№ 4
ИЗВЕСТИЯ АКАДЕМИИ НАУК ЭНЕРГЕТИКА
2014
УДК 622.691.6:656.053.2
РАЦИОНАЛЬНЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ КРУПНЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ПРИРОДНОГО ГАЗА В УСЛОВИЯХ НАРУШЕНИЯ И ВОЗОБНОВЛЕНИЯ ЕГО ПОСТАВОК
© 2014 г. РАБЧУК В.И., ИЛЬКЕВИЧ Н.И., СЕНДЕРОВ С.М., СЛАВИН Г.Б.
Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН, г. Иркутск E-mail: ssm@isem.sei.irk.ru
Статья посвящена проблеме формирования рациональных режимов функционирования газопотребителей промышленной сферы, электроэнергетики и коммунально-бытовой сферы в условиях вынужденного снижения, прекращения и восстановления поставок газа при чрезвычайных ситуациях (ЧС) в системах газоснабжения. Сформулированные рациональные режимы характеризуются обоснованными рациональными графиками перехода потребителей газа от штатного режима их газоснабжения к нештатному после начала действия ЧС вплоть до полного безаварийного останова работы газопотребителей и рациональными графиками восстановления штатного режима. Рациональные режимы характеризуются для основных типовых потребителей в каждой из указанных групп. Наряду с электроэнергетикой и коммунально-бытовым сектором в сфере промышленных потребителей описаны особенности изменения режимов газопотребления для предприятий черной и цветной металлургии, промышленности строительных материалов, химических производств, использующих природный газ в качестве сырья.
Ключевые слова: природный газ, промышленные потребители природного газа, режимы работы, нарушение и возобновление поставок.
RATIONAL MODES OF LARGE NATURAL GAS CONSUMERS IN CONDITIONS OF TERMINATION AND RENEWAL OF ITS SUPPLY
Rabchuk V.I., Ilkevich N.I., Senderov S.M., Slavin G.B.
Melentiev Energy Systems Institute SB RAS, Irkutsk E-mail: ssm@isem.sei.irk.ru
The article deals with the formation of rational modes of operation of gas consumers in the industrial sphere and household sphere in terms of the forced reduction, termination, and then restoration them to gas supplies in emergency situations in gas supply systems. Rational modes are characterized by reasonable rational transition graphs gas consumers from their normal mode of gas supply for emergency after the commencement of emergency until the full stop trouble-free operation of gas consumers and rational schedules regular mode of recovery after the expiration of an emergency. These regimes are characterized by rational core model for consumers in each of these groups. Along with the electric power industry and the domestic sector, in particular industrial consumers in the article described re-
gime change in gas consumption for the ferrous and non-ferrous metals, building materials, chemical plants using natural gas as feedstock.
Key words: natural gas, industrial consumers of natural gas, operating modes, termination and resumption of supplies.
При крупномасштабных чрезвычайных ситуациях (ЧС) в системах газоснабжения, когда скачком уменьшаются производственные возможности систем, возникает проблема жесткого лимитирования газопотребителей по поставкам им газа во время ЧС. Такое лимитирование должно быть строго обоснованным, чтобы не допустить тяжелых экономических и социальных последствий от действия ЧС.
В данной статье определение рациональных режимов газопотребителей сводится к обоснованию рациональных графиков перехода от штатного режима газоснабжения к нештатному после начала действия ЧС вплоть до полного безаварийного останова работы газопотребителей и к обоснованию рациональных графиков восстановления штатного режима после окончания действия ЧС. При обосновании указанных графиков учитываются такие режимно-технологические особенности газопотребителей, продолжительность их полного или частичного перевода во время ЧС на другие виды ТЭР и обратного перевода на газ после окончания действия ЧС:
— перечень элементов газопотребителя, функционирование которых заметно нарушается при снижении поставок газа;
— максимальную глубину снижения поставок газа, после которой газопотребитель прекращает выпуск своей продукции;
— необходимые почасовые объемы подачи газа потребителю в разные моменты времени при возобновлении выпуска продукции данным газопотребителем после окончания действия ЧС и общее время, которое необходимо газопотребителю для возврата на прежний (до ЧС) уровень выпуска продукции.
По степени важности бесперебойного обеспечения газом во время ЧС газопотребителей можно условно разделить на три категории:
— первая категория: потребители, нарушение газоснабжения которых может приводить к гибели людей, к заметному ухудшению их здоровья и резкому ухудшению качества жизни населения, жизнеобеспечение которых связано с функционированием указанных газопотребителей;
— вторая категория: газопотребители, нарушение газоснабжения которых может приводить к значительным экономическим ущербам, в т.ч. к разрушению или порче их основных производственных фондов, резкому нарушению сбалансированности производственно-технологических взаимосвязей между производителями и потребителями соответствующей продукции, значительному ухудшению качества продукции и т.д.;
— третья категория: газопотребители, нарушение газоснабжения которых не будет приводить к тем последствиям, что указаны для потребителей первой и второй категорий. Принадлежность отдельного газопотребителя к той или иной категории определяется сущностью его режимно-технологических особенностей, экономической и социальной значимостью данного газопотребителя.
Рациональные графики перехода газопотребителей от штатного режима газоснабжения к нештатному и обратного перехода от нештатного режима к штатному
Промышленные газопотребители. Для рассмотрения выбраны газопотребители, которые наиболее сложны в технологическом плане и наиболее значимы для экономики. Это предприятия черной и цветной металлургии, производство цемента, а также один из газопотребителей, где газ используется как сырье, — производство метанола и аммиака конверсией метана.
е, % 100
80
60
40
I : II
III
20
IV
0
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
t, ч
Рис. 1. Рациональный график перехода металлургического комбината с полным производственным циклом со штатного режима на нештатный в связи с ЧС в системе снабжения природным газом: е — уровень подачи газа в процентах от штатного режима, ? = 0 — начало действия ЧС
Рассмотрен металлургический комбинат с полным производственным циклом. Для такого предприятия все элементы (объекты), потребляющие природный газ, можно разделить на основные и вспомогательные. Приведем объемы потребления газа объектами основного производства (в год по отношению к общему потреблению газа этим предприятием) [1]: тепловая обработка железорудного сырья (2—3%), доменное производство (4—5%), обогрев воздухонагревателей — кауперов (10—12%), обогрев коксовых батарей (22—25%), мартеновские печи (30—35%), кислородно-конверторное производство (2—3%), нагревательные печи прокатного производства (8—10%). Эти же объемы природного газа для вспомогательного производства: ремонтные цехи (4—5%), буферные ТЭЦ (6-8%).
Все перечисленные объекты (основного и вспомогательного производства) потребляют природный газ вместе с коксовым и доменным газами. Состав используемой газовой смеси определяется требованиями по калорийности такой смеси в каждом конкретном случае.
График рационального перехода от штатного режима к нештатному — минимально необходимые почасовые объемы поставок природного газа рассматриваемому комбинату на временном отрезке его перехода от штатного режима к нештатному без значительного экономического ущерба для комбината и страны в целом. Упомянутый временной отрезок начинается с момента возникновения ЧС (? = 0) и заканчивается моментом выхода режима работы металлургического комбината на стабильный (но нештатный) режим. Вид такого графика определяется соответствием момента возникновения ЧС и стадиями технологических процессов, проходящих в этот момент в коксовом и сталеплавильном производствах. Перевод доменного производства, аглофаб-рики, прокатного производства на новые смеси газов, на мазут (для ТЭЦ), на дополнительное количество кокса (доменные печи) можно начинать сразу (с момента начала ЧС). Для мартеновских печей резервного топлива не существует, останавливать их нельзя даже во время ЧС. Сюда природный газ должен подаваться и во время ЧС в объеме ~30—35% от общего объема газа, потребляемого всем металлургическим комбинатом в штатных условиях. На коксовых батареях можно изменить состав смесей горючих газов и отказаться от природного газа. Полное прекращение его подачи на коксовые батареи требует 15—16 ч. Это и есть время перехода всего металлургического комбината с полным производственным циклом со штатного режима функционирования на нештатный.
Рациональный график перехода металлургического комбината с полным производственным циклом со штатного режима на нештатный представлен на рис. 1. Здесь показаны:
Черная металлургия
Q, % 100
80
60
40
20
0
2 4 6 8 10 12 14 16 18
t, ч
Рис. 2. Рациональный график восстановления штатного режима функционирования металлургического комбината с полным производственным циклом после окончания действия ЧС: Q — уровень подачи газа в процентах от штатного режима
— стадии перехода предприятия со штатного режима работы на нештатный (I, II, III, IV), где I — сокращение (с полным прекращением) подачи природного газа на буферную ТЭЦ, на аглофабрику, на печи прокатного производства, на вспомогательное производство; сокращение подачи природного газа в доменное производство и на коксовые батареи; II — сокращение (с полным прекращением) подачи природного газа в доменный цех с заменой этого газа дополнительным количеством кокса; III — сокращение (с полным прекращением) подачи природного газа на коксовые батареи; IV — функционирование предприятия в нештатном режиме;
— требуемые темпы снижения уровней подачи природного газа при переходе предприятия от штатного режима к нештатному (1—4), где 1 — совокупные темпы снижения указанных уровней на печах прокатного производства, на аглофабрике, на буферной ТЭЦ, на вспомогательных производствах, в доменном и коксово
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.