«Минский мебельный салон-2000»

Актуальность вопроса

В газовых магистралях, проходящих по территории Беларуси, природный газ транспортируется под давлением 35-55 атмосфер в зависимости от удаления от компрессорной станции. Столь высокое давление газа в магистралях принимается из чисто экономических соображений в целях достижения оптимального соотношения между пропускной способностью газопровода и расходом энергии на перекачку газа.

Для потребителей такое давление газа совершенно не нужно. Поэтому местные городские системы газоснабжения имеют стандартные давления газа 12, 6 и 3 атмосферы, а в потребительские аппараты природный газ подается с давлением 1-2 атмосферы. Снижение давления газа от магистрали до потребителя в настоящее время на всех ступенях осуществляется путем дросселирования с полной потерей избыточной механической энергии, ранее затраченной на сжатие газа в компрессорах.

Как показывают расчеты, величина этой потери в среднем составляет около 77 Вт/Нм 3. Это означает, что в масштабах РБ, при годовом потреблении газа порядка 16 млрд Нм 3, общая потеря энергии от дросселирования газа превышает 1,2 млрд кВтч в год, а в расчете на топливо 147 тыс. тонн условного топлива в год. Много это или мало можно видеть из сопоставления с планируемым уровнем энергосбережения в республике. Согласно утвержденной программе энергосбережения за два года намечается сэкономить 0,27% энергоресурсов от их суммарного потребления, что равносильно величине в 43 тыс. тонн условного топлива в год. Даже если удастся сократить потери энергии от дросселирования природного газа только на треть, то и в этом случае энергосберегающий эффект окажется сопоставимым с планируемым энергосбережением в масштабе Беларуси.

Успех в практическом решении этого вопроса в значительной мере будет зависеть от удачно выбранной технологии преобразования избыточной механической энергии природного газа (инженерный фактор) и от заинтересованности участвующих прямо или косвенно в этом решении отраслевых организаций (экономический фактор). В последнем случае необходимо учитывать, что на этом направлении эффективного энергосбережения пересекаются экономические интересы ГП "Белтрансгаз", концерна "Белэнерго" и органов местного и городского управления инженерными коммуникациями.

Наиболее рациональный принцип удовлетворения экономических интересов названных организаций - это объективное распределение между ними получаемого совокупного экономического эффекта пропорционально сделанному ими вкладу и понесенному ущербу. Проще всего этот принцип реализуется путем разработки и внедрения обоснованных тарифов на конечную энергию, получаемую от преобразования избыточной механической энергии сжатого природного газа. В условиях СЭЗ "Минск" применение таких тарифов приобретает особо важное значение, так как позволяет привлечь зарубежных инвесторов к созданию рассматриваемых утилизационных установок и создать более привлекательные условия в энергоснабжении резидентов СЭЗ.

Технология преобразования избыточной механической энергии сжатого природного газа

Как показывает анализ и сравнительно небольшой опыт утилизации механической энергии сжатого природного газа в системах газоснабжения России и Украины, предпочтительнее всего для этой цели турбодетандерные агрегаты. Предложенные еще в 1938г. академиком П. Л. Капицей турбодетандеры отличаются простотой изготовления, дешевизной и легкостью обслуживания. По конструкции они представляют собой одно- или многоступенчатую турбину с неподвижными направляющими соплами и подвижными лопатками, расположенными на вращающемся роторе. Будучи соединенными с электрогенератором они позволяют получать электроэнергию и промышленный холод.

В соответствии с законами термодинамики сработка избыточного давления природного газа в турбодетандерах сопровождается резким снижением температуры газа, что становится причиной выпадения твердых гидратов воды и пропангектановой фракции и может вызывать аварии в работе агрегата.

В избежание этого негативного явления в настоящее время применяют предварительный подогрев природного газа перед турбодетандером до температуры, гарантирующей безопасную работу турбодетандера (при давлении газа на выходе из турбодетандера 3 ата этому соответствует температура минус 30°С). Природный газ подогревают и после турбодетандера в целях обеспечения нормальной работы горелочных и топочных устройств в потребительских установках.

Такая схема с двухступенчатым подогревом природного газа на первой сооружаемой в Беларуси турбодетандерной установке на Лукомльской ГРЭС, состоящей по проекту из двух блоков по 5 тыс. кВт каждый с общим производством электроэнергии 58,8 млн кВтч/год. При этом годовой расход тепла на подогрев природного газа определен в размере 51,3 тыс. Гкал, или 872 ккал/кВтч. Последнее обстоятельство, связанное с расходом тепла, следует рассматривать как существенный недостаток этой технологической схемы, требующей постороннего теплоисточника, не позволяющий реализовать практическую возможность получения холода и резко снижающий энергетическую эффективность процесса в целом.

В процессе работы над вопросами энергоснабжения в Генеральном плане СЭЗ "Минск" авторами данной статьи предложена другая более рациональная технологическая схема применения турбодетандеров на ГРС "Восточная" и ГРП "Шабаны" в г. Минске. В принципиальном виде она представлена на рисунке. Суть ее заключается в отказе от обеих ступеней подогрева природного газа до и после турбодетандера и заменой их промежуточным отводом холода из турбодетандера с улавливанием твердых и жидких фаз в сепараторах. Предлагаемая схема свободна от названных выше недостатков предыдущей схемы. Она более экономична (КПД вместо прежних 43% достигает 90%), расширяет сферу применения детандеров, так как помимо электроэнергии позволяет получать промышленный холод и жидкую пропанбутановую фракцию, пригодную к использованию на автотранспорте. Наряду с этим она обеспечивает очистку природного газа от загрязняющих примесей, что способствует значительному снижению загазованности газофицированных квартир.

В то же время предложенная схема сложнее и по техническому исполнению и в части эксплуатации. Турбодетандер должен быть изготовлен двухступенчатым с промежуточной газоплотной перегородкой и иметь в схеме теплообменник для подогрева природного газа и отвода холода посредством хладоагентов.

Для осуществления предложенной схемы необходимо обсудить ее с основным разработчиком АО "Криокор" (Россия) и сделать заказ на реконструкцию проточной части турбодетандеров с применением разделительной перегородки. Однако прежде всего над определиться с объемом заказа на изготовление и поставку таких турбодетандеров для Беларуси.

Турбодетандерная установка на ГРС "Восточная" в составе энергокомплекса СЭЗ "Минск"

Названная установка была предложена при разработке Генерального плана СЭЗ "Минск" в ГП "Минскградо" с целью максимального использования вторичных энергоресурсов в энергоснабжении СЭЗ и получения на этой базе привлекательных условий для инвесторов и резидентов СЭЗ.


Технологическая схема реконструированной турбодетандерной установки: 1 — первая ступень турбодетандера; 2 — сепаратор (пропан + бутан + вода) — газ; 3 — вторая ступень турбодетандера; 4 — электрогенератор; 5, 6 — теплообменники-холодильники; 7 — сепаратор (пропан + бутан) — вода; 8 — разделительная перегородка турбодетандера.

На ГРС "Восточная" природный газ дросселируется с исходного расчетного давления 55 атмосфер до 12 атмосфер в первой ступени и 6 атмосфер во второй. Проектный расход природного газа через ГРС 2,38 млрд Нм 3 в год. Принято, что через турбодетандерную установку будет пропускаться не более 70% годового газового потока в целях обеспечения сравнительно равномерной ее загрузки в течение суток с приближением к базовому режиму.

Предварительные расчеты показали, что на ГРС "Восточная" может быть сооружена двухблочная турбодетандерная установка с реконструированными турбодетандерами по предложенной схеме общей установленной электрической мощности 10 МВт.

Как видим, предложенная турбодетандерная установка отличается высокой экономичностью, требует в 5 раз меньше затрат, чем в энергосистеме, и обеспечивает годовую экономию топливных ресурсов природного газа в размере не менее 25 тыс. тонн условного топлива.

Виктор БАРЫШЕВ, главный специалист ИТООО "БелЭСТ",
Николай ПАЦКЕВИЧ, заместитель Председателя Мингорисполкома,
Владимир ТРУТАЕВ, главный инженер проекта ГП "Минскградо"