Особенности разработки теплоэнергетических установок с применением СУГ в качестве топлива

Разработка проектов применения сжиженных углеводородных газов (СУГ), а именно пропан-бутановой смеси, как стартового, резервного или основного вида топлива для промышленных котельных малой и средней мощности, была начата специалистами нашей организации в 2004 г. Руководство ФСБ РФ, приняв смелое, новаторское решение, поручило нам применить СУГ вместо использования дизельного топлива в котельных городков погранзастав Южного Федерального округа. Объекты расположены в высокогорных заповедных и курортных районах, с невозможностью подключения к сетям природного газа, с сейсмичностью 9 баллов. Проектом предусмотрено соблюдение строгих экологических требований к безопасности окружающей среды. Высокие потребительские свойства, экологическая безопасность и низкие цены на пропан-бутан - эти бесспорные преимущества СУГ по сравнению с дизельным топливом и мазутом, при использовании современных технологий, позволили на качественно новом уровне решить проблему автономного теплоснабжения объектов.

Первая котельная, использующая СУГ в качестве основного топлива, была запущена на одной из погранзастав Южного Федерального округа в 2005 г. (рис. 1). В итоге было построено несколько котельных, причем паровая фаза СУГ в них используется и на бытовые нужды застав.

СУГ в отличие от природного газа, завозится на объект в автоцистернах и имеет жидкую фазу, а для потребителей требуется паровая фаза, следовательно, нужен еще и узел регазификации. В газообразном состоянии СУГ в 1,5-2,1 раза тяжелее воздуха и они могут скапливаться в низких и непроветриваемых местах. В газопроводах паровой фазы СУГ может образовываться конденсат, чего не бывает в газопроводах природного газа.

Примененная технология безтрубопроводной газификации с использованием основного оборудования отечественных производителей зарекомендовала себя надежно и эффективно как полноценное топливо. При проектировании котельной и резервуарной установки СУГ необходимо учитывать то, что это единый технологический комплекс и все нюансы должны быть учтены в каждом конкретном случае.

За четыре отопительных сезона никаких особых замечаний к работе оборудования котельных пограничных застав не было. Единственный замеченный инцидент произошел на одной из погранзастав - из-за скрытого заводского дефекта вышел из строя шаровой кран, предназначенный для установки на газопроводах со сжиженными газами. Аварийная ситуация была быстро локализована, кран был заменен на новый. Тем самым подтвердилась низкая опасность применения СУГ для окружающей среды и людей.

В марте 2007 г. началась разработка проекта строительства котельной стройбазы № 2 Загорской ГАЭС-2 в пос. Богородское Сергиево-Посадского района Московской области. Опыта проектирования и эксплуатации котельных мощностью 10 МВт, работающих на СУГ в России нет. На первом этапе была предложена общая концепция и предварительная компоновка с принципиальной схемой котельной и автономной системой топливного хозяйства на СУГ Было принято решение использовать, в основном, отечественное оборудование.

До того, как инновационные идеи воплотились в проект, нам пришлось решить целый ряд вопросов не только технического, но и организационного характера. Редко какая проектная организация сталкивается с проблемами проектирования объектов на СУГ, в лучшем случае ими разрабатываются проекты газозаправочных станций, работа которых принципиально отличается от работы котельных. Многие нормативы по использованию СУГ (ГОСТы, СНиПы, ТУ и т.п.) устарели или противоречат друг другу. Российские нормы гораздо жестче европейских, где сжиженные газы используются гораздо шире. Сегодня всех существующих норм не знают досконально ни проектировщики, ни заказчики, ни проверяющие. В связи с этим необходимо формирование современной нормативной базы в области проектирования, строительства и эксплуатации объектов, использующих сжиженные газы, т.к. практического опыта небольшого числа организаций явно недостаточно.

Нами была разработана технологическая цепочка (рис. 2), включающая в себя:

■ площадку для автоцистерн 1, предназначенную для стоянки во время разгрузки резервуара СУГ на автомобильном ходу;

■ блок насосов 2, обеспечивающий перекачивание СУГ из автоцистерны в резервуары, из резервуара в резервуар, из резервуара на станцию регазификации или из резервуара в автоцистерну;

■ подземную резервуарную установку для хранения СУГ 3 под давлением 16 кгс/см2;

■ станцию регазификации 4, осуществляющую искусственное испарение жидкой фазы СУГ поступающей из резервуаров в паровую фазу нужного давления и влажности с последующей подачей паровой фазы в котельную;

■ котельную 5, предназначенную для теплоснабжения.

Для того, чтобы получить более компактный комплекс котельной и автономной системы топливного хозяйства на СУГ не нарушая требований СНиП 42-01-2002 «Газораспределительные системы» в части расстояний от зданий и сооружений, и при этом обеспечить 5-суточный запас топлива, было предусмотрено размещение 8 резервуаров по 25 м3 каждый при общей вместимости 200 м3.

Для увеличения производительности и улучшения качества паровой фазы СУГ в станции регазификации было принято инновационное решение о последовательном подключении испарителей типа ИСГ и УИ (Н). Особенность данного решения заключается в следующем.

1. Испаритель ИСГ предназначен для повышения давления в резервуарах с СУГ при проведении сливо-наливных операций на газонаполнительных станциях. Работа ИСГ на станциях или узлах регазификации не предусматривалась.

2. Испаритель ИСГ включен в технологическую схему регазификации для увеличения производительности установок УИ (Н) и улучшения качества паровой фазы СУГ за счет подачи па- роконденсатной фазы газа после ИСГ на испаритель УИ (Н), для дополнительного подогрева и уменьшения конденсата в паровой фазе, а также подачи разогретой пароконденсатной фазы в резервуары, для создания перепада давлений и во избежание переохлаждения резервуара при интенсивном отборе СУГ

Ограждение котельной предусмотрено из легкосбрасываемых металлических конструкций арочного типа с покрытием «сэндвич». Покрытие арочного типа опирается на монолитную железобетонную плиту без приямков, что очень актуально для СУГ которые тяжелее воздуха. Монолитная плита для котельной с таким легким покрытием не требовательна к грунтам и сейсмичности.

Что касается экономической составляющей, то при проектировании котельных на СУГ все дополнительные затраты, в частности на строительство узла регазификации и резервуарного хозяйства, компенсируются за счет автономности и независимости от удаления от сетей природного газа или лимитированной его поставки, что позволяет обеспечить объекты тепловой энергией без задержек и в полном объеме. В случае отказа от дизельного топлива или мазута, затраты сопоставимы, т.к. во всех случаях нужен резервуарный парк для хранения топлива.

Несмотря на то, что СУГ считается альтернативным видом топлива и соответствует девизу «высокая экологичность», в России это топливо нуждается в популяризации, более широком применении в энергетике и в частности в ЖКХ, а также в сельском хозяйстве.