1. Анализ основных техническо-эксплуатацион-ных показателей отечественных и зарубежных установок по приготовлению и использованию пропан-бутановоздушных смесей

1.1 Технология «propane-air» (пропан - воздух)

Проблема бесперебойного снабжения природным газом потребителей требуют своего решения. Для систем газоснабжения, использующих природный газ в качестве основного топлива, типичными факторами риска являются:

• прекращение подачи газа, вызванное аварийными ситуациями на газопроводе;

• падение давления в газопроводе, обусловленное «пиковыми» нагрузками на газораспределительную сеть.

Для потребителей природного газа в зарубежных странах проблема усугубляется еще и сезонными скачками цен на природный газ. Многие промышленные потребители вынуждены отказываться от использования природного газа во время сезонных «пиков» потребления. В этих случаях бесперебойное функционирование систем энергоснабжения обеспечивается за счет использования резервного топлива.

Недостаточное внимание к данной проблеме при перебоях с поставками основного вида топлива может привести к возникновению ощутимого экономического ущерба, особенно для предприятий с непрерывным технологическим циклом.

К настоящему времени в ряде зарубежных стран, таких как США, Канада и страны Западной Европы, накоплен обширный опыт разработки и использования технологий и систем резервного газоснабжения. Одним из эффективных и широко применяемых вариантов резервного (аварийного) топлива, пригодным для большинства потребителей природного газа, является пропано-воздушная смесь (propane-air). В некоторых источниках смесь пропана с воздухом иногда называют «искусственным природным газом» (Synthetic Natural Gas - SNG).

Использование СУГ (пропана или пропан-бутана) в качестве резервного топлива целесообразно по целому ряду факторов. К числу преимуществ данного вида топлива относится его экологичность, удобство транспортировки и хранения, а также цены на СУГ, которые не подвержены таким резким колебаниям, как цены на природный газ.

Недостатком СУГ как резервного топлива является отличие их физико-химических свойств от природного газа, в результате чего газоиспользующее оборудование, рассчитанное для работы на природном газе, не может быть напрямую переведено на использование паровой фазы СУГ. Данная проблема имеет эффективное технологическое решение: при разбавлении паровой фазы СУГ воздухом газовоздушная смесь приобретает свойства, аналогичные свойствам природного газа.

Пропорции смеси паровой фазы СУГ и воздуха зависят от марки СУГ:

• для марки ПТ (пропан технический) - пары пропана 57% и воздух 43%;

• для марки БТ (бутан технический) - пары бутана 49% и воздух 51%;

• для марки ПБТ (пропан-бутан технический) - пары пропан-бутана 53% и воздух 47%.

Максимальное содержание воздуха в газовоздушной смеси ограничивается условиями безопасности: пары СУГ в смеси должны превышать верхний концентрационный предел воспламенения не менее чем в 2 раза [37].

Благодаря своим характеристикам смесь паров СУГ с воздухом может использоваться как прямой заменитель природного газа без доработки или регулировки газоиспользующего оборудования. В этом и состоит главное преимущество пропан-бутановоздушной смеси для использования в качестве резервного топлива.

Для резервного газоснабжения потребителей на базе СУГ с использованием технологии «рrораnе-air» технологическая схема установки включает следующие элементы:

• резервуары для хранения СУГ;

• насос для подачи жидкой фазы СУГ в испаритель;

• испаритель для перевода жидкой фазы СУГ в паровую фазу;

• воздушный компрессор (для смесительных установок, работающих на сжатом воздухе);

• смеситель (propane-air mixer).

Применение смесительных установок позволяет избежать простоев и затрат, связанных с переводом газоиспользующего оборудования на другой вид топлива.

Технология «рrораnе-air» за рубежом в силу вышеперечисленных причин пользуется широкой популярностью, как у промышленных, так и коммунально-бытовых и сельскохозяйственных потребителей.

Номенклатура изделий, выпускаемых зарубежными фирмами-производителями испарительных, смесительных и комбинированных установок, весьма обширна. Эти установки различаются производительностью, принципом функционирования, конструктивным исполнением, применяемыми системами контроля и безопасности.

Существует несколько технологических принципов смешения паров СУГ с воздухом. Наибольшее распространение получили смесительные установки на базе трубок Вентури (Venturi). В одних типах установок используется атмосферный воздух, в других - сжатый воздух (для этого в состав установки входит воздушный компрессор).

Максимальное давление, которое смеситель Вентури способен создать без использования воздушного компрессора, составляет 1 бар (1,0197 кгс/см²). Если применяется марка СУГ с высоким процентным содержанием бутана, то смеситель Вентури может создавать максимальное давление 500 мбар (0,51 кгс/см²).

При наличии воздушного компрессора смеситель Вентури способен создать давление 3 бар (3,06 кгс/см²). Но следует заметить, что чем выше давление газовоздушной смеси, тем больше и стоимость смесительной системы.

Выбор конфигурации оборудования для системы «рrораnе-air» в каждом конкретном случае определяется совокупностью факторов, среди которых ключевыми являются следующие:

• марка СУГ, используемая для приготовления газовоздушной смеси;

• производительность смесительной установки - объем газовоздушной смеси, получаемый в единицу времени;

• давление газа в трубопроводе потребителя (для получения высоких давлений используются смесительные установки, работающие на сжатом воздухе);

• предполагаемый режим функционирования системы (режим резервного газоснабжения, покрытие «пиковых» нагрузок, использование пропан-бутана в качестве «стартового» топлива);

• «масштабируемость» системы (проектирование системы с учетом возможного наращивания мощности в перспективе).

Наибольшей гибкостью в этом отношении обладают системы, построенные на базе установок модульного типа.

Большинство производителей газового оборудования предлагают комбинированные варианты (vaporizer-mixer), объединяющие в себе функции испарителя жидкой фазы СУГ и смесительной установки. Такие качества, как компактность, модульность, высокий КПД, надежность и удобство эксплуатации, а также широкие возможности их доработки и адаптации к нуждам потребителя, обеспечивают популярность комбинированных испарительно-смесительных установок.

Величина капитальных и эксплуатационных затрат системы «рrораnе-air» и ее экономическая эффективность зависят как от масштаба проектируемой системы и специфики потребителя, так и от внешних условий, главными из которых являются цены на СУГ и природный газ.

Капитальные вложения в систему «рrораnе-air» варьируются в широких пределах. По данным зарубежных компаний капитальные вложения составляют от $10 тыс. (для систем малой мощности) до $250 тыс. (для мощных систем, обеспечивающих крупные промышленные предприятия и требующих сооружения хранилищ СУГ большого объема).

Расчет экономического эффекта от использования системы «рrораnе-air» индивидуален для каждого потребителя. Результаты расчета зависят не только от предполагаемого режима использования резервной системы газоснабжения, но и определяется задачами, которые она должна решать. Так для промышленного предприятия, использующего пропан-бутан в качестве резервного (аварийного) топлива, капитальные вложения в резервное топливное хозяйство не превышают убытков от нескольких дней простоя мощностей в случае прекращения подачи природного газа.

За рубежом многие промышленные потребители газа переходят на пропано-воздушную смесь для покрытия «пиковых» потребностей в газовом топливе. Эта функция резервного топлива носит название «peak-shaving». В контрактах, заключаемых зарубежными поставщиками природного газа с потребителями, предусматривается полное отключение последних от подачи природного газа в периоды «пиковых» нагрузок на газораспределительную сеть. В эти периоды используется резервное топливо, а в остальное время природный газ поставляется по льготной цене. Такая схема расчетов за газ позволяет сэкономить до 30% затрат на топливно-энергетические ресурсы.

Использование пропан-бутана в качестве резервного топлива и смесительных установок для получения эквивалентного по свойствам заменителя природного газа с успехом применяется практически по всему миру от северных регионов до стран Ближнего Востока. Современные конструкционные материалы, используемые при изготовлении оборудования таких систем, гарантируют надежность их работы в широком диапазоне климатических условий.

Опыт, накопленный ведущими мировыми компаниями как в производстве оборудования для систем «propane-air», так и в выборе оптимальных проектных решений, адаптированных к условиям и нуждам конкретного потребителя, находит отражение в устойчивом спросе на них и в завоевании ими новых рынков. В настоящее время системы «propane-air» активно завоевывают рынок Китая.

В РФ первое место в структуре потребления топливно-энергетических ресурсов занимает природный газ. В нашей стране до недавнего времени не уделялось должного внимания вопросам резервирования газоснабжения на случай возможных аварий или перебоев с поставками природного газа, поэтому технология «propane-air» в России широкого распространения не получила. Только в последние годы ситуация стала меняться, потребители природного газа осознали важность эффективного решения проблемы резервирования газоснабжения. Этому способствуют следующие факторы:

• наметившаяся тенденция роста цен на природный газ;

• риск перегрузок систем централизованного газоснабжения в связи с растущим потреблением природного газа;

• техническое состояние газораспределительных сетей в России.

Все вышеперечисленное создает предпосылки для внедрения технологий и систем резервного газоснабжения, использующих современные виды альтернативного топлива. Данная тенденция наблюдается в России сравнительно недавно. Проекты, включающие резервную систему газоснабжения на базе пропан-бутана, пока немногочисленны. Определенная инерция в вопросе резервного топлива объясняется сложившимся представлением о гарантированных поставках природного газа и надежной работе системы централизованного газоснабжения. Кроме того проявляется недостаточная информированность заказчиков того или иного проекта в энергетической сфере о современных подходах к решению проблемы резервирования энергоресурсов. Часто мотивом для выбора устаревших проектных решений (таких, как система резервного топлива на мазуте с использованием газомазутных горелок) является стремление снизить капитальные затраты при строительстве объекта без учета издержек на стадии его эксплуатации.

Еще одним фактором, сдерживающим развитие рынка технологий и систем, использующих пропан-бутан в качестве основного или резервного источника для объектов промышленной энергетики, является недостаточная сформированность российского внутреннего рынка СУГ, ограниченные объемы производства и сильная зависимость потребителей СУГ от местных поставщиков.

Впрочем, есть серьезные основания полагать, что ситуация скоро изменится в лучшую сторону в связи с ростом объемов производства СУГ и с внедрением энергоэффективных технологий в промышленности.