ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 30.11.2023
Просмотров: 31
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
, определенный с использованием в качестве критериев оптимизации энергетических затрат в денежном выражении (Сэн min) и приведенного КПД ГПА (ГПА поле max); 2 – оптимальный режим работы ГПА, определенный с использова- нием в качестве критерия оптимизации – политропного КПД процесса сжатия (пол max);
Cэн – перерасход энергетической составляющей эксплуатационных затрат при некорректном выборе критерия оптимизации
эффективности работы ГТУ, характеризующими максимальной загрузкой аг- регатов. Снижение степени сжатия по КС при недозагрузке ТУ (1–2) приводит к сдвигу характеристик, определяющих оптимальный режим работы ГТУ, в область более высоких приведенных объемных расходов технологического газа (12) (рис. 2). Вместе с тем, характеристики оптимального режима рабо- ты ЦБН остаются неизменными.
Приведенные рассуждения приводят также к выводу, что в условиях не- дозагрузки ТУ МГ оптимизация режимов работы систем компримирования КС с использованием в качестве критерия только эффективного КПД энергопри- вода ес.к также может привести к перерасходу энергозатрат на транспорт газа. Анализ методик определения системных и локальных показателей энер- гетической эффективности работы систем компримирования КС показывает, что возможно приведение всех рассмотренных показателей к одному инте-
Рис. 2. Изменение оптимального режима работы ГТУ газоперекачивающего агрегата при недозагрузке КС
гральному критерию, который учитывает колебания подачи газа по газопрово- ду, взаимное влияние объектов магистральных газопроводов, распределение нагрузки между
компрессорными станциями технологических участков МГ,
энергетическую целесообразность выбора систем компримирования и распре- деления нагрузки между ГПА в этих системах, изменение технического со- стояния энерготехнологического оборудования КС, использование в системах компримирования как топливного газа, так и электрической энергии, уровень и соотношение цен на энергоносители, режимы работы систем охлаждения природного газа на КС и энергозатраты в них.
В качестве критерия оценки энергетической эффективности работы сис- тем компримирования КС предлагается использовать перерасход энергетиче- ских затрат в денежном выражении при реализуемых режимах эксплуатации систем компримирования Сэн.с.к по сравнению со значением энергетической составляющей эксплуатационных затрат при оптимальном режиме их рабо- ты Сэн.с.к.опт
Сэн.с.к Сэн.с.к Сэн.с.к.опт. (2)
Согласно предлагаемому критерию, энергетически оптимальным режи- мом работы агрегатов в системе компримирования цеха или КС является такой режим, при котором энергетическая составляющая эксплуатационных затрат принимает минимальное значение Сэн.с.к min, а перерасход энергетических затрат в денежном выражении отсутствует Сэн.с.к 0 [6].
В основу предлагаемого критерия оптимизации положена энергетическая составляющая эксплуатационных затрат на компримирование природного газа Сэн.с.к. Значение энергетической составляющей часовых эксплуатационных за- трат на сжатие природного газа на КС при оценке эффективности эксплуата- ции систем компримирования при работе в схеме компримирования x ГПА с газотурбинным приводом (ГГПА) и y электроприводных газоперекачивающих агрегатов (ЭГПА) может быть определено из соотношения
С c
N 3,6цтг x
Nii ц
Nij , (3)
y
эн.с.к эн.с.к e
Qр
ээ
н i1
егту i
мех i
j1
эл j
ред j
где сэн.с.к средняя стоимость единицы энергии, идущей на сжатие природного газа в системе компримирования КС, руб/(кВтч); Ne– энергетические затраты, расходуемые на сжатие природного газа в системе компримирования в едини- цу времени, кВт; цтг – цена топливного газа, руб/1000 м3; цээ – цена электриче- ской энергии на станции, руб/(кВтч); Nii, Nij– внутренние мощности, расхо- дуемые на сжатие газа в нагнетателях i-го работающего ГГПА и j-го работаю- щего ЭГПА, включенных в систему компримирования КС, кВт; eгтуi– эффек- тивный коэффициент полезного действия газотурбинной установки i-го рабо- тающего ГГПА; мех – механический КПД ГГПА, учитывающий механические потери при передаче энергии от ГТУ к нагнетателю; эл j, ред – КПД электро- двигателя и редуктора j-го работающего ЭГПА.
Использование предложенного критерия оптимизации (Сэн.с.к) позволяет получить объективную интегральную оценку эффективности работы различ- ных схем компримирования, так как в него входят параметры, которые учиты- вают эффективность процесса сжатия и техническое состояние ЦБН – Ni, из- менение загрузки и относительного эффективного КПД газотурбинных уста-
новок, техническое состояние ГТУ – eгту, цены на энергоносители – цтг и цээ, механические потери при передаче энергии от ГТУ к нагнетателям – мех и в редукторе ЭГПА – ред.
Анализ значений и причин перерасхода энергетической составляющей эксплуатационных издержек при работе всех систем КС
Сэн jдает возмож- ность определить приоритетность проведения энергосберегающих мероприя- тий в основных системах обследуемой КС. При этом существенное сокраще- ние энергетических затрат можно получить за счет оптимального регулирова- ния энерготехнологического оборудования КС с использованием межцеховых перемычек.
Использование данного критерия оптимизации и его модификаций дает возможность оценить эффективность работы систем компримирования и дру- гих систем КС, а также компрессорных станций в целом и технологических участков магистральных газопроводов.
При определении целесообразности и последовательности реконструкции КС МГ, а также необходимости модернизации энерготехнологического обору- дования станции предлагается использовать коэффициент KрКС, который нахо- дится при сопоставлении значений относительной суммарной энергетической составляющей эксплуатационных затрат при работе всех систем рассматри- ваемых станций на оптимальных режимах
m
Cэн jопт
Kр КС j1 , (4)
Qк
где Сэн jопт – энергетическая составляющая эксплуатационных затрат в j-й сис- теме рассматриваемой КС при оптимальном режиме ее работы; Qк – коммер- ческий расход технологического газа через рассматриваемую КС.
Реконструкции и модернизации требуют в первую очередь те из рассмат- риваемых компрессорных станций, при обработке эксплуатационных характе- ристик которых получены самые высокие значения коэффициента KрКС, так как даже при эксплуатации при оптимальных режимах основных систем этих КС удельное энергопотребление на них превышает энергопотребление на дру- гих рассматриваемых станциях.
При сопоставлении эффективности режимов эксплуатации компрессор- ных станций магистральных газопроводов можно рекомендовать критерий Kэф КС, определяемый как сумма перерасходов энергетической составляющей
эксплуатационных затрат при работе всех систем рассматриваемых станций
Сэн j, отнесенная к коммерческому расходу природного газа через КС:
m
Kэф КС Cэн j/Qк .
j1
(5)
На тех КС, для которых этот критерий Kэф КС принимает более низкие зна- чения, регулирование режимов работы основных технологических систем станции проводится достаточно эффективно. В случае, если этот коэффициент стремится к нулю (Kэф КС 0), то реализуемые режимы основных систем стан-
ции и всей КС в целом близки к оптимальным. Компрессорные станции, для которых этот коэффициент Kэф КС принимает более высокие значения, имеют существенные резервы снижения энергетических затрат за счет оптимизации режимов работы основных технологических систем станций.
Эффективность режимов работы технологических участков МГ предлага- ется оценивать по величине критерия Kэф ТУ суммарного удельного перерас- хода энергетической составляющей эксплуатационных затрат на всех КС рас- сматриваемых ТУ
n
Kэф ТУ Cэн КС i/(Qк LТУ ),
i1
(6)
где Сэн КС j– перерасход энергетической составляющей эксплуатационных затрат на i-й КС; п – число КС на технологическом участке; Qк – средний ком- мерческий расход технологического газа через рассматриваемый технологиче- ский участок МГ; LТУ – длина технологического участка МГ.
Апробация интегрального критерия и методики оптимизации режимов работы ГПА в системах компримирования одно- и многоцеховых КС проводи- лась при параллельной и последовательной обвязке агрегатов стационарного и авиационного типов, работающих по регенеративному и безрегенеративному циклам, отечественного и импортного производства с номинальной паспорт- ной мощностью от 6 до 25 МВт.
Результаты проведенных исследований и анализ полученных результа- тов расчетов показал, что при параллельной обвязке агрегатов в системах компримирования КС существует оптимальное распределение подачи при- родного газа как между агрегатами в цехе, так и между цехами: энергети- чески оптимальное соотношение пропорционально располагаемым мощно- стям ГПА и суммарной располагаемой мощности работающих в цехах агре- гатов
Cэн – перерасход энергетической составляющей эксплуатационных затрат при некорректном выборе критерия оптимизации
эффективности работы ГТУ, характеризующими максимальной загрузкой аг- регатов. Снижение степени сжатия по КС при недозагрузке ТУ (1–2) приводит к сдвигу характеристик, определяющих оптимальный режим работы ГТУ, в область более высоких приведенных объемных расходов технологического газа (12) (рис. 2). Вместе с тем, характеристики оптимального режима рабо- ты ЦБН остаются неизменными.
Приведенные рассуждения приводят также к выводу, что в условиях не- дозагрузки ТУ МГ оптимизация режимов работы систем компримирования КС с использованием в качестве критерия только эффективного КПД энергопри- вода ес.к также может привести к перерасходу энергозатрат на транспорт газа. Анализ методик определения системных и локальных показателей энер- гетической эффективности работы систем компримирования КС показывает, что возможно приведение всех рассмотренных показателей к одному инте-
Рис. 2. Изменение оптимального режима работы ГТУ газоперекачивающего агрегата при недозагрузке КС
гральному критерию, который учитывает колебания подачи газа по газопрово- ду, взаимное влияние объектов магистральных газопроводов, распределение нагрузки между
компрессорными станциями технологических участков МГ,
энергетическую целесообразность выбора систем компримирования и распре- деления нагрузки между ГПА в этих системах, изменение технического со- стояния энерготехнологического оборудования КС, использование в системах компримирования как топливного газа, так и электрической энергии, уровень и соотношение цен на энергоносители, режимы работы систем охлаждения природного газа на КС и энергозатраты в них.
В качестве критерия оценки энергетической эффективности работы сис- тем компримирования КС предлагается использовать перерасход энергетиче- ских затрат в денежном выражении при реализуемых режимах эксплуатации систем компримирования Сэн.с.к по сравнению со значением энергетической составляющей эксплуатационных затрат при оптимальном режиме их рабо- ты Сэн.с.к.опт
Сэн.с.к Сэн.с.к Сэн.с.к.опт. (2)
Согласно предлагаемому критерию, энергетически оптимальным режи- мом работы агрегатов в системе компримирования цеха или КС является такой режим, при котором энергетическая составляющая эксплуатационных затрат принимает минимальное значение Сэн.с.к min, а перерасход энергетических затрат в денежном выражении отсутствует Сэн.с.к 0 [6].
В основу предлагаемого критерия оптимизации положена энергетическая составляющая эксплуатационных затрат на компримирование природного газа Сэн.с.к. Значение энергетической составляющей часовых эксплуатационных за- трат на сжатие природного газа на КС при оценке эффективности эксплуата- ции систем компримирования при работе в схеме компримирования x ГПА с газотурбинным приводом (ГГПА) и y электроприводных газоперекачивающих агрегатов (ЭГПА) может быть определено из соотношения
С c
N 3,6цтг x
Nii ц
Nij , (3)
y
эн.с.к эн.с.к e
Qр
ээ
н i1
егту i
мех i
j1
эл j
ред j
где сэн.с.к средняя стоимость единицы энергии, идущей на сжатие природного газа в системе компримирования КС, руб/(кВтч); Ne– энергетические затраты, расходуемые на сжатие природного газа в системе компримирования в едини- цу времени, кВт; цтг – цена топливного газа, руб/1000 м3; цээ – цена электриче- ской энергии на станции, руб/(кВтч); Nii, Nij– внутренние мощности, расхо- дуемые на сжатие газа в нагнетателях i-го работающего ГГПА и j-го работаю- щего ЭГПА, включенных в систему компримирования КС, кВт; eгтуi– эффек- тивный коэффициент полезного действия газотурбинной установки i-го рабо- тающего ГГПА; мех – механический КПД ГГПА, учитывающий механические потери при передаче энергии от ГТУ к нагнетателю; эл j, ред – КПД электро- двигателя и редуктора j-го работающего ЭГПА.
Использование предложенного критерия оптимизации (Сэн.с.к) позволяет получить объективную интегральную оценку эффективности работы различ- ных схем компримирования, так как в него входят параметры, которые учиты- вают эффективность процесса сжатия и техническое состояние ЦБН – Ni, из- менение загрузки и относительного эффективного КПД газотурбинных уста-
новок, техническое состояние ГТУ – eгту, цены на энергоносители – цтг и цээ, механические потери при передаче энергии от ГТУ к нагнетателям – мех и в редукторе ЭГПА – ред.
Анализ значений и причин перерасхода энергетической составляющей эксплуатационных издержек при работе всех систем КС
Сэн jдает возмож- ность определить приоритетность проведения энергосберегающих мероприя- тий в основных системах обследуемой КС. При этом существенное сокраще- ние энергетических затрат можно получить за счет оптимального регулирова- ния энерготехнологического оборудования КС с использованием межцеховых перемычек.
Использование данного критерия оптимизации и его модификаций дает возможность оценить эффективность работы систем компримирования и дру- гих систем КС, а также компрессорных станций в целом и технологических участков магистральных газопроводов.
При определении целесообразности и последовательности реконструкции КС МГ, а также необходимости модернизации энерготехнологического обору- дования станции предлагается использовать коэффициент KрКС, который нахо- дится при сопоставлении значений относительной суммарной энергетической составляющей эксплуатационных затрат при работе всех систем рассматри- ваемых станций на оптимальных режимах
m
Cэн jопт
Kр КС j1 , (4)
Qк
где Сэн jопт – энергетическая составляющая эксплуатационных затрат в j-й сис- теме рассматриваемой КС при оптимальном режиме ее работы; Qк – коммер- ческий расход технологического газа через рассматриваемую КС.
Реконструкции и модернизации требуют в первую очередь те из рассмат- риваемых компрессорных станций, при обработке эксплуатационных характе- ристик которых получены самые высокие значения коэффициента KрКС, так как даже при эксплуатации при оптимальных режимах основных систем этих КС удельное энергопотребление на них превышает энергопотребление на дру- гих рассматриваемых станциях.
При сопоставлении эффективности режимов эксплуатации компрессор- ных станций магистральных газопроводов можно рекомендовать критерий Kэф КС, определяемый как сумма перерасходов энергетической составляющей
эксплуатационных затрат при работе всех систем рассматриваемых станций
Сэн j, отнесенная к коммерческому расходу природного газа через КС:
m
Kэф КС Cэн j/Qк .
j1
(5)
На тех КС, для которых этот критерий Kэф КС принимает более низкие зна- чения, регулирование режимов работы основных технологических систем станции проводится достаточно эффективно. В случае, если этот коэффициент стремится к нулю (Kэф КС 0), то реализуемые режимы основных систем стан-
ции и всей КС в целом близки к оптимальным. Компрессорные станции, для которых этот коэффициент Kэф КС принимает более высокие значения, имеют существенные резервы снижения энергетических затрат за счет оптимизации режимов работы основных технологических систем станций.
Эффективность режимов работы технологических участков МГ предлага- ется оценивать по величине критерия Kэф ТУ суммарного удельного перерас- хода энергетической составляющей эксплуатационных затрат на всех КС рас- сматриваемых ТУ
n
Kэф ТУ Cэн КС i/(Qк LТУ ),
i1
(6)
где Сэн КС j– перерасход энергетической составляющей эксплуатационных затрат на i-й КС; п – число КС на технологическом участке; Qк – средний ком- мерческий расход технологического газа через рассматриваемый технологиче- ский участок МГ; LТУ – длина технологического участка МГ.
Апробация интегрального критерия и методики оптимизации режимов работы ГПА в системах компримирования одно- и многоцеховых КС проводи- лась при параллельной и последовательной обвязке агрегатов стационарного и авиационного типов, работающих по регенеративному и безрегенеративному циклам, отечественного и импортного производства с номинальной паспорт- ной мощностью от 6 до 25 МВт.
Результаты проведенных исследований и анализ полученных результа- тов расчетов показал, что при параллельной обвязке агрегатов в системах компримирования КС существует оптимальное распределение подачи при- родного газа как между агрегатами в цехе, так и между цехами: энергети- чески оптимальное соотношение пропорционально располагаемым мощно- стям ГПА и суммарной располагаемой мощности работающих в цехах агре- гатов