Современные информационные технологии/ 3. Программное обеспечение

К.т.н. Долотовский И.В., аспирант Ленькова А.В.

Саратовский государственный технический университет
имени Гагарина Ю.А., Россия

Математические модели энергетических
характеристик блоков регенерации абсорбентов

Блоки регенерации абсорбентов (БРА) входят в структуру установок подготовки газа (УПГ) к транспорту и ряда других производств газовой, нефтяной и газоперерабатывающей промышленности, где осуществляются процессы осушки и очистки природного и технологических газов. Действующие в настоящее время БРА включают последовательно соединенные по ходу потока регенерируемого абсорбента дегазатор-разделитель; блок огневой регенерации с жаротрубным испарителем и установленной на его корпусе ректификационной колонной–десорбером; воздушный охладитель – конденсатор водяных паров; рекуперативный теплообменник-нагреватель насыщенного абсорбента. Для подвода теплоты на регенерацию в огневом испарителе в качестве топлива обычно используется осушенный природный товарный газ. Нами разработана высокоэффективная установка регенерации абсорбента с максимальным вовлечением в топливный баланс горючих отходов производств (положительное решение о выдаче патента на полезную модель РФ по заявке № 2011148186/05).
В качестве топлива используются некондиционные газовые смеси переменного состава – газы дегазации и сепарации, что позволяет повысить энергетическую эффективность БРА и снизить удельное потребление топливного газа на собственные нужды УПГ.

Для оценки эффективности внедрения разработанного БРА с утилизацией горючих отходов на соответствующем промышленном предприятии и оптимизации схемно-параметрических решений разработаны специализированные программные модули расчета (ПМР), учитывающие технологическую топологию объекта, состав оборудования, режимы эксплуатации, технико-экономические, экологические, климатические и другие факторы. Оценка энергетической эффективности альтернативных вариантов проектируемых и эксплуатируемых объектов выполнялась по разработанной системе показателей, включающих удельные энергетические, технико-экономические и комбинированные критерии.

Основой ПМР являются обобщенные математические модели, разработанные в соответствии с методологией структурного анализа и проектирования. Содержательная часть ПМР каждого иерархического уровня БРА УПГ включает модели расчета характеристик и показателей: энерготехнологического баланса; энергетических критериев эффективности; технико-экономических критериев. Разработанные ПМР взаимосвязаны между собой в соответствии с операторной схемой БРА УПГ (рисунок).

Рис. Операторная схема блока регенерации абсорбента

Формализованное математическое описание БРА включает следующие системы уравнений:

– материального баланса элементарных технологических процессов в каждом -м элементе (аппарате)

, (1)

где – сумма массовых расходов материальных потоков на выходе элемента; и – массовый расход -го входного потока и коэффициент его превращения на различных стадиях элементарного процесса;

– энергетического баланса

, (2)

где – количество потребленной электрической энергии и топливного газа в -м элементе за время ; , – коэффициенты пересчета электроэнергии и топливного газа из натуральных единиц в т у. т.; – расчетное время эксплуатации; и – сумма полезно используемой энергии и потерь в -м элементе за время , т у. т.;

– расчета показателей энергетической эффективности -го элемента в расчетное время

, (3)

где – функционал принятой системы показателей эффективности -го элемента; – технологические и конструктивные характеристики; – климатические / экологические факторы;

– расчета обобщенного технико-экономического критерия

, (4)

где – вектор технико-экономических показателей эффективности (функция полезности объекта); – векторы показателей энергетической эффективности элементов БРА; – цены потребляемой электроэнергии и товарного газа; – вектор экономических и экологических коэффициентов; – сумма инвестиций в БРА.

Разработанное математическое описание и ПМР БРА УПГ (дополнение программы «Энергоресурс» [3]) позволили провести численные эксперименты обоснования различных технических решений по повышению энергетической эффективности и экологической безопасности, связанных с утилизацией газов дегазации и регенерации в условиях осушки газов с повышенным содержанием кислых компонентов. Результирующие данные получены в виде материального и теплового балансов абсорбции и десорбции; характеристик процесса горения; составов и расходов газовой смеси, поступающей на горение с учетом генерируемых газов дегазации; энергетических и технико-экономических показателей эффективности. Разработаны направления совершенствования БРА УПГ, основой которых являются схемно-параметрическая оптимизация и внедрение новых конструктивных решений по оборудованию [1, 2]. Реализация этих направлений с термической утилизацией горючих отходов при модернизации действующих БРА позволит снизить на 30-36 % потребление топливного газа из сети предприятия.

Литература

1. Долотовский, И.В., Кульбякина, А.В., Ларин, Е.А. Эффективность утилизации низконапорных горючих газов в топливной системе предприятий подготовки и переработки углеводородного сырья // Проблемы теплоэнергетики: сб. науч. тр. (выпуск 1). – Саратов: Изд-во СГТУ, 2011. – С. 163-168.

2. Ларин, Е.А., Долотовский, И.В., Кульбякина, А.В. Математическое моделирование и оптимизация технических решений по утилизации горючих отходов установок подготовки и переработки углеводородного сырья // Энергосбережение в Саратовской области. – 2011. – №3 (45). – С.21-22.

3. Система «Энергоресурс»: программа для ЭВМ № 2010615353 / Е.А. Ларин, И.В. Долотовский, Н.В. Долотовская. – Заявл. 29.06.10; зарегистр. 20.08.10.