Определение удельного электропотребления для технологической линии производства полиэтилена низкого давления Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ ДЛЯ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЛИНИИ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛИЭТИЛЕНА

НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ

Г.В. ВАГАПОВ

Казанский государственный энергетический университет

Дается описание физического характера и методики расчета удельного электропотребления для технологической линии производства полиэтилена низкого давления. Выявлена возможность использования коэффициента загрузки, как отношения потребляемого тока к номинальному току, при прогнозировании потребления электроэнергии низковольтным оборудованием. Показано, что зависимость потребления электроэнергии от выпуска продукции имеет нелинейный характер.

Проблемы, связанные с эффективностью использования топлива и энергии, относятся к числу важнейших как для науки, так и для производственного комплекса. Так, на предприятиях химической отрасли затраты на обеспечение энергоресурсами составляют значительную долю себестоимости производимой продукции: они могут доходить до десяти процентов и более. Снижение себестоимости при сохранении качественных показателей и потребительских свойств продукции - приоритетное направление их деятельности. Одним из резервов является снижение удельной энергоемкости продукции, которая отражает эффективность использования энергоресурсов на предприятиях и определяется как отношение энергопотребления предприятия к объему произведенной продукции.

В условиях действующего предприятия, где много разнообразного технологического оборудования, желательно иметь информацию относительно энергопотребления по его отдельным группам, внутри которых оборудование объединено общим технологическим процессом. Тогда достижимо более точное прогнозирование энергопотребления, увязывание его с планируемым объемом выпуска продукции как в отношении количества и номенклатуры, так и со временем его производства. В результате также появляется возможность обоснования реальных норм электропотребления и, соответственно, норм расхода на транспорт тепло- и электроэнергии в системах внутреннего энергоснабжения предприятия.

Одна из основных задач нормирования - обеспечение применения прогрессивных норм расхода электрической энергии для осуществления режима экономии, рационального распределения и эффективного использования. Технически и экономически обоснованные нормы стимулируют энергосбережение, позволяя снижать затраты на оплату электроэнергии. Так учитывая, что потери электроэнергии пропорциональны квадрату тока, может оказаться целесообразной организация технологических процессов, при которой максимумы электропотребления смещены относительно друг друга.

Ниже приведены результаты исследования электропотребления 64 электроприемников номинальной мощностью 8,3 тыс. кВт технологической линии по производству полиэтилена низкого давления, проектной мощностью производства 130 тыс. т в год и проектной нормой расхода электроэнергии 149-288

© Г.В. Вагапов

Проблемы энергетики, 2008, № 1-2

тыс. кВт на тонну продукции, одного из предприятий г. Казани. При проведении исследования все электроприемники были поделены на две группы: основное электрооборудование, куда были отнесены высоковольтные асинхронные двигатели, непосредственно обеспечивающие технологический процесс, и вспомогательное электрооборудование: нагреватели, асинхронные двигатели на напряжении 0,4 кВ и др.

Электроэнергия W, затрачиваемая на выпуск продукции, определяется как

Л

Ж ^ к зп ' -^номп ‘ *п , (!)

п=1

где кзп - коэффициент загрузки; -Рномп - номинальная мощность отдельного электроприемника технологической установки, кВт; *п - продолжительность работы, ч; Л - общее число электроприемников.

Общепринятым способом нахождения коэффициента загрузки электрооборудования является определение отношения потребленной мощности к номинальной. Однако данный способ удобен применительно к высоковольтным электродвигателям, где в ячейках коммутационных аппаратов и на щитах управления устанавливаются соответствующие приборы. Для потребителей на напряжении 0,4 кВ использование ваттметров практически исключено, но можно воспользоваться определением коэффициента загрузки по следующей формуле:

, 1 потр

к З =----------------------------------------------------------------------, (2)

1 ном

где Iном - значение тока, потребляемого в номинальном режиме, А; Iпотр -

значение тока, потребляемого в рабочем режиме, А.

Удобство формулы (2) состоит в том, что ею можно воспользоваться при производстве измерений токовыми клещами, имеющимися практически на всех предприятиях. Очевидно, что необходимо при этом вводить поправку на изменение коэффициента мощности по сравнению с номинальным режимом.

Формулу (2) целесообразно преобразовать к виду, где разделено электропотребление по основному «о» и вспомогательному «в» оборудованию:

Ло Лв

Ж ^ к зоп ‘ -^номоп ' * оп + ^ к звп ' -^номвп ' * вп . (3)

п=1 п=1

Формула (3) характеризует общее потребление электроэнергии непосредственно электроприемниками. Для более детального суждения об удельном электропотреблении требуется изучение распределения потерь электроэнергии в системе внутреннего электроснабжения. С учетом этого обстоятельства введем в формулу (3) слагаемое АЖ - потери электроэнергии в сети - и преобразуем её к виду, определяющему удельное потребление электроэнергии на тонну продукции , кВт*ч/т :

Ж + АЖ

™ =----------, (4)

0

где Q - производительность технологической линии, т/ч.

Зависимость фактически потребляемой мощности от производительности технологической линии изображена на рис. 1. Для снижения погрешности измерения проводились одними поверенными токовыми клещами три раза в сутки. Результаты измерений показали (рис. 1), что потребление электроэнергии основным и вспомогательным оборудованием не пропорциональны и в каждом конкретном случае зависят от выпуска продукции и внешних условий (температура, входные параметры продукции и т.д.). Этот факт можно объяснить тем, что повсеместно происходит внедрение частотно-управляемых приводов для вспомогательного оборудования. Снижение потребления электроэнергии основным технологическим оборудованием при производительности в диапазоне 22-25 т/ч можно объяснить следующим образом. При увеличении объема перерабатываемого полимера до 25 т/ч происходит изменение его плотности в зоне плавления (удельного объема), т.е. увеличивается давление полимера внутри смесительной камеры. При повышении давления удельный объем расплава полимера уменьшается за счет межмолекулярного расстояния, а плотность полимера возрастает, что приводит к значительному росту температуры внутри полимера [1].

£ бооо •^

5000 -

3000 |. 2000 1000

20 22 25 £>,т/ч

Рис. 1. Зависимость потребления электроэнергии от выпуска продукции: 1 - основное оборудование; 2 - вспомогательное оборудование; 3 - суммарное

При переходе температуры через точку плавления полимера и дальнейшем ее повышении, вследствие избыточного давления, создаваемого повышенным объемом перерабатываемого полимера (рис. 2), происходит снижение коэффициента трения, что можно объяснить появлением пристенного вязкого течения расплава, который принимает достаточно жидкое состояние. Данный факт приводит к уменьшению сил сопротивления и крутящихся моментов [1, 4].

Рис. 2 иллюстрирует понижение коэффициента трения расплава полимера с ростом температуры (часть графика правее точки плавления). Таким образом, при снижении коэффициента трения, характеризующего снижение сил трения между расплавом полимера, наружной поверхностью червячных шнеков и внутренней поверхностью корпуса, происходит снижение моментов сопротивления на валу технологического механизма и, соответственно, на валу приводного электродвигателя, что приводит к снижению потребления электроэнергии.

Рис. 2. Зависимость изменения коэффициента трения / от температуры поверхности

полиэтилена Т

Анализ коэффициента загрузки по выражению (2) выявил следующие закономерности, показанные на рис. 3:

1. Зависимость коэффициента загрузки от выпуска продукции имеет нелинейный характер с максимальным значением 62% при номинальной производительности технологической линии 22 т/ч.

2. Значение общего коэффициента загрузки электрического оборудования ниже значений, которые даются в справочной литературе [3].

Рис. 3. Зависимость коэффициента загрузки (1) и удельного электропотребления (2) от выпуска

продукции

Также представляет интерес зависимость удельного потребления электроэнергии, описываемая формулой (4). Исходя из ее графического представления (рис. 3), оптимальным, с точки зрения уменьшения затрат, является работа технологической линии с загрузкой, близкой к 25 т/ч. Однако считается, что номинальным режимом работы является режим с наибольшим коэффициентом загрузки, т.е. в нашем случае это есть режим при производительности 22 т/ч. Таким образом, можно предположить, что коэффициент загрузки не является определяющим в выборе оптимального режима работы технологического оборудования, но служит одной из основных величин при определении удельного расхода электроэнергии по формуле (3).

Выводы

1. При прогнозировании потребления электроэнергии, а также при составлении расходных норм (лимитов) на предприятиях химической отрасли предпочтительнее использовать математическую модель потребления электроэнергии, основанную на технологических взаимосвязях конкретного производства, а не усредненные статистические общеотраслевые нормы. Отход от конкретных технологических условий и от учета особенностей схемы электроснабжения правомочен только в случаях устойчивых, мало изменяющихся электрических нагрузок, образуемых, практически, несчётным числом электроприемников, т.е. на больших производствах. А для средних и особенно малых производств данный подход может давать большие погрешности, особенно для многономенклатурных производств.

2. Предлагаемый метод нахождения удельного потребления электроэнергии, через определение коэффициента загрузки электрооборудования в зависимости от его режима и производительности, с требуемой точностью позволит составлять прогнозы потребляемой мощности на производстве в химической отрасли. И, соответственно, при анализе данных об основных технологических показателях любого электроприемника и запланированном объеме выпуска продукции можно спрогнозировать удельный расход электроэнергии.

Summary

It describes of physical nature and method for the calculation power consumption for a technological line of manufacture of polythene of low pressure. Possibility of use of factor of loading, as relations of a consumed current to rated current is revealed, at current consumption forecasting by the low-voltage equipment. It is shown, that dependence of a current consumption on output has not linear character.

Литература

1. Бортников В.Г. Производство изделий из пластических масс: учебное пособие для вузов в трех томах. Том 2. Технология переработки пластических масс. - Казань: Дом печати, 2002. - 399 с.

2. Кудрин Б.И., Жичкин С.В. Учёт технологических факторов при нормировании расходов электроэнергии и прогнозировании электропотребления химических предприятий // Промышленная энергетика-2002-№“12.-С. 24-28.

3. Оборудование для переработки пластмасс: Справочное пособие / Под ред. Завгороднего В.К. - М.: «Машиностроение», 1976. - 407с.

4. Справочник по проектированию электроснабжения / Под редакцией Круповича В.И., Барыбина Ю.Г., Самовера М.Л. - М.: Энергия, 1980. - 456 с.

Поступила 29.10.2007