О целесообразности замены редукционно-охладительной установки турбиной с целью повышения эффективности использования пара Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №11-3/2016 ISSN 2410-700Х_

термотрансформатора для повышения температуры реактора и, следовательно, улучшение десорбции аммиака, а также поиск новых сорбентов и рабочих веществ.

Указанные достоинства, а также простота в изготовлении и эксплуатации делают такие термотрансформаторы вполне конкурентоспособными по сравнению с компрессионными термотрансформаторными агрегатами. Данный гелиоэнергетический термотрансформатор может использоваться для охлаждения, замораживания, получение льда, аккумулирования холода в регионах с высокой активностью солнца и местностях, удаленных от центрального электроснабжения (жилые помещения, островные хозяйства, пастбища скотоводов, рыбоводные хозяйства, места временного пребывания людей). Также установка проста в эксплуатации, имеет низкую стоимость, экологическую безопасность и мобильность (небольшой размер позволяет транспортировать установку на легковом автомобиле).

Список использованной литературы:

1. М. Ф. Руденко, Ю. В. Чивиленко. Гелиоэнергетические термотрансформаторы «сухой» абсорбции циклического действия: монография/ М.Ф.Руденко, Ю.В. Шипулина; Астрахан. гос. техн. ун-т. - Астрахань: Изд-во АГТУ, 2013. - 172 с.

2. Ю. В. Чивиленко, Б. Ж. Туркпенбаева, М. Ф. Руденко, В. М. Федотов. Повышение эффективности гелиоэнергетических холодильных установок сорбционного типа // ВЕСТНИК АГТУ - 2008 - № 2 (43) - С. 126-131

3. Р. А. Ильин, Н. Д. Шишкин. Комплексная оценка эффективности и создание экспериментальной солнечной водонагревательной установки // Альтернативная энергетика и экология - 2015 - №21(185) - С. 14-19

4. Г. Б. Багдуев, Д. М. Чалаев. Солнечное охлаждение // Известия ДГПУ - №2 - 2008 - С. 1-8

5. М. Ф. Руденко, Ю. В. Шипулина. Моделирование термодинамического цикла работы адсорбционного гелиоэнергетического термотрансформатора// ВЕСТНИК АГТУ. Сер.: Морская техника и технология - 2011 - № 3 - С. 136-140

© Ильин Р.А., Ермачков А.А., 2016

УДК 697

Л. М. Имамова

Бакалавр 4 курса Факультета трубопроводного транспорта ФГБОУ ВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет»

г.Уфа, Российская Федерация Р. М. Саитов

Бакалавр 4 курса Факультета трубопроводного транспорта ФГБОУ ВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет»

г.Уфа, Российская Федерация

О ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ЗАМЕНЫ РЕДУКЦИОННО-ОХЛАДИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ ТУРБИНОЙ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПАРА

Аннотация

В статье рассмотрен способ повышения энергетической эффективности систем пароснабжения -замена редукционно - охладительной установки на паровую турбину. Представлен расчет показателей работы системы до и после мероприятия. Выполнено технико-экономическое обоснование применения паровой турбины.

Ключевые слова

Редукционно - охладительная установка, турбина, энергосбережение

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №11-3/2016 ISSN 2410-700Х_

В настоящее время предприятия нефтехимической отрасли являются наиболее энергоемкими. Для ведения технологических процессов используется тепловая энергия в виде пара и горячей воды [1, с.134]. Источниками тепловой энергии как правило служат близлежащие тепловые электростанции, работающие на углеводородном топливе.

В последние годы большое внимание уделяется возможности собственной выработки тепловой и электрической энергии. Это позволяет повысить коэффициент использования топлива в системе за счет более глубокого использования теплоты сбросных и технологических потоков.

Для снижения давления пара и температуры в настоящее время зачастую используются редукционно - охладительные установки (РОУ). При этом теряется часть располагаемой энергии высокопотенциального пара. С целью повышения энергоэффективности системы пароснабжения было предложено рассмотреть замену РОУ на паротурбинную установку [2, с.340].

Паровая турбина устанавливается для выработки электроэнергии и привода вспомогательных механизмов (компрессоры, насосы, вентиляторы и пр.) [3, c.386] за счет использования энергии пара, теряемой в процессе дросселирования на редукционных установках. Рассмотрим возможность установки турбины для реальных условий нефтехимического предприятия.

Для производственных нужд нефтехимического предприятия используется пар с давлением P = 26 -32 ати и температурой t = 300 - 320 °С [4, с.393]. Пар от ТЭЦ поставляется с давлением р = 92 - 97 ати и температурой t = 450 - 500 °С. Исходные данные:

Температура и давление пара на входе в РОУ: t = 406,7°С, р = 90,6 ати; Температура и давление пара на выходе из РОУ: t = 307,5 °С, р = 30,1 ати; Температура и давление конденсата: t = 70°С, р = 30 ати; Расход пара: 19,23 т/ч

Для оценки эффективности установки турбины проведем эксергетический расчет РОУ. Построим диаграмму эксергетических потоков.

Уравнение эксергетического баланса для РОУ запишется в виде:

е + е = е + е ;

П] к Й2 пот7

где еП1 - эксергия пара на входе в РОУ, еп - эксергия пара на выходе из РОУ, ек - эксергия конденсата,

епот - потери эксергии на необратимости процесса дросселирования.

h -h0-T0(Sn -S0>Gn+hK-h0- Tq(Sk- SQ)-Gk- (h2- hp-Tp(Sn2- Sp)) 40,,+ GK)

епот= Gn+ GK

где , - энтропия пара до и после РОУ,

, h^ - энтальпия пара до и после РОУ, - энтропия и энтальпия конденсата, впрыскиваего в РОУ.

„ кДж „ кДж , кДж , кДж

So =6,3060 -—, So =6,5415 -—, Й =3135,727 -, Й =3009,68 -,

п1 кг-К п2 кг-К п1 кг п2 кг

кДж кДж т т

S =0,9529 —-, h =295,4891 —-, G„=19,23-, GK=0,893-

кк

к кгК к кг ч ч

епот=(3135,727 - 84,0046 - 293^(6,3060 - 0,2963) • 19230 + 295,4891 - 84,0046 - 293 • (0,9529 - 0,2963) •

893 - 3009,68 - 84,0046 - 293 • (6,5415 - 0,2963) • 20123) / 20123 = 138,647 кДж

ЕМ.738 КВт

е„„=0,775МВт Рисунок 1 - Схема эксергетических потоков

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №11-3/2016 ISSN 2410-700Х

/ / /// /'/ // / /' / / / ; - • /•

Рисунок 2 - Процессы регулирования параметров пара в РОУ Процесс 1 - 2 - процесс дросселирования пара, процесс 2 - 2' - процесс впрыска конденсата

В результате эксергетического расчета установлено, что необратимые эксергетические потери составляют 13 % от располагаемой энергии.

На выходе из РОУ требуемые параметры пара составляют р = 26 - 32 ати, t = 300 - 320 °С. Необходимо подобрать турбину, выпускаемую промышленностью для срабатывания располагаемого давления и достижения требуемой температуры [5, с.37].

Зная энтальпию пара на входе в турбину и энтальпию пара после прохождения сопел, найдем общий теплоперепад:

кДж

Н ^ ^ = 3135,727 - 3009,68 = 126,047—

об п п2 ' ' ' кг

Зная расход пара, находим мощность турбины:

_ &Ноб

т 3600

где G - расход пара.

д 19230 -126,047

-3600-=673-3 КВт

Так как процесс расширения пара на лопатках турбины сопровождается снижением его температуры, то на выходе из турбины мы будем иметь пар с необходимым давлением (30 бар), но со слишком маленькой температурой - 252,9 °С (для теоретического процесса) и 271,6 °С (для адиабатного), что непригодно для технологических целей.

Рисунок 3 - Процессы понижения давления и температуры пара в турбине Процесс 1 - 2 - процесс дросселирования пара, процесс 2 - 2' - процесс впрыска конденсата. Процесс 1 - 3 - изоэнтропный процесс расширения пара на лопатках турбины. Процесс 1 - 4 - адиабатный процесс расширения пара на лопатках турбины.

Поэтому ограничим теплоперепад турбины на заданной отметке = 3009,68 , то есть давление пара будут снижено не полностью - р=49,4 бар (для сохранения температуры в заданном диапазоне - 300^320 °С), а дальнейшее уменьшения давления будет произведено с помощью дроссельного клапана.

Рисунок 4 - Процессы понижения давления и температуры пара в турбине Процесс 1 - 2 - процесс дросселирования пара, процесс 2 - 2' - процесс впрыска конденсата. Процесс 1 - 3 - теоретический процесс расширения пара на лопатках турбины. Процесс 1 - 4 - адиабатный процесс расширения пара на лопатках турбины. Процесс 4 - 2' - процесс дросселирования пара.

Для нахождения конечной точки процесса расширения пара в реальной турбине, необходимо построить теоретический процесс (процесс 1 - 3) в hS - диаграмме. Для этого найдем теплоперепад для теоретического процесса, а затем построим процесс расширения пара в реальной турбине:

Ноб 126,047 кДж

Н =-

По

0,

-= 157,56-

кг

Составим эксергетический баланс для турбины:

е = е + е +е ;

П] Й2 пол пот7

где еП1 - эксергия пара на входе в турбину, еп - эксергия пара на выходе из турбины, епол - полезно используемая эксергия,

епот - потери эксергии на необратимости процесса расширения пара.

е Л ^ - Т0 ( S - S )-е ,

пол п] пз'" V, п] пз! / пот7

е = h - h - Т0( S- S )

пот пз' пз пз' пз /

где 5П1, - энтропия пара до и после турбины,

, - энтальпия пара до и после турбины, Sп, ^ - энтропия и энтальпия пара в теоретическом процессе расширения

Sп = 6,3060 Sп = 6,3584 ^ = 3135,727 = 3009,68

1 га-К 3' КГ^К 1 кг 3' кг

кДж

S„ = 6,3060 = 2978,167

3 кг • К 3

кг-К'

кДж кг

е = з009,68-2978,167-29з^(6,з584-6,з060)=16,16

кДж

кг

е =(з1з5,727-з009,68-29з^(6,з060-6,з584)-16,16==125,24

кДж

кг

кДж кДж

1290,88 --(11зз,з2+125,24+16,16) -;

кг кг

6,895 МВт = (6,14+0,669+0,086) МВт

Рисунок 5 - Схема эксергетических потоков после установки турбины

Так как в турбине происходит неполное снижение давления пара, необходимо установить дроссельный клапан. Приведем его эксергетический баланс.

е = е + е ;

П] Й2 пот7

е = h - h - T0(S - S )=3009,68 - 3009,68 - 293^6,3584 - 6,5415) =

пот % п2 v V % 7 7 47 7 y

=53,65 кДЖ =0,2866 МВт. кг

Et*=6,% МВт ар. клапан €"■'5,353 МВт

>

/ \)

Em =0,287МВт

Рисунок 6 - Схема эксергетических потоков после установки дроссельного клапана

Расчет экономической целесообразности. Мощность турбины: ^ = 673,3 КВт

Мощность генератора: Nr = Мтд • цг = 673,3 • 0,95 = 639,64 КВт

В сутки вырабатывается: 639,64 • 24 = 15351,36 КВт • ч, что по действующему тарифу соответствует: 15351,36 КВт • ч • 2,74 = 42062 руб.

Стоимость 1 кВт установленной мощности «под ключ» около 25000 руб. Соответственно стоимость нашей турбины «под ключ» около 16,875 млн. руб. Срок окупаемости - менее 1 года (401 сут).

До применения турбины снижение давления пара происходило в процессе прохождения пара через дроссельный клапан, а снижение температуры - путем впрыска конденсата (процессы 1-2-2').

По рисунку видно, что действительный процесс понижения давления пара в турбине (процесс 1 -4 на рисунке 3) идет с понижением температуры. В результате мы имеем температуру пара ниже необходимой (271,6 °С). Для получения требуемых параметров пара (p = 26 - 32 ати, t = 300 - 320 °С) на выходе мы должны будем установить турбину и дросселирующее устройство (процессы 1-4-2' на рисунке 4), что увеличивает количество оборудования и уменьшает надежность системы, но при этом потери уменьшаются в 2 раза.

Список использованной литературы

1. Смородова О.В., Костарева С.Н., Колоколова Е.А. Энергетическая эффективность систем энергообеспечения объектов нефтегазовой отрасли//Нефтегазовое дело. 2014. №12-4. С.134-138.

2. Бурдыгина Е. В., Салова М. Г. Использование когенерации в существующих паровых котельных// Трубопроводный транспорт - 2013: в сборнике материалы VIII Международной учебно-научно-практической конференции. - Уфа: УГНТУ, 2013. С. 340-342.

3. Трофимов А.Ю., Толчева М.В. Утилизация избыточного давления топливного газа в системе теплоснабжения//в сб.Трубопроводный транспорт-2016: Материалы XI Международной учебно-научно-практической конференции.2016. С.386-387.

4. Бурдыгина Е. В., Сулейманов А. М., Хафизов Ф. М. Анализ работы паропровода// Трубопроводный транспорт - 2012: в сборнике материалы VIII Международной учебно-научно-практической конференции. -Уфа: УГНТУ, 2012. С. 393 - 394.

5. Гатауллина А.Р., Байков И.Р., Молчанова Р.А., Кулагина О.В. Использование энергии давления транспортируемого природного газа//Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2013. №2. С.37-39.

© Имамова Л. М., Саитов Р. М., 2016