CC BY
68
РАЗРАБОТКА ФОРМАЛИЗОВАННОЙ МОДЕЛИ УПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕМ НА ПРИМЕРЕ УЗЛА ОБОРОТНОЙ ВОДЫ Н-595 ОАО «ГАЗПРОМ НЕФТЕХИМ САЛАВАТ»
Деревяшкин Александр Валерьевич
магистр, Академия государственной службы и управления при президенте
Республики Башкортостан, г. Салават E-mail: dav05111988@rambler. ru
DEVELOPMENT OF FORMALISED MANAGEMENT MODEL OF ENERGY SAVING FOR CIRCULATING WATER SITE EXAMPLE N-595 OF OJSC "GAZPROM NEFTEHIM SALAVAT"
Aleksandr Derevyashkin
master, Academy ofpublic service and administration under the President of the
Bashkortostan Republic, Salavat
АННОТАЦИЯ
В статье рассматриваются разработка модели энергосбережения узла оборотной воды Н-595 цеха № 11 нефтеперерабатывающего завода ОАО «Газпром нефтехим Салават» с последующим сокращением потреблением электроэнергии на 30 %. Энергосбережение в современной России является одной из острейших проблем не только отдельно взятого предприятия, но и всех отраслей промышленности нашей страны.
ABSTRACT
The article deals with the development of energy-saving model site of recycled water № 595 Workshop №11 oil refinery OJSC "Gazprom neftehim Salavat", with consequent reduction of energy consumption at 30 %. Energy saving in Russia is one of the most acute problems not only individual enterprises, but also all industries of our country.
Ключевые слова: экономика, энергосбережение, модель, компенсация, анализ.
Keywords: economics, energy conservation, model, compensation, analysis.
На сегодняшний день разработано большое количество методов построения формализованных моделей и концепций построения систем
управления. Методы построения моделей предприятий можно разделить на структурные и объектно-ориентированные. Каждая из этих групп методов включает в себя несколько вариантов конкретных методик. Модель, построенная с применением структурных методов, представляет собой иерархический набор диаграмм, графически изображающих выполняемые системой функции и взаимосвязи между ними. Для разработки формализованной модели управления энергосбережением исследуемого объекта воспользуемся структурным методом разработки. В диаграммы формализованной модели может включаться текстовая информация для обеспечения точного определения содержания функций и взаимосвязей. Использование же графического представления процессов, существенно повышает наглядность модели и облегчает процесс ее восприятия.
По данным министерства энергетики Российской Федерации энергоёмкость ВВП России примерно в 2,5 раза выше среднемирового уровня и в 2,5—3,5 раза выше, чем во многих других странах, при этом, доля затрат на электроэнергию в себестоимости продукции составляет 30—40 %, что значительно превышает показатели западноевропейских стран. Становится очевидным, что повысить конкурентоспособность можно снижая издержки производства. Только для приведения в действие различных электроприводов на производстве используется до 75 % от всей потребляемой электроэнергии [1]. Суммарное энергопотребление России в 2007 году составило порядка 990 миллионов тонн условного топлива. При внедрении энергосберегающего и энергоэффективного оборудования до уровня развитых стран Европы, энергопотребление снизилось бы до величины 650 миллионов тонн условного топлива. Другими словами, потеря электроэнергии составляет около 35 %.
Согласно статье 4 федерального закона № 261 от 23 ноября 2009 года «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации»
правовое регулирование в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности основывается на следующих принципах:
• эффективное и рациональное использование энергетических ресурсов; поддержка и стимулирование энергосбережения и повышения
энергетической эффективности;
• системность и комплексность проведения мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности;
планирование энергосбережения и повышения энергетической эффективности;
использование энергетических ресурсов с учетом ресурсных, производственно-технологических, экологических и социальных условий [3].
Энергосбережение и повышение энергетической эффективности следует рассматривать как один из основных источников будущего экономического роста. Однако до настоящего времени этот источник был задействован лишь в малой степени.
Анализируя состояние электроэнергетики ОАО «Газпром нефтехим Салават», можно сделать вывод, что предприятие обладает огромным не использованным потенциалом в энергосбережении и причины этого очевидны: устаревшая материально-техническая база, отсутствие масштабного внедрения энергосберегающих технологий. Задачами исследовательской работы являются: разработка наиболее эффективных и оптимальных управленческих решений в области энергосберегающих технологий для исследуемого объекта;
определение показаний функционирования объекта для анализа и корректировки эффективности работы системы после внедрения энергосберегающих технологий;
разработка модели управления и объективной оценки потребляемой электроэнергии, анализ внешних факторов, влияющих на энергосбережение исследуемого объекта.
Узел оборотной воды Н-595 цеха № 11 включает в себя две системы охлаждения технологической воды, которая в свою очередь является не
заменимым участником технологического процесса любого нефтеперерабатывающего, нефтехимического предприятия. Согласно регламенту УОВ-595, охлажденная вода не должна превышать температуры в 25° С. Режим работы узла оборотной воды является постоянным и бесперебойным, как и технологический процесс любого нефтеперерабатывающего или нефтехимического предприятия.
По системе №1 из резервуара охлажденная вода насосами подается на технологические установки ГО-3, ГО-4, Л-35/11-1000, Л-35/6 НПЗ ОАО «Газпром нефтехим Салават». По второй системе охлаждения воды, технология работы полностью идентична системе 1 и из резервуара охлажденная вода насосами подается на технологические установки ГО-3, ГО-4, Л-35/11-1000, Л-35/6, ОГ и КГ, АГФУ-2 НПЗ ОАО «Газпром нефтехим Салават».
Питание всех электроприемников УОВ-595 по уровню напряжения 6 кВ осуществляется от распределительной трансформаторной подстанции РТП-19 РУ-6 кВ, а по уровню напряжения 0,4 кВ от двух комплектных распределительных подстанций КТП-1 и КТП-2 при РТП-19.
Узел оборотной воды был введен в эксплуатацию в 1972 году и учитывая режим работы электродвигателей s1 (постоянный) и устаревшую материально-техническую базу, остро встает вопрос отсутствия энергосберегающих технологий и энергосбережения. Внедрение современных энергосберегающих технологий способно сократить потребление электроэнергии до 30—40 %, при этом, как правило, существует возможность внедрения новых технологий без обновления материально-технической базы. Для УОВ-595 можно с уверенностью реализовывать потенциал на сокращение потребления электроэнергии до 30 %. Кроме того, сокращение потребления электроэнергии скажется положительно не только с экономической точки зрения, но и с технической — разгрузка распределительных сетей. Для решения поставленных задач, необходимо переходить ко второй стадии принятия управленческого решения — выработки решений.
Проведя операционный бенчмаркинг по применению энергосберегающих технологий на узлах оборотной воды по опыту развитых нефтеперерабатывающих стран, можно сделать вывод о целесообразности внедрения:
• системы компенсации реактивной мощности на КТП-2 при РТП-19; системы частотного регулирования скорости электродвигателей вентиляторов градирен № 1,2,3,5,6.
В состав узла оборотной воды УОВ-595 цеха №11 входят 4 действующие градирни (с 2014 года — 5 градирен), каждая из которых оснащена тремя вентиляторами. Приводом для вентиляторов градирен являются электродвигатели типа ВАСО 15-23-24 и ВАСВ 16-20-40, механическая мощность на валу каждого электродвигателя составляет 75 кВт. Системы охлаждаются двумя градирнями: система № 1 — градирни № 5 и № 6, система № 2 — градирни № 1 и № 2 (градирня № 3 вводится в эксплуатацию).
Компенсация реактивной мощности в настоящее время является немаловажным фактором позволяющим решить вопрос энергосбережения и снижения нагрузок на электросеть. По оценкам отечественных и ведущих зарубежных специалистов, доля энергоресурсов, и в частности электроэнергии занимает значительную величину в себестоимости продукции.
Асинхронные двигатели потребляют до 60—65 % всей реактивной мощности нагрузок энергосистемы. По принципу действия асинхронный двигатель подобен трансформатору. Как и в трансформаторе, энергия первичной обмотки двигателя (статора) передаётся во вторичную (ротор) с помощью магнитного поля.
С учетом того, что все электродвигатели вентиляторов не имеют автоматизированного электропривода, и регулировка охлаждения воды с помощью вентиляторов осуществляется их поочередным включением в работу, предлагается внедрить для экономии электроэнергии частотно-регулируемый электропривод. Для внедрения частотно-регулируемого электропривода не требуется замена стандартного электродвигателя. По данным европейских
экспертов стоимость среднего электродвигателя в пять раз меньше стоимость энергии потребляемой им за год. Гибкость изменения частоты вращения автоматизированного электродвигателя позволяет экономить в среднем до 2030% потребляемой электроэнергии.
На данный момент система компенсации реактивной мощности реализована на КТП-1 при РТП-19. Суммарная мощность динамического оборудования КТП-2 представлена в таблице № 1 и составляет 1165 кВт (секция I и II). Все динамические электроприемники КТП-2 асинхронные электродвигатели и работают в продолжительном режиме б1, что является основанием для компенсации реактивной мощности.
Таблица 1.
Электроприемники КТП-2 при РТП-19
Позиционное обозначение Мощность, кВт Коэффициент мощности Источник питания
В-3 (градирня № 1) 75 0,68 КТП-2 секция II
В-2 (градирня № 5) 75 0,68 КТП-2 секция II
В-2 (градирня № 6) 75 0,68 КТП-2 секция II
В-3 (градирня № 6) 75 0,68 КТП-2 секция II
Н-5 160 0,86 КТП-2 секция II
ЕРсекция II =460 кВт
В-1 (градирня № 6) 75 0,68 КТП-2 секция I
В-1 (градирня № 1) 75 0,68 КТП-2 секция I
В-2 (градирня № 1) 75 0,68 КТП-2 секция I
Н-1 160 0,86 КТП-2 секция I
Н-2 160 0,86 КТП-2 секция I
Н-4 160 0,86 КТП-2 секция I
ЕРсекция !=705 кВт
В результате расчета необходимой мощности конденсаторной установки для достижения соБф=0,98 на каждой из секций КТП-2, получаем: КТП-2 секция II — 326,4 кВар, КТП-2 секция I — 385,2 кВар. Общая экономия электроэнергии после внедрения конденсаторных установок по секции II за год составит 5,8 %, по секции I — 5,07 %.
Для примера расчета окупаемости конденсаторных установок примем электродвигатели секции II КТП-2. За 2012 год общая затраченная энергия
составила 1 444 285 кВт-ч, что соответствует финансовым затратам в 3 315 414 рублей. Экономия при внедрении конденсаторной установки только на секции II КТП-2 составит 192 294 рубля. Данный анализ подтверждает окупаемость конденсаторной установки за семь месяцев эксплуатации.
Факторами, оказывающими влияние на окупаемость данных систем, являются: изменение цены на электроэнергию, загруженность электроприёмников КТП-2. При этом, изменение цены на электроэнергию может оказывать как положительный, так и отрицательный эффект, так как, экономия электроэнергии будет всегда постоянной и составлять до 6 % от общего потребления ежегодно. Таким образом, повышение цен на электроэнергию позволит больше экономить в рублях и скажется на уменьшении срока окупаемости внедрения данной системы.
Применение автоматической установки компенсации реактивной мощности позволяет решить ряд проблем: снизит загрузку силовых трансформаторов (при снижении потребления реактивной мощности снижается потребление полной мощности); обеспечит питание нагрузки по кабелю с меньшим сечением (не допуская перегрева изоляции); за счет частичной токовой разгрузки силовых трансформаторов и питающих кабелей появится возможность подключить дополнительную нагрузку; позволит избежать глубокой просадки напряжения на линиях электроснабжения удаленных потребителей; исключается появление в сети перенапряжения, т. к. нет перекомпенсации, возможной при использовании нерегулируемых конденсаторных установок.
Проведем анализ внедрения и технико-экономического обоснования системы частотно- регулируемого привода. В холодное время года охлаждение теплой воды осуществляется естественным способом, при этом падение температуры составляет 4—6° С. Включение одного из шести вентиляторов системы охлаждения воды необходимо при средней суточной температуре -2° С. Выход на полную мощность охлаждения системы производится
включением в работу 5—6 вентиляторов одной из систем при средней суточной температуре +20° С.
Таблица 2.
Анализ работы электродвигателей за 2012 год
Система № 1
Количество одновременно работающих Количество дней отработанных за 2012 год Затраченная электроэнергия, МВт^ч
вентиляторов
1 36 74,057
2 59 242,742
3 3 18,514
4 12 98,742
5 37 385,142
6 17 209,828
Система № 2
1 25 51,428
2 25 102,856
3 21 129,6
4 32 263,314
5 9 92,571
6 86 1061,485
Существенная разница в потребляемой электроэнергии между системами № 2 и № 1 связаны с капитальным ремонтом градирни № 5 и простоем в работе до 24.06.2012 года. Анализ работы систем охлаждения воды за прошлый год показывает, что по системе № 1 количество дней с возможностью экономии электроэнергии составило 110, а по системе № 2 — 103 дня.
Для примера: по системе № 2 в 2012 году одновременная работа трех из шести вентиляторов наблюдалась в течении 21 дня и затратила 129,6 МВт^ч энергии. Если на этот же период времени одновременно включить в работу все шесть вентиляторов с частотой вращения 30 % от номинального, то экономия энергии только за 21 день работы по одной системе составит 51,84 МВт^ч, что соответствует экономии в 119 000 рублей. Внедрение ЧРП на каждый вентилятор градирни потребует общих капитальных вложений в 2 000 000 рублей, окупаемость составит 1,5—2 года в зависимости от климатических
условий. Изменение частоты вращения вентиляторов и как следствие контроль температуры охлажденной воды можно осуществлять не только в холодное время года, но и в ночное время суток, что является дополнительной экономией электроэнергии. Наряду с этим частотно-регулируемый привод дает ряд
дополнительных преимуществ:
• экономию тепла в системах горячего водоснабжения за счет снижения
потерь воды, несущей тепло;
• возможность создавать при необходимости напор выше номинального;
• уменьшение износа основного оборудования за счет плавных пусков,
устранение гидравлических ударов, снижение напора;
снижение шума;
• возможность комплексной автоматизации систем;
• возможность оптимизации выбора оборудования и его комплектной
поставки [2].
Единственными угрозами при расчетах срока окупаемости внедрения энергосберегающих технологий является рост цен на электроэнергию (экономия в процентах описанных выше будет происходить в любом случае), вероятностные внешние факторы (брак продукции, аварийные остановки электроприемников УОВ-595 и т. д.). На срок окупаемости, как в большую, так и в меньшую сторону будут оказывать климатические условия во время эксплуатации.
Модель управления энергосбережением УОВ-595 цеха № 11 нефтеперерабатывающего завода ОАО «Газпром нефтехим Салават» представлена на рисунке 1.
Рисунок 1. Модель управления энергосбережением УОВ-595
Элемент сравнения позволяет отслеживать в режиме реального времени экономию электроэнергии и при необходимости вносить корректировки в изменение частоты вращения электродвигателей вентиляторов. Общее потребление электроэнергии за 2012 год УОВ-595 будет являет базисом в данной модели управления, именно данный показатель станет плановым при понижении его значения на 30%. Элемент сравнения выполнен на базе автоматизированной системы управления электроснабжением (счётчики учета активной энергии, АСУ Нева). Достижение поставленных целей произойдет при равенстве фактических и плановых показателей потребления электроэнергии (Wфакт=Wбаз•0,3).
В исследовательской работе была реализована модель управления энергосбережением узла оборотной воды Н-595 цеха № 11 нефтеперерабатывающего завода ОАО «Газпром нефтехим Салават» и достигнуто внедрением современных энергосберегающих технологий снижения реального потребления электроэнергии на 30 % — плановый показатель потребления электроэнергии.
Исследовано состояние электрохозяйства на сегодняшний день и определены основные внешние факторы, влияющие на электроэнергетику
УОВ-595. В результате проведенного исследования обозначены основные капитальные вложения для реализации внедрения комплекса мероприятий по энергосбережению УОВ-595, которые составляют 2 300 000 рублей и определены основные риски в реализации данных мероприятий. Окупаемость всех мероприятий по внедрению систем энергосбережения составит от 1,5 до 2 лет.
Список литературы:
1. Деревяшкин А.В., Вильданов Р.Г. Приоритетные направления развития науки и технологий: Мероприятия по энергосбережению на установке производства фталевого ангедрида газохимического завода ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» Приоритетные направления развития. Тула: Инновационные технологии, 2011. — 106 с.
2. Методические указания по выбору и применению асинхронного частотно-регулируемого электропривода мощностью до 500 кВт. ОАО «Газпром». ВРД 39-1.10-052-2001.
3. Федеральный закон Российской Федерации от 23 ноября 2009 г. № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».
