CC BY
48УДК 622.691.4.052
А.Ф. Калинин1, e-mail: kalinine.a@gubkin.ru; Ю.С. Меркурьева1, e-mail: YuMerkuryeva@outlook.com; А.В. Фомин2, e-mail: sanay_fomin@mail.ru
1 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Российский государственный университет нефти и газа (Национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина» (Москва, Россия).
2 ООО «Газпром трансгаз Москва» (Москва, Россия).
Оценка эффективности использования частотно-регулируемого электропривода аппаратов воздушного охлаждения газа на линейных компрессорных станциях магистральных газопроводов
Повышение качества регулирования температурных режимов магистральных газопроводов является важным фактором снижения энергоемкости и повышения эффективности магистрального транспорта природного газа. Одним из перспективных направлений решения поставленной задачи является использование частотно-регулируемого электропривода аппаратов воздушного охлаждения газа. Даная технология позволяет обеспечить более высокую точность регулирования температуры природного газа на выходе из компрессорной станции, способствует увеличению ресурса и повышению надежности работы оборудования, а также обладает огромным потенциалом энергосбережения в условиях магистрального транспорта газа. На сегодняшний день система частотно-регулируемого привода вентиляторов аппаратов воздушного охлаждения газа рекомендована к внедрению на технологических объектах ПАО «Газпром», накоплен немалый опыт эффективного использования технологии в системах охлаждения действующих компрессорных станций.
В статье рассмотрены основные преимущества данного способа регулирования, а также обоснован значительный энергосберегающий эффект от его использования. Приведена методика теплового расчета аппарата воздушного охлаждения газа, проанализировано изменение теплоэнергетических и аэродинамических характеристик его работы в зависимости от частоты вращения ротора электродвигателя. Проведена оценка экономической эффективности использования частотно-регулируемого электропривода в цеховой системе охлаждения действующей линейной компрессорной станции, оснащенной аппаратами воздушного охлаждения типа 2АВГ-75. В качестве критерия оценки выбран срок окупаемости инвестиций. По результатам оценки доказана экономическая эффективность частотного регулирования аппаратов воздушного охлаждения в рассматриваемой системе, что свидетельствует о целесообразности внедрения технологии частотного регулирования для традиционных (двухвентиляторных) моделей аппаратов при реконструкции существующих компрессорных станций.
Ключевые слова: аппарат воздушного охлаждения, рациональное регулирование системы охлаждения, частотно-регулируемый привод, энергосбережение при магистральном транспорте природного газа, тепловой расчет аппарата воздушного охлаждения газа.
A.F. Kalinin1, e-mail: kalinine.a@gubkin.ru; J.S. Merkuryeva1, e-mail: YuMerkuryeva@outlook.com; A.V. Fomin2, e-mail: sanay_fomin@mail.ru
1 Federal State Autonomous Educational Institution for Higher Education "Gubkin Russian State University of Oil and Gas (National Research University)" (Moscow, Russia).
2 Gazprom transgaz Moskva LLC (Moscow, Russia).
Performance Assessment of Variable Speed Electrical Drive for Gas Air Cooling Units on Trunk Pipeline Compressor Station
Improving the gas pipelines temperature regulation is an important factor in reducing the energy output and increasing efficiency of natural gas trunk pipeline transport. One of the promising direction for solving this problem is the appliance of a variable speed electrical drive for gas air-cooling units. This technology allows for higher accuracy in regulating the natural gas temperature at the output of the compressor station, contributes to an increase in the resource and
reliability of the equipment and has a huge potential for energy saving in gas trunk transportation. Currently variable speed electrical drive of gas air-cooling units is recommended for implementation at technological facilities of Gazprom PJSC and has considerable experience of effective use in function compressor stations cooling systems. The article discusses the main advantages of using this regulation method and substantiates the significant energy-saving effect from its use. The gas air-cooling units thermal calculation methodology is given and its heat-power and aerodynamic characteristics variation depending on the speed of the electric motor is analyzed. Using the selected evaluation criterion - the payback period - the economic efficiency of using a frequency-controlled electric drive in the function linear compressor station cooling system equipped with air-cooling unit 2AVG-75 was estimated. Based on the assessment results, the economic efficiency of variable speed electrical drive introduction in the compressor station cooling system was proved, so it indicates the feasibility of introducing frequency regulation technology for traditional (two-fan) device models during the reconstruction of existing compressor stations.
Keywords: gas air-cooling units, cooling system sustainable regulation, variable speed drive, natural gas transport energy saving, gas air-cooling unit thermal calculation.
ВВЕДЕНИЕ
В условиях высокой энергоемкости процесса охлаждения природного газа на компрессорных станциях магистральных газопроводов (КС МГ), а также высокой стоимости энергетических ресурсов для собственных нужд газотранспортных предприятий повышение эффективности работы аппаратов воздушного охлаждения (АВО) газа является важным фактором экономии топливно-энергетических ресурсов и снижения себестоимости транспорта газа. Поставленная задача может быть решена как на стадии проектирования путем совершенствования конструкции аппаратов, так и на стадии их эксплуатации благодаря рациональному регулированию режимов работы АВО газа в системах охлаждения КС [1, 2]. В настоящее время в целях повышения качества управления температурными режимами магистральных газопроводов на линейных КС интенсивно внедряется частотное регулирование производительности вентиляторов АВО газа, которое заключается в изменении скорости вращения ротора электродвигателя (ЭД) пропорционально частоте питающего напряжения [2, 3]. Следует отметить, что до недавнего времени управление ЭД в частотном режиме представляло собой серьезную проблему: практическое применение технологии сдерживалось высокой
стоимостью и низкой надежностью преобразователей частоты (ПЧ). Однако благодаря развитию полупроводниковой и микропроцессорной техники на рынке появился широкий круг компаний (в том числе отечественных), выпускающих надежные и доступные современные частотные преобразователи различных мощностей, напряжений и диапазонов регулирования. Сегодня система частотно-регулируемого привода вентиляторов аппаратов воздушного охлаждения газа (АВОГ-ЧРП) рекомендована к внедрению на технологических объектах ПАО «Газпром» [3, 4]. Технология частотного регулирования электродвигателей АВО газа проста и надежна в эксплуатации и обладает огромным потенциалом энергосбережения в условиях магистрального транспорта газа, что подтверждается опытом эффективного использования в системах охлаждения действующих КС, в частности на КС газотранспортного предприятия ООО «Газпром трансгаз Югорск». В зависимости от технических и эксплуатационных характеристик энерготехнологического оборудования КС величина экономии электроэнергии на привод вентиляторов АВО газа при переходе от дискретного метода регулирования на частотный варьирует от 20 до 90 % [3, 5]. Помимо значимого энергосберегающего эффекта данный метод регулирования
электродвигателей АВО газа имеет такие преимущества, как [3, 5]:
• высокая точность поддержания требуемой температуры природного газа на выходе из станции (до 0,2 °С) и высокое качество переходных процессов при изменении уставки температуры;
• исключение трудоемкой и травмоопасной операции сезонного изменения угла установки лопастей вентиляторов;
• возможность проведения контроля состояния обмоток ЭД и подводящих кабельных линий, а также диагностики технического состояния АВО;
• предотвращение образования гидратов в нижних рядах трубок и устранение эффекта рециркуляции охлаждающего воздуха через отключенные аппараты;
• плавный пуск и разгон вентиляторов без превышения номинального значения тока ЭД (пусковые «забросы» по току), что способствует увеличению его ресурса и снижает затраты на обслуживание и ремонт.
АНАЛИЗ ХАРАКТЕРА ИЗМЕНЕНИЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ И АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК РАБОТЫ АППАРАТА ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ГАЗА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПАРАМЕТРОВ РЕГУЛИРУЮЩЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ Для объяснения природы экономии электроэнергии при частотном регулировании электродвигателей АВО газа
Ссылка для цитирования (for citation):
Калинин А.Ф., Меркурьева Ю.С., Фомин А.В. Оценка эффективности использования частотно-регулируемого электропривода аппаратов воздушного охлаждения газа на линейных компрессорных станциях магистральных газопроводов // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2019. № 11. С. 68-75. Kalinin A.F., Merkuryeva J.S., Fomin A.V. Performance Assessment of Variable Speed Electrical Drive for Gas Air Cooling Units on Trunk Pipeline Compressor Station. Territorija "NEFTEGAS" [Oil and Gas Territory]. 2019;(11):68-75. (In Russ.)
ТРАНСПОРТ И ХРАНЕНИЕ НЕФТИ И ГАЗА
§ *
о >-
Е %
si
° ti
с ГО
Е а; а, -с
h -а о; <и га +J
= 2
VO га а.
у-51 R2 = С 18,88ln ,99518 х) + 3i 51,6
7
■
у/
-
ж 140
120
100
160
80
60
40
£ \
и Е 2 -а
1- с
& 10
§ 1Л
<=Г§
i |
а: о
га о.
ш 4->
о га
Б а>
20
4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0
0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
Относительная частота вращения ротора электродвигателя п/пнт Relative rotational speed of the rotor of the eLectric motor n/n
' HOM
• Тепловая мощность аппарата воздушного охлаждения Air-cooling unit heat power
Потребляемая мощность аппарата воздушного охлаждения Air-cooling unit power consumption
Производительность вентиляторов аппарата воздушного охлаждения Fans discharge of the air-cooling unit
ti ^ О fe
la?
о >-
= и
s I
a:
и и ¥ 'С
s и
E"
5 "5>
tu тз
5 e>
2 E
га u,
s с
<D о § °
\o
<D
e-
о
Рис. 1. Изменение теплоэнергетических и аэродинамических характеристик аппарата воздушного охлаждения газа типа «Айсберг 7,5 ВТ1/6-1-12-С» при частотном регулировании Fig. 1. Variation of heat, power and aerodynamic characteristics of the gas air-cooling unit of the "Aisberg 7,5 VT1/6-1-12-S" type with frequency regulation
0,025 0,02 1 0,015 о 0,01
и,ииэ 0 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 Относительная частота вращения ротора электродвигателя п/пнт Relative rotational speed of the rotor of the eLectric motor n/n ~ ' HOM
Рис. 2. Соотношение потребляемой электрической и вырабатываемой тепловой мощности аппарата воздушного охлаждения газа при частотном регулировании
Fig. 2. The ratio of the consumed electric and generated heat power of the gas air-cooling unit with frequency regulation
проанализируем характер изменения теплоэнергетических и аэродинамических характеристик работы аппарата в зависимости от параметров регулирующего воздействия (рис. 1) [2]. Хорошо известно, что при уменьшении частоты вращения ротора ЭД производительность вентилятора (объемный расход) снижается линейно, а его потребляемая мощность падает пропорционально третьей степени числа оборотов. Тепловая мощность аппарата при этом изменяется согласно некоторой зависимости, которая с наибольшей степенью точности аппроксимируется логарифмической функцией, представленной на графике (рис. 1). Для получения данной зависимости был проведен тепловой расчет АВО газа типа «Айсберг 7,5 ВТ1/6-1-12-С», в ходе которого искомая характеристика определялась при различных значениях скорости вращения ротора ЭД. Согласно графическим зависимостям (рис. 1), при перемещении из области высоких оборотов ЭД к низким выработка каждой последующей единицы тепловой мощности сопровождается все меньшими затратами электрической энергии.
Графическая интерпретация данного тезиса представлена на рис. 2. Как видно из графика, для обеспечения одной и той же глубины охлаждения природного газа в аппарате электропотребление двигателя на номинальном режиме на порядок больше, чем при 30 %-ной загрузке.
Следует отметить, что с точки зрения экономии электроэнергии работа частотно-регулируемого электропривода наиболее эффективна при низких частотах вращения ротора ЭД. Однако, как показывает практика, эксплуатация электродвигателей при относительной частоте вращения ротора менее 30-40 % номинальной (в режиме глубокого регулирования) нецелесообразна, поскольку характеризуется повышенным нагревом обмоток и появлением вибрации. Регулирование режима работы системы охлаждения в таком случае проводится отключением части вентиляторов, при этом включенные вентиляторы продолжают работать при более высокой частоте вращения [5].
70
№ 11 ноябрь 2019 ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ
OIL AND GAS TRANSPORTATION AND STORAGE
Далее представлены основные соотношения, используемые в ходе теплового расчета АВО газа [2, 6, 7].
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ АППАРАТА ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ГАЗА
Коэффициент теплопередачи от природного газа в окружающую среду определяется, согласно методике Архангельского лесотехнического института (в настоящее время -Архангельский государственный технический университет) для оребренных биметаллических труб с учетом контактного термического сопротивления между несущей трубой и оболочкой, по соотношению [6]:
к =
1 ф £/3 ю-£/3 d. _ ф-А q>-d.
ос,
"l 2К ¿I "2
1 '
(1)
2\
~*ln ^ +
dZ а2пр
otj = 0,023—-Re^-Pr,.0'43, di
(2)
где Хг - коэффициент теплопроводности природного газа, Вт/(м.К); ^ - внутренний диаметр несущей трубы, м; Rer -число Рейнольдса для потока природного газа; Рг, - число Прандтля для природного газа.
Приведенный коэффициент теплоотдачи от оребренной поверхности теплообменных труб к потоку воздуха определяется из соотношения, предложенного в методике расчета АВО ЗАО «Гидроаэроцентр» [7]:
а2пР = 0,32 • Сг • С5 • ф"0,5• Ие°'6ф°'07
d3 F
(3)
Q^-kF.e,
Оохл^АВО-Срт-Д^
(4)
(5)
где к - коэффициент теплопередачи от потока природного газа в окружающую среду, Вт/(м2.К); F - площадь поверхности теплообмена аппарата, м2; ©т - среднелогарифмический температурный напор, К; САВО - массовый расход природного газа через АВО, кг/с; срт - средняя удельная изобарная теплоемкость природного газа, Дж/(кг.К); - изменение температуры природного газа в АВО, которое может быть определено при совместном решении уравнений (4) и (5). Потребляемая мощность электропривода вентиляторов АВО газа определяется по формуле [2]:
где с^ - коэффициент теплоотдачи от потока природного газа к внутренней поверхности теплообменных труб, Вт/(м2.К); а2пр - приведенный коэффициент теплоотдачи от оребренной поверхности теплообменных труб в окружающую среду, Вт/(м2.К); ср - коэффициент оребрения; А.ст, Ха - коэффициенты теплопроводности стали и алюминия, Вт/(м.К); Rк - контактное термическое сопротивление биметаллических теплообменных труб, (м2.К)/Вт; d1 - внутренний диаметр несущей трубы, м; d2 - наружный диаметр несущей трубы (внутренний диаметр оболочки), м; d3 - наружный диаметр алюминиевой оболочки, м.
Для определения коэффициента теплоотдачи от потока природного газа к внутренней поверхности теплообменных труб используется следующее критериальное уравнение [7]:
^АВО -
Nn
Лэд' "Ппч
(
W
т.
V ^ном У
(6)
где С2 - поправочный коэффициент рядности пучков теплообменных труб; С - коэффициент компоновки труб в шахматном пучке; 1}ев - число Рейнольдса для потока атмосферного воздуха; А,в - коэффициент теплопроводности атмосферного воздуха, Вт/(м.К); Fр - площадь поверхности ребер, м2; Fс -площадь поверхности гладкой стенки со стороны оребрения, м2; Г - суммарная площадь поверхности теплообмена, м2; Е - коэффициент эффективности оребрения поверхности теплообмена.
Для нахождения тепловой мощности АВО газа используются следующие выражения [2]:
где И0 - номинальная мощность АВО газа согласно паспортной документации, кВт, т|ЭД - коэффициент полезного действия ЭД; г|ПЧ - коэффициент полезного действия ПЧ; ра - барометрическое давление, МПа; Та - температура окружающего воздуха, К; рст, Тст - давление и температура в стандартных условиях, равные 101 325 Па и 293,15 К соответственно [8]; пном, п - номинальная и действительная частота вращения вала ЭД, об/мин.
Для определения теплофизических свойств теплоносителей использовались расчетные соотношения, полученные на кафедре термодинамики и тепловых двигателей РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, эмпирические зависимости, представленные в [9, 10], а также справочные данные [11-14]. Следует отметить, что эффект от использования ЧРП для двух-вентиляторных АВО, в которых используются ЭД большой единичной мощности, выше, чем в случае шестивентиля-торных моделей, что говорит о целесообразности внедрения данного способа регулирования не только в системах охлаждения новых газопроводов, но и при реконструкции существующих КС.
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЭКСПЛУАТАЦИИ АППАРАТОВ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ГАЗА С ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ
В работе проведена оценка экономической эффективности использования частотно-регулируемого электропривода в цеховой системе охлаждения КС МГ, оснащенной традиционными АВО типа 2АВГ-75 в количестве 14 шт. Представленные в научных и периодических изданиях методики оценки эффективности эксплуатации АВО газа с ЧРП используют следующие критерии [15, 16]:
• стоимость жизненного цикла (СЖЦ);
• учетная цена (УЦ), представляющая собой частное от деления стоимости жизненного цикла на его срок;
• срок окупаемости Ток.
Следует отметить, что первые два критерия в большей мере используются для сравнения альтернативных инвестиционных проектов: наиболее предпочтительным является тот проект, для которого СЖЦ или УЦ принимает наименьшее
TERRITORIJA NEFTEGAS - OIL AND GAS TERRITORY No. 11 November 2019
71
Эксплуатационные характеристики рассматриваемых режимов работы системы охлаждения и основные результаты расчета
Operational characteristics of the considered cooling system operating modes and the main calculation results
Характеристики Characteristics Месяц Month
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Давление газа на входе в компрессорный цех, кг/см2 Gas pressure at the input to the compressor section, kg/cm2 54,3 54,8 55 53,8 55,2 55,1 58,2 57,7 57,0 55,8 54,4 55,8
Давление газа на выходе из компрессорного цеха, кг/см2 Gas pressure at the output of the compressor workshop, kg/cm2 73,6 74,0 73,0 72,4 73,3 70,7 73,5 74,3 74,3 72,7 73,3 74,2
Температура газа на входе системы охлаждения, °C Gas temperature at the input of the cooling system, °C 29,4 28,5 28,7 29 30,1 33,9 36,9 38,1 35,9 31,8 30,9 28,4
Температура газа на выходе системы охлаждения, °С Gas temperature at the output of the cooling system, °C 10 10,1 10,3 11,4 16,9 26,3 28,3 24,3 20,2 15,2 12,4 10,2
Коммерческий расход газа через компрессорный цех, млн м3/сут Commercial gas flow through the compressor section, mln m3/day 100 94 84,5 84 80 73 81 89 94 92 101 102,6
Температура окружающей среды, °С Ambient temperature, °С -15,0 -17,0 -7,5 -1,0 6,0 14,0 16,5 12,5 7,0 -2,5 -11,5 -16,5
Дискретное регулирование Discrete adjustment
Число аппаратов воздушного охлаждения, работающих с одним включенным вентилятором, шт. The number of air-cooling units operating with one fan turned on, pcs. 14 13 11 5 9 11 13 9 7 11 13 13
Число аппаратов воздушного охлаждения, работающих с двумя включенными вентиляторами, шт. The number of air-cooling units operating with two fans turned on, pcs. 0 0 3 9 5 0 0 5 7 3 1 0
Число аппаратов воздушного охлаждения, работающих с выключенными вентиляторами, шт. The number of air-cooling units operating with the fans turned off, pcs. 0 1 0 0 0 3 1 0 0 0 0 1
Располагаемая тепловая мощность системы охлаждения, МВт Available thermal power of the cooling system, MW 42,6 39,3 33,6 31,7 22,9 12,0 15,1 26,0 31,7 33,4 41,2 40,8
Потребляемая электрическая мощность системы охлаждения (месячная), МВт Power consumption of the cooling system (monthly), MW 486,3 411,0 573,8 733,3 610,3 332,4 402,4 596,4 650,4 563,2 497,5 454,2
Частотное регулирование Frequency regulation
Число работающих вентиляторов, шт. The number of working fans, pcs. 24 22 26 26 26 16 20 26 26 26 24 24
Относительная частота вращения ротора электродвигателя The relative rotational speed of the rotor of the electric motor 0,49 0,46 0,49 0,75 0,55 0,53 0,49 0,58 0,67 0,45 0,48 0,44
Потребляемая электрическая мощность системы охлаждения (месячная), МВт Power consumption of the cooling system (monthly), MW 103,2 71,3 108,7 368,1 146,3 75,8 76,7 167,6 255,0 82,6 92,7 72,7
Эффект Outcome
Абсолютная экономия энергозатрат (месячная), МВт Absolute energy savings (monthly), MW 383,0 339,8 465,1 365,2 464,0 256,6 325,8 428,8 395,5 480,6 404,8 381,5
Экономия энергозатрат в денежном выражении
(месячная), млн руб. Energy cost savings in money terms (monthly), million rubles 1,724 1,529 2,093 1,643 2,088 1,155 1,466 1,930 1,780 2,163 1,822 1,717
Относительная экономия энергозатрат в системе охлаждения, % Relative energy saving in the cooling system, % 78,8 82,7 81,1 49,8 76,0 77,2 80,9 71,9 60,8 85,3 81,4 84,0
значение. Поскольку в данной работе проводится оценка экономической эффективности отдельно взятого проекта, в качестве критерия предлагается использовать срок окупаемости инвестиций, определяемый по следующей упрощенной формуле [17]:
где К - капитальные затраты, млн руб.; ДСэ - годовая экономия энергозатрат в денежном выражении в системе охлаждения при переходе с дискретного метода регулирования на частотный, млн руб.:
где пвент - число работающих вентиляторов АВО газа в системе охлаждения; цЭЭ - цена электрической энергии при централизованных поставках, руб./(кВт.ч). По результатам анализа имеющихся методик оценки эффективности эксплуатации АВО газа с ЧРП было отмечено, что в большинстве из них проводилась укрупненная оценка эксплуатационных затрат на охлаждение природного газа, основанная на использовании значений средней экономии электроэнергии. К примеру, в работе [4] в результате обобщения данных расчета экономии электроэнергии при использовании ЧРП за пять лет был получен коэффициент сокращения потребления электроэнергии. Однако является ли этот
коэффициент универсальным и достоверным при расчетах систем охлаждения других газотранспортных предприятий? В данной работе определение энергозатрат на охлаждение природного газа до и после модернизации проводилось каждый месяц в течение года с учетом среднемесячных температур и давлений атмосферного воздуха рассматриваемого региона, а также при реальных среднемесячных эксплуатационных характеристиках работы КС. Характеристики рассматриваемых режимов работы системы охлаждения в случае дискретного и частотного методов регулирования представлены в таблице. Величина энергозатрат в системе охлаждения при дискретном методе регулирования зависит от числа работающих вентиляторов, требуемого для обеспечения заданной температуры природного газа на выходе станции. Выбор числа включенных вентиляторов производился согласно принципам и методике энергетически оптимального регулирования, изложенным в работе [14].
При реализации алгоритмов частотного регулирования расчет величины энергозатрат на охлаждение природного газа заключается в нахождении необходимой для обеспечения заданного теплового режима производительности вентиляторов, в соответствии с которой устанавливается относительная частота оборотов ЭД.
Капитальные затраты на оснащение рассматриваемой системы охлаждения частотными преобразователями определялись как увеличенная на 50 % стоимость одной единицы
Р, L
Лэд-Лпч Ur Та
Цээ , (8)
ВНИМАНИЕ!
Открыта подписка на журнал «ТЕРРИТОРИЯ «НЕФТЕГАЗ»! Журналы можно получать в России и в любой стране мира. Подписка оформляется с любого месяца!
ОФОРМИТЬ ПОДПИСКУ ВЫ МОЖЕТЕ: в редакции - по адресу 108811, г. Москва, Киевское ш„ БП «Румянцеве», корп. Б, под. 5, эт. 5, оф. 505Б, издательство «Камелот Паблишинг», редакция журнала «Территория «НЕФТЕГАЗ», Тел./факс: +7 (495) 240-54-57, e-mail: info@neftegas.info по каталогу Роспечати - подписной индекс 36129
СТОИМОСТЬ ПОДПИСКИ по России: для стран СНГ:
(печатной версии) (в электронной версии) (в печатной версии)
1 номер любого журнала..... 1800 руб........ 1595 руб.......... 2200 руб.
б номеров ТНГ................. 10800 руб....... 9570 руб......... 13200 руб.
10 номеров ТНГ................ 18000 руб...... 15950 руб......... 22000 руб.
100
^ Относительная экономия энергозатрат в системе охлаждения
Relative energy saving in the cooling system -■- Относительная частота вращения ротора электродвигателя Relative rotational speed of the rotor of the electric motor
Рис. 3. Экономический эффект от внедрения частотно-регулируемого привода аппарата воздушного охлаждения газа, %
Fig. 3. The economic feasibility of the gas air-cooling unit variable speed electrical drive implementation, %
оборудования, что позволило учесть затраты на строительно-монтажные работы, вспомогательное оборудование и транспортные расходы. Установлено, что стоимость электроэнергии при централизованных поставках составляет 4,5 руб./кВт.ч.
Таким образом, инвестиции в проект оснащения системы охлаждения ЧРП АВО газа в размере 10,5 млн руб. окупаются на шестой месяц эксплуатации, что намного меньше принятого в ПАО «Газпром» нормативного срока окупаемости инвестиционных проектов в газовой промышленности, составляющего шесть лет. В результате реализации данного энергосберегающего мероприятия была получена годовая экономия эксплуатационных затрат в размере
21,1 млн руб., что составляет 74 % объема затрат до модернизации (табл.). Колоссальный энергосберегающий эффект от использования частотного регулирования АВО газа в значительной степени обусловлен расположением рассматриваемой КС в северном регионе (температура окружающей среды достаточно низкая даже в летние месяцы). Применительно к КС, находящимся в средней полосе, экономия будет меньше.
На рис. 3 представлено помесячное распределение относительной экономии энергозатрат в системе охлаждения и относительной скорости вращения вентиляторов работающих АВО газа. Функциональная зависимость между рассматриваемыми величинами носит
обратный характер: чем выше необходимая скорость вращения вентиляторов по сравнению с номинальным значением, тем менее эффективно использование частотного регулирования в данном режиме. Таким образом, для обеспечения требуемого режима работы системы охлаждения наиболее целесообразно задействовать максимально возможное количество АВО, работающих с минимально возможной (в пределах допустимого диапазона регулирования) частотой оборотов ЭД. Как видно из графика, в пределах расчетного периода значение полученного эффекта изменяется в широком диапазоне - от 50 до 85 %, что обусловлено соответствующим изменением режима работы технологического участка, а также климатических условий работы станции.
Минимальное значение экономии наблюдается в апреле и соответствует работе системы охлаждения в наихудших условиях (при повышенных коммерческом расходе природного газа и температуре окружающей среды), снижающих располагаемую тепловую мощность аппаратов. В результате для обеспечения требуемого температурного режима необходимо поддерживать более высокую частоту оборотов ЭД. В октябре эксплуатация АВО осуществляется в наиболее благоприятных условиях, соответственно, требуемая глубина регулирования при этом минимальна, а экономия достигает наибольшего значения. Особый интерес представляет следующий факт: максимум и минимум полученного от использования частотного регулирования эффекта наблюдаются в моменты сезонной перестройки газотранспортной системы, характеризующиеся более быстрой сменой климатических условий по отношению к эксплуатационным характеристикам технологического участка.
Литература:
1. Артюхов И.И., Аршакян И.И., Жабский М.В. и др. Некоторые аспекты применения частотно-регулируемого электропривода в системах воздушного охлаждения компримированного газа // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2006. Т. 1. № 10. С. 29-39.
2. Фомин А.В. Регулирование и оптимизация режимов работы систем охлаждения технологического газа на компрессорных станциях магистральных газопроводов: дисс. ... канд. техн. наук. М.: РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2012. 152 с.
3. Авраменко Р.Л., Белянкин Р.В., Устинов Е.В. Система частотно-регулируемого привода вентиляторов установок воздушного охлаждения газа производства ЗАО «Газмашпроект» // Сфера Нефтегаз. 2009. № 1. С. 128-132.
4. Преобразователи частоты - просто о сложном [Электронный источник]. Режим доступа: https://www.c-o-k.ru/Library/cataLogs/danfoss/22404/80665. pdf (дата обращения: 01.12.2019).
5. Бахтегареева А.Н., Гаррис Н.А., Гильванов В.Г. Оперативный способ регулирования температуры газа на выходе из компрессорной станции // Нефтегазовое дело. 2014. № 6. С. 435-449.
6. Кунтыш В.Б., Сухоцкий А.Б., Жданович А.Ю. Анализ методик расчета теплопередачи аппаратов воздушного охлаждения // Химическая техника. 2015. № 4 [Электронный источник]. Режим доступа: https://chemtech.ru/analiz-metodik-rascheta-teploperedachi-apparatov-vozdushnogo-ohlazhdenija/ (дата обращения: 01.12.2019).
7. Разработка методики оценки технического состояния установок охлаждения газа компрессорных цехов МГ и эффективности очистки аппаратов воздушного охлаждения газа. М.: ЗАО «Гидроаэроцентр», 2010. 330 с.
8. ГОСТ 10921-90. Вентиляторы радиальные и осевые. Методы аэродинамических испытаний [Электронный источник]. Режим доступа: http://docs. cntd.ru/document/1200023707 (дата обращения: 01.12.2019).
9. ОСТ 51.40-93. Газы горючие природные, поставляемые и транспортируемые по магистральным газопроводам [Электронный источник]. Режим доступа: https://fi1es.stroyinf.ru/Data1/10/10423/ (дата обращения: 01.12.2019).
10. СТО Газпром 2-3.5-051-2006. Нормы технологического проектирования магистральных газопроводов[Электронный источник]. Режим доступа: https://fi1es.stroyinf.ru/Data1/49/49848/ ((дата обращения: 01.12.2019).
11. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей: Учебное пособие. М.: Наука, 1972. 721 с.
12. СТО Газпром 089-2010. Газ горючий природный, поставляемый и транспортируемый по магистральным газопроводам. Технические условия [Электронный источник]. Режим доступа: https://e1ima.ru/docs/?id=7966 (дата обращения: 01.12.2019).
13. Трошин А.К., Купцов С.М., Калинин А.Ф. Термодинамические и теплофизические свойства рабочих тел теплоэнергетических установок: Справочное пособие. М.: МПА-Пресс, 2006. 78 с.
14. Поршаков Б.П., Калинин А.Ф., Купцов С.М. и др. Энергосберегающие технологии при магистральном транспорте природного газа: Учебное пособие. М.: Издательский центр РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2014. 408 с.
15. Карницкий В.Ю., Тулупов А.П. Установка частотно-регулируемого привода на АВО газа // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2017. Вып. 12. Ч. 1. С. 196-198.
16. Сагитов Р.Р. Повышение эффективности эксплуатации элементов компрессорных станций на базе эксергетического анализа: автореф. дисс ... канд. техн. наук. М.: НИУ «Московский энергетический институт», 2014. 167 с.
17. Довгялло А.И., Угланов Д.А. Исследование и оценка энергетической эффективности производственного оборудования: Учебное пособие. Самара: Изд-во Самарского государственного аэрокосмического университета, 2008. 56 с.
References:
1. Artjukhov I.I., Arshakyan I.I., Zhabskiy M.V., et al. Some Aspects of Application of the Controlled-Velocity Electric Drive in Air Cooling Systems of Compressed Gas. Vestnik Saratovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta = Bulletin of the State Technical University of Saratov. 2006;1(10):29-39. (In Russ.)
2. Fomin A.V. Regulation and Optimization of Operating Modes of Technological Gas Cooling Systems at Compressor Stations of Gas Pipelines. Thesis for a Candidate Degree in Engineering Sciences. Moscow: Gubkin Russian State University of Oil and Gas; 2012. (In Russ.)
3. Avramenko R.L., Belyankin R.V., Ustinov E.V. The System of Variable-Frequency Drive Fans of Air-Cooled Gas Plants Manufactured by Gazmashproekt CJSC. Sfera Neftegaz = Sphere Oil and Gas. 2009;(1):128-132. (In Russ.)
4. Frequency Converters - Just About the Complicated. Weblog. Available from: https://www.c-o-k.ru/library/catalogs/danfoss/22404/80665. pdf [Accessed 1st December 2019]. (In Russ.)
5. Bakhtegareeva A.N., Garris N.A., Gilvanov V.G. Operative Way for Adjustment Temperature of Gas Leaving Out of Compressor Station. Neftegazovoe delo = Oil and Gas Business. 2014;(6):435-449. (In Russ.)
6. Kuntysh V.B., Sukhotsky A.B., Zhdanovich A.Yu. Analysis of Methods for Calculating the Heat Transfer of Air Coolers. Khimicheskaya tekhnika = Chemical Engineering. 2015;(4). Weblog. Available from: https://chemtech.ru/analiz-metodik-rascheta-teploperedachi-apparatov-vozdushnogo-ohlazhdenija/ [Accessed 1st December 2019]. (In Russ.)
7. Development of a Methodology for Assessing the Technical Condition of Gas Cooling Installations of Compressor Workshops of Main Gas Pipelines and the Efficiency of Cleaning Air Gas Cooling Apparatus. Moscow: Hydroaerocenter CJSC; 2010. (In Russ.)
8. State Standard of the USSR (GOST) 10921-90. Radial and Axial Fans. Aerodynamic Testing Methods. Weblog. Available from: http://docs.cntd. ru/document/1200023707 [Accessed 1st December 2019]. (In Russ.)
9. Industry Standard (OST) 51.40-93. Combustible Natural Gases Supplied and Transported Through Gas Pipelines, Weblog. Available from: https:// files.stroyinf.ru/Data1/10/10423/ [Accessed 1st December 2019]. (In Russ.)
10. Company Standard (STO) Gazprom 2-3.5-051-2006. Norms of Technological Design Of Gas Pipelines. Weblog. Available from: https://files.stroyinf. ru/Data1/49/49848/ [Accessed 1st December 2019]. (In Russ.)
11. Vargaftik N.B. Handbook of Thermophysical Properties of Gases and Liquids. Workbook. Moscow: Nauka; 1972. (In Russ.)
12. Company Standard (STO) Gazprom 089-2010. Combustible Natural Gas Supplied and Transported through Gas Pipelines. Specifications. Weblog. Available from: https://elima.ru/docs/?id=7966 [Accessed 1st December 2019]. (In Russ.)
13. Troshin A.K., Kuptsov S.M., Kalinin A.F. Thermodynamic and Thermophysical Properties of the Working Fluid of Thermal Power Plants. A reference guide. Moscow: MPA-Press; 2006. (In Russ.)
14. Porshakov B.P., Kalinin A.F., Kuptsov S.M., et al. Energy-Saving Technologies for Trunk Transportation of Natural Gas. A manual. Moscow: Publishing center of the Gubkin Russian State University of Oil and Gas; 2014. (In Russ.)
15. Karnitski V.Yu., Tulupov A.P. Installation of a Variable Frequency Drive on an Air Gas Cooling Apparatus. Izvestiya Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Tekhnicheskiye nauki = Bulletin of the Tula State University. Engineering Sciences. 2017;12(1):196-198. (In Russ.)
16. Sagitov R.R. Improving the efficiency of Compressor Stations Elements Operation based on Exergy Analysis. Author's abstract of the thesis for a Candidate Degree in Engineering Sciences. Moscow: NRU "Moscow Power Engineering Institute"; 2014. (In Russ.)
17. Dovgyallo A.I., Uglanov D.A. Research and Evaluation of the Energy Efficiency of Production Equipment. Textbook. Samara: Publishing House of the Samara State Aerospace University; 2008. (In Russ.)
