Full Text

Введение. На сегодняшний день эффективное использование энергетических ресурсов является ключевой задачей для промышленных предприятий, типовым примером которых можно считать АО «Пермский завод силикатных панелей». Предприятие использует большое количество электрической и тепловой энергии на производство газобетонных плит, силикатных панелей и других строительных материалов, при этом значительная доля рассеивается в окружающую среду в виде потерь. Кроме прямых потерь наблюдаются и косвенные, характеризуемые долей неутилизируемого вторичного тепла технологических процессов, к числу которых относится процесс сжатия воздуха. Неконтролируемая тепловая эмиссия системы с охлаждения компрессорной станции предприятия является неблагоприятной для окружающей среды и потенциальным источником для энергоресурсосбережения [1-4]. Большое количество тепловой энергии компрессорной станции теряется в системе охлаждения оборудования. Эта энергия имеет низкий энергетический потенциал в единицу времени, но при масштабировании на длительные интервалы крайне велика, нуждается в контроле и утилизации. Для обеспечения учета, оценки потенциала тепловой эмиссии с целью последующего обоснования методов ее использования предлагаются разработка и внедрение системы энергетического мониторинга (СЭМ) [5-7]. Разрабатываемая в рамках предприятия СЭМ должна обеспечить контроль над выбросами вторичной низкопотенциальной тепловой энергии, систематизацию информации об объемах энергетических потерь, наглядное представление о потерях, прогноз потребления и экономии др. Организация системы энергомониторинга тепловых потоков группы компрессоров. Рассмотрим структурную организацию источника тепловой энергии на базе системы охлаждения компрессорной станции предприятия АО «Пермский завод силикатных панелей» (ПЗСП) (рис. 1). Рис. 1. Упрощенная схема системы водяного охлаждения группы компрессоров Компрессорная станция содержит следующие источники тепловой энергии: К1..3 - поршневые компрессоры 2ВМ10-63/9 ГОСТ 23680-79 мощностью 400 кВт; к1..3 - поршневые компрессоры ВП-20/8МУ4 ГОСТ 5.28-67 мощностью 132 кВт. Система водяного охлаждения группы компрессоров представляет замкнутую систему, состоящую из системы охлаждения воды, которая включает в себя баки холодной и горячей воды, градирню, группу рециркуляционных и подпиточных насосов. Так, в системе к каждому компрессору подводится отдельный трубопровод с охлаждающим теплоносителем. Нагретый теплоноситель от компрессоров по системе трубопроводов поступает в систему водяного охлаждения, тем самым поддерживается замкнутый цикл охлаждения теплоносителя. В градирне установлены два вентилятора, которые охлаждают воду. После градирни охлажденная жидкость скапливается в баке холодной воды, откуда по одному из трех насосов поступает снова на вход группы компрессоров. Поскольку в градирне происходит частичное испарение воды, то дополнительно установлен подпиточный насос, который служит для восполнения потерь воды. Количество тепловой энергии, выделяемой в процессе работы на каждом мощном компрессоре, обозначено QК1..3. Количество тепловой энергии, выделяемой в процессе работы на каждом менее мощном компрессоре, обозначено Qк1..3. Общее количество тепловой энергии QK, произведенное компрессорной станцией, определяется по формуле QК = QК1 + QК2 + QК3 + Qк1 + Qк2 + Qк3. Вся выработанная тепловая энергия передается с помощью теплоносителя по трубопроводной системе в систему охлаждения. Общее количество тепловых потерь в системе водяного охлаждения Q можно определить по выражению Q = Qсо + QL, где QL - общее количество рассеиваемой тепловой энергии в местах возможных тепловых потерь в трубопроводной части L1..7 передачи нагретого теплоносителя, QL = QL1 + QL2 + … + QL7; Qсо - количество потерь тепловой энергии внутри градирни системы водяного охлаждения. Выражение, характеризующее тепловой баланс, можно записать следующим образом: Q = QК. С учетом большой электрической мощности компрессорной станции и постоянного режима ее работы объем выделяемой энергии велик, его можно приблизительно оценить по перепаду температур на входном и выходном трубопроводе и расходу теплоносителя. На входном и выходном трубопроводе системы водяного охлаждения компрессоров, а также для регистрации температуры окружающей среды были установлены цифровые датчики, широко используемые в системах диагностики [8, 9]. Датчики подключены к устройству удаленной телеметрии и управления на базе программируемого логического контроллера VIDA44М (рис. 2). VIDA44М является устройством удаленной телеметрии и управления, предназначенным для сбора данных в режиме реального времени, хранения и передачи энергетических и производственных данных в заданном формате для использования их в многоуровневой автоматизированной системе мониторинга [10, 11]. Благодаря высоким техническим характеристикам VIDA44М способен выполнять задачи энергетического мониторинга и беспроводной передачи данных в долгосрочной перспективе - от одного дня до нескольких лет, что обусловливает целесообразность его применения на АО «ПЗСП» в рамках разработки информационно-аналитической системы управления энергоресурсами предприятия [12-16]. 2 1 Рис. 2. Размещение VIDA44М 1 и датчика температуры 2 охлажденного теплоносителя на входном трубопроводе системы охлаждения группы компрессоров Результаты мониторинга тепловой энергии группы компрессоров. По результатам мониторинга были получены данные с установленных датчиков температур. С помощью открытого программного обеспечения OpenJEVis были проведены визуализация и обработка полученных данных [17, 18]. Построен график изменения температур теплоносителя на входном T1 и выходном T2 трубопроводах системы охлаждения группы компрессоров (рис. 3). 2 1 Рис. 3. Температура воды на входе 1 и выходе 2 системы охлаждения группы компрессоров Проведен подсчет количества тепловой энергии при условии работы одного рециркуляционного насоса 24 ч в сутки с объемным расходом воды 25 м3/ч. Массовый расход охлаждающей жидкости m за сутки находится по формуле m = V×r, (1) где V - массовый расход, м3/ч, r - плотность воды, кг/м3, принимаем Тепловые потери в системе охлаждения Q за сутки находятся по формуле (2) где c - удельная теплоемкость воды, Дж/(кг∙oС), принимаем с = 4187 Дж/(кг×°С). Для автоматического перевода количества энергии из Дж в Гкал зададим в системе OpenJEVis калибровочный коэффициент 0,238·10-9. На рис. 4 показано изменение температуры окружающей среды и разность температур на входе и выходе системы охлаждения группы компрессоров. 2 1 Рис. 4. Перепад температуры теплоносителя 1 и температура воздуха окружающей среды 2 Визуальный анализ графиков показывает, что зависимость между температурой окружающей среды и разностью температур теплоносителя отсутствует, более точную картину взаимодействия факторов может дать только статистический подход или интеллектуальная оценка [19, 20]. При этом на графике разности температур возникают повторяющиеся области с примерно равным периодом. Пик этих изменений носит ступенчатый характер и возникает в часы работы дневной смены, когда работают компрессор мощностью 400 кВт и несколько компрессоров мощностью 130 кВт. Спад этих изменений приходится на ночную смену, когда работает в основном компрессор мощностью 400 кВт. На рис. 5 приведен пример визуализации потребления электрической энергии компрессором ВП-20/8МУ4 ГОСТ 5.28-67 мощностью 132 кВт и показан его энергетический вклад в тепловой режим системы охлаждения, составляющий примерно 20 % от тепла компрессора 2ВМ10-63/9 ГОСТ 23680-79 мощностью 400 кВт. Все измерения представлены в условных единицах измерения. 2 1 Рис. 5. Рассеиваемая тепловая энергия 1 и потребленная электрическая энергия 2 выбранного компрессора в условных единицах измерения Основные результаты энергомониторинга низкопотенциальных тепловых потоков системы охлаждения компрессорной станции показаны в таблице. Результаты энергомониторинга низкопотенциальных тепловых потоков системы охлаждения компрессорной станции Дата Средняя температура на выходе (T2) за сутки, оС Средняя температура на входе (T1) за сутки, оС Разность температур T2-T1, оС Суммарное кол-во тепловой энергии за сутки, Гкал 08.11.2016 23,2 10,4 12,8 7,7226 09.11.2016 24,2 9,8 14,4 8,6680 10.11.2016 23,9 9,6 14,3 8,5531 11.11.2016 22,2 7,3 14,9 8,9377 12.11.2016 26,6 11,5 15,1 9,0264 13.11.2016 28,6 12,9 15,7 9,4048 14.11.2016 27,6 11,8 15,8 9,4560 15.11.2016 24,7 10,4 14,3 8,5294 Выводы. Объем низкопотенциальной энергии тепловых потоков в системе охлаждения компрессорной станции крайне велик. Предварительные оценки показывают, что за год наблюдается тепловая эмиссия в объеме 3200 Гкал только для данного технологического объекта производства. Зная суммарное количество тепловой энергии, выбрасываемое в окружающую среду за сутки, и себестоимость 1 Гкал, можно рассчитать средние потери тепла за год в денежном эквиваленте и оценить целесообразность установки теплообменного оборудования или тепловых насосов. Исследование проведено при поддержке внутривузовского гранта ПНИПУ «Разработка методологии мониторинга и утилизации тепловых потоков как низкопотенциального ресурса предприятия» и является этапом разработки информационно-аналитической системы управления энергоресурсами АО «ПЗСП» как элемента системы энергетического менеджмента предприятия [21].

About the authors

A. V Kychkin

Perm National Research Polytechnic University

Email: aleksey.kychkin@gmail.com

V. V Noskov

Perm National Research Polytechnic University

Email: noskov_v_v_@mail.ru

References

Statistics

Views

Abstract - 17

PDF (Russian) - 9

Refbacks

• There are currently no refbacks.