Энергосбережение в системе газоснабжения

Введение

Природный газ – энергия XXI века. Доля природного газа в мировом топливноэнергетическом комплексе, как ожидается, в первой половине XXI века возрастет до 30 %, а в России к 2015 году составит 57 %.
Для достижения цели стабильного, бесперебойного и экономически эффективного удовлетворения постоянно возрастающего внутреннего и внешнего спроса на природный газ. Энергетической стратегией России на период до 2030 года предусматривается сокращение потерь и снижение затрат на всех стадиях технологического процесса при добыче, подготовке и транспорте газа, а также решение задач ресурсо- и энергосбережения в соответствии со статьей 4 п. 1 Федерального закона №261 от 23.11.2009 года.
Для транспортировки природного газа от месторождения до потребителей, давление повышают до 50-70 атм. А далее сбрасывается в два этапа: до 12-15 атм. для распределительных сетей и далее до 1-3 атм. для потребителей, применяя дросселирование. С точки зрения энергосбережения в газотранспортной системе на сегодня весьма перспективной является утилизация энергии избыточного давления природного газа, путем замены дросселей на детандерные генераторы, преобразующие энергию избыточного давления природного газа в электроэнергию.
Цель данной работы – рассмотрение различных методов энергосбережения в системе газоснабжения.
1. Актуальность энергосбережения в газовой отрасли

В последние годы в топливно-энергетическом комплексе и в газовой промышленности сложилась ситуация, выдвинувшая проблему энергосбережения на первый план. Это связано с тем, что развитие газовой промышленности в прошлом столетии осуществлялось форсированными темпами. Ежегодно вводилось в действие более 10тыс. км газопроводов и компрессорных станций мощностью 2,0 млн кВт. Ежегодная добыча газа в России превышала 50 млрд м3.
Такие успехи в развитии газовой промышленности в значительной мере были обусловлены тем, что в стране был создан необходимый научно-производственный потенциал, мощная база строительной индустрии, высокими темпами велась разведка запасов природного газа.
Широкомасштабная газификация народного хозяйства резко повысила производительность труда во многих отраслях промышленности, благодаря чему были обеспечены высокие темпы экономического роста.
Однако в период интенсивного развития газовой промышленности появился целый ряд негативных факторов. В частности, можно отметить повышенную энергоемкость существующих газопроводов, сложившуюся в результате выбора их проектных параметров при чрезвычайно низких ценах на энергоресурсы и дефиците труб. Вследствие этого проектная удельная энергоемкость российских газопроводов, отнесенная к объему товарнотранспортной работы, примерно на 50-70 % выше, чем западных газопроводов.
В условиях отставания отечественного компрессоростроительного комплекса приходилось устанавливать на компрессорных станциях газоперекачивающие агрегаты (ГПА) с низким (по сравнению с зарубежными аналогами) коэффициентом полезного действия. Существующий парк газоперекачивающих агрегатов имеет средний КПД примерно равный 28 % (тогда как современные агрегаты имеют КПД на уровне 36 %), что обусловливает перерасход топливного газа на 15-20 %. Однако удельный расход топливно-энергетических ресурсов (газ и электроэнергия) на привод газоперекачивающих агрегатов в течение многих лет постоянно снижается.
Основная причина снижения связана с вынужденной разгрузкой газотранспортной сети. После 2001 г. поступление газа в газопроводы и соответственно их загрузка постоянно снижаются. Снижение нагрузки позволяет снизить удельные энергозатраты примерно на 20 %. Это обстоятельство свидетельствует об имеющихся резервах уменьшения энергозатрат на работу ГПА являющихся основными потребителями энергоресурсов в транспорте газа.
Газопроводы, вводившиеся в эксплуатацию в период интенсифицированной перекачки газа, часто не были оснащены системами телемеханики, а из-за возникшего дефицита запорной арматуры ее установка велась с увеличенным шагом, из-за чего в настоящее время при проведении ремонтных работ приходится стравливать огромное количество газа в атмосферу. В то же время на зарубежных станциях при проведении ремонтных работ весь газ поступает в специальные емкости, откуда в дальнейшем отбирается на нужды станции или направляется потребителям. Кроме того, из-за отсутствия современной системы учета и контроля газа, а также из-за использования морально и физически устаревшего оборудования на большинстве газоперекачивающих станций имеют место потери природного газа.
Причем, начиная с 2010 г. они непрерывно растут. Постоянный рост потерь природного газа при перекачке связан со значительным износом трубопроводного и перекачивающего оборудования. Большая доля потерь природного газа приходится на коммерческие потери, которые в газовых хозяйствах определяются исходя из относительной погрешности приборов учета 2,5-5 % (при мировой практике 0,25 %). Так, например, плановые потери газа по газовому хозяйству ОАО «Газпром» составляют 370 млн м3 /год. В общем по России потери газа по этой статье могут составлять более 1 млрд м3 /год.
Кризисная ситуация в экономике страны также оказала негативное влияние на развитие и функционирование топливно-энергетического комплекса и газовой промышленности. Прежде всего, следует отметить уменьшение добычи угля и нефти и повышение в 1,5 – 3,0 раза их цены по сравнению с природным газом. Это не только не стимулировало газосбережение, но сделало природный газ более предпочтительным для потребителей по сравнению с другими видами топлива. В результате доля природного газа среди первичных энергоносителей возросла с 42 % в 2008 г. до 50 % в 2017 г.
Из-за нехватки финансовых средств на ремонт и реконструкцию возрастает старение и износ основных производственных фондов, ухудшается техническое состояние газоперекачивающего парка и линейной части магистральных газопроводов. На настоящий момент состояние объектов газификации характеризуют следующие данные:
• более 30 % газопроводов высокого, среднего и низкого давления находятся в эксплуатации более 30 лет и требуют обследования и реконструкции;
• большая часть узлов учета газа оборудована морально и физически устаревшей техникой, погрешности которой превышают нормативные (в среднем погрешность измерений расхода газа составляет около 5 %);
• около 20 % газоиспользующего оборудования выработало установленный заводом изготовителем ресурс;
• основная часть газорегуляторных пунктов отработала более 20 лет без замены оборудования;
• износ основных фондов предприятий газового хозяйства России составляет более 50 %.
По этим причинам большая часть магистральных газопроводов работает с пониженным давлением. Газотранспортная система России, запроектированная на высокую пропускную способность, оказалась в нерасчетном режиме пониженной загрузки, что приводит к увеличению энергетических затрат и требует проведения специальных мероприятий по снижению энергоемкости транспорта в новых условиях.
Из года в год отстает ввод в действие дожимных компрессорных станций (ДКС), участки магистральных газопроводов работают с пониженным давлением, из-за чего линейные компрессорные станции работают с повышенными затратами мощности. Этот факт требует разработки и внедрения автоматизированной электронной системы, позволяющей производить оптимальную загрузку всех станций, участвующих в перекачке газа на определенной магистрали.
Кроме того, подавляющая часть газа расходуется газоперекачивающими агрегатами на дожимных компрессорных станциях, поэтому основные усилия по энергосбережению должны быть направлены на газосбережение именно на самих станциях. Это возможно за счет повышения эффективности их работы.
За последние годы прошлого века значительно снизилась добыча газа, что связано с падением добычи газа на большинстве имеющихся месторождений. Поиск, разработка и ввод новых месторождений расположенных в неосвоенных районах со сложными природно-климатическими условиями и слабо развитой инфраструктурой, требует огромных финансовых затрат и связан с ростом себестоимости добычи и транспортировки газа.
На основании вышеизложенного основными направлениями энергосбережения, необходимыми для успешного развития системы газоснабжения России, являются:
• экономия ресурсов газа для его использования на собственные нужды станции или для подачи потребителям;
• повышение эффективности работы существующего парка газоперекачивающих агрегатов за счет поиска и устранения мест неэффективного использования газа;
• снижение эксплуатационных издержек за счет оптимизации режимов работы основного и вспомогательного оборудования станции;
• совершенствование системы учета и контроля газа в газовом хозяйстве, приведение ее к международным стандартам;
• постепенная замена старого оборудования на высоко технологичное, имеющее высокий КПД и малое потребление энергоносителей;
• снижение выбросов тепличных газов и вредных веществ в атмосферу.

2

. Требования к системе газоснабжения

Системы газоснабжения представляют собой сложный комплекс сооружений. На выбор системы газоснабжения города оказывает влияние ряд факторов. Это, прежде всего: размер газифицируемой территории, особенности ее планировки, плотности населения, число и характер потребителей газа. Наличие естественных и искусственных препятствий для прокладки газопроводов (рек, дамб, оврагов, железнодорожных путей, подземных сооружений и т.п.). При проектировании системы газоснабжения разрабатывают ряд вариантов и производят их технико-экономическое сравнение. Все газопроводы, входящие в газораспределительную сеть, условно разбиваются на транзитные и распределительные. Транзитные газопроводы предназначены для передачи газа из одного района населенного пункта в другой. Распределительные газопроводы служат для подачи газа непосредственно потребителям.
К внутреннему газооборудованию жилых домов и промышленных предприятий относятся внутридомовые и промышленные газопроводы, газовые приборы и установки для сжигания газа.
Газораспределительная система выбирается с учетом источников, объема и назначения газоснабжения, размера и планировки населенного пункта.
Так как природный газ является высокоэффективным энергоносителем, в условиях экономического кризиса газификация может составить основу социально-экономического развития, обеспечить улучшение условий труда и быта населения, а также снижение загрязнения окружающей среды. Кроме того, природный газ является ценным сырьем для химической промышленности. Использование газового топлива позволяет внедрять эффективнее методы передачи теплоты, создавать экономические и высокопроизводительные тепловые агрегаты с меньшими габаритными размерами, стоимостью и высоким КПД, а также повышать качество продукции.
Основной задачей при использовании природного газа является его рациональное потребление, то есть снижение удельного расхода посредством внедрения экономических технологических процессов, при которых наиболее полно реализуются положительные свойства газа. Применение газового топлива позволяет избежать потерь теплоты, определяемых механическим и химическим недожогом. Уменьшение потерь теплоты с уходящими продуктами горения достигается сжиганием газа при малых коэффициентах расхода воздуха. При работе агрегатов на газовом топливе возможно также ступенчатое использование продуктов горения. Основными задачами в области развития систем газоснабжения являются:
· применение для сетей и оборудования новых полимерных материалов, новых конструкций труб и соединительных элементов, а также новых технологий;
· внедрение эффективного газоиспользующего оборудования;
· расширение использования газа в качестве моторного топлива на транспорте;
· внедрение энергосберегающих технологий;
· обеспечение на основе природного газа производства тепла и электроэнергии для децентрализованного тепло- и энергосбережения небольших городов и сельских населённых пунктов.
Газ, как источник энергии, необходим человеку в быту и на производстве. Природный газ является высокоэффективным энергоносителем и ценным химическим сырьем. Он имеет ряд преимуществ по сравнению с другими видами топлива и сырья:
· стоимость добычи природного газа значительно ниже, а производительность труда значительно выше чем при добыче угля и нефти;
· высокие температуры в процессе горения и удельная теплота сгорания позволяют эффективно применять газ как энергетическое и технологическое топливо;
· высокая жаропроизводительность (более 2000?С);
· полное сгорание, значительно облегчающее условия труда персонала, обслуживающего газовое оборудование и сети;
· отсутствие в природных газах окиси углерода предотвращает возможность отравления при утечках газах, что особенно важно при газоснабжении коммунальных и бытовых потребителей;
· при работе на природном газе обеспечивается возможность автоматизации процессов горения, достигаются высокие КПД.
Себестоимость природного газа в 15-20 раз ниже себестоимости угля подземной выработки, если сравнить газ с твердым топливом то можно заметить, что его эффективность в 4-5 раз выше.
Газоснабжение городов и населенных пунктов значительно улучшает состояние их воздушного бассейна.
В качестве газового топлива в нашей стране используют природный газ, попутный газ, сжиженные углеводородные и газы, добываемые из газоконденсатных месторождений.
Попутные газы однородны по составу и содержат в основном метан. Кроме горючих компонентов в природных газах содержатся сероводород, кислород, азот, диоксид углерода, пары воды и механические примеси.
В систему газоснабжения входят следующие элементы: газопровод- ввод, распределительный газопровод, стояки, поэтажные подводки, запорная арматура, газовые приборы.
При выборе схемы газоснабжения исходим из следующих соображений:
· прокладка газопровода должна производиться открыто из стальных труб на сварке, с разъемными, резьбовыми и фланцевыми соединениями в местах установки запорной арматуры газовых приборов, регуляторов давления и счетчиков;
· запорную арматуру следует устанавливать на воде, в ответвлении к стоякам, газовыми приборами, а также в продувочных трубопроводах зданий пяти и более этажей;
· распределительный газопровод крепят к стенам зданий с помощью хомутов, кронштейнов-крючьев, на расстоянии обеспечивающих монтаж, ремонт и осмотр трубопровода. На вводе вблизи распределительного трубопровода устанавливают главную отключающую запорную арматуру (задвижка, пробковый кран);
· от главного запорного клапана прокладывают распределительный трубопровод и от него делают вводы в каждую секцию;
· газопроводы внутри помещений состоят из вводов, стояков и квартирных разводок; стояки представляют собой вертикально расположенный газопровод, проходящий через все этажи. От него идут ответвления в расположенные рядом квартиры;
· при прохождение через перекрытие газопроводы прокладывают в металлических футлярах с кольцевым зазором 5-10 мм, и с возвышением над уровнем пола на 30 мм;
· зазор между трубой и футляром заделывают просмоленной паклей, резиновыми втулками или другими эластичными материалами;
· все газопроводы внутри здания окрашивают водостойкой масляной краской;
· стояки проходят в основном в кухнях, коридорах, лестничных клетках и других нежилых помещениях.
Прокладку газопровода в жилых домах осуществляют по нежилым помещениям.
Категорически запрещается прокладывать газопроводы в сантехнических узлах и ванных комнатах. Все горизонтальные прокладки газопроводов выполняются на высоте не менее 2,2 метра с помощью кронштейнов, хомутов и крючьев. Газопроводы не должны пересекать дверные и оконные проемы.
Отключающие краны ставят перед каждым газовым прибором, их следует размещать на расстоянии не менее 0,5 м от и открывающихся оконных проемов.
Газопроводы прокладывают без уклона. Для прокладки вводов и газосетей внутри здания применяют стальные бесшовные трубопроводы по ГОСТ 8751-87 и 11017-80.
Трубы соединяют сваркой при тщательном контроле качества. Резьбовые и фланцевые соединения допустимы только в местах установки отключающих устройств, арматуры и приборов. Газовые счетчики устанавливают в сухих и теплых помещениях доступных для снятия показаний. При диаметре труб более 50 мм в качестве запорной арматуры применяют задвижки, а в остальных случаях пробковый кран.

3. Методы экономии газа

Экономия газа - актуальная проблема для всех предприятий, нуждающихся в этом энергетическом ресурсе.
Общеизвестно, что самый крупный потребитель указанного ресурса -- промышленность (до 40% добычи). А больше всего нуждается в голубом топливе металлургическая отрасль.
Если газ не используется в технологических процессах, проблема его сбережения отпадает сама по себе, заменой газового оборудования на электрическое. Но в случае регулярной закупки газа всё время повышающаяся цена этого вида топлива и неэкономное использование способно привести к финансовой нерентабельности предприятия.
Цена газа всегда отображается в себестоимости выпускаемой продукции и, соответственно, снижает конкурентоспособность на рынке. Исключить подобные проблемы помогут различные методы экономии.
Простые методы
- установка счётчиков -- давно известный и хорошо зарекомендовавший себя способ, приносящий экономию от 20 до 30%;
- утепление помещений -- метод актуален при использовании голубого топлива в качестве источника тепла на предприятии (экономия до 30-35%).
Продвинутые методы
- установка датчиков и регуляторов, позволяющих исключить ручное управление оборудованием.
- терморегуляторы в печах для плавки стекла приносят экономию потребления в 12%