авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
-- [ Страница 1 ] --

ФГБОУ ВПО «САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ГАГАРИНА Ю.А.»

На правах рукописи

ЛЕНЬКОВА Александра

Викторовна

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ

ТОПЛИВООБЕСПЕЧЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА

ГАЗОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Специальность 05.14.01 – Энергетические системы и комплексы

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

кандидат технических наук, профессор Ларин Е.А.

Саратов – 2013 СОДЕРЖАНИЕ стр.

ВВЕДЕНИЕ Глава 1. ТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КОМ ПЛЕКСА ГАЗОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ И АНАЛИЗ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ЕЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ Общая характеристика энергетического комплекса газоперерабатываю 1. щих предприятий Характеристика системы топливообеспечения энергетического ком 1. плекса газоперерабатывающих предприятий. Состояние и пути повыше ния эффективности Методы исследования систем топливообеспечения энергетического 1. комплекса. Анализ выполненных исследований по проблеме повыше ния эффективности систем топливообеспечения Цели и задачи исследования 1.4 Глава 2. МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ АНАЛИЗА ЭФФЕКТИВНО СТИ СИСТЕМ ТОПЛИВООБЕСПЕЧЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ГАЗОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ Методика построения структуры топливной системы энергетического 2. комплекса газоперерабатывающих предприятий Основные положения системного подхода к анализу эффективности 2. систем топливообеспечения Обоснование и расчет показателей термодинамической и топливной 2. эффективности систем топливообеспечения Разработка обобщенной экономико-математической модели расчета 2. эффективности системы топливообеспечения 2.4.1 Методика учета технологических и режимных факторов 2.4.2 Учет климатических факторов и охраны окружающей среды 2.4.3 Методика учета надежности энергообеспечения предприятия 2.4.4 Интегральные показатели экономико-математической модели расчета эффективности топливной системы Глава 3. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ТОПЛИВООБЕСПЕЧЕНИЯ Математические модели расчета генерации и потребления газа 3. в элементах систем топливообеспечения энергетического комплекса газоперерабатывающих предприятий Алгоритмы выбора рациональной структуры и расчета оптимальных 3. параметров систем топливообеспечения Оценка системной эффективности функционирования систем топливо 3. обеспечения энергетического комплекса Глава 4. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИНТЕГРАЦИИ СИСТЕМ УТИЛИЗАЦИИ ГОРЮЧИХ ГАЗОВ С ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМ КОМПЛЕКСОМ ГАЗОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ 4.1 Направления рационализации топливного баланса предприятий газо переработки Разработка технических решений и оценка экономической эффективно 4. сти утилизации горючих газов в технологических установках газопере рабатывающих предприятий Экономическая эффективность создания источника тепло- энерго 4. снабжения на базе горючих отходов предприятий газопереработки ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ Приложение А Свойства топливной системы ЭК ГПП, характеризующие ее параметрическую и структурную сложность Приложение Б Итерационные расчеты ЭТБ с использованием матричного метода Приложение В Потоковые графы материальных балансов процессов переработки углеводородного сырья Приложение Г Расчетные зависимости свойств веществ и процессов.

Характеристики процесса теплообмена Приложение Д Расчетные зависимости математических моделей аппаратов и установок Приложение Е Формы расчетных модулей и структурированных данных программного комплекса ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩ ЕНИЯ АВО аппарат воздушного охлаждения АГПЗ Астраханский газоперерабатывающий завод ВГПУ Вуктыльское газопромысловое управление ВНД внутренняя норма доходности ВЭР вторичные энергоресурсы ГКМ газоконденсатное месторождение ГО горючие отходы (жидкие и газофазные) ГПА газоперекачивающий агрегат ГПП газоперерабатывающее предприятие ГС топливная (газотопливная) система ГТУ газотурбинная установка ЗПКТ Ново-Уренгойский завод по подготовке конденсата к транспорту ИД индекс доходности КУ котел-утилизатор КЭС электростанция конденсационного типа МБ материальный баланс МИВ модель идеального вытеснения МИС модель идеального смешения ОА огнетехнический агрегат ПГ процесс горения ПГУ парогазовая установка ПДВ предельно допустимые выбросы ПК программый комплекс ПМ процесс массообмена ПТ процесс теплообмена СГПЗ Сосногорский газоперерабатывающий завод СЗСК Сургутский завод стабилизации конденсата СТЭВС система тепло-электро-водоснабжения СУ система управления СЭВ система энергоснабжения внешняя ТС технологическая система ТЭК топливно-энергетический комплекс ТЭР топливно-энергетические ресурсы УВС углеводородное сырье УРА установка регенерации абсорбента ЧДД чистый дисконтированный доход ШФЛУ широкая фракция легких углеводородов ЭК энергетический комплекс ЭР энергоресурсы ЭСН электростанция собственных нужд ЭТБ энерготехнологический баланс ВВЕДЕНИЕ Актуальность темы. В Энергетической стратегии России на период до 2030 года определены основные пути достижения поставленных целей, основными из которых являются развитие генерирующих мощностей на основе использования новейших технологий и оборудования, внедрение новых высо коэффективных технологий производства, транспортирования и распределения энергоресурсов, создание эффективных систем управления функционирова нием и развитием энергетических комплексов, обеспечивающих минимальный уровень затрат. В соответствии с отраслевой концепцией ОАО «Газпром», согласующейся с общей стратегией развития энергетики России, развитие и модернизация энергетического хозяйства его производственных подразделений будет осуществляться в направлении газосбережения – снижения потребления газа на собственные нужды за счет использования потенциала технологического оборудования, газофакельных систем, и создания высокоэффективных внутрипроизводственных источников тепло- и электроснабжения. Реализация научно обоснованных решений по основным направлениям повышения эффективности топливной системы газоперерабатывающих предприятий (ГПП), как элемента их энергетического комплекса (ЭК) и технологической системы (ТС), позволит одновременно решить некоторые проблемы обеспечения тепловой и электрической энергией от внешних систем, связанные, в первую очередь, с дефицитом генерирующих мощностей в ряде энергосистем страны, процессом старения основного оборудования электростанций и сетей, усложнением обеспечения надежности энергоснабжения в условиях динамичных режимов эксплуатации ГПП.

Анализ выполненных исследований в данных направлениях показал, что задача совершенствования ЭК ГПП, представляющего собой структурно сложную техническую систему взаимосвязанных по материальным продуктов и полупродуктов, а также потокам энергетических ресурсов различных видов, комплекс энерготехнологических энергоустановок с генерированием и потреблением топлива, электрической и тепловой энергии, до настоящего времени не решена. При этом для технологических нужд и генерации тепловой энергии в технологических агрегатах ГПП потребление топлива составляет более половины потребления энергетических ресурсов. Особенностью ЭК ГПП является его взаимосвязь с внешними системами обеспечения топливом, тепловой и электрической энергией, поскольку этот объект интегрирован в топливно-энергетический сектор экономики страны не только по потокам энергетических ресурсов, но и по товарным потокам готовой продукции – газу, стабильному конденсату, продуктам их переработки.

Таким образом, современные предприятия по переработке газа и газового конденсата включают энерготехнологические установки, образующие сложную производственную структуру, эффективность которой зависит от состава оборудования и режимов эксплуатации энергетического комплекса, объединяющего все внутрипроизводственные источники энергоресурсов, включая технологические агрегаты, а также всех потребителей, и взаимосвязанного с внешней системой энергообеспечения.

Совершенствование системы топливообеспечения ЭК ГПП, оптимизация его структуры, повышение ее эффективности в процессах потребления и генерации преобразованных видов энергии представляется достаточно сложной научной задачей, решение которой должно учитывать режимы работы ГПП, особенности технологических процессов агрегатов и установок, состав перерабатываемого сырья, климатические условия и ряд других меняющихся в процессе эксплуатации факторов. При этом технологии переработки углеводородного сырья на предприятиях ОАО «Газпром» развиваются в современных условиях в направлении создания и внедрения новых энергосберегающих газо-химических комплексов и индустрии синтетических жидких топлив, что потребует соответствующего энергетического обеспечения технологических производств с созданием высокоэффективных ЭК ГПП.

Настоящая работа выполнена в рамках выполнения работ по федеральной целевой программе «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы по теме «Разработка методологии исследования и создание энергоэффективных систем управления потреблением электрической и тепловой энергии в энергоемких промышленных комплексах»

(ГК 14.740.11.01.07 от 10.09.2010 г.), а также по гранту У.М.Н.И.К.

(ГК № 9553р/14177 от 04.07.2011).

Цель работы: повышение эффективности системы топливообеспечения энергетического комплекса газоперерабатывающих предприятий на основе системного анализа, математического моделирования и научного обоснования направлений и технических решений по интеграции с внешними генерирую щими энергоисточниками.

Объект исследования: система топливообеспечения энергетического комплекса многопрофильных предприятий по переработке гетерогенного углеводородного сырья, в состав энергетического хозяйства которых входят топливная, теплотехническая, электротехническая подсистемы, и внутрипро изводственные системы обеспечения энергоносителями.

Предмет исследования: системный анализ и теоретическое обоснование технических решений по повышению энергоэффективности системы топливообеспечения энергетического комплекса предприятий переработки природного газа и газового конденсата.

Задачи исследования:

1 Разработка методики системного анализа и обоснование показателей энергетической эффективности топливной системы в структуре энергети-ческого комплекса газоперерабатывающих предприятий.

2 Разработка комплекса математических моделей расчета показателей термодинамической эффективности и энергетических характеристик топливо генерирующих и топливопотребляющих установок топливной системы с учетом взаимосвязи с технологической системой, энергетическим комплексом и внешними системами энергообеспечения в динамике технологических, климатических, экологических факторов.

3 Разработка моделирующих алгоритмов и программ, объединенных в информационно-аналитическую систему анализа эффективности топливной системы в структуре энергетического комплекса предприятия переработки углеводородного сырья с любой технологической топологией.

4 Научное обоснование технических решений по повышению эффективности топливной системы с вовлечением в энергетический баланс низкопотенциальных горючих газов перерабатывающих углеводородное сырье предприятий.

5 Технико-экономическое обоснование создания систем тепло- электро водоснабжения с утилизацией горючих отходов и стоков в составе энергетического комплекса предприятий газопереработки.

Научная новизна:

1. Разработаны новые научно-методические положения анализа эффективности топливной системы в составе энергетического комплекса газоперерабатывающих предприятий, развивающие методологию системных исследований в энергетике, включающие ее структурирование, установление многофакторных функциональных взаимосвязей с электро- и теплоэнер гетической подсистемами, технологическими процессами и внешними энергогенерирующими источниками, и позволяющие решить задачу оптимизации состава оборудования комплекса и режимов его эксплуатации.

2. Предложена и обоснована система показателей эффективности топливогенерирующих и топливопотребляющих установок технологической системы в составе энергетического комплекса газоперерабатывающих предприятий на всех уровнях иерархии объекта, позволяющая определить рациональную структуру подсистем и диапазоны параметров режимов генерации и потребления отдельных видов энергоресурсов.

3. Разработан комплекс математических моделей расчета энергетичес ких характеристик элементов топливной системы с учетом взаимосвязи с технологической системой, энергетическим комплексом и внешним источником обеспечения энергоресурсами в динамике технологических, климатических, экологических факторов.

4. Разработаны моделирующие алгоритмы и программы, объединенные в информационно-аналитическую систему анализа эффективности топливной системы в структуре энергетического комплекса предприятия переработки углеводородного сырья с любой технологической топологией.

5. Разработана обобщенная экономико-математическая модель технико экономического обоснования направлений и технических решений по повышению эффективности топливной системы и создания систем тепло электро- водоснабжения с утилизацией горючих отходов и стоков в составе энергетического комплекса предприятий газопереработки.

Практическая ценность:

1. Методика системного анализа системы топливоснабжения в составе энергетического комплекса газоперерабатывающих предприятий может быть использована при решении задач повышения эффективности генерации и потребления энергоресурсов на предприятиях газовой отрасли.

2. Разработанные программные модули расчета показателей эффективности топливной системы в составе информационно-аналитической системы планирования, учета и нормирования потребления и генерации топливно-энергетических ресурсов используются производственным отделом на Астраханском газоперерабатывающем заводе и могут быть внедрены на аналогичных предприятиях по переработке углеводородного сырья для перспективного планирования и оперативного анализа фактических показателей объекта.

3. Разработанные перспективные направления повышения эффективности использования топлива и предложенные новые технические решения по совершенствованию системы топливоснабжения энергетического комплекса предприятий газопереработки позволяют выработать стратегию его модернизации и совершенствования в условиях увеличения степени конверсии и глубины переработки сырья.

Автор защищает: методику системного исследования и математического моделирования системы топливообеспечения энергетического комплекса газоперерабатывающих предприятий;

методические положения оценки термодинамической и экономической эффективности технических решений по повышению ее эффективности;

технические решения по рационализации системы топливообеспечения и повышению эффективности энергетического комплекса газоперерабатывающих предприятий.

Личный вклад автора заключается в следующем:

– выполнен системный анализ эффективности системы топливоснабжения энергетического комплекса газоперерабатывающих предприятий на основе разработанных методических положений с установлением содержания взаимосвязей между топливной, электро- и теплоэнергетической подсистемами, а также технологическими процессами и внешними системами энергообес печения;

– разработанные математические модели отдельных элементов и системы топливоснабжения энергетического комплекса газоперерабатывающих предприятий в целом реализованы в виде алгоритмов и программ, позволивших выполнить расчетно-теоретические исследования влияния технологических, климатических, режимных факторов на рациональную структуру топливной системы энергетического комплекса;

– разработаны расчетные модули информационно-аналитической системы для решения комплекса задач структурной и параметрической оптимизации объекта с целью синтеза рациональной топливной системы в составе энергетического комплекса с максимальной утилизацией вторичных ресурсов и низкопотенциальных горючих газов;

– технически и экономически обоснованы направления повышения эффективности системы топливоснабжения энергетического комплекса предприятий газопереработки во взаимосвязи с внешним энергогенерирующим источником, реализующие принцип минимизации системных топливных затрат;

– предложены новые технические решения по повышению эффективности системы топливоснабжения энергетического комплекса предприятий газопереработки.

Апробация работы. Основные научные и прикладные результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры «Теплоэнергетика» и ПНИЛ ТЭУ и СЭ СГТУ имени Гагарина Ю.А., на Международных конференциях: «Современные научно технические проблемы теплоэнергетики и пути их решения» (Саратов, 2010);

XXIV Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях – ММТТ-24» (Саратов, 2011);

VIII Международной научно-практической конференции «Найновите научни постижения - 2012»

(София, 2012);

International Congress on Information Technologies - 2012 (ICIT 2012) (Саратов, 2012);

XIV Международной конференции «Проблемы управления в сложных системах» (Самара, 2012);

VIII Midzynarodowej «Dynamika – 2012»

naukowi-praktycznej konferencji naukowych bada (Перемышль, 2012);

Международной молодежной научной школы «Энергосбережение – теория и практика» (Томск 2012);

XXV Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях – ММТТ-25» (Волгоград, 2012);

III International research and practice conference «European Science and Technology» (Мюнхен, 2012);

International research and practice conference «Science, Technology and Higher Education» (Вествуд, 2012);

Восьмой Международной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Энергия-2013» (Иваново, 2013);

2nd International Conference of Informatics and Management Sciences – ICTIC-2013 (Жилина, 2013).

Публикации. Основные положения и результаты диссертационного исследования опубликованы в 30 печатных работах, из них – 5 публикаций в рекомендованных перечнем ВАК РФ изданиях [60, 71, 124, 128, 143]. Получено 3 патента РФ на ПМ [55, 56, 62] и зарегистрировано 3 программы для ЭВМ [61, 64, 70].

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 258 страницах и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников и приложений.

Работа содержит 63 рисунка, 14 таблиц, приложений. Список использованных источников включает 158 наименований.

Работа выполнена на кафедре «Теплоэнергетика» в ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»

под руководством кандидата технических наук, профессора Ларина Евгения Александровича, которому автор выражает благодарность за внимательное руководство и помощь при выполнении работы. Автор признателен коллективам кафедры «Теплоэнергетика», Проблемной научно-исследовательской лаборатории теплоэнергетических установок электростанций и систем энергообеспечения ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.» за ценные советы и замечания, высказанные в процессе подготовки и обсуждения диссертации.

Глава 1. Топливная система энергетического комплекса газоперерабатывающих предприятий и анализ методов исследования ее эффективности Общая характеристика энергетического комплекса 1. газоперерабатывающих предприятий Современные предприятия по переработке газа и газового конденсата (в дальнейшем – газоперерабатывающие предприятия, ГПП) состоят из различных технологических и энергетических установок, образующих совместно сложную производственную структуру, рентабельность которой зависит от состава оборудования и режимов эксплуатации энергетического комплекса, объединяющего все внутрипроизводственные источники энергоресурсов (ЭР), включая технологические агрегаты, а также всех потребителей, и взаимосвязанного с внешней системой энергообеспечения.

В структуре ЭК ГПП базовыми элементами являются три основных системы – топливная, электротехническая, теплотехническая, которые взаимосвязаны между собой и с внешними источниками обеспечения ЭР – при недостаточной выработке электрической и тепловой энергии в собственных генерирующих установках ГПП дополнительное обеспечение потребителей осуществляется от внешних систем с потреблением для этих целей топлива, вырабатываемого в основных производствах ГПП. Топливная система входит в состав как ЭК, так и технологической системы предприятия и является, по существу, элементом топливно-энергетического комплекса (ТЭК) страны.

Для определения значения перечисленных трех систем ЭК в формировании энергетического баланса ГПП в рамках настоящего исследования выполнен анализ теоретических и практических работ [17, 54, 95, 100–104] по энергетическому аудиту ряда действующих предприятий газовой отрасли, где осуществляется переработка углеводородного сырья (УВС).

Рассмотрены следующие предприятия, отличающиеся структурой ТС, составом сырья, климатическими условиями, конструктивно-параметрическими факторами:

– Астраханский газоперерабатывающий завод (АГПЗ);

– Сосногорский газоперерабатывающий завод (СГПЗ);

– Сургутский завод стабилизации конденсата (СЗСК);

– Ново-Уренгойский завод по подготовке конденсата к транспорту (ЗПКТ);

– Вуктыльское газопромысловое управление (ВГПУ).

На основании разработанных среднегодовых энергетических балансов перечисленных ГПП, рассчитанных в натуральных единицах измерения и приведенных к первичному топливному эквиваленту (т у. т.) определена доля каждого ЭР, %, потребляемого в основных и вспомогательных производствах (рис. 1.1).

I, II – тепловая энергия внешних и собственных генерирующих источников, соответственно Рис. 1.1. Доля ЭР в общем потреблении ГПП Анализ приведенных данных показывает, что все ГПП имеют собственные теплогенерирующие источники, выработка которых превышает теплопотребление от внешних систем (за исключением СГПЗ). Доля топливного газа в общем потреблении ЭР составляет для отдельных предприятий (СГПЗ, ВГПУ) более 70 %. Потребление ЭР от внешних источников (электроэнергия и тепловая энергия в виде пара) невелико и не превышает 25 %.

Следует отметить, что генерирующие тепловую энергию установки ГПП включают как энерготехнологические агрегаты – на АГПЗ и СГПЗ, так и производственные котельные – на СЗСК, ЗПКТ и ВГПУ.

Большая доля топливного газа в энергопотреблении СГПЗ и ВГПУ объясняется специфическими технологиями этих предприятий. На СГПЗ основными потребителями топлива являются печи установок переработки конденсата с получением бензиновых фракций, установки получения термического углерода, системы огневого обезвреживания газовых выбросов.

На объектах ВГПУ основными потребителями топливного газа являются компрессорные станции на базе газотурбинных установок (ГТУ), технологические печи установок регенерации абсорбентов, факельные установки. Существенное значение имеет топливная система в энергетическом балансе ГПП, перерабатывающих жидкофазное УВС – ЗПКТ (почти 60 %) и СЗСК ( 45 %). На данных предприятиях основными технологическими потребителями топливного газа являются технологические печи нагрева и испарения сырьевых потоков, а также компрессорные станции (на ЗПКТ).

Совместно с анализом разработанных энергетических балансов ГПП выполнена оценка установленной мощности энергопотребляющего оборудования для трех базовых систем ЭК рассмотренных предприятий (рис.1.2). Сопоставительный анализ результатов, приведенных на рис. 1.1 и 1.2, показывает, что на таких ГПП как СГПЗ и АГПЗ, где в общем топливопотреблении существенное значение имеют установки вспомогательного производства обезвреживания отходов, доля огнетехнических агрегатов (ОА) основных производств ТС в установленной мощности оборудования ГПП меньше их доли в энергетическом балансе. Это позволяет рассматривать данные предприятия как объекты со значительным потенциалом повышения эффективности топливной системы за счет утилизации горючих отходов – газовых выбросов и стоков. На объектах с газокомпрессорными станциями на базе ГТУ – ЗПКТ и ВГПУ, доля установленной мощности потребителей топлива больше их доли в энергобалансах, что связано, в первую очередь, с резервированием данного типа оборудования. Для таких ГПП решение вопросов повышения эффективности топливной системы должно основываться на режимной параметрической оптимизации газотурбинного привода компрессоров.

Рис. 1.2. Соотношение установленной мощности потребителей ЭР Как было отмечено, на структуру ЭК ГПП и режимы потребления ЭР большое влияние оказывает состав УВС и глубина его переработки, которая будет возрастать в ближайшие годы в связи с техническим обновлением и реконструкцией действующих объектов газовой отрасли и внедрением новых технологических процессов Состав [1, 2, 9, 11, 44, 72, 118–119].

перерабатываемого УВС и мощности газовых и газоконденсатных месторождений (ГКМ) обусловливают уникальность каждого ГПП и его ЭК.

Некоторое представление о влиянии сырьевого фактора на показатели потребления ЭР можно получить на основании удельных приведенных энергетических затрат (рис. 1.3), имеющих наибольшее значение для АГПЗ, где перерабатывается высокосернистое УВС Астраханского ГКМ с достаточно высокой степенью конверсии и получением товарного газа, серы, котельно печного и моторных топлив, бензинов различных марок и сжиженного газа.

Рис. 1.3. Удельное потребление ЭР при переработке УВС Необходимо отметить, что некоторые давно освоенные месторождения газа и газового конденсата вступили в падающую стадию добычи [2], что неизбежно повлечет за собой изменение структуры ЭК, т.к. технологические и энергетические установки взаимосвязаны по материальным и энергетическим потокам в производственных циклах. Поэтому при разработке стратегии развития ЭК ГПП на основе современных технологий выработки ЭР и перспективного оборудования необходим учет внутренних и внешних взаимосвязей ТС и ЭК на всех этапах жизненного цикла ГПП – от строительства до вывода из эксплуатации, а также технико-экономических, экологических и других влияющих факторов. Очевидно, что рациональная структура и режимы функционирования ЭК должны соответствовать общей стратегии развития систем энергообеспечения [120] и способствовать созданию замкнутых внутрипроизводственных комплексов с максимальным использованием вторичных энергетических ресурсов (ВЭР), утилизацией сточных вод, жидких и газофазных горючих отходов (ГО).

1.2 Характеристика системы топливообеспечения энергетического комплекса газоперерабатывающих предприятий. Состояние и пути повышения эффективности Из трех базовых систем ЭК топливная система наиболее тесно связана с технологическими процессами основных и вспомогательных производств ГПП, где топливопотребляющим оборудованием являются технологические печи различного назначения, огневые испарители абсорбентов, подогреватели газа, факельные системы, установки термического обезвреживания отходов, котельные агрегаты. В рассмотренных выше ГПП основным топливом является товарный газ, а также углеводородные газы, получаемые в процессе переработки. Принципиальная схема генерирования и потребления газовых потоков в наиболее общем виде приведена на рис. 1.4.

Внешняя система энергоснабжения Газ товарный ЭК … У1 У2 УJ В сеть ГПП … У1 У2 УI У1–УJ – установки по переработке газа;

У1–УJ – установки по переработке газового конденсата Рис. 1.4. Принципиальная схема трубопроводов топливного газа Топливная система ГПП включает в себя, как правило, сеть газообразного топлива, которая заполняется углеводородными очищенными газами (газы дегазации, стабилизации, регенерации). Недостающее количество топлива на собственные нужды восполняется из сети товарного газа ГПП. Общая схема формирования газотопливных потоков в ТС при переработке УВС показана на рис. 1.5 [51].

Рис. 1.5. Упрощенная схема газотопливных потоков ГПП В соответствии с приведенными на рис.1.4 и 1.5 схемами топливную систему условно можно разделить на две основные подсистемы: подсистему товарного газа и подсистему собственного газа (технологические углеводородные низкого давления), соотношение которых для ГПП с различной технологической топологией может существенно отличаться.

Например, при переработке газового конденсата большую долю в топливном газе составляют технологические газы установок – стабилизации атмосферной перегонки, углеводородные гидроочистки, водородосодержащий газ, а при переработке чистого газа без содержания сероводорода топливная сеть заполняется, в основном, товарным редуцированным газом. Для АГПЗ, имеющего наиболее сложную топливную систему среди рассмотренных ГПП, структура газотопливных потоков приведена на рис. 1.6.

1–5 – технологические газы установок переработки газового конденсата: 1 – стабилизации атмосферной перегонки;

2 – водородосодержащий;

3 – углеводородный гидроочистки;

4 – стабилизации риформинга;

5 – регенерации;

6, 7 – товарный редуцированный соответственно для ТС и котельной (внешний теплогенерирующий источник) Рис. 1.6. Структура газотопливных потоков АГПЗ Как было отмечено при анализе энергобалансов различных по технологической топологии ГПП, потребление топливного газа на собственные нужды определяется составом и расходом вырабатываемой продукции – товарного газа, нестабильного конденсата, стабильного конденсата, широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ), сжиженных газов, серы (АГПЗ), термического углерода (СГПЗ).

В результате анализа теоретических и экспериментальных данных [17, 54, 95, 100–104] получена общая структура потребления топливного газа в процессах переработки УВС, вспомогательном производстве, и его потерь (рис. 1.7).

Рис. 1.7. Распределение топливопотребления и потерь при переработке УВС Анализ приведенных на рис.1.7 данных показывает, что наибольшие потери в топливной системе, сопоставимые с потреблением вспомогательных производств, возникают на ГПП с функциями транспортирования газа – ВГПУ, и на ГПП с термической утилизацией отходов – АГПЗ и СГПЗ.

На предприятиях переработки безсернистого газового конденсата – СЗСК и ЗПКТ, потери при топливопотреблении обусловлены поддержанием в рабочем состоянии факельных систем этих объектов.

Распределение потребления топливного газа между элементами ТС и ЭК рассмотренных ГПП показано на рис. 1.8, а общая структура затрат топлива на обеспечение производственных процессов в ТС, ЭК и внешней системы энергоснабжения (СЭВ) – на рис. 1.9.

На предприятиях, не имеющих собственного топливопотребляющего теплогенерирующего оборудования – АГПЗ, или с минимальным топливопотреблением для выработки тепловой энергии в ЭК – СГПЗ, практически все топливо расходуется на обеспечение технологических процессов основного и вспомогательного производств ТС. Для ГПП с собственными внутрипроизводственными котельными – СЗСК, ЗПКТ, ВГПУ, основную долю в топливопотреблении ( 70 %) также составляют элементы ТС (см. рис. 1.8).

Рис. 1.8. Потребление топливного газа в ТС и ЭК ГПП 1 4 – потребление топлива СЭВ, ТС и ЭК ГПП: 1, 2 – соответственно для выработки электрической и тепловой энергии в СЭВ;

3, 4 – для обеспечения технологических процессов основных и вспомогательных производств ТС и ЭК ГПП;

5 – потери Рис. 1.9. Структура затрат топлива на обеспечение ЭР ГПП При анализе потребителей тепловой энергии последних трех ГПП [100, 103, 104] было установлено, что до 50 % выработанной в собственных источниках теплоты используется для обеспечения основных технологических процессов. Следовательно, в общем энергетическом балансе внутри производственного потребления ЭР топливная составляющая может достигать 85 %, что согласуется с результатами анализа, приведенными на рис. 1.9 – затраты топливного газа на внутрипроизводственные системы ГПП находятся в диапазоне 65–85 %.

Как следует из результатов анализа затрат топлива на СЭВ, обеспечивающую ГПП ЭР (рис. 1.9), наибольшую зависимость от внешнего источника по обеспечению электроэнергией среди рассмотренных объектов имеет СЗСК, где осуществляется перемещение на большие расстояния жидкофазных технологических потоков в процессах переработки газового конденсата и установлен мощный парк нагнетательного оборудования с электроприводом. В то же время, это предприятие полностью обеспечено тепловой энергией от собственных источников. Остальные ГПП – СГПЗ, АГПЗ, ЗПКТ, а также ВГПУ, где технологический процесс включает не только переработку, но и компримирование и подачу товарного газа, имеют значительные возможности повышения эффективности собственных топливных систем и снижения степени зависимости от внешних СЭВ.

Выделенные на рис. 1.9 составляющие расхода топливного газа в ТС и ЭК ГПП – технологические нужды основного 3, вспомогательного производства 4, и потери 5, включают следующие виды затрат.

Основное производство:

– выработка тепловой энергии для технологических нужд (трубчатые печи огневого нагрева, регенерации абсорбентов, сжигания отходов, нагреватели газа, воздуха, технологических сред);

– компримирование газа в газоперекачивающих агрегатах (ГПА) с газотурбинным приводом;

– компримирование технологических газов в газомотокомпрессорах;

– продувка аппаратов, коллекторов;

– выработка электроэнергии на резервных и аварийных электростанциях с газотурбинным приводом.

Вспомогательное производство:

– котельные установки с паровыми и водогрейными котлами;

– отбор проб для аналитического контроля;

– уплотнение маслосистем на турбодетандерах;

– обслуживание КИП и А;

– ревизия и настройка предохранительных клапанов;

– факельные системы;

– установки сжигания промотходов.

Технологические потери:

– неплотности на всех установках;

– при выветривании (дегазации) жидкостей;

– в виде извлекаемых примесей.

Очевидно, что потребление топливного газа на основные и вспомогательные процессы на ГПП будет зависеть от конкретной технологической топологии предприятия – установок, аппаратов и типов основных технологических процессов. Рассмотрим характер потребления газа на объектах, отличаются наиболее сложной технологической структурой, временем эксплуатации с начала пуска, составом сырья и номенклатурой выпускаемой продукции. Среди рассмотренных ранее ГПП к ним относятся ВГПУ, СГПЗ и АГПЗ. Сырьем ВГПУ является газоконденсатная смесь Вуктыльского ГКМ, вступившего в стадию падающей добычи, вследствие чего на предприятии имеется парк ГПА на базе ГТУ. На СГПЗ перерабатывается безсернистое УВС, подаваемое компрессорными и насосными станциями ВГПУ. На этом же предприятии, единственном в отрасли, эксплуатируются топливозатратные установки получения технического термического углерода из природного газа. Уникальность АГПЗ заключается в переработке высокосернистого гетерогенного УВС с получением побочной продукции – серы. Затраты топливного газа по направлениям использования для этих ГПП приведены на рис. 1.10.

1 – выработка тепловой энергии в ТС (печи, регенераторы, реакторы, подогреватели);

2 – компримирование технологических газов;

3 – компримирование товарного газа;

4 – утилизация промышленных отходов;

5 – сжигание газовых выбросов;

6 – факельные системы;

7 – котельные агрегаты Рис. 1.10. Структура затрат топлива по направлениям использования Следует отметить, что относительно четкое распределение топливного газа по направлениям использования в ТС, достаточное для проведения анализа, среди рассмотренных объектов имеется на только АГПЗ [54, 95, 122, 123]. На ВГПУ и СГПЗ некоторые составляющие на рис. 1.10 указаны суммарно. Так, для ВГПУ в статью «утилизация промышленных отходов»

включены факельные системы и сжигание газовых выбросов, а для СГПЗ в котельных агрегатах, интегрированных с печами дожига горючих газов, потребление топливного газа существенно меньше, чем в традиционных котлах со сжиганием только природного газа.

Таким образом, на основании анализа приведенных схем газотопливных потоков и данных по структуре потребления топливного газа на ГПП различной технологической топологии можно отметить некоторые общие и специфические факторы, определяющие технико-экономическую схему развития топливной системы в составе ЭК ГПП и ее взаимодействия с внешними системами энергообеспечения.

К специфическим особенностям ЭК ГПП относятся следующие факторы:

– большая доля в удельном энергопотреблении топливного газа и тепловой энергии – в среднем на технологические процессы расходуется около 57 % газа и 36 % теплоты от общего потребления энергоресурсов;

– основной расход топливного газа идет на выработку теплоты в технологическом оборудовании (нагрев потоков) или котельных агрегатах (генерация пара);

– тепловая энергия вырабатывается в собственных теплогенерирующих установках (энерготехнологических агрегатах, котлах-утилизаторах, производственных котельных);

– основное количество теплоты в виде пара получается за счет утилизации тепловой энергии технологических потоков в процессах переработки сырья – в котлах-утилизаторах за технологическими печами или энерготехнологических агрегатах;

– собственные источники электроснабжения в непрерывном режиме работы могут выработать до 15 % потребляемой электроэнергии;

– в балансе первичных энергоносителей доля газа составляет около 80 % (с учетом расхода газа на выработку пара в котельных агрегатах), на долю электроэнергии приходится 20% потребляемых топливно-энергетических ресурсов (ТЭР);

– в балансе топливного газа до 30 % от общего топливопотребления составляют технологические полупродукты и горючие отходы;

– эксплуатация альтернативных вариантов привода нагнетательного обо рудования (компрессоров, воздуходувок, насосов) – электрического, парового, газотурбинного.

Все ГПП предъявляют следующие общие требования к ЭК и входящей в его состав топливной системе:

– высокая надежность обеспечения технологических потребителей;

– высокоэффективная работа ЭК на всех этапах жизненного цикла технологического объекта, начиная со строительства и заканчивая выводом из эксплуатации;

– максимальная интеграция с действующими энерготехнологическими установками с организацией замкнутых технологических циклов генерации и потребления ТЭР;

– интеграция автоматизированных систем управления ЭК с системой управления технологическими процессами.

Обеспечить перечисленные требования при разработке рациональных топливных систем в составе ЭК ГПП различного технологического профиля с учетом всех влияющих факторов возможно только при системном анализе объекта и последующей реализацией таких направлений повышения его эффективности, которые позволят максимально использовать низкопотенциальные технологические газы и горючие отходы, снизить потребление товарного газа для ТС и ЭК, уменьшить потребление ЭР от СЭВ и общие удельные затраты топлива в системе.

1.3 Методы исследования систем топливообеспечения энергетического комплекса. Анализ выполненных исследований по проблеме повышения эффективности систем топливообеспечения Система топливообеспечения ЭК ГПП относится к сложным объектам, методы исследования которых включают в себя ряд взаимосвязанных аспектов, отражающих концептуальные вопросы системного анализа энергетического хозяйства предприятий нефтегазовой отрасли и его интеграции с объектами СЭВ, методологию математического моделирования и управления потреблением и генерацией ЭР, экспериментальные и опытно-конструкторские разработки по созданию топливных и комбинированных систем обеспечения ЭР на основе инновационных технологий утилизации ВЭР и горючих отходов.

Для анализа публикаций по проблеме разработки научно обоснованных направлений и способов повышения энергетической и общесистемной эффективности объекта рассмотренные источники условно разделены на группы.

К первой группе публикаций отнесены работы по проблемам текущего состояния газовой отрасли, концептуальным вопросам развития ее энергетики, в том числе за счет электростанций собственных нужд (ЭСН) на базе парогазовых установок (ПГУ), задачам реализации программ энергосбережения в современных условиях [1, 2, 5, 7, 8, 9, 11, 17, 28–30, 32, 33, 38, 43, 44, 45, 54, 72, 78, 86, 89, 90, 112, 118–120, 132–134, 144] и некоторым перспективным проектам повышения эффективности технологических процессов переработки УВС [156, 158].

Во второй группе работ объединены публикации по методологии системного анализа и многокритериальной оценки эффективности сложно структурированных производственных комплексов, вопросам математического описания процессов и оборудования топливной системы ЭК, некоторым задачам управления потреблением ЭР на ГПП и аналогичных объектах [3, 6, 10, 16, 24–26, 31, 34–37, 42, 47, 48, 75, 76, 82, 92–94, 96, 97, 105, 108, 110, 111, 113, 114, 130, 131, 135, 137, 139, 142, 150–153].

В третью группу публикаций включены теоретические, экспериментальные и опытно-конструкторские работы по вопросам утилизации ВЭР и низкопотенциальных горючих газов в технологических и энергетических комплексах, созданию замкнутых экологически безопасных систем энергоснабжения [19, 20–23, 27, 39–41, 83, 84, 87, 98, 121, 136, 155].

В первой группе выделены работы по проблемам текущего состояния газовой отрасли и переработки УВС [1, 2, 32, 38, 43, 44, 90, 118–120, 156, 158], общим вопросам развития ЭК ГПП и других объектов отрасли [5, 7, 8, 17, 29, 30, 45, 54, 86, 89, 130], реализации программ энергосбережения [28, 33, 78, 112, 132–134, 144].

В концепции энергосбережения и повышения энергетической эффективности предприятий, входящих в структуру ОАО «Газпром» на период 2011–2020 гг. [43] отмечается рост относительного потребления энергоресурсов подразделениями отрасли в 2009-2010 гг. как за счет увеличения объема продукции, так и за счет ряда негативных факторов, в числе которых перечислены и проблемы ГПП: ухудшение технического состояния техно логического оборудования, находящегося в эксплуатации более 20 лет, изменение состава сырья с увеличением доли сероводородсодержащих газов, эксплуатация оборудования в неоптимальных режимах. При этом в распределе нии экономии энергоресурсов за период 2002-2010 гг. на долю ГПП приходится всего 1,4 %, что свидетельствует о значительном нереализованном потенциале повышения энергоэффективности этих структурных подразделений отрасли.

Следует также отметить, что до настоящего времени основное внимание отраслевых научно-технических организаций направлено, в основном на объекты магистрального транспорта газа, потребляющих на собственные нужды 82,6 % от общего расхода газа. Для ГПП, потребляющих на собственные нужды 2,4 %, разрабатывались, в основном малозатратные мероприятия по повышению энергетической эффективности, носящие локальный характер.

В современной концепции [43] предложенные направления повышения энергетической эффективности ОАО «Газпром» на период 2011–2020 гг.

предусматривают реализацию потенциала энергосбережения по всем видам деятельности предприятий. При этом потенциал энергосбережения в ОАО «Газпром» на планируемый период оценивается по видам основной деятельности следующими показателями (табл.1.1).

Таблица 1.1 – Потенциал энергосбережения на 2011-2020 гг. [43] Электроэнергия, Природный газ, Тепловая энергия, Вид деятельности предприятия млн. м3 тыс. ГДж млн. кВт ч Добыча газа, конденсата и нефти 4557 302 Магистральный транспорт газа 17131 3446 Переработка газа, конденсата, нефти 1626 883 Подземное хранение газа 334 65 Темпы снижения потребления газа в структурных подразделениях ОАО «Газпром» приведены в табл. 1.2.

Таблица 1.2 – Минимально необходимые уровни экономии расхода газа на собственные технологические нужды [43] млрд. м3/год Вид деятельности предприятия 2011 2015 Добыча газа, конденсата и нефти 0,117 0,120 0, Магистральный транспорт газа 0,832 0,932 1, Переработка газа, конденсата, нефти 0,107 0,117 0, Подземное хранение газа 0,030 0,032 0, Очевидно, что обеспечить приведенные в табл. 1.1 и 1.2 показатели ГПП возможно только при системном подходе к решению проблемы повышения эффективности ЭК и учете его взаимосвязи с ТС и СЭВ на всех этапах жизненного цикла – проектирования, строительства, пуско-наладочных работ, эксплуатации (в том числе проведении ремонтов, реконструкции, утилизации).

Основные направления повышения энергоэффективности в переработке газа, конденсата и нефти предусматривают формирование и внедрение инновационных технологий переработки УВС [1, 44, 90, 118–120] и энергетических технологий [38], повышение степени утилизации теплоты и сбросных газов, реконструкцию систем сбора и переработки низконапорных газов и факельных систем.

Отмечается необходимость сохранения устойчивой и эффективной работы ГПП в условиях падающей стадии добычи некоторых месторождений [2] за счет увеличения степени конверсии УВС и внедрения перспективных направлений его переработки с учетом прогноза ситуации на основных рынках [32, 156, 158]. В соответствии с отмеченными направлениями развития технологий требуется создание соответствующих систем энергообеспечения ГПП, удовлетворяющих общим и специфическим требованиям этих объектов.

Общие вопросы стратегии развития ЭК ГПП, в том числе за счет его интеграции с ЭСН, повышения эффективности выработки электроэнергии на газотурбинных ТЭЦ, надежности автономных источников, степени использования ВЭР, обсуждаются в [5, 7, 8, 17, 29, 30, 45, 54, 86, 89].

Отмечается общий высокий уровень энергопотребления в процессах переработки УВС на отечественных ГПП, необходимость повышения эффективности технологических процессов и рационализации использования всех видов ЭР.

Наиболее полная структура ЭК ГПП приведена в [17, 54], где рассмотрены основные теоретические положения и технические решения по оптимизации состава оборудования и эксплуатационных параметров объекта.

Однако топливная система, рассматриваемая в этих работах как элемент ЭК, исследована без взаимосвязи с генерирующими топливные потоки установками ТС. Кроме того, не предложены научно-обоснованные направления для реализации потенциала газосбережения за счет собственных источников и решения по созданию в структуре ЭК замкнутых энергоэффективных систем утилизации горючих отходов и промышленных стоков ГПП.

Работы по развитию собственной энергетики проводятся в ОАО «Газпром» начиная с 1993 года. В качестве базы генерирующих источников различного назначения и мощности рассматриваются блочные электростанции.

Вопросы эффективности собственных источников энергообеспечения и ЭСН отражены в [5, 7, 8, 86, 89]. С последними работами взаимосвязаны проблемы повышения энергоэффективности энергетических источников небольшой мощности с применением оборудования, использующего низкопотенциальное тепло для выработки электрической энергии [45] и утилизации отходящих газов ГПА [29] для выработки тепловой энергии, необходимой для отопления, горячего водоснабжения и технологических нужд добычи и транспорта газа объектов ОАО «Газпром».

Представлены результаты технико-экономического анализа различных автономных источников энергоснабжения линейных магистральных газопроводов, позволяющие сделать их обоснованный выбор [130]. При этом отмечается, что вопросы повышения эффективности автономных источников взаимосвязаны с проблемами экологической безопасности объектов [30].

Анализ приведенных работ показывает, что выполненные теоретические исследования и имеющийся практический опыт внедрения ЭСН на газокомпрессорных станциях не позволяют адаптировать полученные результаты на объектах газопереработки. Очевидно, что для научного обоснования эффективности внедрения ЭСН на ГПП на основе ПГУ и ГТУ требуется проведение дополнительных исследований с использованием методологии системного анализа, учетом специфики ГПП и потенциала топливной системы ЭК.

Большой объем работ посвящен анализу результатов реализации программ по энергосбережению в газовой и смежных перерабатывающих отраслях – нефте- и газохимии. В некоторых из них [28, 33, 3, 78, 112, 132–134, 144] обсуждаются ключевые позиции вопроса, отражающие актуальность проблемы повышения эффективности топливной системы ГПП и методические аспекты решения задач энергосбережения.

Приведена методология формирования программ энергосбережения, соответствующая условиям нового законодательства и общей [28] энергосберегающей политики ОАО «Газпром» на 2011-2020 гг. [43].

Обсуждаются вопросы разработки и совершенствования нормативного обеспечения энергосбережения инструктивно- методической [134], документации в области ценообразования и экологии [112], терминологической базы системы норм и нормативов расхода ресурсов в ОАО «Газпром» [132].

Особое внимание уделено основным направлениям формирования эффек тивных энергосберегающих технологий в газовой отрасли [78, 144], методическому подходу к оценке экономической эффективности энергосбе регающих мероприятий на предприятиях топливно-энергетического комплекса и предложениям по расчету отдельных видов экономических эффектов [33].

С последними работами корреспондируют исследования второй группы публикаций по методам системного анализа, выбору показателей технико экономической и термодинамической эффективности отдельных аппаратов, установок и комплексов и методам их оптимизации по выбранным критериям [3, 10, 35, 37, 42, 82, 94, 130, 135, 142].


Вопросам системного анализа технологических процессов производств химического профиля, оптимизации параметров, синтеза рациональных технологических схем и конструктивных характеристик отдельных элементов и химических предприятий в целом посвящены работы А.И. Бояринова, В.В.

Кафарова, В.П. Мешалкина и других ученых, в которых [35, 82] сформулированы общие положения выбора критериев оптимальности химико технологических процессов, актуальные и для ТС ГПП. Обобщая результаты исследований по наиболее часто встречающимся элементам ТС и ЭК ГПП – рекуперативным теплообменным системам, следует отметить, что в монографии [35] были изложены принципы их формирования с оптимизацией удельного расхода ТЭР, отражающие методологию пинч-анализа для минимизации потребления энергии химических процессов путем расчета термодинамически осуществимой целевой энергии (или минимума потребления энергии) и ее достижение путем оптимизации тепла рекуперации системы, методов подвода энергии и условий эксплуатации, разработанную в конце 1978 года в английской компании Imperial Chemical Industries (ICI) и применяемую в настоящее время энергоаудиторскими организациями для экспресс-анализа теплообменных систем.

Основы системных исследований и термодинамического анализа в энергетике и теплоэнергетике изложены в работах А.И. Андрющенко, В.М. Бродянского, Л.А. Мелентьева [3, 130, 142]. Эти основы были развиты и дополнены в последующих многочисленных фундаментальных и прикладных исследованиях. Из публикаций последних лет можно отметить работы по анализу системной эффективности функционирования генерирующего предприятия – ТЭЦ с определением вклада капитальных, трудовых, топливных и водных ресурсов в комбинированную выработку энергии [10], оптимизации теплофикационных теплоэнергетических установок [37], сравнительному термодинамическому анализу различных схем теплоснабжения с использованием в качестве критерия удельного расхода топлива [94], оценке эффективности бинарных ПГУ – ТЭЦ на основе эксергетического метода [135].

Анализ выполненных исследований этого направления (из-за многочисленности публикаций привести полный их список в данной работе не представляется возможным), а также работ по комплексной оценке деятельности энергоемких промышленных предприятий [42], показал, что для топливных систем ЭК ГПП, интегрированных с СЭВ не разработан комплекс показателей энергоэффективности, нет теоретической основы многокри териальной оценки их взаимодействия с установками ТС, ЭК, СЭВ и объектами автономного энергообеспечения. Практически отсутствуют публикации по термодинамическому системному анализу объекта исследования.

Во вторую группу публикаций включены также работы по математическому описанию элементов и систем ЭК и ТС, созданию моделирующих алгоритмов расчета их характеристик и программных комплек сов для оптимизации потребления ТЭР в энергоемких отраслях [16, 24, 26, 31, 34–36, 47, 48, 75, 76, 92, 93, 96, 97, 110, 111, 113, 114, 131, 150, 152–153, 157].

В работах А.И. Бояринова, В.В. Кафарова, В.П. Мешалкина, Р. Фрэнкса, Г.М. Островского и других отечественных и зарубежных ученых [34–36, 93, приводятся основные положения в области математического 131] моделирования, анализа и синтеза химико-технологических сложно структурированных систем. Изложены методы расчета материально энергетических балансов;

описаны математические модели отдельных элементов систем. На основе использования топологических моделей рассмотрены методы разработки алгоритмов исследования и деком позиционные принципы оптимизации химико-технологических систем, которые применимы для формализованного описания топливной системы ЭК ГПП, но с учетом специфических особенностей ГПП и обеспечивающих СЭВ – переменный состав УВС, период жизненного цикла ГПП и обеспечивающего месторождения, конструктивные и технологические изменения в оборудовании ТС и ЭК с течением времени, других влияющих факторов. Перечисленные особенности эксплуатации ГПП и топливной системы ЭК обусловливают необходимость разработки дифференцированных по отдельным его элементам моделирующих программ для системного анализа.

В настоящее время с развитием разрабатывается IT-технологий множество специализированных моделирующих систем и программных комплексов, предназначенных для решения задач мониторинга технологических процессов [24], оперативного учета ресурсов [16], контроля процессов в газовых турбинах [152], моделирования схемных решений [97].

Анализ данных работ показал их узкую целевую направленность. Так в [24] предложен компьютерный комплекс, позволяющий осуществлять непрерывный мониторинг и прогнозировать основные показатели отдельных нефтеперерабатывающих процессов – дегидрирования, гидрирования и алкилирования, с возможностью расчета различных вариантов реконструкции существующей установки и анализом технико-экономических показателей процесса. В [16] описывается автоматизированная система оперативного учета топливного газа в нефтегазовой отрасли. Описание программного комплекса моделирования схем теплоэнергетических установок приведено в [97].

Приведенные в [113, 114] результаты многокритериальной оптимизации нефтеперерабатывающего производства как сложной системы на основе скалярных инвариантов относятся только к области нефтепереработки, причем аппаратный состав производства, его иерархическая структура, взаимосвязи ЭК и ТС рассматриваются в упрощенном виде. В качестве критериев оптимальности предложено две категории критериев – общеэкономических (прибыль, рентабельность) и специфических показателей нефтепереработки (выход светлых продуктов, глубина переработки нефти). Критерии линеаризованы в виде функций интенсивностей потоков, в которых стоимости топлива и электроэнергии для оптимизируемой установки приняты в виде коэффициентов затрат, пропорциональных фактической загрузке установки.

Решаются также частные задачи математического моделирования отдельных химико-технологических [75, 150] и нефтехимических [26, 153] процессов, исследования режимов работы трубчатых печей с настильными факелами на основе математического моделирования [48], проектирования нефтегазового оборудования [76, 96, 157] и насосно-эжекторных установок Разрабатываются модели надежности химико-технологических [110].

процессов [92].

Представляет значительный интерес для решения задачи создания рациональных ЭК ГПП приведенная в [111] стратегия строительства ЭСН на предприятиях нефтегазового комплекса, реализующая алгоритм выбора оптимального числа вводимых в эксплуатацию генераторов ЭСН в соответствии с жизненным циклом месторождений. Недостатком предложенного алгоритма является его узкая ориентация только на электрогенерирующее оборудование с соответствующей исходной информацией – зависимостью от времени потребляемой на собственные нужды мощности, реализуемой на оптовом рынке максимальной мощности, номенклатурным рядом используемых на ЭСН генераторов. В качестве критерия оптимальности принят чистый дисконтированный доход, причем топливом ЭСН являются товарные продукты нефтегазового комплекса с соответствующей ценой. Потенциал топливной системы в разработанной стратегии не учитывается.

С задачами моделирования и оптимизации ЭК и ТС ГПП взаимосвязаны вопросы управления потреблением ЭР в газовой отрасли и энергоемких промышленных производствах [6, 25, 105, 108, 137, 139].

В работе [108] предложены алгоритмы рационального построения автоматизированных систем управления энергетикой машиностроительных предприятий. Очевидно, что описанные функциональные структуры не могут быть применены для топливных систем ЭК ГПП.

Ряд публикаций посвящено вопросам построении аналитических и управляющих систем предприятий на основе информационных технологий – управления надежностью электроснабжения [6], диспетчерского управления структурных подразделений ОАО «Газпром» [25], режимами эксплуатации оборотного водоснабжения [105] и утилизации факельных газов [137].

Предложенные системы и способы управления производственными комплексами [139] отражают или отдельные виды деятельности химико технологических и нефтеперерабатывающих предприятий – аналогов ГПП, или решают частные задачи управления потреблением ЭР и режимами эксплуатации отдельных элементов ЭК ГПП.

Теоретические, экспериментальные и опытно-конструкторские работы по вопросам утилизации ВЭР и низкопотенциальных горючих газов в ТС и ЭК, и созданию замкнутых экологически безопасных систем энергоснабжения приведены в публикациях [19–23, 27, 39–41, 83, 84, 87, 98, 121, 136, 155].

Новые технологии утилизации природных и попутных газов обсуждаются многими авторами [20, 22, 39, 83, 87, 98, 136] с анализом проблем и перспектив их внедрения [40]. В [87] отмечается, что большинство вновь осваиваемых месторождений разрабатываются в настоящее время как нефтегазовые или газоконденсатные, при этом сжигают значительную часть попутных газов только Россия и Нигерия – 26 и 23 млрд. м3 в 2004 году соответственно (для сравнения – Иран 13;

Ирак 7;

Катар, Саудовская Аравия и Китай 3 млрд. м3).

В данной работе приведены также основные направления эффективной утилизации попутных газов – выработка не только энергетической, но и востребованной в районе производства технологической продукции путем их конверсии в блочных установках с соответствующими технологическими процессами небольшой мощности.

В работах поставленная задача утилизации [20, 21, 39, 136] назконапорных попутных газов решается с помощью насосно-эжекторных установок на базе струйных аппаратов.

Комплекс технологий утилизации нефтяных газов для производства электроэнергии с утилизацией диоксида углерода из дымовых газов и закачкой его в пласт с целью повышения нефтеотдачи, предложен в [98].

Для газовых промыслов с падающей добычей в [40] рассматриваются проблемы его эксплуатации на поздней стадии разработки месторождения.


Приведен анализ факторов, осложняющих работу промыслового оборудования, предложена концепция добычи низконапорного газа, включающая реконструкцию промыслов, компримирование газа, выработку электроэнергии, получение метанола, синтетического топлива и другие мероприятия.

Результаты работ по утилизации низконапорных газов на объектах ОАО «Газпром» приведены в [22, 83].

Следует отметить, что рассмотренные работы по утилизации горючих низконапорных газов освещают только проблемы промысловых объектов отрасли и практически не дают решений по использованию топливного потенциала перерабатывающих предприятий в их взаимосвязи с СЭВ и сырьевым источником. Поэтому требуются дополнительные научные исследования и опытно-конструкторские разработки для создания технологий и оборудования систем утилизации низконапорных газов ГПП.

Вопросы утилизации ВЭР с целью повышения экономической и энергетической эффективности производств и создания максимально замкнутых технологических циклов с минимальным воздействием на окружающую среду решаются в работах [19, 23, 27, 84, 155]. Предложенные в [121] решения по энергоснабжению ГПП на основе газовых турбин и тепловых насосов связаны, в основном, с утилизацией тепловых ВЭР и позволяют уменьшить потребление охлаждающей воды оборотных циклов, расход электроэнергии на аппараты воздушного охлаждения, расход газа и пара на технологические процессы.

Проведенный анализ литературных данных позволяет сделать следующие выводы:

1 Разработаны основные направления повышения энергоэффективности в газовой отрасли, предусматривающие формирование и внедрение инновационных технологий переработки УВС и энергетических технологий, повышение степени утилизации теплоты и сбросных газов, реконструкцию систем переработки низконапорных газов и факельных выбросов. В то же время практически нет работ по системному обоснованию целесообразности интеграции газотопливных систем ГПП с объектами автономной энергетики и внешними системами энергообеспечения.

2 Практически отсутствуют работы по термодинамическому анализу топливной системы ГПП в ее взаимосвязи с технологическими процессами, ЭК и СЭВ и динамикой воздействия режимных, климатических и других влияющих факторов.

3 Разработаны частные математические модели и методики анализа и синтеза химико-технологических систем. Однако исследования в области создания математических моделей и расчетных алгоритмов, ориентированных на решение проблемы повышения эффективности топливной системы ЭК ГПП не проводились.

4 Проблемы использования потенциала низконапорных горючих газов обсуждались на методологическом уровне, но практически нет публикаций, посвященных описанию решения этой проблемы для топливной системы ЭК ГПП. Обычно приводятся научно-технические решения для объектов нефтегазовых промыслов.

5 При реализации технических решений, направленных на повышение эффективности топливной системы ЭК ГПП, существует проблема взаимосвязи ГПП с обеспечивающим месторождением, производительность которого меняется в различные периоды жизненного цикла, что требует системного анализа и использования многокритериальной оценки.

Проведенный анализ проблем системного анализа и повышения эффективности топливной системы ЭК ГПП позволяет сформулировать цель и задачи исследования.

1.4 Цели и задачи исследования Целью диссертационной работы является повышение эффективности системы топливообеспечения энергетического комплекса газоперерабатывающих предприятий на основе системного анализа, математического моделирования и научного обоснования направлений и технических решений по интеграции с внешними генерирующими энергоисточниками.

Основными задачами

работы являются:

1 Разработка методики системного анализа и обоснование показателей энергетической эффективности топливной системы в структуре энергетического комплекса газоперерабатывающих предприятий.

2 Разработка методик и математических моделей расчета показателей термодинамической эффективности топливогенерирующих и топливо потребляющих установок технологической системы и энергетического комплекса газоперерабатывающих предприятий.

3 Разработка комплекса математических моделей расчета энергетических характеристик элементов топливной системы с учетом взаимосвязи с технологической системой, энергетическим комплексом и внешним источником обеспечения энергоресурсами в динамике технологических, климатических, экологических факторов.

4 Разработка моделирующих алгоритмов и программ, объединенных в информационно-аналитическую систему анализа эффективности топливной системы в структуре энергетического комплекса предприятия переработки углеводородного сырья с любой технологической топологией.

5 Применение информационно-аналитической системы для обоснования технических решений по повышению эффективности топливной системы с вовлечением в энергетический баланс низкопотенциальных горючих газов перерабатывающих углеводородное сырье предприятий.

6 Технико-экономическое обоснование создания систем тепло- электро водоснабжения с утилизацией горючих отходов и стоков в составе энергетического комплекса предприятий газопереработки.

Глава 2. Методические положения анализа эффективности систем топливообеспечения энергетического комплекса газоперерабатывающих предприятий 2.1 Методика построения структуры топливной системы энергетического комплекса газоперерабатывающих предприятий Построение структуры топливной системы ГПП является первым аспектом исследования эффективности отдельных элементов и всего энергетического комплекса и базируется на декомпозиционно-агрегативном подходе и блочно-иерархическом принципе анализа сложных систем. Основной задачей анализа структуры топливной системы является установление ее взаимосвязей с ТС, электротехнической и теплотехнической системами ЭК и внешними системами энергообеспечения. В общем виде энерготехнологическая схема ГПП представлена блочно-иерархической структурой древовидной формы с внутренними взаимосвязями на II и III уровнях (рис. 2.1) [72].

I уровень соответствует внешним системам обеспечения ГПП сырьем, ЭР и водой;

III уровень включает элементы ТС – производства, необходимые для преобразования исходного углеводородного сырья в конечную продукцию, и элементы ЭК – системы, необходимые и достаточные для обеспечения производств ТС и собственного обеспечения энергоресурсами, получаемыми от внешнего источника и генерируемыми в ТС и ЭК. При этом системы ЭК и производства ТС включают ряд установок уровня, содержащих IV энерготехнологические агрегаты (элементы V уровня), относящиеся к двум элементам II уровня одновременно – к ТС и ЭК. В качестве базовых элементов ТС рассматриваются основные производства, включающие установки подготовки и переработки УВС, утилизации отходов, хранения и транспортирования продукции. На V уровне находятся аппараты установок ТС и ЭК – реакторы, нагревательные и реакционные технологические печи, теплообменники различного типа, паровые и газовые турбины, нагнетатели (компрессоры, насосы, газодувки), электродвигатели, котлоагрегаты и т.д.

Тип взаимосвязи между элементами V и VI уровней: 0 – транспортирование;

1 – генерация;

2 – потребление;

3 – преобразование Рис. 2.1. Блочно-иерархическая структура ЭК и ТС ГПП Последний уровень представлен ресурсами и матрицей VI соответствующих взаимосвязей элементов V уровня в процессах генерации, транспортирования, преобразования и потребления топлива, электроэнергии, тепловой энергии, технологической воды.

Анализ блочно-иерархической структуры, приведенной на рисунке 2.1, показывает, что топливная система ГПП характеризуется наибольшим числом взаимосвязей с ТС и теплотехнической системой ЭК в процессе генерации и потребления ЭР. Как было отмечено ранее, в огнетехнических агрегатах ТС и ЭК ГПП в качестве топлива используется преимущественно природный газ из сети предприятия и частично некондиционные газовые смеси переменного состава (из отдельной сети и только на передовых предприятиях). На ГПП, перерабатывающих гетерогенное УВС, в качестве топлива используются газовые полупродукты, а сеть топливного газа представляет собой сложную многофункциональную систему (рисунок 2.2). Матричная модель, отражающая в определенной мере взаимосвязи газовых потоков и отдельных производств ТС и ЭК, приведена в таблице 2.1 [49, 60].

Внешняя система Тепловая энергия Электроэнергия энергоснабжения Сырье Товарная Прочая Технологическая система продукция продукция Прочие Газ технологии отходы Газ товарный Топливный газ Отходы Горючие отходы Энергетический комплекс Потери Газ на выработку теплоты Топливная система Рис. 2.2. Схема взаимосвязей топливной системы с ТС и ЭК ГПП и внешней системой энергоснабжения В соответствии с общей схемой взаимосвязей топливной системы, ее блочно-иерархической структурой и матрицей соответствия газовых потоков разработана общая схема энерготехнологического баланса (ЭТБ) ГПП с конверсией УВС в ТС, рециркуляцией полупродуктов, выработкой тепловой и электрической энергии во внутрипроизводственных системах ЭК (рисунок 2.3).

Таблица 2.1 – Матрица взаимосвязи газовых потоков и производств ТС и ЭК Производства технологической подсистемы и энергетического комплекса Производство электроэнергии Очистка и компримирование технологической продукции Осушка и отбензинивание Стабилизация конденсата Переработка конденсата Обработка и утилизация Производство побочной Очистка сырьевого газа Производство тепловой Сжигание промотходов углеводородных газов Факельные системы энергии (пара) стоков газа Газовые потоки Углеводородные газы 1 1 1 стабилизации и дегазации 2 2 2 Газ товарный Газ товарный редуцированный 2 2 2 2 2 2 2 2 Водородосодержащий газ 1 – генерация энергоресурса, 2 – потребление энергоресурса Формализованное описание структуры ЭТБ ГПП (рис. 2.1, 2.3) для решения задач повышения эффективности топливной системы представляет объединение множеств моделей структуры [67]:

N производств ТС П 1,..., П n,..., П N ;

П (2.1) тс тс тс тс M подсистем ЭК П 1,..., П т,..., П М ;

П (2.2) эк эк эк эк ГПП в целом ГПП П П, (2.3) тс эк где П 1...П N – математическое описание структуры производств подготовки, тс тс Внешняя система Добыча Внешняя система Потери энергоснабжения и транспорт УВС водоснабжения Углеводородное I сырье В системы ЭК Тепловая энергия Электроэнергия Вода Газ на производство Товарная тепловой продукция и электрической Стоки энергии ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СИСТЕМА Потери Потенциал повышения Газ на собственные эффективности нужды Потери ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС Топливная система Теплотехническая система Топливо Топливо на технологию на генерацию энергии ВЭР Электротехническая система В теплотехническую Потери на генерацию систему энергии Электроэнергия Тепловая энергия II Рис. 2.3. Схема энерготехнологического баланса на блочно-иерархическом уровне ГПП (II) и уровне внешних систем (I) переработки УВС, утилизации отходов, кондиционирования и хранения промежуточных и конечных технологических потоков, транспортирования продуктов;

П 1...П М – математическое описание структуры подсистем ЭК, эк эк осуществляющих генерацию, преобразование, транспортирование топлива, электроэнергии, тепловой энергии, воды, внутрипроизводственных энергоносителей.

Разработанная структура топливной системы в составе ЭК и ТС ГПП является основой для создания математических моделей расчета и оптимизации топливного и энерготехнологического балансов, разработки комплекса показателей локальной и системной эффективности, определения потенциала повышения эффективности топливоиспользования на каждом уровне иерархии объекта и направлений реализации топливного потенциала ГПП.

2.2 Основные положения системного подхода к анализу эффективности систем топливообеспечения Топливная система ГПП (для различия с технологической системой введем обозначение ГС, что вполне корректно, поскольку в качестве топлива используются, в основном газофазные потоки) характеризуется характеристиками и свойствами сложной системы (приложение А), в соответствии с которыми ГС в системе управления потреблением ЭР позиционируется как динамический объект, оптимизируемый на основе многокритериальной оценки полезных эффектов.

В соответствии с основными свойствами ГС в составе ЭК ГПП концепция разработки ее рациональной структуры и параметров функционирования базируется на агрегативно-декомпозиционном подходе к формализации поставленных задач анализа и синтеза, который предусматривает два этапа исследования. На первом этапе выполнена последовательная декомпозиция ГС, целей и ее функций в составе ЭК ГПП, задач повышения энергетической эффективности. На втором этапе на каждом уровне детализации (аппаратов, установок, производств, систем, ГПП) осуществлен синтез вариантов ГС с выбором оптимальной ГС в целом.

В разработанной концепции декомпозиционный этап исследования представлен на различных уровнях детализации совокупностью альтернативных информационных потоковых графов и матриц, отражающих структуру объекта I, задач II и методов их решения III (рис. 2.4).

I I I II II 5 6 II III III III а б в I–III – области исследования (I – объект;

II – проблемы;

III – методы) 1 – подсистемы ЭК и ТС, 2 – производства, 3 – установки, 4 – аппараты, 5 – цели, функции, – задачи повышения энергетической эффективности, 7 – процедуры, управление, 8, 9, 10 – экспериментальные, аналитические методы, энергетический аудит Рис. 2.4. Модель соответствия между ГС ЭК (а), задачами повышения энергоэффективности (б) и методами решения (в) На этапе декомпозиции выявлены и проанализированы взаимосвязи между элементами I-й, II-й и III-й областей исследования. Синтез рациональной структуры ГС ЭК и режимов ее функционирования осуществлен на основе принятых критериев эффективности с учетом специфических условий эксплуатации ГПП, связанных с переменным составом сырья, климатическими и технико-экономическими факторами.

В I-й области исследования объект рассматривается как иерархически структурированная четырехуровневая система: 1 – подсистемы ЭК и ТС;

2 – производства;

3 – установки;

4 – аппараты (см. раздел 2.1).

В области исследования II выделены цели, функции ГС, задачи повышения ее эффективности, процедуры и управление потреблением ЭР для повышения эффективности ГС ЭК.

Область III исследования содержит множества методов реализации процедур по многокритериальной оптимизации потребления и генерации топлива, анализа эффективности элементов ГС и ЭК ГПП в целом. Основными методами являются математическое моделирование, экспериментальные исследования, энергетический аудит.

Для формализации поставленных задач в общей концепции оценки эффективности ГС ЭК примем следующие обозначения:

P – множество возможных принципов P построения ГС в структуре ЭК ГПП. Возможные принципы задаются и выбираются при синтезе ГС;

Ф – множество выполняемых ГС взаимосвязанных функций, соответствующих определенному набору принципов, из которого необходимо выбрать подмножество, достаточное для оценки фФ энергоэффективности и реализации задачи управления топливопотреблением в соответствии с принятыми критериями эффективности;

A – множество взаимосвязанных подсистем ЭК и ТС;

:Ф – отображение элементов множества Ф на элементы A множества A, обеспечивающее оптимум критерия эффективности (при выполнении принятых ограничений).

Формализованное описание задачи синтеза оптимальной структуры ГС в составе ЭК включает следующие определяющие соотношения P, (2.4) фФ, (2.5) A, (2.6) a :ф Ф A. (2.7) a Полная задача синтеза оптимальной ГС ЭК может быть свернута в зависимости от набора исходных данных:

– при известных принципах построения ГС ЭК определяются функциональные возможности системы при различных вариантах применяемого оборудования – (2.5)–(2.7);

– заданы принципы построения ГС ЭК и ее функции в составе конкретного ГПП;

определяется оптимальный вариант конструктивного исполнения оборудования для реализации заданных принципов и функций – (2.6)–(2.7);

– заданы принципы построения ГС ЭК, выполняемые функции и оборудование;

определяются оптимальные отображения множества функций на множестве взаимосвязанных подсистем и оборудовании, т.е. решается задача параметрической оптимизации (2.7).

Задача анализа ГС состоит в определении ее характеристик при заданных условиях (2.4)–(2.7).

С учетом изложенного процедуры разработки, модернизации, оптимизации и управления ГС ЭК на основе агрегативно-декомпозиционного подхода и блочно-иерархического принципа могут быть представлены в виде математических моделей элементов, описываемых соответствующими функциями, и системы показателей энергетической эффективности.

2.3 Обоснование и расчет показателей термодинамической и топливной эффективности систем топливообеспечения Обоснование направлений повышения эффективности ГС в составе ЭК ГПП как проектируемых или модернизируемых предприятий, так и эксплуатирующийся объектов, базируется на разработанной системе показателей энергоэффективности отдельных элементов – аппаратов, производств, систем.

В общей постановке задачи критерии эффективности ГС условно объединены в группы: технологические, энергетические (в том числе термоди намические), экологические, экономические.

Технологические критерии применены для элементов ГС при разработке балансовых уравнений установок и производств. Среди них выделим показатели и критерии, позволяющие оценить относительные и удельные расходы топлива и ЭР в технологических процессах и установить качественное и количественное содержание взаимосвязей ГС, ТС и ЭК.

Степень превращения сырья (степень конверсии сырьевых компонентов в продукты) – доля сырья, использованная в процессе для получения необходимого продукта n j n j0, (2.8) xj n j где n j 0, n j – концентрация компонента j во входном потоке процесса (в исходном сырье) и на выходе из процесса (в продукте).

Производительность по выпускаемой продукции – количество GR продукции за расчетный период времени, единица продукции / единица времени, например, тыс. т/год, K GR Gkt, (2.9) t 0k где Gkt – объем выпущенной k –й продукции, т или м3, за время t;

– расчетный период времени (обычно год).

Энергетические показатели эффективности ГС включают критерии, характеризующие элементы рассматриваемого объекта на каждом уровне иерархии, в соответствии со структурными схемами (рис. 2.1, 2.3).

На уровнях аппаратов и установок (V и IV на рис. 2.1) используется преобразованное соотношение (2.7) в виде КПД огнетехнических агрегатов a, и интегрального значения удельного потребления топлива для аппаратов – bа и установок – bу (в натуральных величинах или в тоннах условного топлива).

Для отдельного оборудования, где топливо используется для получения тепловой энергии – технологические печи, котлы, нагреватели, испарители, КПД определяется по известной зависимости Qпол p, (2.10) a Ba Q p где Qпол – количество полезной тепловой энергии, полученной в агрегате, кВт;

Ba, Q p – расход топлива на процесс, м3/с, и располагаемая теплота топлива и p компонентов процесса горения, вносимая в соответствующий агрегат, кДж/м3;

Удельное топливопотребление элементов ГС на уровне аппаратов и установок зависит от расходной характеристики технологического потока Gkt (заметим, что не всегда для данного аппарата или установки этот поток является продуктом или сырьем ГПП), конструктивных Z, технологических, климатических (экологических) S параметров и факторов для аппарата или установки в соответствующий момент времени t. С учетом фактора времени ( – текущего или – системного, причем ) удельные показатели запишутся в виде интегральных функций ba f Gkt, at, Z at, S at,t dt ;



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.