CC BY
52
УДК 658.26
СИСТЕМА ПОВТОРНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПАРОВОГО КОНДЕНСАТА НЕФТЕХИМИЧЕСКОГО ПРЕДПРИЯТИЯ В УСЛОВИЯХ ЕГО НЕВОЗВРАТА ИСТОЧНИКУ
И.А.КОНАХИНА, А.М. КОНАХИН, Э.А. АХМЕТОВ, А.И. ФАЗУЛЛИНА, Казанский государственный энергетический университет
Представлена схема повторного использования конденсата нефтехимического предприятия на базе абсорбционных бромистолитиевых холодильных машин (АБХМ). Система позволяет полезно использовать вторичные энергоресурсы (ВЭР) охлаждаемого конденсата на нужды теплохладоснабжения предприятия с учетом сезонности нагрузки. Рассмотрены особенности эксплуатации АБХМ в данной системе.
Ключевые слова: конденсат, систем сбора и возврата, абсорбционная бромистолитиевая холодильная машина, нефтехимическое предприятие, водоподготовка, технико-экономический анализ, срок окупаемости.
Введение
Организация эффективных систем сбора и возврата парового конденсата на предприятии нефтехимического комплекса является одним из важнейших факторов экономии топливно-энергетических ресурсов [1]. В структуре теплопотребления таких производств доля пара промышленных параметров достигает 98%, этот пар в насыщенном или слабоперегретом состоянии давлением 0,8-3,0 МПа поступает на предприятие от внешних или собственных источников пароснабжения предприятия и большая его часть направляется на нужды теплофикации в поверхностные теплообменники и подобные им элементы технологического оборудования. Как правило, внешним источником пара является промышленная ТЭЦ, где для выработки пара таких параметров применяется сложная, дорогостоящая и энергозатратная система подготовки воды.
Объем образующегося конденсата на предприятии весьма значителен и зачастую составляет 500 ^ 700 т/ч и более. Температура отводимого конденсата зависит от режима теплопотребления и обычно находится в пределах 80 ^ 140 °С [2]. Для возврата на ТЭЦ необходимо этот конденсат охладить до 70 °С, при сливе в канализацию (это происходит при сильном загрязнении углеводородами) - до 40 °С и ниже во избежание разрушения коммуникаций. Поэтому для охлаждения конденсата на предприятии организуются специальные узлы централизованного сбора и захолаживания оборотной водой. В таких условиях теплота, содержащаяся в конденсате, практически не используется, а предприятие несет дополнительные потери, связанные с ростом нагрузки систем оборотного водоснабжения.
Большую проблему для нефтехимических предприятий представляет высокая вероятность загрязнения конденсата углеводородами в теплоиспользующем технологическом оборудовании [3]. В таких ситуациях невозврат конденсата источнику составляет 100 %, поскольку загрязнение углеводородами угрожает выходом из строя энергетического оборудования источника. Невозврат потребителем конденсата ТЭЦ сопряжен с выплатами крупных денежных штрафов, особенно при нарушении заключенных по данному вопросу договоров, а уменьшение доли возврата конденсата на подпитку заводских котлов-утилизаторов и снижение его температуры относительно
© И.А. Конахина, А.М. Конахин, Э.А. Ахметов, А. И. Фазуллина Проблемы энергетики, 2009, № 5-6
регламентируемого уровня приводит к пропорциональному росту расхода теплоты на технологические нужды химводоочистки, на нагрев питательной воды и процессы деаэрации, а также к существенному увеличению затрат на продувку паровых котлов. Эта проблема приводит к тому, что зачастую из-за постоянной угрозы проскока углеводородов энергопредприятия отказываются полностью принимать конденсат от нефтехимических предприятий.
В условиях невозврата конденсата организация надежной и сбалансированной системы сбора и повторного использования конденсата может дать промышленному нефтехимическому предприятию значительный экономический эффект.
Как показывает практика, нефтехимические производства обычно требуют собственной водоподготовки на технологические нужды. В зависимости от требований регламента может готовиться вода следующего качества:
1) умягченная вода;
2) глубоко-обессоленная вода (ГОВ);
3) нагретая и охлажденная частично-обессоленная вода (ЧОВ);
4) деминерализованная вода и пр.
Помимо этого, существует потребность предприятия в горячей воде на нужды отопления производственных и административных зданий, сантехнического горячего водоснабжения, холодоснабжения на тепловом потреблении и т.д.
Потенциал собираемого конденсата достаточно высок для того, чтобы организовать полезное использование содержащейся в нем теплоты для покрытия этих нужд, так как его температура обычно составляет в среднем 95 ^ 97 °С. Поэтому он может быть использован [4]:
1. Для горячего водоснабжения при отпуске потребителям воды питьевого качества с температурой до 65 °С. Данная нагрузка имеет круглогодичный характер.
2. На технологические нужды для отпуска горячей воды требуемого качества (ЧОВ, ГОВ, умягченной, деминерализованной) с температурой от 70 до 95 °С.
3. Для отопления и вентиляции производственных помещений в режиме 110/70 °С. Данная нагрузка имеет сезонный характер: в летний период отсутствует.
4. Для холодоснабжения на тепловом потреблении с использованием абсорбционных трансформаторов теплоты (АТТ).
Характеристика объекта исследования и мероприятия по организации централизованной системы сбора и повторного использования конденсата и содержащейся в нем теплоты
Объектом исследования в представленной статье является нефтехимическое предприятие, которое на своей территории имеет несколько производств органического синтеза. Производительность узла на пропуск конденсата составляет 500 т/ч. На предприятии выявлена сезонность тепловой нагрузки, поэтому выделяются отопительный период и летний, когда отопительная нагрузка отсутствует, но возрастает нагрузка горячего водоснабжения, из-за присоединения дополнительных внешних потребителей, и увеличивается нагрузка систем охлаждения оборудования.
Для данного предприятия разработана система сбора конденсата и утилизации содержащейся в ней теплоты, которая включает в себя комплекс мероприятий:
1. Организация утилизационного подогрева воды, отпускаемой в режиме горячего водоснабжения (ГВС) присоединенных потребителей. Организуется специальный узел ГВС, где возвращенный конденсат с остаточной температурой © Проблемы энергетики, 2009, № 5-6
96 °С охлаждается до 15 ^ 20 °С, подогревая воду на нужды горячего водоснабжения потребителей.
Снижение температуры конденсата до такого уровня позволяет использовать его на подпитку градирни системы оборотного водоснабжения, не возвращая в узел смешения конденсата. Такое решение позволяет также достичь некоторой экономии электроэнергии, затрачиваемой в насосах на транспортировку конденсата.
2. Организация утилизационной выработки захоложенной воды в режиме +7...+12 °С на абсорбционных бромистолитиевых машинах (АБХМ) в летний период [5].
3. Отпуск нагретого и охлажденного конденсата, соответствующего требованиям деминерализованной, умягченной, частично-обессоленной и глубоко-обессоленной воды на технологические нужды предприятия с обеспечением контроля его качества.
4. Организация охлаждения конденсата в аппаратах воздушного охлаждения (АВО) до требуемой, для обеспечения надежной работы конденсатосборников, температуры в 40 °С.
На рис. 1 представлена принципиальная схема охлаждения и повторного использования конденсата в цехе нефтехимического предприятия.
80 т/ч 15 "С
охлажденного конденсата
Рис. 1. Принципиальная схема охлаждения и повторного использования конденсата в цехе
нефтехимического предприятия * - в отопительный период АБХМ не работает
Параметры конденсата для летнего периода приведены вне скобок и для отопительного периода - в скобках.
В узел смешения возвращается конденсат различных параметров со всех производств предприятия, затем конденсат с усредненной температурой 92 °С поступает в АБХМ (в отопительный период АБХМ не работает). На выходе из АБХМ температура конденсата составляет 82 °С. Часть конденсата соответствующего качества может быть направлена на производство (порядка
180 ^ 260 т/ч), остальное количество охлаждается в АВО до температуры
3
30 ^ 40 °С и сливается в баки емкостью 2000 м , откуда, по мере необходимости, откачивается потребителям охлажденного конденсата. Эта потребность оценивается на уровне 240 ^ 260 т/ч. Таким образом, практически весь конденсат, образующийся на предприятии, может быть использован повторно.
Анализ результатов технико-экономических показателей принятых решений
Технико-экономический анализ модернизации системы сбора, возврата и использования конденсата нефтехимического предприятия показал следующее.
В структуру капитальных затрат, в соответствии с принятыми решениями, было включено оборудование, перечень элементов которого приведен в табл. 1. Для охлаждения конденсата до 30 ^ 40 °С предусмотрена установка четырех аппаратов воздушного охлаждения (АВО). На каждой линии возврата конденсата контролируется качество конденсата. Для проверки качества собираемого конденсата на предприятии предусмотрена система контроля и качества. Для предупреждения попадания загрязненного конденсата в баки сбора конденсата предусмотрена установка двух промежуточных баков емкостью 150 м3.
Таблица 1
Капитальные затраты на устанавливаемое оборудование К об
№ п/п Наименование оборудования Кол-во Стоимость, тыс. руб. Сумма затрат, тыс. руб.
1 Абсорбционная холодильная машина 1 12400 12400
2 Аппарат воздушного охлаждения 6 3060 18360
3 Насосы циркуляционные 2 170 340
4 Бак емкостью 150 м3 2 250 500
5 Прибор для измерения 6 50 300
6 Конденсатопровод от производства № 1 2900 м Бу = 150 0,255 740
7 Конденсатопровод от производства № 2 2000 м Бу = 150 0,255 510
8 Конденсатные насосы 4 18,8 75,2
9 Гидрозатвор 2 42 84
10 Бак аккумулятор, емкостью 50 м3 2 80 160
11 Пластинчатый теплообменник 1 1400 1400
Итого: 34870
Для получения захоложенной воды в количестве 200 т/ч, используемой для подпитки градирен, и исключения ситуаций недоохлаждения оборотной воды в летний период предусмотрена установка абсорбционной холодильной установки. В качестве греющей среды в АБХМ используется конденсат, а для охлаждения циркулирующей воды предусмотрена установка двух АВО.
Весь конденсат с производств собирается на станции сбора конденсата. Для этого дополнительно прокладываются конденсатопроводы от тепловых пунктов.
На пункте подготовки горячего водоснабжения (ГВС) предусмотрена установка пластинчатого теплообменника и двух баков-аккумуляторов емкостью 50 м3. Суммарные капитальные затраты, рассчитываемые по формуле [6]
K = Коб + Км + Кнеучт ,
помимо капитальных затрат на устанавливаемое оборудование Коб (табл. 1), включают в себя:
- затраты на монтаж и транспортные услуги, которые принимаются в размере © Проблемы энергетики, 2009, № 5-6
15 % от Коб :
Км = 0,15 • Коб = 5231 т.руб./год;
- неучтенные капитальные затраты, принимаемые в размере 10 % от Коб :
Кнеучт = 0,1 • Коб = 3487 т.руб./год.
Таким образом, суммарные капитальные затраты составляют К = 34870+5231+3487 = 43588 т.руб./год.
Суммарные годовые эксплутационные затраты, рассчитываемые по формуле
S = Sам + Sт.р + Sзп + Sу + Se + Síd , включают в себя:
- затраты на амортизационные отчисления
^ам = Кам • Коб = 3487 т.руб./год,
где Кам - норма амортизации, принимаемая в размере 10 %;
- затраты на текущий ремонт, принимаемые в размере 20 % от Sам :
S т.р = 0,2 • S ам = 698 т.руб./год;
- затраты на невозврат конденсата
S,. = ^ АСк • ^ = 46445 т.руб./год,
где ск - компенсация источнику за невозвращенный конденсат, 29 руб./т.кВт^ч;
- суммарные затраты на электроэнергию
S э = (NЭАБХМ + NэАВО ) •
S3 = (510,4 + 1025,6) • 620 = 952 т.руб./год,
где йу - удельная стоимость электроэнергии, по данным за 2007 год для
предприятий РТ принята в размере 620 руб./т.кВт^ч; - годовые затраты
электроэнергии на АБХМ:
NэАБХМ = (N АВО + Nц.н + N АБХМ ) 'т АБХМ ,
NэАБХМ = (37+125+14)2900 = 510,4 кВтч/год,
где табхм - время работы АБХМ 2900 часов в год; NАвo - затраты электроэнергии на привод вентилятора в АВО, 37 кВт; N Sí - расход электроэнергии циркуляционными насосами при требуемом напоре 25 м -
125 кВт; Nабхм - потребляемая электрическая мощность АБХМ - 14 кВт; NэАВО - годовые затраты электроэнергии на АВО:
= N АВО • ТАВО + Nк.н • Тк.н ,
NэАВО = 148 •5600+24 •8200=1025,6 кВтч/год,
где таво - время работы АВО - 5600 часов; т^ - время работы конденсатных насосов - 8200 часов; NАвo - затраты электроэнергии для 4-х АВО на привод вентилятора на охлаждение конденсата, 148 кВт; N- затраты электроэнергии на привод конденсатных насосов, 24 кВт;
- затраты на заработную плату
£зп = ио п. • З =8150=1200 т.руб./год,
где И}.|. - количество обслуживающего персонала, 8 человек; З - усредненный по предприятию годовой фонд зарплаты на одного работника, 150 т.руб. (включая налоги);
- прочие затраты принимаются 30% от суммы на £ам , на £5.5 и на £зп [6]:
£пр = 0,3 •(ам + £т.р + £зп ),
£пр = 0,3 • (3487 + 98 + 1200 )=1825 т.руб./год.
Таким образом, суммарные годовые затраты по принимаемым решениям составляют
£ = 3487 + 698 + 1200 + 952 + 46445 + 1825 = 54607 т.руб./год.
В соответствии с разработанными рекомендациями предложено теплоту собираемого конденсата использовать на получение в летнее время захоложенной воды в АБХМ, а также в системе горячего водоснабжения:
Q т = 39440 Гкал/год.
Кроме того, конденсат рекомендуется использовать:
- в качестве умягченной воды для подпитки системы теплоснабжения:
С ум = 432000 т/год;
- в качестве частично обессоленной воды со средней температурой 80^90 °С:
С чов = 1453873 т/год;
- в качестве деминерализованной воды (глубоко обессоленной воды):
С ГОВ = 204333 т/год.
Экономический эффект от использования разработанных рекомендаций оценивается с помощью соотношения
Э = Эт + Эум + эчов + ЭГОВ + Эх,
© Проблемы энергетики, 2009, № 5-6
где У5 - экономия от использования теплоты конденсата: Эт = Цт • Qт =18758 т.руб./год,
где Цт = 475,6 руб./Гкал - стоимость тепловой энергии в 2007 году; У51 - экономия на подпитку систем теплоснабжения:
Э ум = Ц ум • С ум = 1188 т.руб./год,
где Цум = 2,75 руб./т - стоимость умягченной воды; Эчов - экономия частично обессоленной воды:
ЭЧОВ = ЦЧОВ • СЧОВ = 58155 т.руб./год,
где ЦЧов = 40 руб./т - стоимость частично обессоленной воды; Эгов - экономия глубоко обессоленной воды:
Эгов = ЦГОВ • СГОВ = 18387 т.руб./год,
где Цгов = 90 руб./т - стоимость глубоко обессоленной воды.
Уд - годовая выработка холода, с учетом холодопроизводительности АБХМ Qo = 3020 кВт и т абхм :
Эх = сх • 00 = 4525 т.руб./год,
где сх = 600 руб./Гкал - удельная стоимость холода.
Таким образом, экономический эффект от использования разработанных рекомендаций составил
Э = 18758 + 1188 + 58155 + 1837 + 4525 = 101013 т.руб./год.
Годовая экономия за счет использования конденсата и содержащейся в нем теплоты составляет
£ Э = Э - £ ;
£ Э = 101013 - 54607 = 46406 т.руб./год.
Проведенный технико-экономический анализ показал, что необходимые капиталовложения для реализации всех предложенных мероприятий составляют 43,6 млн. руб. Экономический эффект от использования разработанных предложений составляет 46,4 млн. руб. в год при сроке окупаемости капитальных вложений
К 43588 _
Т = =— =-= 0,94 года,
£ Э 46406
то есть, приблизительно, 1 год. Выводы
1. Использование теплоты конденсата и повторного использования самого © Проблемы энергетики, 2009, № 5-6
конденсата на нефтехимическом предприятии позволяет достигнуть существенной экономии топливно-энергетических и материальных ресурсов.
2. Организация центральной системы сбора конденсата на предприятии позволяет гибко подстраиваться под режимные колебания параметров возвращаемого конденсата, в том числе и на протяжении длительных сезонных периодов.
3. При общих капитальных вложениях в 43,6 млн. руб. экономический эффект от использования разработанных предложений составляет 46,4 млн. руб. в год при сроке окупаемости 1 год.
Summary
The condensate reuse scheme of petrochemical enterprise on absorption bromine-lithium refrigerating machines base (ABRM) is presented. The system allows as to use secondary energy recourses (SER) of a condensate being for needs of thermal refrigeration supply of enterprises in accordance with loading seasonal prevalence. The operation features of ABRM in the given system are considered.
Key words: the condensate, the steam condensate reuse system, the absorption bromine-lithium refrigerating machines, the petrochemical industry, the water conditioning, the technical and economic analysis, time of recovery of outlay.
Литература
1. СНиП 23-01-99. Строительная климатология. М.: Стройиздат, 2000.
2. Левин М.С. Использование отработавшего и вторичного пара и конденсата. 1978.
3. Назмеев Ю.Г. Конахина И.А. Организация энерготехнологических комплексов в нефтехимической промышленности. М.: Издательство МЭИ, 2001.
4. Костерин Ю.В., Рожкова Л.П. Повышение эффективности использования теплоты парового конденсата в промышленности. М.: Энергоатомиздат, 1984.
5. Орехов И.И., Тимофеевский Л.С., Караван С.В. Абсорбционные преобразователи теплоты. Л.: Химия, 1989.
6. Теплоэнергетика и теплотехника: в 4 кн.: Справочник / Под общ. Ред. Д.В. Клименко и В.М. Зорина - 4-е изд-е стер. М.: МЭИ, 2007.
Поступила в редакцию 10 февраля 2009 г.
Конахина Ирина Александровна - д-р техн. наук, профессор, заведующая кафедрой «Промышленная теплоэнергетика» Казанского государственного энергетического университета. Тел.: 8 (843) 519-42-56.
Конахин Александр Михайлович - канд. техн. наук, доцент кафедры «Промышленная теплоэнергетика» Казанского государственного энергетического университета. Тел.: 8 (843) 51942-56.
Ахметов Эдуард Адгамович - канд. техн. наук, доцент кафедры Промышленной теплоэнергетики Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: (843) 519-42-56. E-mail: [email protected].
Фазуллина Алсу Ильсуровна - аспират, ассистент кафедры «Промышленная теплоэнергетика» Казанского государственного энергетического университета. Тел.: 8 (843) 519-42-56; 8-9274102409. E-mail: [email protected].
