Особенности регулирования температурных режимов установок воздушного охлаждения газа для различных условий сезонной эксплуатации Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 621.51+621.565.94S

И. А. ЯНВАРЁВ

Омский государственный технический университет

ОСОБЕННОСТИ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ РЕЖИМОВ УСТАНОВОК ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ГАЗА ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЙ СЕЗОННОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ_____________________________________

Важнейшей особенностью использования частотно-регулируемых приводов (ЧРП) вентиляторов установок воздушного охлаждения газа является возможность адаптировать режимы охлаждения для различных условий сезонной эксплуатации не только в зависимости от соответствующей среднемесячной температуры наружного воздуха, но также и в рамках посуточной или почасовой эксплуатации установки. Проведенный анализ показывает, что в результате применения ЧРП для одной из КС ООО «Газпром трансгаз Югорск» по сравнению с дискретным регулированием возможность годовой экономии электроэнергии с учетом посуточных текущих изменений температур атмосферного воздуха составляет около 2500 тыс. кВт-час, что на 25% больше годовой экономии для среднемесячных проектных температур.

Ключевые слова: установка воздушного охлаждения газа, режим охлаждения, частотно-регулируемый привод вентиляторов, экономия электроэнергии.

Эффективность установок воздушного охлаждения газа (УВОГ) на компрессорных станциях (КС) связана с обеспечением оптимальных режимов работы теплообменного оборудования в течение сезонной эксплуатации [1—5].

Применение современных технологий автоматизированного управления технологическими процессами, в свою очередь, позволяет формировать необходимые температурные режимы транспортировки газа, как при помощи дискретного, порядного отключения части аппаратов воздушного охлаждения (АВО) или отдельных вентиляторов [3], так и за счет частотного регулирования их приводов (ЧРП) [4, 5].

В общем случае при экономическом решении задачи обоснованного выбора температурного режима и способа его регулирования необходимо определить стоимость жизненного цикла УВОГ С^цГ, оснащенной требуемым для этих целей оборудованием. В качестве локальных критериев эффективности УВОГ при этом можно принять потребление электроэнергии N , ее стоимость С , а также срок

1 1 эл охл' 1

окупаемости используемого оборудования т [6].

В практике проектирования принято, что годовые эксплуатационные расходы УВОГ Эгод, включающие затраты на привод вентиляторов Сохл должны определяться последовательно для каждого месяца при средней температуре наружного воздуха и обоснованном значении оптимальной температуры охлаждения . Последняя может быть получена на этапе энергетической оптимизации технологического участка (ТУ). Уровень t^ обеспечивается при дискретном регулировании — количеством включенных вентиляторов АВО, а при частотном регулировании путем изменения их производительности.

Данная задача позволяет определить годовые эксплуатационные расходы на привод вентиляторов, используя график загрузки КС, последователь-

но для каждого j-го месяца при соответствующей средней температуре наружного воздуха t£. Оценив капитальные затраты на строительство yBOr с различными типами систем автоматического управления (СЛУ), можно сделать выводы о рациональности способа регулирования производительности вентиляторов ABO газа.

Тогда при сезонной эксплуатации в течение 12-ти месяцев задачу оптимизации можно сформулировать следующим образом:

V= opt WoSl'ta,CAY ABO)

• С САУ ABO

(1)

LОХЛ ОХЛ lOXA ' ' 1

где , f2£=ta;'}'

ta={tj ), .

Результаты расчетов yBOr, выполненной на базе 14-ти двухвентиляторных ABO типа 2ABr-75C при дискретном и частотном способах регулирования для реализации помесячно-оптимальных режимов охлаждения, в зависимости от соответствующей средней температуры наружного воздуха j-го месяца приведены на рис. 1.

Для дискретного способа регулирования учитывалось влияние на аэродинамические характеристики изменение угла установки лопастей вентилятора 0 на зимний и летний режимы работы.

На рис. 1 отражена динамика изменения среднемесячных расходов электроэнергии, затрачиваемой на охлаждение газа до заданной фиксированной температуры t™ =t№=t%£ .

Полученные расчетные результаты применительно к 2ABr-75C близки к экспериментальным данным [4]. B нашем случае, в результате примене-

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) 2012 ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) 2012

Таблица 1

Годовые расходы электроэнергии на привод вентиляторов при помесячном регулировании

Расход электроэнергии Оэл, тыс. кВт'час

При дискретном помесячном регулировании 7172,5

При частотном помесячном регулировании 5243,7

Экономия за год от применения ЧРП 1928,8

Таблица 2

Месячные расходы электроэнергии на привод вентиляторов при посуточном регулировании для марта

Расход электроэнергии Оэл, тыс. кВт'час

При дискретном посуточном регулировании 589,7

При частотном посуточном регулировании 385,1

Экономия за месяц от применения ЧРП 204,6

Таблица 3

Годовые расходы электроэнергии на привод вентиляторов при посуточном регулировании

Расход электроэнергии Оэл, тыс. кВт'час

При дискретном посуточном регулировании 6511,2

При частотном посуточном регулировании 3922,9

Экономия за год от применения ЧРП 2588,3

входе {£. Значения всех этих параметров в рамках сезонной эксплуатации могут существенно отличаться от предполагаемых (задаваемых при проектировании).

Тогда в общем случае задачу оптимизации для каждого у-го месяца эксплуатации можно сформулировать в следующем виде

у = оР1Щ 44,01кс,САУ АВО)

/°рО' -1ЧРП1 _*АР]

1пхл 1пхл кПХЛ '

(2)

ния ЧРП максимальная экономия электроэнергии за месяц составляет около 250 тыс. кВт-час, а годовая экономия — около 1900 тыс. кВт-час, что составляет соответственно порядка 60% и 30% по сравнению с расходами электроэнергии при дискретном регулировании.

Годовые расходы электроэнергии на привод вентиляторов при дискретном и частотном помесячном регулировании производительности отражены в табл. 1.

Однако использование частотно-регулируемых приводов (ЧРП) позволяет реализовывать оптимальные режимы охлаждения не только помесячно, в зависимости от соответствующей средней температуры наружного воздуха ^ у-го месяца, но также и в рамках эксплуатации УВОГ для отдельного месяца (в зависимости от средней температуры наружного воздуха г'-го дня у-го месяца) или в течение суток (в зависимости от средней температуры наружного воздуха к-го часа г-го дняу-го месяца).

Эта возможность является весьма существенной, так как перепады температур атмосферного воздуха в рамках заданного временного периода (месяц, сутки) могут достигать значительных величин. Например, Ata температур атмосферного воздуха для КС ООО «Газпром трансгаз Югорск» составляет в среднем для каждого месяца около 20 °С (рис. 2).

Как видно из графика перепад температур атмосферного воздуха At =At — At в течение

1 1 а а тах а тт

месяца составляет примерно от 8 (август) до 32 (ноябрь) градусов, а в среднем для каждого месяца в течение всего года около At =20°С.

^ а ср

Учет изменений температур атмосферного воздуха $ в течение месяца может быть осуществлен путем формирования режима охлаждения у-го месяца ^04д = {с*07 (, где =^И\Тепловая эф-

фективность УВОГ зависит также от текущих производительности КС и температуры газа на ее

где , , ц=у }, 4 =

= {(/ [ Ож = {о!с ^ Кохл = {%&}‘ }— режим охлаж-денияу-го месяца, ./' = 1,12 , г =1,30(31).

Результаты расчетов УВОГ, выполненной на базе 14-ти двухвентиляторных 2АВГ-75С при дискретном и частотном способах регулирования для реализации посуточно-оптимальных режимов охлаждения, в зависимости от соответствующей средней температуры наружного воздуха ^ иго дня у-го месяца приведены в табл. 2 и на рис. 3 и 4.

На рис. 3 отражена динамика изменения среднесуточных расходов электроэнергии, затрачиваемой на охлаждение газа до заданной фиксированной температуры на примере марта

0=3).

Годовые расходы электроэнергии на привод вентиляторов при дискретном и частотном посуточном регулировании производительности отражены в табл. 3.

На рис. 4 отражено сравнение годовых расходов электроэнергии на привод вентиляторов при помесячном и посуточном регулировании в течение года.

Проведенный анализ показывает, что в результате применения ЧРП по сравнению с дискретным регулированием возможность годовой экономии с учетом посуточных текущих изменений температур атмосферного воздуха составляет около 2500 тыс. кВт-час, что на 25% больше годовой экономии для среднемесячных проектных температур.

Таким образом, в результате расчетов УВОГ, выполненных на базе 14-ти двухвентиляторных 2АВГ-75С для реализации помесячно-оптимальных режимов охлаждения газа годовая экономия энергопотребления от применения частотного способа регулирования составила около 1900 тыс. кВт-час, что составляет соответственно порядка 30% по сравнению с расходами электроэнергии при дискретном регулировании.

При применении ЧРП по сравнению с дискретным регулированием возможность годовой экономии энергопотребления с учетом посуточных текущих изменений температур атмосферного воздуха составляет уже около 2500 тыс. кВт-час, что на 25% больше годовой экономии для среднемесячных проектных температур.

Библиографический список

1. Алимов, С. В. Аппараты воздушного охлаждения газа: опыт эксплуатации и пути совершенствования / С. В. Алимов, В. А. Лифанов, О. Л. Миатов // Газовая промышленность. — 2006. - № 6. - С. 54-57.

2. Аршакян, И. И. Повышение эффективности работы установок охлаждения газа / И. И. Аршакян, А. А. Тримбач // Газовая промышленность, 2006. — № 12. — С. 52-55.

оэл.

тыс.кЕ

700.0

600.0

500.0

400.0

300.0

200.0 100,0

0.0

т*час 2АВГ-75С(ДР)

\ >7 г /

г / / Ч ч / / ч

/ / \ \

1* 2АВ Г-75С(1 НРП) \ X

/ / 1 ( ч

■ ч 1

б 7 месяцы

Рис. 1. Расход электроэнергии на привод вентиляторов УВОГ

при дискретном (----------) и частотном (..........)

помесячном регулировании производительности

Рис. 2. Изменения температур атмосферного воздуха

Рис. 3. Расход электроэнергии на привод вентиляторов УВОГ

при дискретном (----------) и частотном (...........)

посуточном регулировании производительности для марта

Рис. 4. Расход электроэнергии на привод вентиляторов УВОГ при дискретном и частотном помесячном и посуточном регулировании производительности

3. Шпотаковский, М. М. Оптимизация режимов работы установок воздушного охлаждения газа на КС / М. М. Шпотаковский // Газовая промышленность — 2005. — № 11. — С. 51-53.

4. Загоринский, Э. Е. Эффективность применения частотно-регулируемых приводов в АВО газа на КС / Э. И. Загоринский, А. И. Гулиенко // Газотурбинные технологии. — 2007. — № 9. — С. 32 — 35.

5. Модернизация вентиляторов АВО газа при реконструкции КС МГ / С. В. Алимов [и др.] // Газовая промышленность. — 2009. — № 4. — С. 54 — 56.

6. Крупников, А. В. Анализ эффективности регулирования режимов работы аппаратов воздушного охлаждения газа на

компрессорных станциях / А. В. Крупников, А. Д. Ваняшов, И. А. Январёв // Химическое и нефтегазовое машиностроение. -2010. - № 1. - С. 19-23.

ЯНВАРЁВ Игорь Анатольевич, кандидат технических наук, доцент кафедры теплоэнергетики.

Адрес для переписки: e-mail: [email protected]

Статья поступила в редакцию 09.02.2012 г.

© И. А. Январёв

Книжная полка

621.3/Б46

Бенда, Д. Поиск неисправностей в электрических схемах / Д. Бенда. - СПб. : БХВ - Петербург, 2011. -245 с. - ISBN 978-5-9775-0359-4.

В книге обобщен многолетний опыт практической работы и приведены проверенные методики поиска неисправностей для различных электронных устройств. На большом количестве примеров аналоговых и цифровых блоков, программируемых контроллеров и компьютерной техники показан системный подход и специфика поиска неисправностей в электрических схемах. Рассмотрены основные правила проведения технического обслуживания, фазы поиска неисправностей, диагностика устройств, тестирование электронных компонентов.

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) 2012 ЭЛЕКТРОТЕХНИКА- ЭНЕРГЕТИКА