Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Состояние и перспективы развития систем охлаждения в газоперерабатывающих и нефтеперера батывающих производствах
1.1 Структура и технические характеристики основных производств газо — и нефтепереработки с технологическими системами охлаждения 11
1.2 Анализ эффективности эксплуатации систем охлаждения в технологических установках , 22
1.3 Анализ методов совершенствования систем охлаждения 33
1.4 Выводы по главе 1 41
1.5 Цель и задачи исследования 42
Глава 2 Энергетическая эффективность систем ком бинированного охлаждения 43
Выводы по главе 2 68
Глава 3 Общеэкономическая оптимизация систем комбинированного охлаждения . 69
3.1 Анализ методов оптимизации систем охлаждения 69
3.2 Основные методические положения общеэкономической оптимизации систем комбинированного охлаждения 78
3.3 Методика оптимизации эксплуатационных характеристик систем комбинированного охлаждения 99
3.4 Методика оптимизации характеристик проектируемых систем комбинированного охлаждения . ,,.. 126
3.5 Выводы по главе 3 131
Глава 4 Экономическая эффективность оптимиза ции систем охлаждения для различных промышленных объектов 132
4.1 Оптимизация системы охлаждения установки абсорбционной очистки водородсодержащего газа Астраханского ГПЗ 132
4.2 Оптимизация системы охлаждения установки абсорбционной очистки природного газа Мубарекского ГПЗ 137
4.3 Оптимизация структуры системы охлаждения установки абсорбционной очистки природного газа Астраханского ГПЗ 145
4.4 Выводы по главе 4 158
Выводы 160
Список использованной литературы
- Анализ эффективности эксплуатации систем охлаждения в технологических установках
- Основные методические положения общеэкономической оптимизации систем комбинированного охлаждения
- Методика оптимизации характеристик проектируемых систем комбинированного охлаждения
- Оптимизация системы охлаждения установки абсорбционной очистки природного газа Мубарекского ГПЗ
Введение к работе
Газовая и нефтяная промышленности — ведущие отрасли; топливно-энергетического комплекса — осуществляют важнейшие стабилизирующие функции в экономике России и. поддерживают энергетическую безопасность страны. Нефтегазовый комплекс России в настоящее время — это 13% промышленной продукции страны, 19% доходов федерального бюджета,, 46% всего экспорта. В России функционирует около 200 нефтегазодобывающих предприятий, - включая крупнейшие компании и мелкие самостоятельные организации. Согласно базовым параметрам развития топливно-энергетического комплекса России на период до 2020 г., предусмотренных стратегией развития отраслей ТЭК, утвержденной на заседании Правительства Российской Федерации 23 ноября 2000 г. [95], увеличение производства электроэнергии за этот период со-ставит от 879 до 1620 млрд. кВт-ч, природного газа - от 577 до 700 млрд.м , нефти - от 320 до 360 млн, т и угля от 260 до 430 млн. т при благоприятном варианте развития экономики. Энергетическаяе стратегия предусматривает в ближайшие десять лет резкое сокращение предприятий с низкими показателями энергетическойэффективности и широкое внедрение программ энергосбережения, которые позволят сократить к 2020 г; энергозатратность экономики России: в целом с 1,49 до 0,86-0,69 т. у. т / тыс. долл. ВВПІ
Современный технический прогресс в газовойj нефтяной и смежных отраслях промышленности связан;с созданием новых высокоинтенсивных технологических процессов, агрегатов большой единичной мощности и ? реконструкцией действующих предприятий с целью наиболее полного и комплексного использования сырья и энергетических ресурсов. Осуществление и поддержание строго определенных низкотемпературных технологических режимов при возрастающей сложности производств становится достижимым лишь при широком применении систем охлаждения в технологических процессах. В газовой и нефтяной отраслях промышленности системы охлаждения используются для
поддержания устойчивых температурных режимов в технологических процессах переработки нефти и газа, а также на установках подготовки нефти и газа к транспорту.
Большинство современных производств нефтепеработки характеризуются значительными затратами электрической энергии, оборотной воды, холода: Так, доля установок каталитического риформинга нефтеперерабатывающих заводов в общем потреблении оборотной воды предприятий достигает 25%. В установках первичной перегонки нефти типа ЭЛОУ, ЭЛОУ АВТ до 37% потребленной электроэнергии приходится на аппараты воздушного охлаждения (АВО) технологических потоков. Следует отметить, что применение АВО в: блоках технологического охлаждения і наиболее характерно для высокотемпературных производств переработки нефти: и газового конденсата, где эксплуатационные расходы на перекачку охлаждающей воды достигают 9% себестоимости; переработки сырья, а температурные уровни основных процессов достаточно высоки и позволяют использовать воздушное охлаждение в широком диапазоне изменения экономических и климатических факторов:
Решение поставленной перед, нефтеперерабатывающей промышленностью задачи; повышения выхода светлых нефтепродуктов за счет увеличения глубинъь переработки сырой нефти^ ведет к усложнению нефтеперерабатывающего завода и еще большему увеличению расхода энергетических ресурсов. Эффективность использования энергоресурсов, однако, в настоящее время недостаточно высока, и даже; на современных крупных комбинированных установках коэффициент полезного, использования; энергии не превышает 50%. Частично это связано с потерями і энергии, вызванными: легкоустранимыми причинами, такими как утечки пара через неплотности аппаратуры, плохое состояние изоляции и другими. Однако существенно повысить эффективность использования;всех видов энергии на нефтеперерабатывающих заводах можно главным образом за счет совершенствования технологических схем процессов и модернизации технологического оборудования.
Газоперерабатывающие предприятия также относятся к энергоемким комплексам промышленности.. Энергопотребление ГПЗ характеризуется удельными і величинами, отнесенными к единице перерабатываемого сырья — газокон-денсатной смеси, газа или конденсата, и по видам энергоносителей'для. различ-ных заводов составляет от 0,003 до 0,142 т. у. т./(тыс. м газа или тонну конденсата).
Удельные показатели потребления ТЭР для «средневзвешенного» ГПЗ, перерабатывающего газоконденсат или газ (Оренбургский ГПЗ и F3;. Астраханский и Сосногорский ГПЗ) составляют 0,0745 т. у. т./тыс. м3; для ГПЗ, перерабатывающего конденсат- 0,0284 т. у. т./тыс. тонн конденсата.
В то же время по видам энергоносителей все ГПЗ, независимо от технологических схем; переработки сырья, имеют различные показатели, обусловленные составом газа и конденсата; климатическими факторами региона, технико-экономическими характеристиками энергообеспечивающих систем, длительностью эксплуатации оборудования.
Системы охлаждения установок переработки природного газа действующих в настоящее время ГПЗ относятся к внутрипроизводственным системам энергообеспечения. В качестве первичного энергоносителя в них используется электрическая энергия. Этот вид ТЭР для газовой отрасли является сторонним энергоносителем, тарифы на который; за последние два года увеличились почти; в 2,5 раза. Около 17% потребления электроэнергии технологическим оборудованием ; ГПЗ приходится: на насосы оборотных систем,. водоснабжения, 10% — на вентиляционное оборудование, 7% - на АБО. Удельная доля затрат на электро-энергию-в себестоимости продукции ГПЗ достигает 4...7 %. Поэтому оптимизация состава оборудования систем охлаждения и режимов их эксплуатации позволит существенно снизить энергетическую составляющую себестоимости;
Исследования в области совершенствования систем охлаждения; развиваются в основном по двум;направлениям. Одно из них связано с улучшением^ технико-экономических характеристик отдельных аппаратов; систем, охлажде-
ния; снижением материалоемкости, ростом уровня автоматизации. Работы в этом направлении ведутся- с целью создания: высокоэффективных надежных, экономичных агрегатов с большой степенью унификации и большой единичной производительностью. Ко второму направлению относятся работы по оптимизации состава и і оборудования систем охлаждения . и параметров. технологических схем с целью минимизации энергоиспользования.
Современные;тенденции!развития; газо- и; нефтеперерабатывающей - промышленности определили выбор предмета- исследования диссертационной і работы, заключающегося в исследовании; и; оптимизации эксплуатационных и: проектируемых характеристик систем охлаждения. Объектом настоящего исследования : являются: системы охлаждения' технологических потоков? газо- и; нефтеперерабатывающих производств, включающие аппараты воздушного охлаждения, системы водяного охлаждения,, а также холодильные станции на специальных хладоагентах.
Методы исследования^ в диссертации базируются на; основных законах технической термодинамики, и тепломассообмена, математическом моделировании, а также на аналитических и= численных методах определения оптимальных характеристик.
Научная новизна результатов исследования: Г. Предложен и обоснован критерий: оценки энергетической эффективности комбинированных систем охлаждения; газо — и нефтеперерабатывающих производств, позволяющий определить температурные диапазоны применения ОТДеЛЬНЫХ 6ЛОКОВ;
2. На< основе интеграции; математического < описания: отдельных блоков разработан алгоритм расчета характеристик комбинированных систем охлаждения установок газо — и нефтепереработки; необходимых для общеэкономической оптимизации:
Зі. Разработана методика общеэкономической оптимизации;комбинированных систем охлаждения установок газо- и нефтепереработки, учитывающая тех-
нологические параметры целевых процессов, экологические факторы и климатические условия региона расположения объекта. Получены зависимости для определения оптимальных эксплуатационных характеристик аналитическим методом, а также:разработан алгоритм определения оптимальных характеристик проектируемых систем охлаждения численным методом:
4. Определены оптимальные режимы функционирования и- оптимальная структура1 комбинированных систем охлаждения для производств газо- ш нефтепереработки.
5: Выявлено влияние технологической топологии системы, экономических и режимных факторов на оптимальные состав оборудования и рабочие характеристики оптимизированных систем комбинированного охлаждения установок газо — и нефтепереработки. Практическая ценность.
При выполнении работ по энергетическому аудиту Астраханского газоперерабатывающего завода (АГПЗ) проведено исследование эффективности эксплуатации систем охлаждения ряда технологических установок:
Для установки очистки водород содержащего газа Астраханского ГПЗ, установки ' очистки природного газа Мубарекского ГПЗ предложено' программное: обеспечение расчетов оптимальных характеристик систем охлаждения; на, основе аналитических и численных методов оптимизации: Программы позволяют определить оптимальные характеристики > при различной технологической топологии и могут быть использованы при проектировании и проведении анализа эффективности работы существующих производств.
Разработаны технические решения по модернизации блоков охлаждения установок абсорбционной очистки природного и технологических газов АГПЗ на основе оптимизации комбинированных систем охлаждения.
Разработаны инструктивно - методические указания к расчету энергетической эффективности систем воздушного охлаждения [48].
На защиту выносятся:
результаты анализа структуры; и эфф ективности; энергоиспользования;. технологических процессов ПГНП и обеспечивающих систем, комбинированного охлаждения;
критерий-оценки энергетической.эффективности;применения систем охлаждения на основе эксергетического коэффициента охлаждения;
аналитическая методика определения оптимальных эксплуатационных характеристик системы, охлаждения, позволяющая проводить,технико - экономическую оптимизацию СКО в зависимости от технологической-топологии и состава:оборудования? внутрипроизводственных энергообеспечиваю-щих комплексов;
методика; определения оптимальных характеристик проектируемых; систем охлаждения численным методом;
результаты оптимизации систем охлаждения для различных установок газо-и нефтепереработки.
Содержание отдельных разделов диссертации опубликовано в статьях [15-18, 28 - 30]; инструктивно — методических указаниях к расчету [48]Ы- докладывалось и обсуждалось на Международной конференции «Технические, экономические и экологические проблемы энергосбережения» (г. Саратов, 2-3 октября 2001= г.), на пятой Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и: студентов по проблемам газовой промышленности России «Новые. технологии в газовой промышленности» (диплом лауреата? конференции, г. Москва; 23-26 сентября 2003 г.); на научных семинарах кафедры «Промышленная теплоэнергетика» Саратовского государственного технического университета с 2000/ по 2004: гг.,. опубликовано и ; представлено < на Международной^ конференции «Энергосбережение * в теплоэнергетических системах» (г. Вологда; 24-26 апреля 2001 г.), на Всероссийской научно — практической конференции молодых ученых и специалистов газовой отрасли «Инновационный' потенциал молодых специалистов ОАО «Газпром» как условие повышения эффективности
разработки углеводородных месторождений Ямала» (г. Ямбург, 11-15 мая 2004 г.).
Автор выражает благодарность к.т.н., доценту Н.В. Долотовской и всем сотрудникам кафедры «Промышленная теплотехника» Саратовского государственного технического университета за возможность постоянных консультаций и доброжелательную критику в процессе работы над диссертацией.
Анализ эффективности эксплуатации систем охлаждения в технологических установках
Применяемые в технологических установках газо- и нефтеперерабатывающих производств системы охлаждения, включающие АВО, теплообменное оборудование, охлаждаемое водой и: специальными хладоносителями, имеют различные энергетические затраты и показатели, характеризующие эффективность эксплуатации перечисленных составляющих блоков. Для предварительной оценки отдельных элементов систем комбинированного охлаждения был выполнен анализ их эксплуатационных и проектных показателей. Исходными данными для такого анализа явились результаты, полученные автором при проведении энергетического аудита Астраханского ГПЗ, проектная документация по Мубарекскому ГПЗ и ряду объектов газовой отрасли, выполненная в ОАО «ВНИПИгаздобыча». На первом этапе исследования были использованы общепринятые методики, характеризующие эффективность теплообменных систем.
Аппараты воздушного охлаждения Эффективность работы АВО как теплообменного аппарата характеризуется параметрами, определяющими тепловой поток и тепловую нагрузку (QB, кВт) В условиях переменных режимов эксплуатации: QB=#LB, 8,, Wy а); (1.1) где LB - расход воздуха или производительность вентиляторов, кг/с; Si - температура воздуха на входе в АВО, К; Wy3 - скорость воздуха в узком сечении теплообменных секцийj м/с; а — угол наклона лопастей вентиляторов, град. Ограничением при экспериментальном или аналитическом определении функционала (1.1) является неравенство: tmax S: tBbix tm;m (1-2) где 1вых температура охлаждаемого продукта на выходе АВО, С; tmax - температура продукта, максимально возможная в соответствующем технологическом процессе, С; tmjn — минимально возможная температура технологического продукта в процессе, С. Минимальная и максимальная регламентируемые температуры связаны обычно с нарушениями технологических режимов основных производств, технологическим ущербом, замерзанием продукта, утечками его из буферных емкостей и другими факторами. Эти величины должны быть проанализированы при комплексном рассмотрении АВО и соответствующего технологического процесса.
Энергетические затраты в АВО определяются мощностью вентиляторов (NABO, КВТ) В соответствующих режимах, которая, в свою очередь, является функцией конструктивных и эксплуатационных характеристик теплообменных секций и вентиляторов (Eg, Wy3, а).
При анализе работы АВО в действующих производствах были использованы следующие показатели:
Показатель энергоемкости АВО может быть исследован по значению отношения (для любых режимов, в том числе и для режимов с отключенными вентиляторами, когда Ыдво = 0): Еэн = 1/Ек = NABO / QB «./(LB, Wy3, a, 3,) (1.3) Критерий Кирпичева для АВО целесообразно использовать в виде EK = QB/NABO (1.4) Приведенный коэффициент мощности (К 1): Г}ПР = Ек / AtCp, (1-5) где Atcp - средняя разность температур в АВО между воздухом и целевым теплоносителем, К.
При выполнении работ по энергетическому аудиту Астраханского газоперерабатывающего завода было проведено исследование ряда АВО и определены показатели эффективности эксплуатации данных аппаратов с использованием зависимостей (1.3...1.5). В табл. 1.1 приведены результаты энергетического обследования воздушных конденсаторов водяного пара, эксплуатирующихся при повышенных температурах окружающего воздуха в летние режимы, когда на предприятии вследствие отключения ряда технологических потребителей тепловой энергии имеется избыток пара низкого давления, вырабатываемого энерготехнологическими котлами-утилизаторами. Следует отметить, что в условиях повышенных температур окружающего воздуха при номинальных расходах пара часть его не конденсируется в АВ О, а поступает в; виде пролетного пара в конденсатосборники, откуда теряется в атмосферу, вызывая,интенсивное парение. Из данных, приведенных в табл. 1.1, видно, что при увеличении температуры воздуха плотность теплового потока в аппаратах снижается и увеличивается показатель энергоемкости АВО. По мере роста температуры окружающего воздуха приведенный коэффициент мощности ТІПР для исследуемых аппаратов уменьшается в среднем на 0,8...1,1 % на каждые 5 градусов увеличения температуры.
Основные методические положения общеэкономической оптимизации систем комбинированного охлаждения
Оптимальный выбор состава оборудования и режимов эксплуатации системы комбинированного охлаждения является - сложной и многофакторной задачей, т. к. при этом должны.рационально организовываться и увязываться.потоки охлаждающих и охлаждаемых сред. При этом; характеристики последних определяются технологическими процессами основных; производств и, как правило, не могут быть изменены.
Успешное решение задачи исследования системы комбинированного охлаждения на стадиях его проектирования и эксплуатации предполагает наличие математической модели, которая: должна отражать не-только связи І между элементами и сущность процессов, но и режимы эксплуатации: системы, экономические и экологические критерии функционирования системы, структуру технологических взаимосвязей, регион расположения объекта и т. д.
Экономико-математическую модель любой: системы охлаждения, в том числе и комбинированной; целесообразно представить в виде двух конкурирующих факторов: затрат на выработку охлаждающей среды и технологических затрат низкотемпературных процессов, связанных с недоохлаждением продукта: При разработке методики оптимизации используются, понятия расчетного и переменных режимов работы. Расчетный режим (индекс «р») включает, совокупность параметров системы: охлаждения, формирующих изменяющуюся: часть инвестиций. Переменные режимы (индекс «j») учитывают изменение температуры , окружающего воздуха и расход - охлаждаемого продукта в течение года. Характеристики. базового варианта (индекс «о») рассчитываются для соответствующих элементов системы по общепринятым методикам.
Для проектируемых систем? охлаждения в технологических процессах неф-те- и газопереработки - комплекса, включающего в общем случае АВ О, тепло
обменник, охлаждаемый водой, и теплообменник, охлаждаемый специальными хладоносителями, необходимо выбрать экономически наивыгоднейшие значения таких характеристик, как расход воздуха в, ABO (LBp, LBj), расходы охлаждающей воды (GBp, GBj), воздуха (GLP, Gy) в градирнях системы водоснабжения, расход специального хладоносителя (GXHp, GXHj), площадь поверхности теплопередачи АВ О (FABO)) площадь поверхности теплопередачи аппаратов, охлаждаемых водой (F0B), или специальными хладоносителями (FXH), площадь поверхности оросителя градирни (Fop). Между этими величинами и параметрами системы существует взаимосвязь, обуславливающая необходимость комплексной, оптимизации.. Рассматриваемые технологические процессы (рис. I - 4 приложения 1) можно представить в виде следующих блоков (рис.3.1).
Комбинированная система охлаждения представлена аппаратами воздушного охлаждения, системой доохлаждения I (теплообменник, охлаждаемый водой) и системой доохлаждения 2 (теплообменник, охлаждаемый специальными хладоносителями).
В данной диссертационной работе рассматриваются следующие задачи комплексной оптимизации:, 1) оптимизация режимов функционирования действующих систем охлаждения; 2) совершенствование действующих систем охлаждения, предусматри- -вающее инвестиционные затраты в. дополнительное теплообменное оборудование; 3) оптимизация проектируемых систем охлаждения.
В связи с этим:в качестве вектора входных параметров X во всех случаях приняты конструктивные параметры; технологического блока (А 1), стоимостные ( рэ) и климатические факторы. (фк) функционирования системы, а также дополнительно в первом и во втором случаях - конструктивные параметры системы охлаждения.
Вектор выходных.параметров ІY представляет собой в первом случае эксплуатационные параметры блоков; системы охлаждения (расходы охлаждающих сред) — V2.. .V4, во втором ив третьем случаях — эксплуатационные и дополнительные конструктивные параметры (площади поверхности АВО, теплообменников) — А2;..А4.
Z - вектор параметров технологического блока, формирующий структуру и параметры системы охлаждения (качественные характеристики теплоносителей: давление, температура, расход и т.д.) ST - технологические затраты, связанные с недоохлаждением продукта.
Целесообразность проведения энергосберегающих мероприятий и: развития производства определяется в конечном итоге выгодами товаропроизводителя, так как обеспечение: развития производства в новых рыночных условиях осуществляется чаще всего за счет реализации продукции и услуг, получения кредитов и привлечения средств заинтересованных инвесторов. В то же время необходимо выполнение условий развития энергетики различных уровней и всех налоговых требований. Необходимо учитывать, что инвесторы вкладывают капитал в производство при выполнении установленных ими условий: получение доли прибыли, выплата: банковского процента или распоряжение частью продукции предприятия. Все эти условия, а также существующая налоговая система, плата за загрязнение окружающей среды влияют на прибыль, остающуюся в распоряжении товаропроизводителя. Поэтому в основе принятой методики общеэкономической оптимизации лежит размер прибыли, остающейся в распоряжении предприятия [9 6]:
Методика оптимизации характеристик проектируемых систем комбинированного охлаждения
Комплексная оптимизация - проектируемых характеристик систем охлаждения газо- и нефтеперерабатывающих производств имеет целью выбор и определение эксплуатационных и конструктивных параметров оборудования, которым соответствует минимум целевой функции.
Оптимизация проектируемых характеристик систем комбинированного охлаждения проводилась численным методом; Это связано с тем, что аналитический метод в данном случае имеет ряд недостатков:;
1.. При большом числе оптимизируемых параметров аналитический метод становится весьма сложным в решении системы уравнений.
2. Ограниченность аналитического метода классом задач, в которых оптимизируемые параметры, определяющие значен ие: м инимума или максимума функции, независимы. В то же время для СКО характерно наличие уравнений связи между параметрами.
3: Условие определения экстремума с помощью приравнивания нулю частных пр оизводных является н еобходимым, но недостаточным для решения -: задачи. Учет достаточных условий нахождения экстремума функции многих переменных (определение вторых производных функции) является весьма сложным как в алгоритмическом, так и в вычислительном плане.,
4. Аналитический метод дает возможность корректного определения экстремума только в том случае, если он лежит внутри, а не на границе области возможных значений аргументов. Требуется дополнительный анализ значений минимизируемой функции на границах допустимой области изменения параметров.
Математическая формулировка задачи комплексной оптимизации системы охлаждения может быть записана следующим образом. Необходимо минимизировать функцию: -- год ГОД L1 В! А OB) ops1 xiis- pj Jspj JLps VJXHJ с учетом всех конструктивных и технологических ограничений.
Для решения сформулированной задачи комплексной оптимизации системы охлаждения могут быть применены известные математические методы поиска экстремума функции многих переменных [37]. В данной работе применен один из методов направленного поиска экстремума функции - метод покоординатного спуска, который используется1 в оптимизационных, расчетах технических систем средней сложности..
На первом этапе решения задачи фиксируются значения всех параметров (FB, F0B, FXH, Lp, GBp, GLp, GXH), кроме первого (FB), и определяется оптимальное значение этого параметра FBorfT из условия минимума функции: г. CKO_o ско гр у 3 год -3 год ІА в J Fo в. Fop, FXH, Lp, G вр, GLp, GXH Далее определяется минимум функции: о CKO_ri СКО гр т год год L"oeJ FB, Fop.Fxii,Lp, Gep, GLp, GXH» то есть при изменении только второго параметра (F0B). При этом площадь поверхности АВ О (FB) фиксируется при найденном выше оптимальном значении; Цикл оптимизации заканчивается после определения минимума функции = 3год [GXH] FB, FOB, Fop, FXH, Lp, GBP, GLP при изменении параметра GXH, что со ско _ о ско год О опт хн ответствует равенству GXH= G„
Число необходимых циклов, то есть количество суммарных итераций при определении оптимального значения всех параметров, зависит, в частности, от удачного выбора характеристик базового варианта, то есть от начального приближения. В: случае оптимизации действующих систем охлаждения в качестве начального приближения принимаются характеристики, действующей установки; При оптимизации проектируемых систем начальные значения оптимизирующих параметров принимаются на основе расчетов элементов системы по общепринятым методикам.
Другим немаловажным этапом . комплексной оптимизации является осуществление шага по направлению спуска. В случае оптимизации конструктивных параметров (площадей поверхности: АВО, теплообменников) величина шага определяется площадью поверхности теплопередачи установленных теплообменников. При меньшем шаге спуска возможно: отклонение оптимального значения от стандартной площади поверхности с коэффициентом запаса больше или меньше единицы. Вэтом случае выбор оптимальной площади поверхности осуществлялся на: основе анализа чувствительности оптимума \ изменяющейся части годовых расчетных затрат. При оптимизации расходных характеристик; шаг спуска обуславливается возможностью практического регул ир ова-ния производительности того или иного оборудования (насосов, вентиляторов). Если система автоматизации электропривода основана на частотном регулиро-вании или других аппаратных средствах: (гидромуфтах), то расчеты целесообразно выполнять с. более мелким шагом, поскольку найденное значение оптимума будет обеспечено в действующих системах. При дискретном регулировании числом включенных насосов и вентиляторов шаг расчетов определяется исходя из диапазона производительности единичных агрегатов.
Погрешность в определении оптимальных значений параметров определяется ; заранее заданной степенью точности; При оптимизации расходных характеристик погрешность в определении оптимальных значений будет определяться точностью измерительных приборов. Как правило, точность приборов І измерения расхода составляет 1-2%.
При; оптимизации характеристик проектируемых, систем охлаждения ис-пользовались формулы, приведенные в главах 3.1, 3.2, 3.3..
Для установки: абсорбционной очистки водородсодержащего газа (BGF) раствором ДЭА был проведен анализ влияющих факторов на проектируемые характеристики системы охлаждения абсорбента.
Оптимизация системы охлаждения установки абсорбционной очистки природного газа Мубарекского ГПЗ
Комплексная оптимизация эксплуатационных и расчетных характеристик системы; комбинированного охлаждения была выполнена для іустановки очистки природного газа Мубарекского ШЗ; технологическая;схема? которой представлена на рис; 3 приложения 4..
В качестве базового варианта был принят вариант действующей установки очистки; Данные по установленному оборудованию, а также технологическим параметрам процессов приведены в таблице 3 приложения 41
Переменные режимы, работы: системы охлаждения: отличаются; параметрами окружающего воздуха. Изменение: метеорологических условий в .течение: года - можно: оценить по кривым стояния среднесуточ ных температур для соответствующего региона расположения установки: На рис: 3.10 представлен график среднесуточных температур.- по- сухому термометру; построенный для- VII климатической зоны. В качестве расчетных температур; приняты температуры 15; 25, 35,45 G с соответствующим временем стояния по ступенчатой линии.
Количество очищаемого: газа 70м7с: давление газа?5,2;..5:,5 МПа, содержание кислых компонентов в газе до 25: объем. %. Теплообменное оборудование : блокам представлено, аппаратами- кожухотрубного типа m аппаратами воздушного охлаждения с зигзагообразным расположением:секций (АВЗ-Д). Суммарная; площадь г поверхности; установленных аппаратов составляет соответственно: - теплообменников - регенераторов теплоты FPEr = 9900 м2; - аппаратов воздушного охлаждения F = 81000 м2; - водоохлаждаемых теплообменников F ,= 2265 м .
ОН Капитальные:затраты на теплообменное оборудование (АВО,\ теплообменники;— регенераторы, водоохлаждаемые теплообменники) определялись из? баз данных, составленных по прейскурантам - каталогам заводов — изготовителей с учетом коэффициентов пересчета к существующему уровню цен. Обогрев кипятильника десорбера осуществляется водяным паром, вырабатываемым на предприятии. Себестоимость вырабатываемой теплоты составляет 70 руб/ГДж. Результаты расчетов для рассмотренной системы охлаждения представлены в табл. 4.3:
Полученные результаты позволяют выполнить сравнительный анализ обеспечивающей системы охлаждения на установке очистки природного газа, выбор расчетных и;эксплуатационных, характеристик которых- осуществляется по предложенной методике и действующей установки очистки.
Как и на установке гидроочистки АГПЗ, на действующей установке очистки природного газа имеют место заниженные оптимальные расходы охлаждающих сред при переменных режимах эксплуатации. Выполненные расчеты показывают, что -. годовой экономический эффект от оптимизации расчетных и эксплуатационных характеристик: при-принятых тарифах на электроэнергию и: охлаждающую воду составит величину. 5-6,5 руб на 1000 м- очищаемого газа;
Анализ результатов оптимизации конструктивных характеристик (рис. 4.3, 414) показывает, что при изменении площади поверхности теплообменников, охлаждаемых водой, минимальные эксплуатационные затраты достигаются при F_B = 1527 м2. Однако температура подаваемого в абсорбер раствора в этомг случае превышает допустимые значения-(для рассматриваемой; установки очистки природного газа эта температура не должна превышать 40-45 С), что может привести к увеличению остаточного количества кислых компонентов в газе, а также к увеличению влагонасыщенности газа: При FQB = 2860 ми FB = =90000 м2 достигаются оптимальные режимы эксплуатации системы. На действующей; установке значения площади поверхности теплообменников, охлаждаемых водой, и АВО занижены, что и привело.к напряженным режимам эксплуатации в жаркий период года.
Результаты расчета эксплуатационных затрат при изменении площади поверхности теплообменника — регенератора (рис. 4.4) показывают, что установленное оборудование обеспечивает эксплуатацию действующей установки с минимальными эксплуатационными затратами только при увеличенной по сравнению с проектной площадью поверхности ABO (Fg= 90000 м). Поэтому требуется дополнительная интенсификация теплообмена и увеличение поверх ности аппаратов - утилизаторов теплоты потоков насыщенного и регенерированного абсорбента.
Одним из технологических факторов, оказывающих влияние на показатели системы охлаждения абсорбционно-десорбционного блока, является расход абсорбента. Увеличение расхода абсорбента позволяет интенсифицировать процесс абсорбции, снизить остаточное количество кислых компонентов в газе. При этом возрастают затраты в системе регенерации абсорбента на тепловую энергию в десорбере, в системе охлаждения регенерированного абсорбента, а также затраты на электроэнергию для насоса циркуляции абсорбента.
