СПОСОБ РЕЗЕРВНОГО ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ КОМПЛЕКСА ПО ПРОИЗВОДСТВУ СЖИЖЕННОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА
METHOD FOR STANDBY POWER SUPPLY OF COMPLEX FOR PRODUCTION OF LIQUEFIED NATURAL GAS

Изобретение относится к способам резервного (аварийного) электроэнергоснабжения крупнотоннажных заводов по сжижению природного газа (СПГ), имеющих в своем составе основную электростанцию собственных нужд, представляющую собой общую централизованную систему генерирования электрической и тепловой энергии и обеспечивающую электроэнергией все технологические линии и вспомогательные объекты завода, в том числе жилой комплекс и другие. В газодобывающей отрасли и отдельных видах промышленности надежность энергообеспечения является одним из ключевых факторов эффективной работы промыслов и промышленных предприятий. В этой связи в настоящее время актуальна разработка эффективных способов резервного энергообеспечения предприятий, в частности, комплексов по производству сжиженного природного газа.
Известен способ резервного энергообеспечения комплекса по производству сжиженного природного газа: РД 51-00158623-06-95 «Применение аварийных источников электроэнергии на КС МГ, УКПГ и других объектах газовой промышленности». Руководящий документ (РД) регламентирует применение на предприятиях газовой промышленности аварийных источников электроснабжения с дизельным приводом.
Более близким к описываемому изобретению является способ резервного энергообеспечения комплекса по производству сжиженного природного газа, в котором резервное энергообеспечение осуществляют посредством двух дизельных генераторов для аварийной выработки электроэнергии (Sakhalinenergy.ru, Сахалин энерджи. Оценка воздействия на социальную среду ОВОС, 2003, т. 5, глава 2, Описание проекта, с. 2-9 - 2-12).
Для аварийной выработки электроэнергии на объекте предусмотрен наземный резервуар для хранения дизельного топлива.
При аварии на линии топливообеспечения газовой электростанции электростанция собственных нужд перестает обеспечивать весь производственный комплекс и вспомогательные объекты завода необходимой энергией в связи с отсутствием топливного газа и работу всего комплекса в аварийном режиме обеспечивает аварийная дизельная электростанция.
Известный способ резервного электропитания имеет ряд существенных недостатков:
- использование отдельной резервной станции, снабженной электрогенерирующими установками, резервуарами и необходимым топливом (дизельное или другое) требует дополнительных высоких капитальных вложений и текущих затрат;
- вследствие расположения крупнотоннажных заводов СПГ с соответствующей инфраструктурой в отдаленных районах завоз дизельного топлива на объекты таких комплексов и его хранение представляют немалые технические трудности, что приводит к значительным капитальным вложениям и эксплуатационным затратам и усложнению способа резервного энергообеспечения в целом;
- выброс загрязняющих веществ в атмосферу от отдельной дизельной электростанции в случае работы комплекса в течение всего аварийного периода, является существенным.
Кроме того, поскольку крупнотоннажные заводы СПГ относятся к электроприемникам особой категории сложности, характеризующимся непрерывным технологическим процессом, требующим при аварийной остановке длительного времени на восстановление нормального режима работы, промежуток времени между выходом из строя основного топливообеспечивающего источника электроснабжения и включением резервного должен быть максимально минимизирован. В известном техническом решении минимизация указанного параметра носит вероятностный характер.
Таким образом, известный в настоящее время способ резервного энергоснабжения крупнотоннажных заводов СПГ имеет ряд существенных недостатков, связанных с неэффективностью содержания аварийной резервной дизельной электростанции и ее работой.
Технической проблемой настоящего изобретения является упрощение способа резервного энергоснабжения комплекса по производству сжиженного природного газа, снижение при его проведении количества вредного воздействия на окружающую среду от выбросов отработанного топлива, повышение надежности проведения способа.
Указанная проблема решается описываемым способом резервного энергообеспечения комплекса по производству сжиженного природного газа, заключающимся в том, что при снижении количества исходного природного газа, поступающего на питание электростанции собственных нужд, ниже допустимого значения, питание электростанции собственных нужд осуществляют посредством сжиженного природного газа, откачиваемого из емкости для его хранения, который предварительно подвергают испарению, причем откачку сжиженного природного газа из емкости для его хранения производят посредством установленного в емкости резервного насоса, включение которого производят посредством микротурбины, работающей за счет тепловой энергии отпарного газа, содержащегося в указанной емкости для хранения сжиженного природного газа, при этом сформированный резервный режим питания электростанции собственных нужд поддерживают до момента восстановления упомянутого выше допустимого значения исходного природного газа, поступающего на питание электростанции собственных нужд.
Достигаемый технический результат заключается в обеспечении комплекса по производству сжиженного природного газа резервным энергообеспечением за счет использования собственных энергетических ресурсов указанного производства без привлечения внешних источников электроэнергии и, как следствие, в упрощении проведения способа за счет исключения зависимости работы комплекса от внешнего резервного электроснабжения, а также в снижении вредного экологического воздействия на окружающую среду.
Описываемый способ осуществляют следующим образом.
Питание электростанции собственных нужд комплекса по производству сжиженного природного газа осуществляют подачей на электростанцию исходного природного газа.
При снижении номинально требуемого количества природного газа, поступающего на питание электростанции собственных нужд, обеспечивающего ее работу, ниже допустимого значения в количестве, (на примере завода «Ямал СПГ», равном 70000 м3/ч), питание электростанции собственных нужд осуществляют с использованием природного газа, полученного в процессе производства СПГ, откачиваемого из емкости для его хранения. Возможны следующие причины снижения номинально требуемого количества природного газа: аварии на скважинах, добывающих природный газ; аварии на трубопроводах, подающих природный газ от добывающих скважин к комплексу подготовки завода СПГ; аварии на установке подготовки (сепараторе) природного газа.
Откачку сжиженного природного газа из емкости хранения производят посредством установленного в последней резервного насоса. Включение резервного насоса производят посредством микротурбины, работающей за счет тепловой энергии отпарного газа, содержащегося в емкости для хранения сжиженного природного газа.
Откачиваемый из емкости хранения сжиженный природный газ подвергают испарению и затем подают на питание электростанции собственных нужд комплекса.
При этом сформированный резервный режим питания электростанции собственных нужд поддерживают до момента восстановления упомянутого выше номинально требуемого количества исходного природного газа, поступающего на питание электростанции собственных нужд.
Пример.
Способ резервного энергообеспечения комплекса по производству сжиженного природного газа иллюстрируется фигурой, на которой представлена схема его проведения.
Используют следующие исходные данные на примере завода «Ямал СПГ»: производительность - 16,5⋅106 т/год, удельные затраты энергии на производство СПГ - не более 0,35 кВт×ч/кг.
Добываемый исходный природный сырой газ в количестве 2700000 м3/ч по трубопроводам от скважин (на фиг. не показано) направляют на вход комплекса производства СПГ, в подключенный к выкидной линии скважины сепаратор 1, где газ подвергают отделению от механических примесей, осушке от капельной жидкости. Отсепарированный газ подают на блок 2, где его последовательно подвергают очистке от кислых газов, удалению остатков влаги и ртути. Затем газ направляют на установку сжижения 3, где проводят сжижение подготовленного газа. Далее сжиженный природный газ направляют в резервуар хранения СПГ 4, защиту от повышенного давления в котором осуществляют предохранительным клапаном 5, связанным с внутренним пространством резервуара линией, на которой установлена управляемая задвижка 6. В резервуаре 4 расположен погружной насос 7 для откачки сжиженного газа потребителям. В штатном режиме обеспечение электроэнергией всех технологических линий, вспомогательных объектов завода СПГ, жилых зданий и других объектов осуществляют электростанцией собственных нужд (ЭССН) 8, которая включает в себя несколько высокоэффективных мощных газотурбинных установок, топливным газом для которых является исходный природный газ, поступающий на ЭССН по линии подачи топливного газа 9. Расход газа регулируют задвижкой 10.
3
В случае аварии, при снижении номинально требуемого количества исходного природного газа, поступающего на питание электростанции собственных нужд, ниже допустимого значения, равного 70000 м/ч, задвижку 10 закрывают, таким образом прекращают подачу исходного природного газа, поступающего на питание ЭССН по линии подачи топливного газа 9. Затем проводят запуск микротурбины 11. Вход микротурбины соединен с линией 12 для отбора отпарного газа, находящегося в резервуаре хранения СПГ 4. На данной линии установлена управляемая задвижка 13, при помощи которой осуществляют управление расходом указанного отпарного газа. При этом задвижку 6 закрывают, задвижку 13 открывают и необходимое количество отпарного газа направляют под собственным давлением из резервуара 4 через линию 12 на микротурбину 11. Таким образом, микротурбина работает за счет тепловой энергии отпарного газа, содержащегося в указанной емкости для хранения сжиженного природного газа. В качестве микротурбины 11 возможно используют микротурбину «Capstone Calnetix», США, мощность 15 кВт. Микротурбина, работающая за счет тепловой энергии отпарного газа, находящегося в резервуаре хранения СПГ 4 включает резервный насос 14 для откачки СПГ.
Откачиваемый насосом 14 СПГ с заданной производительностью 50 т/ч направляют в испаритель 15, где происходит регазификация сжиженного природного газа. Испаритель 15 является воздушным испарителем, и тепло на испарение сжиженного природного газа в испаритель поступает из воздуха окружающей среды. После испарителя поток газа в количестве 70000 м3/ч по резервной линии подачи топлива 16 (задвижку 17 при этом открывают) подают на газовую турбину электростанции собственных нужд 8. Происходит запуск указанной турбины и электростанция начинает работать в аварийном режиме. После восстановления штатного режима подачи природного газа на турбину ЭССН задвижку 17 закрывают, задвижку 10 открывают. Электростанция собственных нужд 8 возобновляет свою работу, и топливный газ в количестве 270000 м3/ч к ней поступает по линии подачи газа 9.
Ниже приведены данные сравнительного анализа проведения известного способа резервного энергообеспечения комплекса по производству сжиженного природного газа и описываемого способа резервного энергообеспечения на примере вышеоговоренного комплекса производства СПГ.
В таблице 1 приведены данные по расчетам текущих и эксплуатационных затрат для известного и описываемого способов.
В таблице 2 приведены данные по расчету количества выбросов наиболее токсичного компонента отработанного газа (оксиды азота NOx)
Из указанных данных следует, что способ согласно изобретению позволяет существенно снизить содержание количества оксидов азота в отработанном газе и, как следствие, снизить степень вредного воздействия на окружающую среду.
Расчет времени, необходимого для осуществления питания ЭССН резервным энергообеспечением непосредственно после нарушения штатного режима работы ЭССН, показывает, что описываемый способ позволяет снизить промежуток времени между наступлением нарушения штатного режима осуществления питания ЭССИ и подключением резервного энергообеспечения на 20,0-22,0% отн.
Таким образом, описываемое изобретение позволяет обеспечить комплекс по производству сжиженного природного газа резервным энергообеспечением за счет использования собственных энергетических ресурсов указанного производства без привлечения внешних источников электроэнергии, что позволяет упростить проведение способа за счет исключения зависимости работы комплекса от внешнего резервного электроснабжения, снизить время подключения резервного энергообеспечения, снизить вредное экологическое воздействие на окружающую среду.