Тепловий режим приміщень та енергозбереження на об'єктах транспортування природного газу

Стаття підготовлена ​​на основі матеріалів збірника доповідей VI Міжнародної науково-технічної конференції «Теоретичні основи теплогазопостачання та вентиляції» НДУ МГСУ.

Авторами була проведена оцінка теплового потенціалу різних джерел вторинних енергоресурсів на компресорній станції з метою розробки схем утилізації теплоти. При проведенні досліджень використані сучасні чисельні методи досліджень процесів тепло- та повітрообміну, засновані на рівняннях Нав'є-Стокса. Наведено принципи та схеми автоматизації систем забезпечення мікроклімату.

Формування мікроклімату в приміщеннях з використанням енергоефективних технологій є одним з актуальних напрямків у будівельній галузі [1]. Сучасна тенденція подорожчання енергоресурсів вимагає впровадження енергозберігаючих інженерних рішень в транспортуванні газу, зокрема, у напрямку використання вторинних енергоресурсів [2, 3].

Для підтримки проектної пропускної спроможності через 120-150 км по трасі магістральних газопроводів споруджуються промислові майданчики, до складу яких входять лінійні виробничі управління з одним-двома компресорними станціями (КС), адміністративні будівлі, об'єкти енерго-, тепло-, водопостачання та обслуговування автотранспорту [ 3]. В якості приводу нагнітачів газу в північних районах країни застосовується переважно газові турбіни, особливістю яких є низький ККД (28-32%). Для утилізації теплоти відхідних газів на газоходах встановлені газоводяного теплообмінники.

Як показують результати натурних досліджень стану умов праці, виконані за участю автора відповідно до вимог [4, 5], близько 20% робочих місць віднесені до умовно атестованим через невідповідність параметрів мікроклімату нормованих значень [3]. При цьому значна кількість таких робочих місць пов'язані з нестабільністю теплового режиму системи теплопостачання від утилізаційних теплообмінників. Пошуку енергозберігаючих технологій, заснованих на внутрішніх джерелах вторинної теплоти, в тому числі для систем забезпечення мікроклімату, присвячений ряд робіт, зокрема [6-8].

Пошуку енергозберігаючих технологій, заснованих на внутрішніх джерелах вторинної теплоти, в тому числі для систем забезпечення мікроклімату, присвячений ряд робіт, зокрема [6-8]

Сучасна тенденція подорожчання енергоресурсів вимагає впровадження енергозберігаючих інженерних рішень в транспортуванні газу, зокрема, у напрямку використання вторинних енергоресурсів

Перетворення вторинних енергоресурсів (ВЕР) в теплову енергію дозволяє задовольняти не тільки теплофікаційні потреби компресорних станцій (КС), але і зовнішнього споживача. Теплота газів, що відходять ГТУ може бути використана і на технологічні потреби - для підігріву води або генерації пари, що подаються в проточну частину газової турбіни, що дозволяє збільшити потужність газоперекачувального агрегату (ГПА). Перетворення теплоти відхідних газів ГТУ в холод дозволить знизити температуру циклового повітря і тим самим збільшити потужність ГПА. Одержуваний холод може бути використаний і для охолодження газу, що транспортується. Механічна енергія, вироблена за рахунок утилізації теплоти ГТУ, сприяє збільшенню потужності ГПА і ККД установки в цілому. Утилізація теплоти ГТУ для отримання електроенергії може забезпечити повністю або частково внутрішні потреби КС в цьому виді електроенергії.

До числа споживачів теплоти на КС відносяться компресорні і ремонтні цехи, механічні цехи, електростанція власних потреб, адміністративні та побутові об'єкти, а також зовнішні споживачі. Наявність поблизу КС сторонніх споживачів (житлових селищ, сільськогосподарських споживачів і т.д.) дозволяє збільшити частку утилізованої теплоти до 25%.

Як було зазначено вище, відносно низький ККД ГТУ обумовлює щорічну втрату близько 25-30 млрд м³ природного газу з температурою продуктів згоряння і близько 1 млн тонн оксидів азоту і близько 200 тис. Тонн оксидів вуглецю.

Незважаючи на те, що теплоту відхідних газів найбільш просто утилізувати для теплофікаційних потреб, цей напрямок не дозволяє використовувати всі ресурси попутної теплоти КС. Внутрішні навантаження і зовнішні споживачі не є стабільними і енергоємними споживачами низкопотенциальной теплоти.

Використання вторинної теплоти КС для задоволення зовнішніх споживачів теплоти, більш стабільних і енергоємних, дозволяє відмовитися від спорудження додаткових котелень. Однак іноді компресорні станції розташовуються на значній відстані (5-15 км) від найбільш стабільних споживачів, що робить необхідним обгрунтування граничного радіуса теплопостачання, відстані, при якому економічно вигідно транспортувати утилізованих теплоту. Таким чином, через відсутність стабільних і енергоємних споживачів низкопотенциальной теплоти, утилізація теплоти відхідних газів ГТУ тільки для теплофікаційних потреб не вирішує повністю проблему використання ресурсів попутної теплоти на КС магістрального газопроводу.

Крім того, досвід експлуатації систем водяного теплопостачання показує, що їх працездатність порушується з багатьох причин, зокрема:

  • через зниження теплової потужності утилізаційних теплообмінників внаслідок утворення накипу всередині труб при відсутності або низьку якість хімічної водопідготовки;
  • невідповідності характеристик теплогенеруючого обладнання розрахунок ним характеристикам і, як наслідок, недостатності пропускної здатності тепломережі;
  • через відсутність високоефективних технологічних схем зливу води із системи з високим рівнем автоматизації при аварійних ситуаціях;
  • через тривалу втрати працездатності та складності повторного включення в роботу при аварійних зупинках джерел теплоти.

Одним із шляхів забезпечення стабільної роботи таких систем є впровадження системи автоматизації, принципова схема якої приведена на рис. 1.

Схема установки утилізації теплоти наведена на рис. 2.

Утилізаційний теплообмінник також можна уявити об'єктом регулювання, на вхід якого надходить теплота вихлопних газів, а на виході визначається поточне значення регульованої величини - температури теплоносія. Для теплопостачання зовнішніх споживачів необхідно пов'язати температуру теплоносія з зовнішніми возмущающими впливами (температурою зовнішнього повітря, швидкістю і напрямом вітру), тобто побудувати опалювальний графік.

Регулюючий орган є блок заслінок, встановлений перед тепло обмінними модулями і в Байпасний каналі. Ці заслінки здійснюють перерозподіл потоку вихлопних газів за наступним алгоритмом: відкриваються теплообмінні модулі; прикривається байпас - теплос'ема збільшується, температура теплоносія на виході з утилізатора росте, тобто забезпечується максимальний теплос'ема повним відкриттям заслінок перед модулями і закриттям заслінок перед байпасом.

Зменшення теплос'ема (зниження температури теплоносія) забезпечується зворотним обертанням заслінок, тобто заслінки перед теплообмінними модулями закриваються, а далі байпас відкривається.

Системи автоматики для регулювання теплової потужності утилізаційних теплообмінників різних ГТУ відрізняються кількістю виконавчих елементів, встановлених на блоках заслінок.

Наприклад, в якості регулятора застосований «Регулятор температури електронний ЕРТ-1», призначений для автоматичного регулювання відпуску теплоти, яка формує пропорційно-інтегральний закон регулювання і має зону нечутливості не більше 0,5 ° C. Виділивши сигнал узгодження, регулятор формує на виході імпульси, що чергуються паузами. Тривалість першого імпульсу (пропорційна частина) залежить від величини помилки, а інтегрування наступних імпульсів дає інтегральну частину з постійною часу регулятора 100-500 с.

Зменшення теплос'ема (зниження температури теплоносія) забезпечується зворотним обертанням заслінок, тобто заслінки перед теплообмінними модулями закриваються, а далі байпас відкривається

Система автоматичного регулювання дозволяє здійснити операції:

1. «Пуск» зі щита автоматики або за сигналом виходу ГТУ на нормальний режим роботи. Закриються засувки на перемичці між прямим теплопроводом і дренажними трубами і засувками між зворотним теплопроводом і дренажними трубами: відкриються воздушники; відкриється дренаж; після сигналу датчика про наявність води на виході воздушника закриється воздушнік і дренаж; прочиняться шибери перед модулями теплообмінника і через певну витримку часу автоматично почне регулюватися температура теплоносія. Якщо ГТУ не перебуває у робочому режимі, відкриється засувка на перемичці між прямим і рециркуляційних теплопроводами, засувка на виході з теплообмінника закриється.

2. «Короткочасний зупинення» - зі щита автоматики або за сигналом «аварійний останов» ГПА. При цьому відкриються шибери перед байпасами димових газів; закриються шибери перед модулями; відкриється засувка на перемичці між прямим і рециркуляційних теплопроводами; закриється засувка на виході з теплообмінника.

3. «Нормальний зупинення» - зі щита автоматики. При цьому шибери перед байпасом і теплообмінниками встановляться в початкове положення, з витримкою часу закриються засувки на вході і виході теплообмінника; відкриються дренаж і воздушники; відкриються засувки між прямим і зворотним теплопроводами і дренажними трубами. Відбудеться злив води з теплообмінника.

4. «Аварійна зупинка» - по сигналу з щита або будь-якого аварійного сигналу, який передбачає злив води з теплообмінника і його відключення.

Як вже зазначалося раніше, в системах утилізації теплоти вихлопних газів на компресорних станціях практично не використовується автоматичне керування процесом утилізації через відсутність регулювальних характеристик клапанів управління процесом утилізації.

Були виконані роботи з побудови регулювальних характеристик для клапанів в Байпасний каналі та каналі теплообмінників-утилізаторів. Оцінка витрат газу виконувалася за відносними показниками витрат вихлопних газів через байпасний канал і через утилізатори.

Для визначення параметрів вихлопних газів використаний вимірювальний термоанемометрический комплекс testo 454. Вимірювання проводилися при чотирьох положеннях кута нахилу лопаток клапанів для дво- і трьохрядний теплообмінників. Результати досліджень дозволили отримати регулювальні характеристики клапанів, призначені для практичного застосування.

Необхідно відзначити, що нестабільність роботи водяної системи утилізації теплоти відхідних газів призводить до істотної відмінності параметрів мікроклімату у всіх обслуговуваних приміщеннях.

Це спонукає аналізувати можливість використання теплоти інших джерел, зокрема, нагрітих поверхонь обладнання. Це в поєднанні з традиційними системами утилізації призведе до зниження навантаження на основні утилізаційні системи і забезпечення стабільності параметрів мікроклімату в зв'язку з простотою регулювання внутрішніх повітряних утилізаційних систем. В першу чергу, найбільш простим способом, як показує аналітичний огляд в роботі [9], є використання рециркуляції з урахуванням виконання вимог нормативних документів [1].

За участю автора запропоновано системи обдування нагрітих поверхонь для обігріву нижньої зони приміщення в холодний період року і сдува конвективних струменів з робочої зони площадки обслуговування [9].

Кількісні характеристики такого процесу отримані на основі широко розповсюдженого в даний час чисельного моделювання [10] системи диференціальних рівнянь нерозривності, Нав'є-Стокса, збереження кількості теплоти і домішки (вологовмісту повітря).

На рис. 3 приведена схема автоматизації системи утилізації теплоти повітря, що видаляється з машинного залу з групової установкою газотурбінних агрегатів.

В схемі передбачено повітро-повітряний теплообмінник для підігріву припливного повітря для залу нагнітачів.

Використовується регулювання теплопродуктивності теплообмінника за рахунок зміни витрати гарячого повітря. Розроблено також схеми з використанням теплоти повітря, що видаляється з багатомашинного залу для підігріву припливного для тамбур-шлюзів і безпосередньо машинного залу, а також для індивідуальних укриттів ГПА. У схемах можуть бути використані будь-які рекуперативні теплообмінники.

висновки

1. Вивчення стану умов праці на діючих компресорних станціях магістральних газопроводів дозволило виявити проблеми забезпечення нормованих параметрів мікроклімату на робочих місцях і потенційні джерела вторинних енергоресурсів.

2. Розроблено основні положення раціональної організації повітрообміну і утилізації теплової енергії при використовуваних в практиці варіантах розміщення агрегатів різної потужності в машинних залах компресорних станцій магістральних газопроводів, а також принципові схеми автоматизації їх роботи.

Розроблено основні положення раціональної організації повітрообміну і утилізації теплової енергії при використовуваних в практиці варіантах розміщення агрегатів різної потужності в машинних залах компресорних станцій магістральних газопроводів, а також принципові схеми автоматизації їх роботи

© 2008 — 2012 offroad.net.ua . All rights reserved. by nucleart.net 2008