ДОКЛАД Использование нескольких изотерм хладагента для повышения энергетической эффективности ПХУ

1. ДОКЛАД Использование нескольких изотерм хладагента для повышения энергетической эффективности ПХУ Ракитин Денис Иванович ООО «ХАФИ РУС»

2. Согласно существующей практике в холодильных установках для охлаждения углеводородных газов применяется одна изотерма кипения, т.е. выработка холода происходит на одном, обычно низком температурном уровне минус 38 С. Весь поток углеводородного газа охлаждается в одну ступень. До 90% потребления от суммарного энергопотребления установки подготовки газа составляет потребление ПХУ, а в самой ПХУ на долю компрессоров приходится до 90% энергопотребления. Поэтому, с учетом реальной стоимости электроэнергии, актуальным являются любые способы уменьшения потребления энергии ПХУ. В данном докладе предлагается отличный от этого способ повышения энергетической эффективности ПХУ, находящийся на стыке технологических решений в ПХУ и технологический решения по охлаждаемой среде. Данный способ представляет собой многоступенчатое охлаждение газа в ПХУ. В принципе известно ступенчатое охлаждение газа (например, его охлаждение сначала в рекуператорах, а затем в ПХУ), однако в самих ПХУ ступенчатое охлаждение газа практически не применялось. Описание предлагаемого способа повышения энергетической эффективности ПХУ

3. Как видно из данной диаграммы, может быть достигнута существенная экономия в работе компрессора при использовании ступенчатого охлаждения газа и нескольких изотерм кипения хладагента в ПХУ. Трехступенчатое охлаждение среды T T Одноступенчатое охлаждение среды (+42 0C) (+42 0C) PKI PKII (-8 0C) PK PKIII (-28 0C) (-38 0C) (-38 0C) Q0I Q0II Q0 Q0III S S Q0=Q0I+Q0II+Q0III; Pk>PKI+PKII+PKIII; Описание предлагаемого способа повышения энергетической эффективности ПХУ Рис. 1. Диаграмма на примере теоретического холодильного цикла Карно для иллюстрации разницы между одноступенчатым охлаждением среды и многоступенчатым охлаждением среды (углеводородного газа).

4. Как видно из данного рисунка, происходит усложнение схемы ПХУ при использовании многоступенчатого охлаждения среды. Одноступенчатое охлаждение среды Трехступенчатое охлаждение среды Конденсатор холодильной установки, TK=+42 0С Конденсатор холодильной установки, TK=+42 0С Компрессор Компрессор Компрессор K KI KII KIII Компрессор PK PKIII PKII PKI Охлаждаемая среда Испаритель холодильной установки, T0=минус 38 0С Испаритель холодильной установки, T0=минус 38 0С Испаритель холодильной установки, T0=минус 28 0С Испаритель холодильной установки, T0=минус 8 0С -300C +350C Q0 -300C +350C +00C -200C Охлаждаемая среда Q0I Q0II Q0III Описание предлагаемого способа повышения энергетической эффективности ПХУ Рис. 2. Схемные различия между установкой с одно- и многоступенчатым охлаждением среды.

5. 1 ступень охлаждения: с +35 до +0 С, соответствующая изотерма кипения хладагента минус 8 0С 2 ступень охлаждения: с +0 до минус 20 С, соответствующая изотерма кипения хладагента минус 28 С 3 ступень охлаждения: с минус 20 до минус 30 С, соответствующая изотерма кипения хладагента минус 38 С Таким образом, только часть холодильной мощности вырабатывается на низкой изотерме кипения минус 38 С. Известно, что выработка холода на более высоких изотермах кипения (минус 8 С и минус 28 С) потребует значительно меньших энергозатрат, и меньшей объемной производительности компрессоров (т.к. пары хладагента имеют более высокую плотность). Применение нескольких ступеней охлаждения по сравнению с одноступенчатым охлаждением дает следующие преимущества: уменьшение объемной производительность компрессоров уменьшение энергопотребления компрессоров уменьшение мощности узла конденсации в целом – уменьшение капитальных и эксплуатационных затрат на холодильную установку Для каждой подобной холодильной установки ставится задача поиска оптимального количества ступеней охлаждения (изотерм кипения хладагента) путем сопоставления капитальных и эксплуатационных затрат на холодильную установку с учетом всего срока эксплуатации установки. Описание предлагаемого способа повышения энергетической эффективности ПХУ

6. Оптимальное количество ступеней охлаждения зависит от следующих факторов: перепад температур по охлаждаемому продукту. Чем он больше, тем больше ступеней охлаждения может быть применено. количество сред охлаждения, параметры сред охлаждения разница в экономии энергопотребления по сравнению с другим количеством ступеней охлаждения величина капитальных и эксплуатационных затрат по сравнению с другим количеством ступеней охлаждения Произведем расчет оптимального количества ступеней охлаждения на следующем примере. Температура охлаждаемой среды на входе: +35 С Температура охлаждаемой среды на выходе: минус 30 С Основная изотерма кипения хладагента: минус 38 С Температура конденсации хладагента: +42 С Количество рабочих часов в год: 8000 часов Стоимость 1 кВт*ч для предприятий: ок. 4 рублей Технология расчета оптимального количества изотерм кипения, холодильного цикла, оборудования.

7. Технология расчета оптимального количества изотерм кипения, холодильного цикла, оборудования. Таблица 1. Величина удельного энергопотребления и величина удельной стоимости оборудования * Расчет энергопотребления произведен на базе программы расчета холодильных компрессоров RDC 1402E TB/16-04-08/Len. ** Расчет стоимости оборудования произведен на базе цен технико-коммерческих предложений в период 2007-2012 г.

8. Расчет возможной экономии предприятия при внедрении многоступенчатого охлаждения. Таблица 2. Процент экономии энергопотребления по сравнениюс 1-но ступенчатым охлаждением. * Расчет произведен на базе программы расчета холодильных компрессоров RDC 1402E TB/16-04-08/Len.

9. Расчет возможной экономии предприятия при внедрении многоступенчатого охлаждения. Таблица 3. Использование расчета на примереустановки холодопроизводительностью 3000 кВт. Где Э2, 3, 4 – величина экономии в руб., для 2, 3, 4 ступеней охлаждения, К2, 3, 4 – коэффициент для 2, 3, 4 ступеней охлаждения, Q0 – холодопроизводительность установки охлаждения газа. Таким образом, зная холодопроизводительность существующей холодильной установки с одноступенчатым охлаждением, можно быстро оценить стоимостнуювеличину экономии расходов на электроэнергию при переводе этой установки на несколько изотерм кипения (2, 3, 5 изотермы кипения).

10. Общая холодопроизводительность, применено 2-х ступенчатое охлаждение. 1 ступень охлаждения с +34 до минус 5 С 3344,3 кВт 2 ступень охлаждения с минус 5 до минус 41 С 2 666,3 кВт Суммарно, 2 ступени охлаждения: 6 010,6 кВт Потребление электроэнергии компрессорами: 1 ступень охлаждения с +34 до минус 5 С изотерма кипения хладагента минус 9 С 1215 кВт 2 ступень охлаждения с минус 5 до минус 41 С изотрема кипения хладагента минус 44 С 2512 кВт Потребление суммарно, 2 ступени охлаждения: 3727 кВт В случае использования 1 изотермы минус 44 потребление составит: 5096 кВт, т.е. на 36,7% больше. Разница в энергопотреблении составляет 1369 кВт. При стоимости 1 кВт*ч = 4 рубля и 4000 рабочих часов в год, разница в стоимости электроэнергии, посчитанная за год, составит: 1369*4000*4=21,904 млн. рублей. Таким образом новое техническое решение, воплощенное в реальной холодильной установке, будет приносить заказчику годовую экономию эксплуатационных затрат ок. 21,904 млн. рублей по сравнению с традиционным техническим решением. Сравнительный расчет внедрения многоступенчатого охлаждения в реально существующую установку (на примере проекта ПХУ для парка изотермического хранения сжиженных углеводородных газов).

11. Предлагаемый способ повышения энергетической эффективности с помощью внедрения нескольких изотерм кипения и многоступенчатого охлаждения среды позволяет снизить энергопотребление холодильной установки на величину от 29% до 43% (для типового случая) в зависимости от количества ступеней охлаждения, по сравнению с одноступенчатым охлаждением среды. Для предприятий, имеющих существующие ПХУ, предлагается модернизация холодильной установки одним из следующих способов: Использование существующего оборудования с изменением режима его работы Использование части существующих компрессоров и испарителей с изменением режима работы, плюс установка новых компрессоров и испарителей, или только испарителей Замена всех компрессоров и испарителей Срок окупаемости модернизации ПХУ в каждом случае рассчитывается индивидуально, однако по предварительным расчетам для нескольких проектов он составил не более 3 лет. Для предприятий, планирующих строительство новых ПХУ рекомендуется изначально закладывать технические решения с многоступенчатым охлаждением сред (углеводородных газов или СУГ), а также принимать во внимание не только стоимость оборудования, но и стоимость владения установкой в течении всего жизненного цикла, в течении 20 лет. Как минимум, при проведении тендера, где решающее значение имеет стоимость, выбор должен проводится по следующей стоимостной оценке: стоимость оборудования + стоимость энергопотребления за 5 лет владения установкой. Потребление электроэнергии – самая важная характеристика любой современной холодильной установки. Используйте многоступенчатое охлаждение для достижения максимальной энергоэффективности ПХУ. Выводы.

12. БЛАГОДАРИМ ЗА ВНИМАНИЕ ООО «ХАФИ РУС» Ракитин Денис Иванович Тел. +7 (495) 936 26 33, моб. +7 (915) 278 00 21