XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Настоящее время характеризуется высоким потреблением энергетических ресурсов и его дальнейшем стабильным ростом. Причиной этому является процесс индустриализации, проходящий в большинстве стран современного мира. Результатом такого быстрого роста потребления энергии является напряженное положение в энергетике государств, которые не располагают природными запасами топлива, или имеют его в незначительном количестве. Однако и в странах с болшими собственными энергетическими ресурсами, как, например, в нашей стране, имеет место резкое увеличение затрат на добычу и производство топлива, так как месторождения полезных ископаемых зачастую находятся в отдаленных, труднодоступных районах со слаборазвитой инфраструктурой и с суровыми природно-климатическими условиями. Экономия топливно-энергетических ресурсов – одна из важнейших проблем, решению которой во всем мире уделяется большое внимание.

В настоящее время наиболее перспективным направлением экономии энергии является использование теплоты продуктов сгорания природного газа для различных целей, например, технологических нужд, теплоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха. К сожалению, традиционные системы указанных потребителей не всегда позволяют рационально использовать вторичные энергоресурсы.

Газовая промышленность является одним из самых крупных потребителей природного газа и энергии.

На долю газотранспортной системы приходится около 85% основных производственных фондов ПАО «Газпром», на нужды транспорта расходуется около 70% от общего потребления газа ПАО «Газпром», а потенциал энергосбережения при транспортировке газа оценивается ПАО «Газпром» величиной порядка 85% от общей экономии топливно-энергетических ресурсов в отрасли.

Основные потребители газа – объекты и оборудование, обепечивающие его транспортировку. Сеть магистральных газопроводов России имеет протяженность более 140 тыс. км., из них газопроводы большого диаметра (1020-1420 мм) составляют свыше 60%. На газопроводах действуют 245 компрессорных станций (далее – КС) суммарной установочной мощностью около 40 млн. кВт. Средняя дальность транспортировки газа составляет 2512 км.

Немалозначимыми источниками вторичных энергетических ресурсов являются газотурбинные установки, которые применяются для привода центробежных нагнетателей газа, устанавливаемых на компрессорных станциях магистральных газопроводов, в нефтедобывающей промышленности для привода буровых установок, а в нефтепереработке – для привода компрессоров.

Потребеление топливного газа газотурбинными установками составляет около 50 млрд. м³/год, а потребление электроэнергии газоперекачивающими агрегатами с электроприводом около 16 млрд. кВт∙ч/год. В настоящее время на компрессорных станциях эксплуатируется 31 типоразмер газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным (85%), электрическим (14%) и поршневым (1%) приводами. Парк газоперекачивающих агрегатов на газопроводах России по мощности превосходит суммарную мощность компрессорных станций всего остального мира. На рисунке 1 представлен процент использования агрегата относительной суммарной мощности всех компрессорных агрегатов с газотрубинным приводом России.

Природный газ практически не требует промежуточных теплоносителей. Это приемущество газа содержит в себе большие резервы экономического эффекта, так как позволяет создавать принципиально новые технологические процессы с вытеснением дефицитных материалов. Универсальность природного газа как топлива обеспечивает ему широкое применение в автономных агрегатах для непосредственного нагрева изделий, в отопительных установках и т.п. Продукты сгорания природного газа, которые можно рассматривать как высококачественный теплоноситель (в них, как правило, отсутствуют примеси и твердые частицы), выбрасываются часто с высокой температурой (400℃ и выше) в атмосферу. Однако применение этих продуктов сгорания в качестве теплоносителя в комплексе энергопотребляющих установок могло бы дать существенный экономический эффект.

Под комплексом энергопотребляющих установок имеются ввиду системы, в которых продукты сгорания последовательно направляются из высокотемпературного источника в средне- и низкотемпературные установки (технологическое оборудование, системы теплоснабжения, вентиляции и т.п.). Такие системы принято называть системами комплексного использования теплоты продуктов сгорания природного газа.

Рисунок 1 – Процент использования агрегата относительной суммарной мощности всех компрессорных агрегатов с газотрубинным приводом

Главной задачей по обеспечению экономичности газоперекачивающего агрегата является постепенная замена устаревших низкоэффективных агрегатов на агрегаты нового поколения как стационарного, так авиационного и судового типов с КПД 32-38%. Повышение эффективности использования газа в таким газоперекачивающих агрегатах может быть достигнуто за счет освоения более высоких начальных параметров (температуры газов перед лопатками турбины 1000-1100℃ и степени сжатия 15-20), а также за счет создания более сложных термодинамических схем с промежуточным охлаждением, перегревом и высокой степенью регенерации.

Основные пути использования физической теплоты продуктов сгорания газотурбинных газоперекачивающих агрегатов следующие: регенерация теплоты, нагрев теплофикационной и технологической воды, агротеплофикация, комплексное использование теплоты.

С продуктами сгорания газотрубинных установок, отводимыми в атмосферу при темепературе 350-540℃, теряется около 70% теплоты, выделяющейся при сгорании топливного газа. Поэтому важнейшим резервом экономии природного газа на компрессорных станциях является утилизация физической теплоты продуктов сгорания газотурбинной установки.

Список литературы:

Белоконь Н.И. Газотрубинные установки компрессорных станций магистральных газопроводов. – М.: Недра, 1969. – 109 с.

Козаченко А.Н. Эксплуатация компрессорных станций магистральных газопроводов. – М.: Нефть и газ, 1999. – 463 с.

Лопатин А.С. Энергосбережение при трубопроводном транспорте природного газа / А.С. Лопатин // Территория НЕФТЕГАЗ. – 2010. - №3 – с. 88-92.

Могильницкий И.П. Газотурбинные установки в нефтяной и газовой промышленности. – М.: Недра, 1971. – 159 с.

Шанин Б.В. Энергосберегающие установки в промышленности и защита воздушного бассейна : учеб. пособие для инж.-строит.итеплотехн.спец. / Б.В. Шанин, Е.Е. Новгородский, В.А. Широков. – Н. Новгород : Волго-Вят. Кн. Изд-во, 1991. – 256 с.

Шанин Б.В. Энергосбережение и охрана воздушного бассейна при использовании природного газа: Учебное пособие / Б.В. Шанин, Е.Е. Новгородский, В.А. Широков, А.Ф. Пужайло. – Н. Новгород, 1998. – 384 с.