Миллион киловатт ни на чем и без затрат на топливо

Размещено на http://www.allbest.ru/

Миллионы киловатт ни на чем и без затрат на топливо

Неиспользованные резервы энергетики

В настоящий время Республики Узбекистан располагает разведанными запасами нефти и газа, открыто 225 месторождений углеводородного сырья, годовая добыча газа достигла уровня 70 млрд. кубических метров газа, нефти 6 млн. тонн. Газовая промышленность Республики Узбекистан обладает крупнейшими в регионе ресурсами природного газа и самой мощной системой газоснабжения.

Добыча природного газа происходит, как правило, в необжитых районах, без развитой сети электрических коммуникаций, дорог и т.п. Объекты добычи, промысловой подготовки газа и транспортировка газа требует создания новых сетей электроснабжения в районе разработки месторождения, а вдоль магистральных газопроводов для электроснабжения, в том числе, катодных станций электрозащиты от коррозии. Как правило, это наиболее дорогостоящая и малонадежная составляющая проекта освоения месторождения, учитывая, что мачты электропередач устанавливаются в условиях пустынь.

Для решения проблем электроснабжения отдаленных, локальных потребителей были сконструированы и изготовлены несколько вариантов автономных источников электроэнергии, которые использовали энергию текущего по трубе газа.

На начальном этапе были проанализированы различные виды приводов, такие как винт Дарье, винты пропеллерного типа, ротационные, роторные и поршневые расширительные двигатели, турбины которые ранее не использовались для отбора энергии потока газа.

Наш выбор был остановлен на выпускаемых серийно в горнодобывающей промышленности пневматических шестеренных двигателях. На сегодняшний день разработаны и выпускаются пневмодвигатели от 3,0 кВт до 100 кВт прошедшие эксплуатационные испытания и длительную проверку временем. Главным преимуществом является то, что шестеренные пневмодвигатели весьма простой конструкции. Валы двигателей имеет скорость вращения не более 3,0тыс. оборотов в минуту и установлены на обычных опорах подшипников качения.

Для решения проблемы смазки подшипниковых узлов предложено использовать имеющийся в природном газе конденсат, который в ряде случаев может улавливаться просто из рабочего потока и отфильтрованный подаваться в подшипниковые узлы микронасосом, без последующего возврата в смазочную систему. Таким образом, отпадает громозкая система регенерации смазки. Конденсатом предложено смазывать и рабочие колеса, для уменьшения их износа.

В целях исключения утечек через уплотнения выходного вала пневмодвигателя, которые не допускаются по требованию правил безопасности, пневмодвигатель вместе с генератором, соединенные в агрегат помещены в герметичный корпус. Электрический кабель при этом помещен в металлическую трубу и выводится из герметичного корпуса через гермовывод, как это делается в типовых насосах для перекачки сжиженных газов типа ХГ. При этом рабочая среда служит для охлаждения обмоток электрогенератора.

В качестве генератора применен асинхронный генератор с блоком автоматической регулировки и защиты САРЗ, размещаемым вне герметичного корпуса в помещении электрощитовой. Асинхронный генератор является обращением обычного серийного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Асинхронный генератор имеет целый ряд существенных преимуществ перед синхронным генератором, кроме того он дешевле последнего. Конструкция асинхронного генератора позволяет размещать его непосредственно в среде природного газа.

Используя эти принципы, электрическую энергию технически возможно и целесообразно получать прямо на газодобывающем предприятии природного газа. В комплекс основного производственного назначения для газодобывающего предприятия в общем случае входят скважины, кусты скважин, промплощадки с установками предварительной подготовки газа (УППГ), промплощадки с установками комплексной подготовки газа к транспорту (УКПГ), головные сооружения с установками полной подготовки газа и газового конденсата (ГС), промысловые трубопроводы.

Предлагается поток газа из скважин направлять через спецфильтр на рабочие органы привода, где газ, расширяясь произведет полезную работу. Затем, газ с пониженным до проектного давлением, направляется на объект подготовки газа к транспорту УППГ илиУКПГ.

В составе УППГ - один объект сбора и первичной сепарации газа, а в составе УКПГ несколько: сбора и первичной сепарации газа; подготовки газа и конденсата; компримирования газа (при необходимости), общего технологического и подсобно-вспомогательного назначения.

Технологические схемы УКПГ обеспечивают прием сырья, поступающего из скважин, прием газа от УППГ и подготовку газа к транспорту на весь период разработки месторождения. Комплексная подготовка газа может состоять из многих операций (необходимость в каждой определяется качеством и состоянием сырья): очистка от мехпримесей и капельной жидкости, осушка, отбензинивание, очистка от агрессивных примесей, охлаждение перед подачей в магистральный газопровод, стабилизация и переработка газового конденсата (или его смеси с попутной нефтью) в моторные топлива. Установки, предназначенные для подготовки газа и извлечения конденсата на газоконденсатных месторождениях, проектируются с учетом пластового давления и возможности работы в условиях изменения объёма сырья и вырабатываемых продуктов.

От механических примесей, капельной жидкости газ очищается в сепараторах на УКПГ и УППГ. На газоконденсатных месторождениях для отбензинивания газа, среди прочих, применяется низкотемпературная сепарация (НТС).

Установка НТС включает следующий минимальный набор оборудования: сепаратор I ступени; узел впрыска в поток газа ингибитора гидратообразования (метанола, 70-80% раствора диэтиленгликоля или др.); рекуперативные теплообменники, дроссель, эжектор утилизации газа выветривания, низкотемпературный сепаратор (тонкой очистки); разделители газового конденсата и воды с ингибитором гидратообразования. На установках НТС охлаждение газа производится за счет дроссель-эффекта.

На этой технологической линии выявлен источник энергии, которую возможно утилизировать, встраивая автономный источник в линию перед низкотемпературным сепаратором.

Предлагается поток газа перед низкотемпературным сепаратором направить на рабочие органы привода, заменяя тем самым дроссель расширительной машиной. Это позволяет получить сравнительно более глубокое охлаждение газа и электроэнергию. Как правило, перепад давления в настоящее время на дросселях составляет где-то 4,0-5,0 МПа, при суточном расходе 3 млн. куб. метров газа. Нетрудно подсчитать какое количество энергии ежесекундно утрачивается безвозвратно.

Теперь рассмотрим участок интенсификации добычи нефти, комплекс закачки газа в пласт при Сайклинк-процессе. На фоне естественного падении давления в нефтяном пласте при добыче, давление в нагнетательных нитках комплекса приходится поддерживать постоянным из-за специфики работы газо-нагнетательной станции. Это достигается дросселированием нагнетательного потока. Возникающий при этом перепад давления, можно использовать, встраивая автономный источник в линию нагнетания газа. В настоящее время в Кокдумалаке, нагнетательной станцией Келлог происходит закачка газа в пласт интенсивностью 21 млн. куб. метров в сутки. Средний перепад давления газа на дросселях составляет где-то 10 МПа. Это мощный источник энергии, которую можно так же утилизировать, используя принципиально тот же метод. Однако здесь необходимо учитывать то, что в пласт необходимо закачивать газ температурой 30-40⁰ и поэтому его следует подогревать перед входом в расширительную машину.

На фоне развития добывающих предприятий, постоянного роста добычи углеводородов происходит, также, постоянное расширение географии газификации регионов, что предусматривает развитие сетей газораспределения со строительством газораспределительных станций (ГРС) и газорегулирующих пунктов (ГРП), количество которых насчитывается десятками тысяч.

Далее рассмотрим еще одну точку в цепи газификации - это объекты газораспределения ГРС и ГРП. Через ГРС газ отводится из труб магистрального трубопровода при давлении 7,5МПа потребителю - городу, поселку или крупному промышленному объекту с понижением давления до 1,2; 0,6; 0,3МПа. газ труба электрический энергия

Снижение давления происходит на клапанах, а энергия газа утрачивается безвозвратно, при этом газ охлаждается приблизительно на 0,5 градуса С⁰ на каждые 0,1МПа снижения давления.

На ГРС технически возможно и целесообразно получать электрическую энергию с возвратом ее в существующую электрическую сеть. Поток газа по байпасной линии предлагается направить непосредственно на рабочие органы привода электрического генератора.

Роль автоматического клапана при этом может выполнить электроника, следя за давлением газа с большой точностью “после себя” т.е. после расширения на рабочих органах привода, в выходной трубе потребителю.

Учитывая объемы газа проходившего через ГРС, а это порядка от 10тыс м³/час до 200тыс м³/час, нетрудно представить масштабы получения дополнительной электроэнергии. Однако при охлаждении газа, которое сопутствует расширению, возникает опасность возникновения гидратов, поэтому в данном случае необходимо подогревать газ перед входом в расширительную машину.

Агрегаты устанавливаются преимущественно на байпасных линиях так, чтобы не быть помехой основному технологическому процессу. Где необходимо, перед агрегатом устанавливается спецфильтр, подогреватель газа, редукционный клапан.

Наиболее актуальной задачей является обеспечение электроэнергией катодных станций газопроводов в необжитых районах, без развитой сети электрических коммуникаций, дорог.

Способов защиты металлов от коррозии на первый взгляд много, но все сводится к изменению (легированию) свойств металла, либо созданию защитного покрытия, либо понижению коррозионной активности среды. При коррозии по электрохимическому механизму, которая и поражает трубопроводы, эффективна электрохимическая защита.

Анодная защита имеет ограниченное применение, требует тщательного контроля и применяется для металлов и сплавов, способных пассивироваться - например, углеродистой и нержавеющей сталей. А вот катодная защита широко применяется для борьбы с коррозией трубопроводов, газопроводов в грунте как дополнительное средство защиты к изоляционному покрытию путем присоединения защищаемой конструкции к отрицательному полюсу внешнего источника тока. Покрытие может иметь нарушение сплошности, разрывы и трещины, так как защитный ток в основном протекает по обнаженным участкам металла, которые и нуждаются в защите. При этом искусственно снижается переходное сопротивление почва-анод (что увеличивает электропроводность почвы рядом с анодом) путем добавления в почву гипса и поваренной соли. При катодной защите катод-трубопровод не разрушается, а аноды, в качестве которых применяют чугун, сталь, уголь, графит, отработанный металлический лом, напротив, разрушаются очень активно».

Отдельная проблема - обеспечение энергией станции катодной защиты, которой необходим автономный источник электроэнергии, способный надежно работать в жестких погодных условиях без обслуживания. Имеющиеся на рынке страдают многими недостатками, даже знаменитый источник фирмы «Ormat» (он к тому же очень дорог).

Эту задачу решила установка, созданная на вышеуказанных принципах в начале 90-х годов. По заданию заказчика, установка прошла сдаточные испытания на полигоне ОАО “Газавтоматика” в г. Саратове.

В ходе испытаний были проверены основные качества, подтверждены заданные технические параметры. При этом полученный переменный электрический ток имел стандартные величины по частоте и напряжению. В качестве нагрузки применялись электрические лампы накаливания, т.е. омическая нагрузка в пределах 3,0 кВт.

Установка отработала в непрерывном режиме 72 часа стабильно, без вибраций.

В качестве развития применяемости установки стоит отметить следующие, что блок САРЗ может служить элементом автоматического управления выходным давлением с большой точностью. При этом достаточно установить на выходной трубе датчик давления. Электрический сигнал о превышении давления или о уменьшении давления от номинального отразится в виде повышения или уменьшения электрической нагрузки в цепи генератора.

При транспортировке газа магистральными газопроводами малые электростанции применимы, так же, в качестве источника электроснабжения узлов связи, системой автоматизации, управления приводами кранов и т.п.

Реализовать применения малых электростанций можно при двухтрубной прокладке трубопроводов т.к. в различных трубах всегда имеется различие уровни давления, а для получения, например 3 кВт электроэнергии необходим перепад 0,4МПа и перемещение газа объемом 4м³/мин.

Аналогичные малые электростанции можно устанавливать в местах расхода газа на ГРП перед крупными тепловыми электростанциями, котельными и т.п. Полученная электроэнергия может быть расходована на обогрев шкафов или блоков ГРП, для подогрева газа, освещения, в летнее время - кондиционирования воздуха.

Малые электростанции целесообразно использовать в режиме ожидания в качестве резервных источников электроэнергии вместо аккумуляторов. Электростанция вводится в действие автоматическим открытием электромагнитного клапана при обесточивании цепи.

Выключение электростанции происходит также автоматически при возобновлении подачи электроэнергии. В период отключения электроэнергии внешней сети резервный источник обеспечивает электроэнергией жизненно - важные потребители, например, компьютеры, электрическое отопление, приборы автоматики, резервное освещение, узлы связи.

Аналогичные устройства, называемые турбодетандерами, разработаны ранее в России и в Украине, выпускаются блоками заводской готовности и имеют в качестве привода высокоскоростную турбину, вал которой приводит во вращение генератор электрического тока с оборотами в несколько десятков тысяч. Вполне понятно, с какими трудностями сталкиваются конструкторы и эксплуатационники, имея высокоскоростную турбину, работающую в среде природного газа.

Проблемами являются вибрации, серьезным барьером является изменение вязкости масла для смазки и охлаждение подшипников под действием рабочей среды.

Сложной конструкцией, проблемной в эксплуатации остается уплотнение выходного вала.

Недостаточная очищенность газа, высокие обороты рабочих колес, вызывают повышенный износ лопаток турбины. Кроме того турбина обладает более низким КПД расширения по сравнению с пневмодвигателями и имеет более сложную и дорогостоящую конструкцию.

Организовать производство малых электростанций можно на базе небольшого предприятия, имеющего металлорежущее оборудование, сварочное производство. Электронное оборудование собирается из стандартных деталей и узлов.

В связи с тем, что турбинная часть установки с электрогенератором размещается непосредственно на трубопроводе и в ней циркулирует природный газ, ее следует аттестовать на соответствие правилам ПУЭ для взрывоопасного оборудования.

Размещено на Allbest.ru