Общая характеристика работы (стр. 1 )

Общая характеристика работы

Актуальность темы

Затратная часть на энергоресурсы является второй по величине расходов (после сырья и топлива) на нефтехимических
производствах. Чтобы предприятие оставалось конкурентноспособным и прибыльным, необходимо снижать издержки: снижать себестоимость товарной продукции, сокращать затраты, в том числе на энергоресурсы [13]. Одной из главных проблем нефтехимических производств, в том числе нефтехим Салават» является значительная затратная часть на потребляемые энергоресурсы для ведения технологического процесса. К примеру, для производства ЭП-300, на момент пуска, в 1984 году проектом были заложены нормы: по пару – 6,02 Гкал на тонну выработанной продукции (сумма этилена, пропилена и ББФ), по электроэнергии – 165 кВтч на тонну выработанной продукции; на данный момент нормы составляют до 5,2 Гкал на тонну выработанной продукции по пару и 117,8 кВтч по электроэнергии. Но даже снижение расходной нормы на данном этапе не является гарантией эффективной работы завода.

Актуальность данной проблемы определила выбор темы диссертации, целей и задач исследования.

Цель работы

Повышение эффективности производственных процессов, путём использования потенциала тепловой энергии для выработки электроэнергии.

Основные задачи исследований

1 Анализ рациональности использования тепловой энергии на нефтехимических производствах, схемы утилизации теплоты. Анализ потенциала использования тепловой энергии на производстве ЭП-300. Исследование существующего парового баланса.

2 На основании произведённого исследование существующего парового баланса, описание предлагаемого решения по внедрению установки утилизации тепловой энергии.

3 Расчёт электрических нагрузок, выбор основного и вспомогательного оборудования, систем защиты и управления турбогенератора.

4 Экономическое обоснование предложенного решения. Расчёт эффективности проекта.

Научная новизна

Представленная проблема носит индивидуальный характер. Установлено, что на этиленовых производствах России (Кстово, Ангарске, Перми) в тепловой схеме существует редукционно-охладительное устройство большой производительности БРОУ 140/12. На заводе «Мономер» нефтехим Салават» устройство работает в постоянном режиме, редуцируя балансовый избыток пара 140 кгс/см2 в количестве 30 т/ч. Ни на одном из перечисленных этиленовых производств России не используется генерация электроэнергии, взамен редуцированию пара 140 кгс/см2.

Практическая ценность и реализация

Результаты этой работы направлены на практическое применение разработанной схемы на производстве ЭП-300, в его существующем исполнении, с перспективой наращивания мощностей по этилену и пропилену.

Результаты работы осуществимы к реализации в текущем материальном исполнении оборудования производства, не требуя перемонтажа существующих узлов.

Необходимость принятия решения к внедрению предложенного мероприятия доказана технико-экономическим расчётом, срок окупаемости проекта составил 2,87 года, что свидетельствует об экономической привлекательности проекта (горизонт экономической привлекательности проектов для нефтехим Салават» определена 4 года).

Апробация результатов исследований

Предложенное решение докладывалось и обсуждалось на 2-ой Международной конференции молодых учёных «Актуальные проблемы науки и техники, в г. Уфа, на международной научно-практической конференции «Молодежь и наука: модернизация и инновационное развитие страны» ПГУ в г. Пенза, на отраслевой научно-производственной конференции в г. Салават. Руководством завода было принято решение о дальнейшей проработки мероприятия, оценке экономической эффективности предложенного решения. В дальнейшем будет принято решение о необходимости внедрения мероприятия. По состоянию, на текущий момент мероприятие не внедрялось ни на одном из этиленовых производств, ранее указанных.

Публикации

Результаты выполненных исследований отражены в пяти печатных работах.

Объем и структура работы

Работа состоит из введения, трех разделов, заключения и приложения, общим объемом 94 страницы печатного текста. В основную часть диссертации включены 13 рисунков и 9 таблиц. Список использованной литературы включает 29 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ диссертации

Во введении дается обоснование актуальности выбранной темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследований, а также их научная новизна и практическая ценность.

В первом разделе диссертационной работы приведена характеристика производства ЭП-300, описан существующий паровой баланс, выявлены «узкие места производства», его недостатки.

Коротко о производстве ЭП-300: ЭП-300 – это крупнотоннажное производство этилена и пропилена на основе пиролиза углеводородного сырья (этан, бензин, широкая фракция летучих углеводородов), мощностью 300000 тонн этилена и 144000 тонн пропилена в год. Производство включает в себя два цеха: цех №55 – цех пиролиза и цех №56 – цех газоразделения. Цех пиролиза методом термического разложения углеводородного сырья в присутствии водяного пара предназначен для получения пирогаза в трубчатых печах повышенного теплонапряжения.

Производственное подразделение состоит из основных производственных узлов:

- пиролиз сырья (этана, бензина, ширококй флакции летучих углеводородов) в присутствии водяного пара;

- очистка пирогаза, выделение пироконденсата;

- компримирование и межступенчатое охлаждение пирогаза;

- предварительная подготовка пироконденсата;

- щелочная очистка и осушка пирогаза;

- низкотемпературное охлаждение и конденсация пирогаза, выделение водородной и метановой фракций;

- выделение этан-этиленовой фракции (ЭЭФ), очистка ЭЭФ от ацетилена, выделение товарного этилена;

- этиленовый и пропиленовый холодильные циклы;

- выделение пропан-пропиленовой фракции (ППФ), очистка ППФ от ацетиленистых и диеновых соединений, выделение товарных пропилена и пропана;

Количество часов работы производства в год: 8000 часов с учетом проведения капитального ремонта один раз в два года

Производство ЭП-300 введено в эксплуатацию в июле месяце 1984 года. Общий состав производственного подразделения приведён в таблице 1.

Таблица 1 – Общий состав производственного подразделения

№ объекта	Наименование объекта
1	2
1125	Печи пиролиза F-01¸ F-09
1125а	Пароперегреватель F-10
1126	Установка подготовки топливного газа и пирогаза
1127	Узел химводоподготовки
1130	Операторная производства ЭП-300
1128	Компрессия
1128а	Очистка пирогаза
1129	Газоразделение
1142	Водоузел

Производство было смонтировано в 1984 году, с тех пор тепловая схема претерпела изменения, по сравнению с базовым проектом, но, всё-таки содержит существенные недостатки. Производя анализ: состава и характеристик производства ЭП-300, парового баланса производства, следует констатировать тот факт, что основным недостатком производства в плане потребления тепловой энергии является редуцирование высокопотенциального пара 140 кгс/см2 в низкопотенциальный пар 12 кгс/см2, без совершения полезной работы.

Во втором разделе диссертационной работы, на основании произведённого исследования парового баланса, предложено мероприятие по утилизации тепловой энергии, с целью выработки электрической энергии путём установки турбогенератора. Предлагаемая схема утилизации тепловой энергии (избытка пара 140 кгс/см2) в электрическую, будет осуществлена в цехе пиролиза №55 производства ЭП-300, на объекте 1127. Это объясняется наличием балансового избытка в указанном месте пара 140 кгс/см2, здесь же находится схема редуцирования из пара 140 кгс/см2 в пар 12 кгс/см2. Кроме этого, это место выбрано с учётом минимизации гидравлических и тепловых потерь пара, наличием обогреваемого здания насосной (объект 1127), в котором будут смонтированы: турбогенератор и его обвязка, с системой охлаждения и смазки. Сигналы датчиков системы регулирования, мониторинга, ПАЗ будут заведены в АСУ ТП в объекте 1130 (операторная производства ЭП-300). От генератора будут запитан ряд потребителей цехов №55, 56, 47 – это двигательная нагрузка вентиляционных систем. Внедрение схемы утилизации тепловой энергии для выработки электроэнергии, повлечёт за собой перераспределение тепловых потоков и изменение теплового баланса производства ЭП-300.

Помимо этого, в литературном и патентном обзоре рассмотрены возможные проблемы с режимами работы турбогенератора и разработки, касающиеся вопросов защиты и регулирования турбогенератора.

Далее был произведён подбор основного оборудования: паровая турбина, механический редуктор, система маслоснабжения, система регулирования турбины, соединительная муфта. Помимо этого, в разделе описана схема работы предложенного оборудования и схема внутреннего электроснабжения.

Принцип работы предложенной схемы с турбогенератором описан ниже.

Свежий пар с параметрами давления 95-100 кгс/см2 и температуры 490-500°С, полученный после редуцирования пара 140 кгс/см2 на задвижке поз.120 [3] поступает через стопорный клапан поз.14 (который выполняет функцию отсекателя в системе ПАЗ) и регулирующий клапан поз.12 и подаётся в сопловой аппарат, затем на рабочее колесо ротора. В схеме предусмотрены дренажи для прогрева турбоагрегата в пусковой период, а также свеча для сброса давления пара и линии отвода конденсата пара. Отработанный пар отбирается с противодавления турбины через патрубок поз.4. Противодавление регулируется клапаном - регулятором давления на линии отработанного пара, Схемой предусмотрен ППК для сброса давления пара в аварийном режиме работы. Ротор турбины, вращаясь на номинальных оборотах 1500об/мин, приводит во вращение редуктор поз.99, который приводит во вращение генератор поз.100, через соединительную муфту поз.98. Номинальная частота вращения ротора генератора - 1500 об/мин. Синхронный генератор имеет самовозбуждающуюся, саморегулирующуюся, бесщеточную систему возбуждения. Генератор –явнополюсный с полностью подсоединенными демпфирующими шинами (для стабильной параллельной работы, переходных процессов, несимметричной нагрузки или любых других встречающихся изменений нагрузки), с трехфазным якорем возбудителя и вращающимися диодами. Для регулирования напряжения возбудителя применяется электронный регулятор напряжения. Система регурирующего и смазочного масла турбины – общая. Из маслобака поз.50, маслонасосом поз.50, масло охлаждается в холодильнике поз.60 оборотной водой, далее, через маслофильтр поз.63.1 подаётся в систему регулирующего масла: на сервопривод регулирующего и стопорного клапана, а также в систему смазочного масла – на смазку подшипников турбины, редуктора и генератора. В масляной системе предусмотрена линия сброса масла при повышении давления через сбросные клапаны поз.70.1, 70.2. Для пускового периода (заполнения системы и создания в ней давления) предусмотрен пусковой маслонасос, затем осуществляется переход на основной маслонасос.

В систему ПАЗ заведены: датчики вибрации поз.33.1, 33.2, датчик осевого сдвига поз.32, датчик скорости поз.36.1-3, датчики температуры подшипников поз.84.1-8, по ним выставлены блокировки. Помимо этого, в систему ПАЗ заведены блокировки по уровню масла – поз.54 и давлению масла – поз.47.2. В случае срабатывания блокировки, подаётся сигнал на закрытия стопорного клапана закрывается клапан - отсекатель на противодавлении, пар сбрасывается на свечу. Во избежание прогиба ротора турбины, включается ВПУ. Отключается электрический генератор от сети, потребители через АВР подключаются к резервному источнику питания.

Синхронизация генератора с сетью подразумевает параллельную работу генератора с сетью. Это задача имеет ряд трудностей, а именно получение допусков и разрешений на присоединение и синхронизацию с сетью. Поэтому целесообразно использовать генератор для собственных нужд оборудования, для которого допустимы перерывы в электроснабжении. Идея состоит в том, чтобы осуществить схему, в которой будет обеспечиваться раздельная работа турбогенератора и сети. Раздельная работа генератора и сети будет обеспечиваться аппаратурой (АВР), которая будет отключать в аварийных режимах работы сначала генераторную сеть, а затем подключать резервную. При отключении питания от генератора, пропадёт напряжение на секциях, от которых запитаны электродвигатели вентиляционных систем, таким образом, магнитный пускатель отключит потребителя (электродвигатель). После переключения питания АВР на резервную секцию, появляется напряжение на шинах питания электродвигателей и, благодаря наличию блоков самозапуска, происходит включение в работу электродвителей систем вентиляции. Генератор мощностью 3 МВА не способен запитывать высоковольтные двигатели по причине их большой мощности, как правило, наличие больших пусковых токов. Предлагается осуществить схему с турбогенератором, вырабатывающий электрическую энергию напряжением 6,3 кВ. Далее напряжение 6,3 кВ трансформируется в КТП на напряжение 0,4 кВ посредством установленных силовых трансформаторов. К данному напряжению 0,4 кВ можно подключить вентиляцию нескольких цехов находящихся на одной секции, предварительно выведя их на отдельные щиты станции управления. Что касается вентиляционных систем производственных и бытовых помещений, то для них допустимы перерывы в электроснабжении. Таким образом, выбор схемы электроснабжения определён следующим образом: во избежание параллельной работы генератора с сетью (внешним источником питания), допускается перерыв в электроснабжении электродвигателей вентиляционных систем, при включении резервного источника питания на 1,5 секунд (время срабатывания автоматического включения резерва).

От генератора нагрузка выводится на шины генераторного напряжения (6кВ). К шинам, через высоковольтные кабели, подключены два понижающих трансформатора 6/0,4 кВ, которые расположены в электропомещениях цехов №47 и №55. Через выключатели, нагрузка подаётся в помещения ЩСУ 18, ЩСУ 28 цехов №№ 47,55. Резервное питание предусмотрено от существующих схем (по цеху №47 – от РТП-67, КТП-1; по цеху №55 – от РТП-65, КТП-1), через АВР. Далее, от ЩСУ-18, ЩСУ-28, электрическая разводка идёт на объекты, а далее, через выключатели и магнитные пускатели, на потребители – электродвигатели вентиляционных систем.

После осуществления выбора основного и вспомогательного технологического оборудования, необходимо осуществить подбор электрического оборудования, для чего произвести расчёты электрических нагрузок.

Во третьем разделе диссертационной работы, определены потребители вырабатываемой мощности, что позволяет рассчитать электрические нагрузки, определить токи. Формулы, используемые в расчётах электрических нагрузок представлены ниже.

Рассчитываеися средняя расчетная активная мощность за наиболее загруженную смену группы электроприемников. Для примера рассчитаем вентилятор П-1/1 по следующей формуле

где kи – коэффициент использования (принимается 0,7 для двигателей вентиляции);

Рном – установленная (номинальная) мощность электроприемника.

Таким образом, находим значение Рсм для всех потребителей ЭП-300, цеха №47.

Средняя расчетная реактивная мощность определяется по формуле

.

Таким образом, находим значение Qсм для всех потребителей ЭП-300, цеха №47.

Далее, рассчитывается число m (отношение максимальной нагрузки к минимальной на объекте)

.

В случае, если m > 3 и , то эффективное число электроприемников определяется по формуле

.

Принимается значение равным количеству электроприемников, nэ = 12. Те же самые вычисления делаются для всех объектов ЭП-300, цеха №47.

Значение коэффициента максимума для щита определится по формуле:

.

Далее, определяется коэффициент мощности для группы электроприемников. Принимается значения . Среднее значение по об.1331/1 составляет

Максимальная нагрузка и полная максимальная мощность рассчитываются по формулам

;

;

.

Далее, определяется расчетный максимальный ток для электроприемников переменного тока

.

Те же самые вычисления делаются для всех объектов ЭП-300, цеха №47. Для общецеховых нагрузок по цехам (итого по цеху №47, ЭП-300), расчёт максимального тока ведётся исходя из того, что напряжение .

Расчеты остальных нагрузок проводится по аналогии и сводится в таблицу 1.

Таблица 1 – Расчет групповых электрических нагрузок

Наименова ние эл. прием-ников	Коли чест во, шт.	Установленная мощность, кВт	kи	tgϕ	Средняя нагрузка	kм	Максимальная нагрузка	Iм, А при U=380В	Iм, А при U=6кВ	Sэ, мм2
Р, кВт	Р, кВт	Pсм, кВт	Qсм, квар	Pм, кВт	Qм, кВар	Sм, кВ·А
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Цех 47
Эл. дв. вент систем объекта 1331	12	285,20	285,20	0,7	0,52	199,64	94,59	1,2834	256,23	132,40	288,41	438,208		175,2
Эл. дв. вент систем объекта 1331/1	68	251,70	251,70	0,7	0,78	176,19	128,74	1,1190	197,17	153,91	250,13	380,038		152,0
Эл. дв. вент систем объекта 1333-34	49	108,24	108,24	0,7	0,79	75,77	53,10	1,1402	86,397	68,062	109,98	167,106		66,84
Эл. дв. вент систем объекта 1342	27	114,9	114,9	0,7	0,75	80,43	54,44	1,1889	95,629	71,888	119,63	181,769		72,70
Эл. дв. вент систем объекта 1344	16	76,75	76,75	0,7	0,72	53,73	29,24	1,2455	66,914	47,957	82,325	125,08		50,03
Эл. дв. вент систем объекта 1321	12	153,6	153,6	0,7	0,52	107,52	50,49	1,2834	137,99	71,339	155,34	236,027		94,41
Эл. дв. вент систем объекта 1323	8	117,2	117,2	0,7	0,82	82,04	65,26	1,3471	110,52	90,841	143,06	217,365		86,94
Эл. дв. вент систем объекта 1335	18	47,02	47,02	0,7	0,75	32,91	21,92	1,2314	40,532	30,257	50,58	76,8484		30,73

Продолжение таблицы 1 – Расчет групповых электрических нагрузок