CC BY
97
УДК 620.92:658.26
И.В. Долотовский, Е.А. Ларин, А.В. Ленькова, Н.В. Долотовская ЭФФЕКТИВНЫЕ СИСТЕМЫ ЭНЕРГО- И ВОДООБЕСПЕЧЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ ДОБЫЧИ, ПОДГОТОВКИ, ПЕРЕРАБОТКИ ГАЗА И ГАЗОВОГО КОНДЕНСАТА
Рассмотрены основы создания, анализа эффективности и оптимизации систем энерго-, водообеспечения, использующих собственные ресурсы предприятий добычи, подготовки перерабоитки газа и газового конденсата. Приведены схема системы энерго-, водообеспечения, методика комплексной оценки ее эффективности и результаты оптимизации для действующего предприятия.
Системы электро-, тепло-, водообеспечения, ресурсосбережение, эффективность, оптимизация, добыча, подготовка, переработка, природный газ, газовый конденсат
I.V. Dolotovskij, E.A. Larin, A.V. Lenkova, N.V. Dolotovskaya
EFFICIENT SYSTEM ENERGY AND WATER SUPPLY ENTERPRISES PRODUCTION, TREATMENT AND PROCESSING OF GAS AND GAS CONDENSATE
Basics of creation, performance analysis and optimization of system energy and water supply enterprises production, treatment and processing of gas and gas condensate, using its own resources. Provides circuit of system energy and water supply, method of comprehensive evaluation of its effectiveness and the results of the optimization for the enterprise.
The electrical supply system, thermal energy and water, resource conservation, the effectiveness, optimization, extraction, preparation, processing of natural gas and gas condensate
Системы обеспечения энергоресурсами (ЭР) и водой и технологические установки предприятий добычи, подготовки и переработки газа и газового конденсата (ПДППГКГ) взаимосвязаны производственным циклом по материальным и энергетическим потокам и являются крупными потребителями тепловой и электрической энергии, получаемой от внутренних или внешних источников. Внутрипроизводственные системы энергообеспечения представляют собой единый энергетический комплекс (ЭК), эффективность которого во многом определяет рентабельность всего предприятия. Первичными ЭР для ПДППГКГ являются топливо, как компонент углеводородного сырья, и электроэнергия. Часть потребляемой тепловой энергии генерируется в технологических процессах в виде водяного пара и горячей воды; недостающее количество потребляется от внешнего источника - котельной или ТЭЦ.
Энерготехнологическую схему и тип установленного оборудования определяют назначение ПДППГКГ и состав сырья. В общем виде их блочно-иерархическая структура может быть представлена древовидной формой с внутренними взаимосвязями на I и II уровнях - технологическая система (ТС) - ЭК, производства - системы ЭК (рис.1). Очевидно, что взаимосвязанные ТС и ЭК ПДППГКГ представляют собой сложно структурированный объект, исследование энергетической эффективности и совершенствование которого необходимо проводить с позиций системного анализа и в соответствии с современной концепцией развития энергетики этих предприятий, базирующейся на принципах максимального использования вторичных энергетических ресурсов, в том числе горючих отходов, сжигаемых в факельных системах, минимизации водопотребления от внешнего источника и водоотведения основного и вспомогательного процессов путем организации замкнутых технологических циклов в каждый период функционирования ПДППГКГ, включая строительство, ввод в эксплуатацию, эксплуатацию, вывод из эксплуатации.
Эти принципы реализованы в разработанной ресурсоэффективной системе энерго - водоснабжения (СЭВС) ПДППГКГ (рис. 2) на основе комплексного решения задачи повышения энергетической эффективности и экологической безопасности с учетом взаимосвязи технологических произ-
водств и систем генерации и потребления энергоресурсов, водоснабжения и утилизации горючих отходов и стоков [1].
г
Электроэ нергия
Внешняя система энергоснабжения
Сырье
Тепловая
энергия
Вода
I
Энергетический комплекс
Электротехническая
Теплотехническая
Топливная
Водоснабжения
Водоотведения
л
£ і
о
отс
и
ё
я
к — го
к
9 ^
Технологическая система
Подготовка
Переработка
Утилизация отходов
Хранение продукции
Т ранспортирование
- і
а
в
втс
5
в
со
и
о
р
О
Установ ки гЫ ? . ^ ... * 1 ы ... І . ---1 ---
♦ * ♦
Аппараты 1 2 к . г
и
Рис. 1. Блочно-иерархическая модель взаимосвязей элементов ЭК и ТС ПДППГКГ
Разработанная СЭВС имеет ряд энерготехнологических и аппаратурных преимуществ, основными из которых являются:
- обеспечение потребителей электрической и тепловой энергией от собственных источников, эксплуатируемых в оптимальных режимах на всех этапах жизненного цикла ПДППГКГ;
- утилизация горючих отходов и сточных вод в нейтрализаторе с выработкой технологической воды и пара;
- полезное использование теплоты дымовых газов нейтрализатора для генерации водяного пара в парогенераторе и нагрева технологического потока в технологическом блоке 1, и теплоты высокотемпературного потока газов технологического блока 2 в котле-утилизаторе;
- использование в качестве топлива в горелках нейтрализатора газовых и жидкофазных горючих отходов, подаваемых на газовый эжектор;
- повышение экологической безопасности предприятия, поскольку исключается загрязнение литосферы при подземном захоронении промстоков;
- снижение затрат на водоснабжение от внешнего источника при использовании конденсата водяных паров в качестве рабочего тела паросилового блока, теплоносителя системы теплоснабжения и исходной воды системы хозпитьевого водоснабжения ПДППГКГ;
- увеличение срока непрерывной работы основного оборудования, комплектующего СЭВС, не нуждающегося в замене или выводе в консервацию и используемого на всех этапах жизненного цикла предприятия, от начала строительства объекта до его вывода из эксплуатации.
В разработанной СЭВС нейтрализатор промстоков и утилизации горючих отходов может являться одним из элементов технологического блока 1, например блока регенерации абсорбента установок осушки газа (на данный элемент получен патент [2]). Кроме того, технологический блок 2 СЭВС, содержащий газоперекачивающий агрегат с воздушным компрессором, газовой турбиной и камерой сгорания характерен лишь для предприятий, осуществляющих подачу газа в магистральный газопровод. Для объектов с отличной технологической структурой этот элемент или отсутствует, или содержит другое оборудование, например, технологические трубчатые печи.
Общая эффективность СЭВС определена на основании энерготехнологических и техникоэкономических показателей [3] с использованием разработанной информационно-аналитической системы нормирования и оптимизации выработки и потребления энергоносителей [4].
Газ к потребителю Рис. 2. Схема системы энерго - водоснабжения ПДППГКГ
Технико-экономическая эффективность анализировалась по значениям интегрального эффекта или чистого дисконтированного дохода (ЧДД) и дисконтированного срока окупаемости инвестиций (ТОк).
Энерготехнологическая эффективность определялась по четырем показателям - коэффициентам рационализации генерирования и потребления электрической и тепловой энергии КрЭ, использования топлива Крт , водопотребления от внешнего источника КРВ , и водоотведения КрС :
Крэ = 1 -(Еа/Ет ); Крт = 1 -(Ва/Вт ); Крв = 1 -(Щл/Щ); КрС = 1 ~(ва/В-),
где - Ет , Вт , Щ, Вт , Еа , ВА , Щ, БА приведенные удельные энергоемкости, удельное
топливопотребление из сети товарного газа, водопотребление от внешнего источника и удельное водоотведение вариантов СЭВС, отличающихся составом оборудования.
Внедрение СЭВС в структуру ЭК ПДППГКГ позволяет решить задачу повышения энергетической эффективности предприятия с организацией практически замкнутых циклов водопотребления, водоотведения и минимизацией потребления энергоресурсов от внешних источников. Решаются также задачи ресурсосбережения для отдельных процессов и установок. Например, для технологических процессов предприятий подготовки газа, переработки нефти и газового конденсата, вариант энергообеспечения с использованием ресурсосберегающей технологии СЭВС позволяет снизить удельное потребление топливного газа из сети товарного газа на 36-54 % (табл. 1) и минимизировать потребление воды на технологию от внешне -го источника по сравнению с вариантом традиционной схемы энергообеспечения.
Таблица 1
Удельные показатели вариантов энерго- водоснабжения процессов*
Топливопотребление из сети товарного газа, кг у. т./т Первичная переработка газового конденсата (нефти) Сероочистка газа Г идроочистка Риформинг
79,6-80,5 58,5-33,4 25.3-27,6 10.4-12,3 19.9-22,8 7.9-13,7
Водопотребление от внешнего источника, м3/т м3/1000м3 0,036-0,070 0,0033-0,0063 0,167-0,171 0,015-0,0016 0,034-0,048 0,004-0,007 0,024-0,028 0,003-0,004
Водоотведение, м3/т м3/1000м3 0,046-0,064 0,0014-0,0019 0,034-0,056 0,002-0,003 0,034-0,036 0,0016-0,002 0,021-0,026 0,002-0,003
* в числителе приведены показатели традиционной схемы, в знаменателе - эффективной СЭВС
В установках сепарации, осушки природного газа и его подготовки к транспорту при внедрении нейтрализатора промышленных стоков с утилизацией горючих отходов удельное потребление топливного газа из сети товарного газа снижается с 0,12-0,13 до 0,072-0,076 кг у. т. на 1000 м3 сырьевого газа.
Реализация всей схемы СЭВС на крупном ПДППГКГ позволяет снизить удельный годовой расход топлива в системе на выработку 1 МВт тепловой и электрической энергии на 12-14 %. Приведем результаты сопоставительного анализа трех вариантов СЭВС по частным критериям эффективности для действующих предприятий подготовки и переработки газа при модернизации ЭК. Рассмотрены варианты СЭВС, где технологический блок 3 с котлом-утилизатором (см. рис. 2) представлен газотурбинными установками с выработкой электроэнергии для собственных нужд, а в силовом блоке устанавливаются паровые турбины К-6-2,4. Варианты отличаются составом тепло- и электрогенерирующего оборудования: 1) - 3 турбины вТ8С2, 3 котла КУ-93, 3 турбины К-6-2,4; 2) - 2 турбины У-64.3Л и 2 котла КУ-120, 2 турбины К-6-2,4; 3) -4 турбины вТХ-100 и 4 котла КУ-60, 2 турбины К-6-2,4. В качестве альтернативной замещаемой схемы энергообеспечения объекта принят вариант электроснабжения от системы с конденсационными электростанциями и теплоснабжения от производственной котельной.
Сопоставительный анализ показателей рассмотренных вариантов (табл. 2) позволяет сделать вывод о целесообразности внедрения в структуру энергетического комплекса предприятия подготовки и переработки газа СЭВС с составом оборудования варианта 1.
Аналогичным образом с использованием методики многокритериального анализа и программного обеспечения определяется эффективность внедрения СЭВС в структуру энергетического хозяйства любого ПДППГКГ. Чистый дисконтированный доход, определенный за 10 лет в расчете на 1 МВт суммарной электрической и тепловой мощности в зависимости от типа предприятия составит
8,06-18,01 млн. руб./МВт, внутренняя норма доходности - 21,1-28,2 %, индекс доходности 2,5—3,1 руб./руб., срок окупаемости инвестиций - 7,8-9,0 лет.
Таблица 2
________________________Показатели эффективности вариантов СЭВС________________________
1 2 3
Коэффициент рационализации:
- энергопотребления 0,255 0,316 0,217
- использования топлива 1 0,881 0,995
- водопотребления 0,916 0,912 0,902
- водоотведения 0,974 0,973 0,970
Удельная экономия топлива в системе, т у. т./МВтгод 343,7 302,5 342,0
Выводы
1. Разработана эффективная ресурсосберегающая система энерго- водообеспечения в общей наиболее полной комплектации оборудования для предприятий добычи, подготовки и переработки газа и газового конденсата.
2. Приведена методика комплексной оценки эффективности системы по техникоэкономическим и энерготехнологическим критериям.
3. Показана эффективность ресурсосберегающей системы энерго- водообеспечения в процессах подготовки и переработки газа и газового конденсата с возможностью снижения удельного годового расхода топлива на выработку 1 МВт тепловой и электрической энергии на 12-14 %.
ЛИТЕРАТУРА
1. Пат. 114424 РФ. Установка электро- тепло- водоснабжения предприятий добычи, транспорта и переработки углеводородного сырья/ Долотовский И.В. - опубл. 27.03.2012, Бюл. №9.
2. Пат. 114424 РФ. Установка регенерации абсорбента с термической утилизацией горючих отходов/ Долотовский И.В., Ленькова А.В. - опубл. 27.03.2012, Бюл. № 9.
3. Математическое моделирование и оптимизация технических решений по утилизации горючих отходов установок подготовки и переработки углеводородного сырья/ Е.А. Ларин, И.В. Долотовский, А.В. Кульбякина// Энергосбережение в Саратовской области. - 2011. - №3 (45). - С. 21-22.
4. Пат. 2465639 РФ. Информационно-аналитическая система нормирования и оптимизации выработки и потребления топлива и энергоносителей на предприятии/ Долотовский И.В., Ларин Е.А., Долотовская Н.В. - № 2011147445; заявл. 22.11.2011; опубл. 27.10.2012, Бюл. №30.
Долотовский Игорь Владимирович -
кандидат технических наук, старший научный сотрудник кафедры «Теплоэнергетика» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.
Igor V. Dolotovskij -
Ph. D., Senior Researcher Department of Heat Power Engineering Gagarin Saratov State Technical University
Ларин Евгений Александрович -
кандидат технических наук, профессор кафедры «Теплоэнергетика»
Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.
Eugeniy A. Larin -
Ph. D., Professor
Department of Heat Power Engineering Gagarin Saratov State Technical Unaversity
Ленькова Александра Викторовна -
аспирант кафедры «Теплоэнергетика» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.
Aleksandra V. Lenkova -
Postgraduate
Department of Heat Power Engineering Gagarin Saratov State Technical Unaversity
Долотовская Надежда Васильевна -
кандидат технических наук, доцент кафедры «Промышленная теплотехника» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.
Nadezhda V. Dolotovskaya -
Ph. D., Associate Professor Department of Industrial Heat Engineering Gagarin Saratov State Technical University
Статья поступила в редакцию 25.06.12, принята к опубликованию 06.09.12
