Ключевые слова: природный газ, осушение газа, поглощение воды из газа, триэтиленгликоль, огневая регенерация, инжекционная горелка, энергосбережение, энергоэффективность.
Природный газ, добываемый на месторождении, содержит большое количество водяного пара. Если его не удалить, этот пар при охлаждении или повышении давления сконденсируется в жидкость, что приводит к образованию ледяных пробок в трубопроводах, коррозии оборудования, снижению теплотворной способности газа и несоблюдению требований к транспортируемому газу.
Для осушки газа широко используется триэтиленгликоль (ТЭГ) – вещество, которое обладает высокой гигроскопичностью, то есть активно поглощает воду из газового потока. Однако со временем ТЭГ насыщается водой и теряет свою способность осушать газ. Для восстановления свойств дорогого реагента его восстанавливают – именно этим и занимается блок огневой регенерации.
Блок огневой регенерации триэтиленгликоля (рисунок 1) – это установка замкнутого цикла, предназначенная для восстановления (регенерации) поглотительных свойств насыщенного триэтиленгликоля, который используется для осушки природного газа. Блок предназначен для регенерации насыщенного абсорбента ТЭГа (нТЭГа) с концентрацией от 95,7 % масс до концентрации 99,2 % масс.
РИСУНОК 1. Блок огневой регенерации триэтиленгликоля
В состав блока входят: колонна регенерации К-1, испаритель И-1 с отдельно стоящей дымовой трубой и буферная емкость Е-1 с У-образными трубами.
Результаты и обсуждение
В ходе изучения данных, полученных после режимно-наладочных испытаний, были выявлены основные показатели, указывающие на избыточное количество воздуха: разряжение в жаровых трубах, коэффициент избытка воздуха, потери тепла с дымовыми газами.
Коэффициент полезного действия блока при максимальной нагрузке составил 78,4 % [1, 2, 3, 4]. Оптимальным, менее затратным и трудозатратным вариантом, является снижение количества избыточного воздуха, поступающего для горения. Эффективность работы блока огневой регенерации ТЭГа напрямую зависит от рационального использования топливного газа. Для эффективного сжигания топливного газа необходимо оптимальное соотношение газовоздушной смеси, то есть минимально необходимое количество воздуха, поступающего на горение, которое необходимо для полного сжигания топливного газа.
В инжекционной горелке, установленной на блоке огневой регенерации, первичный воздух, предназначенный для образования негорючей газовоздушной смеси, поступает через штатный дисковый регулятор первичного воздуха, при этом оставшийся необходимый для горения воздух, (вторичный воздух) неконтролируемо поступает в топку через сечение между горелкой и амбразурой (рисунок 2). Избыточный вторичный воздух, не участвующий в горении, проходит транзитом по газовоздушному тракту, потребляя 8,2 % полезной тепловой энергии от сгорания топлива на нагрев его до температуры дымовых газов, снижая количество полезной энергии для регенерации ТЭГ до 78,4 % от максимальной тепловой энергии сгорания топливного газа.
Было предложено несколько вариантов увеличения эффективности сжигания топливного газа: автоматизация регулирования разряжения шибером, установленным в дымовой трубе; замена атмосферных горелок на автоматизированные дутьевые горелки; снижение количества избыточного воздуха. Оптимальным и менее затратным является последний вариант, так как его реализация была возможна собственными силами и экономически целесообразна.
РИСУНОК 2. Инжекторная горелка
Снижение количества избыточного воздуха приводит к уменьшению потерь энергии, соответственно, повышается КПД блока огневой регенерации вследствие исключения поступления воздуха, не участвующего в горении в топке и его последующего нагрева. Энергия, в прошлом затрачиваемая на нагрев избыточного воздуха до температуры дымовых газов, стала использоваться для более эффективной регенерации ТЭГ [5].
До внедрения технического решения через амбразуру в топочную камеру поступал избыточный, вторичный воздух. Для решения данной технической задачи был смонтирован пластинчатый шибер, состоящий из двух пластин – неподвижной и подвижной – с регулировкой положения шибера при помощи привода, выведенного из зоны термической опасности.
Таким образом, в результате проведенных РНИ, до и после монтажа пластинчатого шибера, были получены следующее результаты: увеличился КПД блока на 8,2 % при максимальной нагрузке; снизился коэффициент избытка воздуха; снизилась температура дымовых газов на максимальной нагрузке на 48 оС; снизился удельный расход топлива на 9,5 % [6]. Сопутствующим положительным эффектом явилось: увеличение разрежения в жаровой трубе согласно параметрам, указанным в паспортных данных блока; увеличилась максимальная мощность блока. Температура дымовых газов снизилась в среднем на 20–25 оС после внедрения технического решения, вследствие уменьшения потерь тепла с дымовыми газами, что является важным экологическим аспектом в снижении теплового воздействия на окружающую среду (рисунок 3).
РИСУНОК 3. График температуры дымовых газов
Выводы
В заключение можно сделать вывод, что для достижения целей эффективности и снижения потребления энергоресурсов [7], напрямую влияющих на себестоимость готовой продукции, зачастую нет необходимости в масштабных капиталовложениях. Даже при ограниченном бюджете можно добиться существенного снижения затрат на энергоресурсы за счет грамотного управления процессами и последовательного внедрения доступных мер энергосбережения. Главное – системный подход и постоянный контроль за эффективностью реализуемых решений.
Литература
1. Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых котлов с давлением пара не более 0,07 МПa (0,7 кгс/см2), водогрейных котлов и водоподогревателей с температурой нагрева воды не выше 388 К (115 ºС).
2. СП 89.13330.2016 «Котельные установки. Актуализированная редакция СНиП II-35-76».
3. ГОСТ Р 58095.4-2021 «Системы газораспределительные. Требования к сетям газопотребления. Часть 4. Эксплуатация».
4. ГОСТ 21204-97 «Горелки газовые промышленные. Общие технические требования».
5. В.И. Трембовля и др. «Теплотехнические испытания котельных установок».
6. И.Е. Герасименко и др. «Справочник инженера по пуску, наладке и эксплуатации котельных установок».
7. Федеральный закон РФ от 23 ноября 2009 года № 261-ФЗ «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».
