С.К. Гуд, заместитель главного энергетика по энергосбережению,
А.Н. Николичев, заместитель главного энергетика — главный теплотехник, ОАО «Апатит», г. Кировск, Мурманская область
Тепловая энергия, как энергоноситель, на Крайнем Севере играет одну из главных ролей в обеспечении жизнедеятельности населения и промышленного производства. Затраты на ее получение и использование в условиях низких температур с продолжительностью отопительного периода более девяти месяцев в году, становятся важнейшим фактором экономического и социального благополучия для северных городов и промышленных предприятий. Особенно это актуально для территорий с источниками теплоснабжения, использующими в качестве топлива мазут, который выделяется среди других видов котельного топлива своей высокой и постоянно растущей ценой при постепенно ухудшающемся качестве.
Постановка задачи
Большие затраты на приобретение топочного мазута, обусловленные большими объемами его потребления и высокими ценами, характерны и для одного из крупнейших горно-обогатительных предприятий России ОАО «Апатит», расположенного в Мурманской области. С целью облегчения «мазутного» бремени энергетиками ОАО «Апатит» постоянно прорабатываются различные варианты замены мазута другими энергоносителями. Рассматриваются угольное и водоугольное топливо, газ, низкопотенциальное тепло техногенных источников и электроэнергия. Часть проектов реализована, часть находится в стадии реализации, некоторые проекты отложены до лучших времен. Электроэнергия в этом списке до недавнего времени уверенно стояла на первом месте по экономической и технической привлекательности, поскольку ее цена в Мурманской обл. довольно низкая, широк спектр применения на предприятии (по мощности объекта и, соответственно, по величине инвестиций), обладает высоким уровнем степени и точности регулирования, как вырабатываемой, так и потребляемой нагрузок. Несмотря на ускоренный рост тарифа в последние годы, использование электроэнергии, как альтернативы мазуту, продолжает представлять интерес.
Об объекте внедрения
Мазутное хозяйство (склад мазута) состоит из комплекса зданий, сооружений, оборудования и трубопроводов, образующих завершенную схему приема, хранения, подготовки и подачи мазута на сжигание в котельную или топливопотребляющую технологическую установку. Мазутное хозяйство является крупным потребителем пара, который является обязательным атрибутом любого мазутного хозяйства, как в виде полезного незаменимого энергоносителя и технологического компонента, так и в форме издалека заметных почти постоянных «парежек» (несанкционированных утечек пара в атмосферу).
Пар на мазутном хозяйстве используется:
· для поддержания заданной температуры мазута в резервуарах-хранилищах;
· для нагрева до температуры, необходимой для обеспечения требуемой вязкости мазута, подаваемого на сжигание;
· для обеспечения всевозможных нужд мазутного хозяйства (локального разогрева, пропарки, продувки и, в том числе, для обогрева мазутопроводов с помощью пароспутников — труб малого диаметра, проложенных вплотную к мазутопроводу в общей теплоизоляции).
Мазутные хозяйства изначально имеют существенный недостаток — большое потребление пара, что значительно увеличивает расход тепла на собственные нужды котельных и, соответственно, — себестоимость отпускаемой теплоэнергии.
Большой расход пара на мазутное хозяйство вызван как объективными, так и субъективными причинами:
■ необходимостью постоянного обогрева (прогрева) всех рабочих и резервных трубопроводов и оборудования;
■ морально устаревшим способом обогрева мазутопроводов с помощью паровых спутников, который не отвечает современным требованиям по экономичности и надежности;
■ наличием непроизводительных расходов пара, обусловленных:
— утечками через свищи (трубопроводы пароспутников из-за коррозионно-активной среды — конденсата с pH<6, имеют малый срок службы), повреждением прокладок и неплотностью арматуры;
— ограниченными возможностями по регулированию расходов;
— необходимостью постоянного дренажа паропроводов (низшие точки и тупики на трубопроводах и оборудовании и т.п.). Величина этих расходов (степень открытия дренажей) в основном определяется человеческим фактором, т.е. квалификацией и добросовестностью персонала.
Реализация проекта
Службой главного энергетика ОАО «Апатит» в 2007 г. был произведен технико-экономический расчет, в котором показана техническая и экономическая целесообразность полного замещения пара во всех технологических операциях с мазутом на котельной апатито-нефелиновой обогатительной фабрике № 3 (АНОФ-3) на электрическую энергию:
■ подогрев при сливе и зачистке железнодорожных цистерн с закрытой схемой для обеспечения требуемой вязкости в выносных подогревателях;
■ подогрев при хранении в резервуарах-хранилищах для компенсации тепловых потерь в выносных подогревателях;
■ подогрев для обеспечения требуемой вязкости перед сжиганием и в выносных подогревателях;
■ обогрев мазутопроводов при транспортировке мазута для компенсации тепловых потерь.
Необходимая дополнительная электрическая мощность (максимальная) для всех технологических нужд мазутного хозяйства котельной АНОФ-3 составляет 14 МВт, для транспорта мазута (электрообогрева мазутопроводов) — 0,48 МВт
В качестве первого этапа реконструкции мазутного хозяйства по переходу на полный электроподогрев после соответствующих процедур обоснования было принято решение выполнить работу по замене паровых спутников мазутопроводов греющим кабелем. Необходимость выполнения этой работы обусловлена еще и тем, что давно назрела потребность полной замены всех пароспутников и теплоизоляции мазутопроводов в виду их изношенности, из-за которой и возникают отмеченные потери тепла.
В результате проведенного конкурса был выбран подрядчик, который полностью взял на себя проектирование, поставку оборудования и материалов, монтаж, наладку и последующее сервисное обслуживание системы. После окончания организационного периода исполнитель в течение короткого отрезка летнего времени между отопительными сезонами выполнил все работы, а именно:
■ демонтаж в полном объеме всех существующих пароспутников и тепловой изоляции мазутопроводов;
■ монтаж системы электрообогрева на мазутопроводах общей протяженностью 6765 м с диаметрами от 108 до 530 мм (греющий кабель, средства регулирования и защиты и пр.) с разбивкой на участки по функциональной принадлежности, что позволит обеспечить поучастковое регулирование и переключения;
■ монтаж схемы электроснабжения для обеспечения работы системы электрообогрева;
■ монтаж тепловой изоляции из современных материалов (скорлупы ППУ и оцинкованная листовая сталь) с теплотехническими и механическими характеристиками, более высокими, чем у старой изношенной теплоизоляции (минеральной ваты);
■ наладку оборудования и всей схемы.
Мазутное хозяйство котельной АНОФ-3 после проведения реконструкции успешно отработало без существенных дефектов и отказов три зимних периода с температурными минимумами наружного воздуха до -30 ОС. Основные показатели эксплуатации приведены в таблице, в которой основное внимание привлекают третья и четвертая строки. В них показано, какое количество тепла «парового» обогрева замещено электроэнергией при новом способе обогрева в единых единицах измерения энергии — МВт.ч. Разница наглядно говорит об эффективности внедренной технологии. Имеют место и другие преимущества, не указанные в таблице, такие, как снижение затрат на ремонты, повышение надежности и снижение нагрузки на экологию региона.
Затраты на реконструкцию окупились менее, чем за три года работы.
Основные результаты эксплуатации новой схемы
Снижение расхода тепла на собственные нужды котельной за счет более экономичного режима обогрева мазутопроводов, ликвидация пароспутников — одного из основных источников нерационального использования теплоэнергии с дренажами и неизбежными утечками пара. Материальным выражением этого стала экономия мазута.
Получение возможности регулирования расходов энергии вплоть до полного отключения неработающих элементов схемы.
Снижение затрат на ежегодные текущие ремонты.
Создание возможности сохранения работоспособности мазутопроводов и мазутного хозяйства в целом при аварийной остановке котельной в зимний период независимо от работы котельной.
Исключение опасности размораживания пароспутников в зимний период при их отключении и ремонте.
Появление возможности отказа от капитального ремонта по замене существующих пароспутников и теплоизоляции мазутопроводов, пришедших в полную негодность, в год принятия решения о реконструкции и в дальнейшем с периодичностью 5-6 лет из-за малого срока службы пароспутников.
Вместе с устранением утечек пара преобразился и внешний вид мазутного хозяйства.
С учетом проделанной работы и опыта последующей эксплуатации разработано предложение по улучшению проектной схемы, которое рекомендуется учесть на следующих объектах: сделать секционирование участков более глубоким — установить на одном трубопроводе с учетом особенностей технологической схемы большее количество датчиков температуры, чтобы можно было осуществлять регулирование более точечно по всей длине трубопровода.
Перспективы дальнейшего внедрения
Позитивные результаты внедрения новой технологии обогрева мазутопроводов на котельной АНОФ-3 послужили основанием для дальнейшего ее внедрения. Следующим объектом стала котельная Центрального рудника, расположенная на плато Расвумчорр, с еще более суровыми климатическими условиями. Отопительный сезон здесь длится практически круглый год.
На этой котельной в конце 2011 г. также вместо требовавшегося ремонта пароспутников и теплоизоляции мазутопроводов была установлена система электрообогрева. Подводить итоги внедрения здесь еще рано, но первые результаты сразу же стали очевидными. Это прекращение «парежек», снижение потребления пара и повышение надежности, связанное с уменьшением доли человеческого фактора за счет автоматизации производственного процесса.
Персонал, от операторов котельных до руководства энергетической службой предприятия, сравнивая опыт эксплуатации «паровового» и электрического обогрева, даже не представляют себе ситуацию возвращения к старой схеме.
ОАО «Апатит» располагает шестью мазутными хозяйствами, которые обеспечивают работу пяти промышленно-отопительных котельных и двух обогатительных фабрик. Планы предприятия предусматривают тиражирование схемы электрообогрева на все мазутные хозяйства, что по расчетам, проверенным практикой, даст экономию мазута не менее 4 тыс. т/год. Кроме того, рассматриваются проекты по оснащению системами электрообогрева водоводов наземной прокладки, реагентопроводов обогатительных фабрик, маслопроводов и резервуаров нефтебаз, трубопроводов сжатого воздуха (дренажи на станциях осушки и ресиверах, установленных на открытом воздухе, — несколько объектов уже оснащено) и т.п.