапазон несколько шире - от 0,3 до 3,0.

Таким образом, значение целевого показателя по энергосбережению можно представить следующей зависимостью:

ОЭЗо

ЦП =------б--------------- -1, о. е. (5)

ОЭЗб + ОЭЗэ (та°о -1'

Непосредственное номографирование выражения (5) неэффективно, поскольку ежемесячный расчет целевого показателя по энергосбережению на основе накопленных месячных значений ОЭЗо, ОЭЗб, Оэз- потребует неоправданно большого

(завышенного в 12 крат) размаха между нижним и верхним пределом

соответствующих шкал, вследствие чего теряется точность и удобство номограммы.

Разделив числитель и знаменатель в выражении (5) на ОЭЗб, можно перейти к расчету целевого показателя в более удобных относительных единицах:

гоэз

ЦП =---------1, о. е., (6)

1+т; (та. -1'

где Iоэз - индекс роста обобщенных энергозатрат,

Iоэз = ОЭЗо/ОЭЗб, о. е.; (7)

уб - удельный вес электрической энергии в структуре обобщенных энергозатрат базисного периода,

у б = ОЭЗэ/ОЭЗб, о. е. (8)

Исходя из количества переменных, выражение (6) можно пытаться представить номограммой из выровненных точек с двумя бинарными полями и одной шкалой, а также составными номограммами различных типов. Для решения поставленной задачи по первому варианту выражение (6) необходимо привести к основной канонической форме [3], что весьма затруднительно:

/э4 /12 = /5 /12

§34 - §12 §5 - § 12

(9)

где /, ё - функции параметров 1, 2, 3, 4 и 5.

Второй вариант решения поставленной задачи предполагает некоторую свободу при выборе типов элементарных номограмм, а значит и большее число вариантов проектирования. Проектирование составных номограмм производится путем введения в выражение дополнительных переменных, в результате чего исходное выражение распадается на систему уравнений, представимых в некоторой канонической форме.

Проектируемую номограмму предложено представить в виде составной номограммы, состоящей из прямолинейного абака Декарта и двух элементарных шкальных номограмм из выровненных точек (рис. 1), построенных для частного случая канонической формы Коши [3]:

/ = / • /з- (Ю)

Для этих целей введем в выражение (6) две дополнительные переменные ( 9 , ф ):

0 = Т“0 -1;

<9 = (ф- ОЛ;

У э

1033 = ф(ЦП +1).

(11)

о

и

Т.7,

У‘:’

Но

Рис. 1. Схема номограммы для определения целевого показателя по энергосбережению

Проектирование номограммы, схематично представленной на рис. 1, сводится к расчету координат пометок шкал в осях хОу с учетом произвольно выбранных высоты (L0 = 150 мм) и ширины (Н0 = 250 мм) номограммы. Полученные

выражения координат пометок шкал используются для построения макета номограммы в математическом пакете (например, МаШСАО). Окончательная обработка макета номограммы производится в графическом редакторе.

Для построения элементарной номограммы первого уравнения системы (11) в виде прямолинейного абака Декарта с равномерной сеткой производим построение поля (т, 0) в виде:

х = т(т - а); у = п(0- Ь)

(12)

где произвольные параметры а и Ь определяют положения начала координат, произвольные параметры т и п определяют размеры сетки в направлении осей абсцисс и ординат.

Выберем предел измерений темпа роста приведенного грузооборота от 0,93 до 1,07, что соответствует 7 % изменению данного параметра в отчетном периоде и дает возможность использовать проектируемую номограмму как в условиях роста, так и спада производственной программы. Как уже отмечалось выше, показатель степени а может принимать значения от 0,3 до 3,0. В данных диапазонах изменения параметров Т и а диапазон изменения дополнительной переменной 9 лежит в пределах от -0,20 до +0,22. Тогда, принимая ширину ( Н ) поля (Т, 9) равной 100 мм, определим произвольные параметры как:

I

о

т = Н / (Т„,х - Т„в) = 100 / (1,07 - 0,93) = 714,3, а = Тшт = 0,93; п = К! (9„х - 9ш1П) = 150 / (0,22 + 0,20) = 357,1, Ь = 9тЬ, = -0,20.

Тогда уравнения поля (т, 9) окончательно примут вид:

х = 714,3(Т - 0,93); у = 357,1(9 + 0,20).

Выражая из полученных уравнений параметры Т, 9 и подставляя полученные выражения в первое уравнение системы (11), получим уравнение семейства кривых а в осях хОу:

При построении абака Декарта ось 9 выполняется немой, при этом горизонтальные линии сетки сохраняются и используются в качестве направляющих для переноса точки Т, а на вспомогательную ось 9 .

Элементарная номограмма для второго уравнения системы (11) проектируется в

При определении уравнений простейших элементов элементарной номограммы следует учитывать, что вспомогательная ось 9 абака Декарта должна совпадать с носителем шкалы 9 проектируемой элементарной номограммы. Исходя из этих соображений, для шкалы 9 можно записать:

Удельный вес электропотребления в обобщенных энергозатратах РУП «Гомель-транснефть Дружба» составляет более 95 %. При принятии диапазона изменения данного параметра с небольшим запасом от 0,9 до 1,0 диапазон изменения параметра ф целесообразно принять от 0,8 до 1,25.

В общем виде уравнения шкалы ф запишутся:

где произвольный параметр Н равен расстоянию между носителями шкал 9, ф (принимаем Н = 10); параметр АН принимается равным положению носителя шкалы 9 на оси Ох (принимаем АН =100); произвольный параметр Ь определяет

произвольный множитель п определяет масштаб шкалы и находится из условия равномерного распределения принятых значений параметра ф на протяжении

носителя шкалы в диапазоне от 0 до Ь0 :

х = 100; у = т(/1 - а)= 357,1(9 + 0,20).

х = Н + АН ; у = п/2 - Ь),

(13)

положение носителя шкалы ф (принимаем Ь = /2 (фт1п ) = фт1п -1 = 0,8 -1 = -0,2 );

/2 (фтах ) - /2 (фт1п ) (фтах - 1) - (фт1п - 1) (X25 - 1) - (0,8 - 1)

Ь0 = Ь0 = 150

150

333,3.

Окончательно уравнения шкалы ф запишутся:

х = 110; у = 333,3(Ф- 0,8). Уравнения наклонной шкалы уб запишутся:

3571• \

х = т ^Н ^ /3 + АН =---------—^------+100;

т •13 - п 357,1 • - 333,3

У э

, ч - 23804 + 23804•-1

у = т • п(а - Ь • /3)= уЭ

т • /3 п 357,1 • \ - 333,3

У э

Элементарная номограмма для третьего уравнения системы (11) проектируется по аналогичной методике. Для более удобного расположения носителя наклонной шкалы перепишем данное уравнение в виде:

-1оэз =ф(- (ЦП +1)). (14)

Тогда для частного случая канонической формы Коши (10) запишем:

/1 = -1°эз. /2 =ф; / = -(Цп+1).

Совмещение проектируемой элементарной номограммы с предыдущей производится по носителю шкалы ф. Такое совмещение возможно, поскольку в обоих случаях шкалы равномерные. Масштаб п шкалы ф принимаем равным 333,3. Положение носителя шкалы ф определим как Ь = /2 (фш;п )=фш;п = 0,8. Окончательно уравнения шкалы ф запишутся в виде:

х = Н + АН = 110; у = п(/2 - Ь) = 333,3(ф - 0,8).

Расстояние между носителями шкал выбираем отрицательным (Н = -50), что обеспечивает изменение последовательности носителей шкал ф и 9 . Тогда значение произвольного параметра АН составит 160.

Примем диапазон возможных значений индекса роста обобщенных энергозатрат от 0,9 до 1,1. С целью увеличения протяженности носителя шкалы ЦП, примем диапазон изменения данного параметра от -0,15 до 0,15. Следует отметить, что практически встречающиеся значения целевого показателя по энергосбережению не выходят за диапазон от -5 до +5 %.

В общем виде уравнения шкалы Iоэз запишутся:

х = АН ; у = т(/ - а), (15)

где произвольный параметр а определяется так, чтобы точка с пометкой Iоэз = 1,1 лежала на оси Ох (принимаем а = /1 (1^ )=- ЮТх =-1,1); произвольный

множитель т определяет масштаб шкалы Iоэз:

Д0 Д0 150 __л

т = —/------у-0—/-----------------------------------\ =-0-=-= 750 .

у(/тп)-у(/тх) - сп+сх -0,9+1,1

Окончательно уравнения шкалы /оэз запишутся:

х = 160; у = 750(1,1 - /оэз).

Уравнения наклонной шкалы ЦП запишутся:

т • Н • У 4„ 37500(ЦП +1)

х =---------^ + АН =--------+160;

т • /3 - и - 750 • ЦП -1083,3

т • и (а - Ь • /3 )= (20 • ЦП - 7,5)104

У =

т • /3 - и - 750 • ЦП -1083,3

На рис. 2, согласно полученным простейшим уравнениям элементов элементарных номограмм, построена составная номограмма для определения целевого показателя по энергосбережению. На вспомогательные носители шкал ф и 9 пометки не наносятся.

Для иллюстрации использования разработанной номограммы приведем пример определения целевого показателя по энергосбережению за семь месяцев работы одного из белорусских предприятий транспорта нефти. Исходные данные к расчету приведены в таблице.

Исходные данные к определению целевого показателя по энергосбережению

предприятия транспорта нефти

Параметр Значение

Темп роста приведенного грузооборота нефти Тг.0 = 0,98 о. е.

Индекс роста обобщенных энергозатрат / оэз = 0,94 о. е.

Удельный вес электропотребления в обобщенных энергозатратах базисного периода у б= 0,95 о. е.

Показатель степени взаимосвязи между электропотреблением и приведенным грузооборотом нефти 0 О, сч" II а

Определение значения целевого показателя по энергосбережению производится путем трех наложений линейки на номограмму. Первое наложение линейки соответствует отрезку АБ (рис. 2). Точка А данного отрезка получена на пересечении заданных значений Тг о и а. Для получения точки Б из точки А

опускается перпендикуляр на первый немой носитель шкалы. Для этих целей можно использовать горизонтальные вспомогательные линии. Второе наложение линейки

соответствует отрезку БВ. Точка В определяется на шкале уб. Пересечение отрезка БВ со вторым немым носителем шкалы дает точку Г отрезка ГД, соответствующего третьему наложению линейки. Точка Д отмечается на шкале /оэз. Искомый результат находится на пересечении отрезка ГД и шкалы целевого показателя по энергосбережению (ЦП).

Рис. 2. Номограмма для определения целевого показателя по энергосбережению предприятий трубопроводного транспорта нефти

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭНЕРГЕТИКА

Согласно исходным данным значение целевого показателя, определенное с использованием номограммы, составляет 1,0 %, что соответствует 1,0 % экономии ТЭР в отчетном периоде в сопоставимых условиях с базисным периодом.

Заключение

Разработана номограмма для прикидочных расчетов целевого показателя по энергосбережению с учетом изменяющего приведенного грузооборота нефти и фактической взаимосвязи между электропотреблением и приведенным грузооборотом нефти, позволяющая оценивать эффективность использования ТЭР в процессе их потребления предприятиями трубопроводного транспорта нефти.

Литература

1. Инструкция по расчету целевых показателей по энергосбережению : утв. Ком. по энергоэффективности при Совете Министров Респ. Беларусь 28.07.03. -Минск, 2003. - 14 с.

2. Об утверждении Инструкции по расчету целевых показателей по энергосбережению : постановление Гос. ком. по стандартизации Респ. Беларусь, 1 авг. 2007 г., № 40 // Нац. реестр правовых актов Респ. Беларусь. - 2007. - № 214. - 8/17035.

3. Хованский, Г. С. Основы номографии / Г. С. Хованский. - Москва : Наука, 1976. -351 с.

4. Методика расчета целевого показателя энергосбережения для предприятий транспорта нефти в сопоставимых условиях : утв. Белорус. гос. концерном по нефти и химии 14.07.05. - Минск, 2005. - 31 с.

5. Фиков, А. С. Изучение закономерностей формирования режимов

электропотребления участков нефтепровода для оценки целевого показателя энергосбережения предприятий трубопроводного транспорта нефти / А. С. Фиков, П. М. Колесников // Современные проблемы машиноведения : тез. докл. VI Междунар. науч.-техн. конф., Гомель, 19-20 окт. 2006 г. / М-во образования Респ. Беларусь, Гомел. гос. техн.

ун-т им. П. О. Сухого, ОАО «ОКБ Сухого»; под общ. ред. С. Б. Сарело. - Гомель, 2006.- С. 129-130.

- Получено 18.10.2007 г.