РАЗРАБОТКА  ФОРМАЛИЗОВАННОЙ  МОДЕЛИ  УПРАВЛЕНИЯ  ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕМ  НА  ПРИМЕРЕ  УЗЛА  ОБОРОТНОЙ  ВОДЫ Н-595  ОАО  «ГАЗПРОМ  НЕФТЕХИМ  САЛАВАТ»

Деревяшкин  Александр  Валерьевич

магистр,  Академия  государственной  службы  и  управления  при  президенте  Республики  Башкортостан,  г.  Салават

E-mail: 

DEVELOPMENT  OF  FORMALISED  MANAGEMENT  MODEL  OF  ENERGY  SAVING  FOR  CIRCULATING  WATER  SITE  EXAMPLE  N-595  OF  OJSC  "GAZPROM  NEFTEHIM  SALAVAT"

Aleksandr  Derevyashkin

master,  Academy  of  public  service  and  administration  under  the  President  of  the  Bashkortostan  Republic,  Salavat

АННОТАЦИЯ

В  статье  рассматриваются  разработка  модели  энергосбережения  узла  оборотной  воды  Н-595  цеха  №  11  нефтеперерабатывающего  завода  ОАО  «Газпром  нефтехим  Салават»  с  последующим  сокращением  потреблением  электроэнергии  на  30  %.  Энергосбережение  в  современной  России  является  одной  из  острейших  проблем  не  только  отдельно  взятого  предприятия,  но  и  всех  отраслей  промышленности  нашей  страны. 

ABSTRACT

The  article  deals  with  the  development  of  energy-saving  model  site  of  recycled  water  №  595  Workshop  №11  oil  refinery  OJSC  "Gazprom  neftehim  Salavat",  with  consequent  reduction  of  energy  consumption  at  30  %.  Energy  saving  in  Russia  is  one  of  the  most  acute  problems  not  only  individual  enterprises,  but  also  all  industries  of  our  country.

Ключевые  слова:  экономика,  энергосбережение,  модель,  компенсация,  анализ. 

Keywords:  economics,  energy  conservation,  model,  compensation,  analysis.

На  сегодняшний  день  разработано  большое  количество  методов  построения  формализованных  моделей  и  концепций  построения  систем  управления.  Методы  построения  моделей  предприятий  можно  разделить  на  структурные  и  объектно-ориентированные.  Каждая  из  этих  групп  методов  включает  в  себя  несколько  вариантов  конкретных  методик.  Модель,  построенная  с  применением  структурных  методов,  представляет  собой  иерархический  набор  диаграмм,  графически  изображающих  выполняемые  системой  функции  и  взаимосвязи  между  ними.  Для  разработки  формализованной  модели  управления  энергосбережением  исследуемого  объекта  воспользуемся  структурным  методом  разработки.  В  диаграммы  формализованной  модели  может  включаться  текстовая  информация  для  обеспечения  точного  определения  содержания  функций  и  взаимосвязей.  Использование  же  графического  представления  процессов,  существенно  повышает  наглядность  модели  и  облегчает  процесс  ее  восприятия.

По  данным  министерства  энергетики  Российской  Федерации  энергоёмкость  ВВП  России  примерно  в  2,5  раза  выше  среднемирового  уровня  и  в  2,5—3,5  раза  выше,  чем  во  многих  других  странах,  при  этом,  доля  затрат  на  электроэнергию  в  себестоимости  продукции  составляет  30—40  %,  что  значительно  превышает  показатели  западноевропейских  стран.  Становится  очевидным,  что  повысить  конкурентоспособность  можно  снижая  издержки  производства.  Только  для  приведения  в  действие  различных  электроприводов  на  производстве  используется  до  75  %  от  всей  потребляемой  электроэнергии  [1].  Суммарное  энергопотребление  России  в  2007  году  составило  порядка  990  миллионов  тонн  условного  топлива.  При  внедрении  энергосберегающего  и  энергоэффективного  оборудования  до  уровня  развитых  стран  Европы,  энергопотребление  снизилось  бы  до  величины  650  миллионов  тонн  условного  топлива.  Другими  словами,  потеря  электроэнергии  составляет  около  35  %.

Согласно  статье  4  федерального  закона  №  261  от  23  ноября  2009  года  «Об  энергосбережении  и  о  повышении  энергетической  эффективности  и  о  внесении  изменений  в  отдельные  законодательные  акты  Российской  Федерации»  правовое  регулирование  в  области  энергосбережения  и  повышения  энергетической  эффективности  основывается  на  следующих  принципах:

·     эффективное  и  рациональное  использование  энергетических  ресурсов;

·     поддержка  и  стимулирование  энергосбережения  и  повышения  энергетической  эффективности;

·     системность  и  комплексность  проведения  мероприятий  по  энергосбережению  и  повышению  энергетической  эффективности;

·     планирование  энергосбережения  и  повышения  энергетической  эффективности;

·     использование  энергетических  ресурсов  с  учетом  ресурсных,  производственно-технологических,  экологических  и  социальных  условий  [3].

Энергосбережение  и  повышение  энергетической  эффективности  следует  рассматривать  как  один  из  основных  источников  будущего  экономического  роста.  Однако  до  настоящего  времени  этот  источник  был  задействован  лишь  в  малой  степени. 

Анализируя  состояние  электроэнергетики  ОАО  «Газпром  нефтехим  Салават»,  можно  сделать  вывод,  что  предприятие  обладает  огромным  не  использованным  потенциалом  в  энергосбережении  и  причины  этого  очевидны:  устаревшая  материально-техническая  база,  отсутствие  масштабного  внедрения  энергосберегающих  технологий.  Задачами  исследовательской  работы  являются: 

·разработка  наиболее  эффективных  и  оптимальных  управленческих  решений  в  области  энергосберегающих  технологий  для  исследуемого  объекта;

·определение  показаний  функционирования  объекта  для  анализа  и  корректировки  эффективности  работы  системы  после  внедрения  энергосберегающих  технологий;

·разработка  модели  управления  и  объективной  оценки  потребляемой  электроэнергии,  анализ  внешних  факторов,  влияющих  на  энергосбережение  исследуемого  объекта. 

Узел  оборотной  воды  Н-595  цеха  №  11  включает  в  себя  две  системы  охлаждения  технологической  воды,  которая  в  свою  очередь  является  не  заменимым  участником  технологического  процесса  любого  нефтеперерабатывающего,  нефтехимического  предприятия.  Согласно  регламенту  УОВ-595,  охлажденная  вода  не  должна  превышать  температуры  в  25°  С.  Режим  работы  узла  оборотной  воды  является  постоянным  и  бесперебойным,  как  и  технологический  процесс  любого  нефтеперерабатывающего  или  нефтехимического  предприятия. 

  По  системе  №1  из  резервуара  охлажденная  вода  насосами  подается  на  технологические  установки  ГО-3,  ГО-4,  Л-35/11-1000,  Л-35/6  НПЗ  ОАО  «Газпром  нефтехим  Салават».  По  второй  системе  охлаждения  воды,  технология  работы  полностью  идентична  системе  1  и  из  резервуара  охлажденная  вода  насосами  подается  на  технологические  установки  ГО-3,  ГО-4,  Л-35/11-1000,  Л-35/6,  ОГ  и  КГ,  АГФУ-2  НПЗ  ОАО  «Газпром  нефтехим  Салават».

Питание  всех  электроприемников  УОВ-595  по  уровню  напряжения  6  кВ  осуществляется  от  распределительной  трансформаторной  подстанции  РТП-19  РУ-6  кВ,  а  по  уровню  напряжения  0,4  кВ  от  двух  комплектных  распределительных  подстанций  КТП-1  и  КТП-2  при  РТП-19. 

Узел  оборотной  воды  был  введен  в  эксплуатацию  в  1972  году  и  учитывая  режим  работы  электродвигателей  s1  (постоянный)  и  устаревшую  материально-техническую  базу,  остро  встает  вопрос  отсутствия  энергосберегающих  технологий  и  энергосбережения.  Внедрение  современных  энергосберегающих  технологий  способно  сократить  потребление  электроэнергии  до  30—40  %,  при  этом,  как  правило,  существует  возможность  внедрения  новых  технологий  без  обновления  материально-технической  базы.  Для  УОВ-595  можно  с  уверенностью  реализовывать  потенциал  на  сокращение  потребления  электроэнергии  до  30  %.  Кроме  того,  сокращение  потребления  электроэнергии  скажется  положительно  не  только  с  экономической  точки  зрения,  но  и  с  технической  —  разгрузка  распределительных  сетей.  Для  решения  поставленных  задач,  необходимо  переходить  ко  второй  стадии  принятия  управленческого  решения  —  выработки  решений.

Проведя  операционный  бенчмаркинг  по  применению  энергосберегающих  технологий  на  узлах  оборотной  воды  по  опыту  развитых  нефтеперерабатывающих  стран,  можно  сделать  вывод  о  целесообразности  внедрения:

·     системы  компенсации  реактивной  мощности  на  КТП-2  при  РТП-19;

·     системы  частотного  регулирования  скорости  электродвигателей  вентиляторов  градирен  №  1,2,3,5,6.

В  состав  узла  оборотной  воды  УОВ-595  цеха  №11  входят  4  действующие  градирни  (с  2014  года  —  5  градирен),  каждая  из  которых  оснащена  тремя  вентиляторами.  Приводом  для  вентиляторов  градирен  являются  электродвигатели  типа  ВАСО  15-23-24  и  ВАСВ  16-20-40,  механическая  мощность  на  валу  каждого  электродвигателя  составляет  75  кВт.  Системы  охлаждаются  двумя  градирнями:  система  №  1  —  градирни  №  5  и  №  6,  система  №  2  —  градирни  №  1  и  №  2  (градирня  №  3  вводится  в  эксплуатацию). 

Компенсация  реактивной  мощности  в  настоящее  время  является  немаловажным  фактором  позволяющим  решить  вопрос  энергосбережения  и  снижения  нагрузок  на  электросеть.  По  оценкам  отечественных  и  ведущих  зарубежных  специалистов,  доля  энергоресурсов,  и  в  частности  электроэнергии  занимает  значительную  величину  в  себестоимости  продукции. 

Асинхронные  двигатели  потребляют  до  60—65  %  всей  реактивной  мощности  нагрузок  энергосистемы.  По  принципу  действия  асинхронный  двигатель  подобен  трансформатору.  Как  и  в  трансформаторе,  энергия  первичной  обмотки  двигателя  (статора)  передаётся  во  вторичную  (ротор)  с  помощью  магнитного  поля.

С  учетом  того,  что  все  электродвигатели  вентиляторов  не  имеют  автоматизированного  электропривода,  и  регулировка  охлаждения  воды  с  помощью  вентиляторов  осуществляется  их  поочередным  включением  в  работу,  предлагается  внедрить  для  экономии  электроэнергии  частотно-регулируемый  электропривод.  Для  внедрения  частотно-регулируемого  электропривода  не  требуется  замена  стандартного  электродвигателя.  По  данным  европейских  экспертов  стоимость  среднего  электродвигателя  в  пять  раз  меньше  стоимость  энергии  потребляемой  им  за  год.  Гибкость  изменения  частоты  вращения  автоматизированного  электродвигателя  позволяет  экономить  в  среднем  до  20-30%  потребляемой  электроэнергии. 

На  данный  момент  система  компенсации  реактивной  мощности  реализована  на  КТП-1  при  РТП-19.  Суммарная  мощность  динамического  оборудования  КТП-2  представлена  в  таблице  №  1  и  составляет  1165  кВт  (секция  I  и  II).  Все  динамические  электроприемники  КТП-2  асинхронные  электродвигатели  и  работают  в  продолжительном  режиме  s1,  что  является  основанием  для  компенсации  реактивной  мощности.

Таблица  1.

Электроприемники  КТП-2  при  РТП-19

В  результате  расчета  необходимой  мощности  конденсаторной  установки  для  достижения  cosφ=0,98  на  каждой  из  секций  КТП-2,  получаем:  КТП-2  секция  II  —  326,4  кВар,  КТП-2  секция  I  —  385,2  кВар.  Общая  экономия  электроэнергии  после  внедрения  конденсаторных  установок  по  секции  II  за  год  составит  5,8  %,  по  секции  I  —  5,07  %.

Для  примера  расчета  окупаемости  конденсаторных  установок  примем  электродвигатели  секции  II  КТП-2.  За  2012  год  общая  затраченная  энергия  составила  1  444  285  кВт∙ч,  что  соответствует  финансовым  затратам  в  3  315  414  рублей.  Экономия  при  внедрении  конденсаторной  установки  только  на  секции  II  КТП-2  составит  192  294  рубля.  Данный  анализ  подтверждает  окупаемость  конденсаторной  установки  за  семь  месяцев  эксплуатации. 

Факторами,  оказывающими  влияние  на  окупаемость  данных  систем,  являются:  изменение  цены  на  электроэнергию,  загруженность  электроприёмников  КТП-2.  При  этом,  изменение  цены  на  электроэнергию  может  оказывать  как  положительный,  так  и  отрицательный  эффект,  так  как,  экономия  электроэнергии  будет  всегда  постоянной  и  составлять  до  6  %  от  общего  потребления  ежегодно.  Таким  образом,  повышение  цен  на  электроэнергию  позволит  больше  экономить  в  рублях  и  скажется  на  уменьшении  срока  окупаемости  внедрения  данной  системы.

Применение  автоматической  установки  компенсации  реактивной  мощности  позволяет  решить  ряд  проблем:  снизит  загрузку  силовых  трансформаторов  (при  снижении  потребления  реактивной  мощности  снижается  потребление  полной  мощности);  обеспечит  питание  нагрузки  по  кабелю  с  меньшим  сечением  (не  допуская  перегрева  изоляции);  за  счет  частичной  токовой  разгрузки  силовых  трансформаторов  и  питающих  кабелей  появится  возможность  подключить  дополнительную  нагрузку;  позволит  избежать  глубокой  просадки  напряжения  на  линиях  электроснабжения  удаленных  потребителей;  исключается  появление  в  сети  перенапряжения,  т.  к.  нет  перекомпенсации,  возможной  при  использовании  нерегулируемых  конденсаторных  установок.

Проведем  анализ  внедрения  и  технико-экономического  обоснования  системы  частотно-  регулируемого  привода.  В  холодное  время  года  охлаждение  теплой  воды  осуществляется  естественным  способом,  при  этом  падение  температуры  составляет  4—6°  С.  Включение  одного  из  шести  вентиляторов  системы  охлаждения  воды  необходимо  при  средней  суточной  температуре  –2°  С.  Выход  на  полную  мощность  охлаждения  системы  производится  включением  в  работу  5—6  вентиляторов  одной  из  систем  при  средней  суточной  температуре  +20°  С. 

Таблица  2. 

Анализ  работы  электродвигателей  за  2012  год

Существенная  разница  в  потребляемой  электроэнергии  между  системами  №  2  и  №  1  связаны  с  капитальным  ремонтом  градирни  №  5  и  простоем  в  работе  до  24.06.2012  года.  Анализ  работы  систем  охлаждения  воды  за  прошлый  год  показывает,  что  по  системе  №  1  количество  дней  с  возможностью  экономии  электроэнергии  составило  110,  а  по  системе  №  2  —  103  дня. 

Для  примера:  по  системе  №  2  в  2012  году  одновременная  работа  трех  из  шести  вентиляторов  наблюдалась  в  течении  21  дня  и  затратила  129,6  МВт·ч  энергии.  Если  на  этот  же  период  времени  одновременно  включить  в  работу  все  шесть  вентиляторов  с  частотой  вращения  30  %  от  номинального,  то  экономия  энергии  только  за  21  день  работы  по  одной  системе  составит  51,84  МВт·ч,  что  соответствует  экономии  в  119  000  рублей.  Внедрение  ЧРП  на  каждый  вентилятор  градирни  потребует  общих  капитальных  вложений  в  2  000  000  рублей,  окупаемость  составит  1,5—2  года  в  зависимости  от  климатических  условий.  Изменение  частоты  вращения  вентиляторов  и  как  следствие  контроль  температуры  охлажденной  воды  можно  осуществлять  не  только  в  холодное  время  года,  но  и  в  ночное  время  суток,  что  является  дополнительной  экономией  электроэнергии.  Наряду  с  этим  частотно-регулируемый  привод  дает  ряд  дополнительных  преимуществ:

·     экономию  тепла  в  системах  горячего  водоснабжения  за  счет  снижения  потерь  воды,  несущей  тепло;

·     возможность  создавать  при  необходимости  напор  выше  номинального;

·     уменьшение  износа  основного  оборудования  за  счет  плавных  пусков,  устранение  гидравлических  ударов,  снижение  напора;

·     снижение  шума;

·     возможность  комплексной  автоматизации  систем;

·     возможность  оптимизации  выбора  оборудования  и  его  комплектной  поставки  [2].

Единственными  угрозами  при  расчетах  срока  окупаемости  внедрения  энергосберегающих  технологий  является  рост  цен  на  электроэнергию  (экономия  в  процентах  описанных  выше  будет  происходить  в  любом  случае),  вероятностные  внешние  факторы  (брак  продукции,  аварийные  остановки  электроприемников  УОВ-595  и  т.  д.).  На  срок  окупаемости,  как  в  большую,  так  и  в  меньшую  сторону  будут  оказывать  климатические  условия  во  время  эксплуатации. 

Модель  управления  энергосбережением  УОВ-595  цеха  №  11  нефтеперерабатывающего  завода  ОАО  «Газпром  нефтехим  Салават»  представлена  на  рисунке  1.

Рисунок  1.  Модель  управления  энергосбережением  УОВ-595

Элемент  сравнения  позволяет  отслеживать  в  режиме  реального  времени  экономию  электроэнергии  и  при  необходимости  вносить  корректировки  в  изменение  частоты  вращения  электродвигателей  вентиляторов.  Общее  потребление  электроэнергии  за  2012  год  УОВ-595  будет  являет  базисом  в  данной  модели  управления,  именно  данный  показатель  станет  плановым  при  понижении  его  значения  на  30%.  Элемент  сравнения  выполнен  на  базе  автоматизированной  системы  управления  электроснабжением  (счётчики  учета  активной  энергии,  АСУ  Нева).  Достижение  поставленных  целей  произойдет  при  равенстве  фактических  и  плановых  показателей  потребления  электроэнергии  (W_факт=W_баз·0,3). 

В  исследовательской  работе  была  реализована  модель  управления  энергосбережением  узла  оборотной  воды  Н-595  цеха  №  11  нефтеперерабатывающего  завода  ОАО  «Газпром  нефтехим  Салават»  и  достигнуто  внедрением  современных  энергосберегающих  технологий  снижения  реального  потребления  электроэнергии  на  30  %  —  плановый  показатель  потребления  электроэнергии. 

Исследовано  состояние  электрохозяйства  на  сегодняшний  день  и  определены  основные  внешние  факторы,  влияющие  на  электроэнергетику  УОВ-595.  В  результате  проведенного  исследования  обозначены  основные  капитальные  вложения  для  реализации  внедрения  комплекса  мероприятий  по  энергосбережению  УОВ-595,  которые  составляют  2  300  000  рублей  и  определены  основные  риски  в  реализации  данных  мероприятий.  Окупаемость  всех  мероприятий  по  внедрению  систем  энергосбережения  составит  от  1,5  до  2  лет.

Список  литературы:

1.Деревяшкин  А.В.,  Вильданов  Р.Г.  Приоритетные  направления  развития  науки  и  технологий:  Мероприятия  по  энергосбережению  на  установке  производства  фталевого  ангедрида  газохимического  завода  ОАО  «Салаватнефтеоргсинтез»  Приоритетные  направления  развития.  Тула:  Инновационные  технологии,  2011.  —  106  с.

2.Методические  указания  по  выбору  и  применению  асинхронного  частотно-регулируемого  электропривода  мощностью  до  500  кВт.  ОАО  «Газпром».  ВРД  39-1.10-052-2001. 

3.Федеральный  закон  Российской  Федерации  от  23  ноября  2009  г.  №  261-ФЗ  «Об  энергосбережении  и  о  повышении  энергетической  эффективности  и  о  внесении  изменений  в  отдельные  законодательные  акты  Российской  Федерации».