ВОПРОСЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ КОТЕЛЬНОЙ НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕГО ПРЕДПРИЯТИЯ

Объектом модернизации является котельная нефтеперерабатывающего предприятия. Котельная  расположена в существующем здании, в осях А – Д  1 – 17 с размерами 24х90.6 м. Высота основного здания 23,5 м. Согласно ФЗ-261 от 23 ноября 2009 г. «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» [1] и собственной политикой предприятия  разработан проект модернизации  котельной. По проекту  предусмотрена замена физически и морально устаревших питательных насосов марки ЦНГС-60-264 на более экономичные вертикальные насосы KSB типа Multitec марки V 65/6-5.1 22.81 и установка частотных преобразователей на электродвигатели  питательных насосов, вентиляторов и дымососов котлов марки Е-50-1.4-225ГМ. Данные мероприятия позволят обеспечить безопасные и более комфортные условия труда, экономию электроэнергии, снизить износ подшипников двигателя и насоса, а также крыльчатки за счет плавного изменения числа оборотов. Отсутствие больших пусковых токов, позволит увеличить межремонтный период. [5]

Котельная предприятия  предназначена для выработки пара с давлением  1,4 МПа и температурой  225°С. К основному оборудованию относятся:

• Котел Е-50-1.4-225ГМ – 4 шт.
• Пит. Насос ЦНСГ 60-264 – 6 шт.
• Сепаратор газа
• Теплообменник умягченной воды
• Теплообменник природного и сухого газа
• ЦВД – 200
• Дымососы
• Вентиляторы

Снабжение котельной газом предусмотрено от наружных сетей  высокого давления Р=0,4 МПа. [2]  Природный газ поступает с газорегуляторного пункта по линии природного газа в сепаратор О-2, сухой газ поступает с ЦГФУ(центральная газофракционирующая установка) в линию природного газа перед Т-1 и подается в сепаратор О-2, абгаз подается с ИФ-2,3 в сепаратор, далее смесь газов подается на горелки котлов. Состав газа представлен в таблице 1. Для снижения давления газа от Р=0,4 МПа  до Р= 0,1 МПа перед каждым котлом установлен регулирующий клапан Flowserve Max Flo 3 (Ду80 Ру40).

Таблица 1. Состав газов для котельной.

	Природный газ	Сухой газ	Абгаз
Метан,%	92,8	11,59	17,78
Этан,%	2,8	62,73	2,4
Пропан,%	0,9	25,58	16,13
Бутан,%	0,4	—	0,09
Пентан,%	0,1	—	—
Пропилен,%	—	0,07	13,44
Изобутан,%	—	0,03	1,22
Водород,%	—	—	13,62
Азот,%	—	—	26,75
Углекислый газ,%	—	—	1,91
Изобутилен,%	—	—	0,81
Бутилен,%	—	—	0,08
Низшая теплота сгорания, ккал	8730	15148	4110

 Описание тепловой схемы котельной

      Перегретый пар из котлов поступает в общую паровую магистраль котельной с давлением 1,1 МПа и далее к потребителям. Часть пара идет  на собственные нужды котельной:

• через паропровод с давлением пара 0,6 МПа для обогрева сепаратора, теплообменника Т–1 и теплоспутников на наружной установке, образовавшийся конденсат собирается в общий коллектор и поступает в деаэрационные баки Е – 9;
• через паропровод с давлением 0,12 МПа пар поступает на центробежно-вихревой  деаэратор (ЦВД), находящийся на наружной установке;
• через паропроводом с давлением 0,16 МПа пар поступает в деаэрационные баки на барботаж.

Конденсат от потребителей возвращается в емкости Е 41 на отделении ИФ-8 откуда насосами Н41 подается через клапанную сборку  в ЦВД.

Умягченная вода подается по трубопроводам с отделения  химводоочистки (ХВО) с температурой до 40°С в теплообменник Т–3 подогревается и подается в теплообменник Т–10, а затем подается в ЦВД.

В ЦВД из воды удаляются растворенные в ней агрессивные газы СО₂ и О₂, которые по паропроводу выпаров поступают в теплообменник Т–10, охлаждаются и образовавшийся конденсат поступает в деаэрационные баки Е 9, а оставшийся пар удаляется в атмосферу. Из деаэрационных баков  питательная вода с температурой 102-105°С  поступает на питательные насосы. А затем подается в котлы.

Непрерывная продувка осуществляется с выносных циклонов котла, собираясь в общий коллектор подается на теплообменник Т–3, после в гидрозатвор, заглубленную емкость Е – 15 и из нее поступает в колодец.

Расчет и подбор питательных насосов

Питательные насосы выбираются по полной производительности и полному напору. В соответствии со СП 89.13330.2012 «Котельные установки»  [3]  при определении производительности следует учитывать расход на питание всех паровых котлов и на непрерывную продувку котлов, для котлов с давлением пара до 1.4МПа она составляет от 0.5 до 10% от производительности котла. Так как схема питательной воды не изменяется, то подбор питательного насоса можно осуществить по имеющимся параметрам установленных насосов, т.е. необходимый напор 264 м.в.ст. и производительность 60 м³/ч. При выборе основными критериями являлись шум и КПД питательного насоса.

Расчет производительности питательного насоса.

Q_П.Н.=1,1D

где 1,1 – коэффициент запаса по паропроизводительности

      D – максимальная производительность котельной

Q_П.Н. = 1,1*200 = 220 т/ч

Напор который должен обеспечить питательный насос определяется по формуле

Н_П.Н. = 1,15(Р_б-Р_Д) + Н_с + Н_г

 где 1,15 —  коэффициент запаса по напору

Р_б – избыточное давление в барабане котла, м.в.ст.

Р_Д – избыточное давление в деаэраторе котла, м.в.ст.

Н_г  – перепад давления, м

Н_с – суммарное сопротивление всасывающего и напорного трактов питательной воды, м

Н_П.Н. = 1,15*(140-12) + 93 + 1,5 = 241,7м

Необходимая производительность насосов составляет  220 т/ч. По каталогу подбирается  насос с напором 264 м.в.ст. К установке принимаем 6 питательных насосов KSB Multitec V65/6-5.1 22.81 , два из которых резервные. [6] Преимущества таких насосов:

• высокий КПД;
• сокращение эксплуатационных расходов;
• неохлаждаемый сальник;
• простая и быстрая замена уплотнения вала;
• высокий срок службы подшипников качения и уплотнения вала;
• рассчитан на пуско/остановочные режимы

Также для обеспечения плавного пуска и осуществления контроля по давлению в питательном трубопроводе необходимо установить преобразователи частоты. Преобразователи частоты имеют свои преимущества, а именно:

• плавное регулирование скорости вращения электродвигателя позволяет в большинстве случаев отказаться от использования редукторов, вариаторов, дросселей и другой регулирующей аппаратуры, повышает ее надежность и снижает эксплуатационные расходы;
• частотный пуск управляемого двигателя обеспечивает его плавный без повышенных пусковых токов и механических ударов разгон, что снижает нагрузку на двигатель и связанные с ним передаточные механизмы, увеличивает срок их эксплуатации;
• встроенный микропроцессорный ПИД-регулятор позволяет реализовать системы регулирования скорости управляемых двигателей и связанных с ним технологических процессов;
• применение обратной связи системы с частотным преобразователем обеспечивает качественное поддержание скорости двигателя или регулируемого технологического параметра при переменных нагрузках и других возмущающих воздействиях;
• экономия электроэнергии при использовании регулируемого электропривода для насосов в среднем составляет  25 — 75 % от мощности, потребляемой насосами при дроссельном регулировании.

Для увеличения энегроэфективности необходимо установить частотно-регулирующие преобразователи на электродвигатели вентиляторов и дымососов котлов. В данный момент в котельной  для регулировки рабочих параметров котла по давлению воздуха перед горелкой и разряжение в топке котла используется МЭО (механизм электрический однооборотный). Электродвигатель работает на полную мощность, выдавая постоянно максимальные обороты, а регулирование параметров осуществляется за счет изменения проходного сечения шибера. При установке частотно-регулируемого преобразователя во время работы котла шибер на вентиляторе и на дымососе котла будут открыты полностью, а регулирование параметров будет осуществляться за счет оборотов электродвигателя.

Подбор осуществляется по мощности эл.двигателя. Сравнив функционал и стоимость нескольких производителей,  принимаются 3 преобразователя частоты Delta VFD-750CP43E-21 для питательных насосов и 8 преобразователей Delta VFD-1320CP43E-21 для дымососов и вентиляторов котлов.  [7]

Расчет срока окупаемости проекта.

По данным взятым из каталогов фирм производителей оборудования рассчитаем общие затраты на покупку нового оборудования.

Стоимость одного питательного насоса KSB Multitec V65/6 – 5 1 22.81. составляет 990000 руб., соответственно для покупку 6 насосов потребуется 5940000 руб., стоимость преобразователей частоты  Delta серия VFD750CP43B-21 составляет 264000 руб., для покупки 3 штук потребуется 792000 руб., стоимость преобразователя частоты  Delta VFD-1320CP43E-21 – 343000 руб., для покупки 8 штук потребуется 2744000 руб.

Общие затраты на модернизацию составят:

К = 5940000+792000+2744000=9476000 руб.

где К — капитальные затраты

Рис.1 Затраты на электроэнергию до модернизации и после.

Срок окупаемости проекта:

Т_ок = КВ/П,

где Т_ок— срок окупаемости, год

      К – капитальные затраты, руб.

      П – общая прибыль, руб.

Т_ок = 9476000/4992969,6 = 1,9 год

Сравнив затраты на электрическую энергию до модернизации и после, в результате  расчета срок окупаемости составил 1,9 года.

Список используемых источников.

1. ФЗ-261 от 23 ноября 2009 г. «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации»
2. СП 62.13330.2011 «СНиП 41-02-2003 Газораспределительные системы»;
3. СП 89.13330.2012 «СНиП II-35-76 Котельные установки»;
4. Соколов Б.А. Котельные установки и их эксплуатация / Б.А. Соколов. — 2-е изд., испр. — М.: Издательский центр «Академия», 2007. — 432 с.
5. Касаткин В.В., Тестоедов В.В., Русинова Н.Г. Альтернативные варианты развития энергетического комплекса Удмуртской республики с использованием мини-ТЭЦ. Вестник ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет им. В.П.Горячкина». Агроинженерия. 2014 — № 3(63) с 40-44
7. https://www.delta-electronics.info.[schema type=»book» name=»ВОПРОСЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ КОТЕЛЬНОЙ НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕГО ПРЕДПРИЯТИЯ» author=»Бердников Евгений Алексеевич, Русинова Надежда Германовна» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-03-29″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_30.04.2015_04(13)» ebook=»yes» ]