image
energas.ru

Газовая промышленность Спецвыпуск № 1 2017

Энергоэффективность и энергосбережение

01.05.2017 11:00 ПРИМЕНЕНИЕ СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО МЕНЕДЖМЕНТА В УПРАВЛЕНИИ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕМ МАГИСТРАЛЬНОГО ТРАНСПОРТА ГАЗА
Реализация в России Федерального закона от 23 ноября 2009 г. № 261 «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» [1] обусловила необходимость формирования новых подходов к управлению энергосбережением как на государственном уровне, так и на уровне вертикально-интегрированной глобальной энергетической компании ПАО «Газпром», осуществляющей добычу, преобразование, переработку, транспортировку, передачу различных видов энергетических ресурсов и энергий в едином экономическом комплексе России. Приоритетным направлением совершенствования системы управления энергосбережением и повышением энергетической эффективности в ПАО «Газпром» является применение автоматизированной информационной системы (АИС) [2]. В ООО «Газпром трансгаз Югорск» успешно разработана и введена в эксплуатацию АИС энергетического и экологического мониторинга, которая обеспечивает возможность повышения эффективности магистрального транспорта газа за счет совершенствования системы управления энергосбережением [3] (энергоменеджмента) на основе прогрессивных методов управления производственно-технологическими процессами в газотранспортном дочернем обществе ПАО «Газпром» в условиях комплексной реализации наилучших доступных технологий и лучших мировых практик. В статье сформулированы актуальность и целевое предназначение АИС, закономерности ее построения, роль и место АИС в общей системе управления энергосбережением и энергетической эффективностью ПАО «Газпром», а также эффект от внедрения АИС в ООО «Газпром трансгаз Югорск».
Ключевые слова: АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА, ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ, ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ, ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ.
Открыть PDF


ООО «Газпром трансгаз Югорск» – крупная газотранспортная компания ПАО «Газпром», входящая в Единую систему газоснабжения России, принимает газ от месторождений Надым­Пур­Тазовского региона Тюменской обл. – Медвежьего, Уренгойского, Ямбургского, Заполярного – и обеспечивает его транспортировку на расстояние более 1,5 тыс. км в направлении Северо­Западного, Уральского и Центрального регионов Российской Федерации.

Общая протяженность магистральных газопроводов Общества превышает 27 тыс. км, а компрессорные мощности представлены 221 газокомпрессорным цехом (КЦ) с установленным в них 1171 газоперекачивающим агрегатом (ГПА) суммарной мощностью 15 792 МВт. Годовой объем потребления природного газа на собственные технологические нужды (СТН) составляет более 11 млрд м3 (2016 г.). 93 % общего расхода приходится на топливный газ, затраченный на работу ГПА. Годовой объем потребления электроэнергии превышает 650 млн кВт·ч, при этом более 50 % всей электроэнергии приходится на аппараты воздушного охлаждения газа (АВОГ).

1_1_7.png

Ежесуточно газотранспортная система (ГТС) Общества транспортирует более 1 млрд м3 природного газа, при этом одновременно в работе находятся более 300 ГПА и 1500 АВОГ.

ООО «Газпром трансгаз Югорск» располагает значительным потенциалом для экономии природного газа и электроэнергии, величина которого оценочно составляет не менее 10 %. Благодаря выполнению программ энергосбережения происходит ежегодное сокращение потребления энергоресурсов не менее на чем 1,2 %, что отвечает целевым показателям, устанавливаемым ПАО «Газпром» для газотранспортных обществ.

Чтобы эффективно управлять столь масштабным энергопотреб­ляющим комплексом, необходимо не только располагать достоверной информацией о текущих расходах природного газа и электроэнергии, затрачиваемых на товаро­транспортную работу (ТТР), но и иметь рассчитанный для каждой единицы энергоиспользующего оборудования предельный уровень энергопотребления (базовую линию).

Созданная ООО «Газпром трансгаз Югорск» автоматизированная информационная система энергетического и экологического мониторинга (АСЭМ) имеет вышеуказанные возможности, а значит, позволяет управлять энергозатратами.

1_1.png

Практика выполнения программ энергосбережения на предприятии демонстрирует возможность существенного повышения уровня энергоэффективности за счет внедрения новых технических решений и оборудования в процессе работ по техническому обслуживанию и ремонту (ТОиР). Однако поступательного роста энергоэффективности невозможно достичь, не наладив мониторинг энергопотребления, и в первую очередь по основным источникам энергозатрат – ГПА и АВОГ.

Повышение уровня энергоэффективности – это не только техническая, но и непростая управленческая задача, требующая комплексного решения как в части измерительных и аналитических средств, так и в части организации и мотивации персонала.

Для достижения поставленных целей предприятие одним из первых в «Газпроме» приступило к внедрению энергетического менеджмента на основе требований стандарта ИСО 50001 и отраслевых стандартов ПАО «Газпром».

Практическая реализация требований международных и отраслевых стандартов стала возможной лишь на основе инструментов, позволяющих решать в комплексе ключевые задачи управления:

• анализ статистики текущего и планового энергопотребления;

• определение допустимых переделов (лимитов) энергопотребления на текущих режимах работы ГТС;

• планирование энергозатрат (текущий, краткосрочный, долгосрочный и среднесрочный прогнозы);

• мониторинг энергоэффективности текущих режимов работы всех объектов ГТС, контроль выполнения планов энергопотребления;

• оптимизация режимов работы ГТС и каждого объекта, поиск наилучших режимных решений, контроль высокой производительности и оптимальной загрузки;

• выполнение организационно­технических мероприятий Программы энергосбережения;

• постоянный контроль показателей энергоэффективности и выполнения планов энергопотреб­ления со стороны руководства предприятия;

• доступность информации для всех ответственных специалистов и руководства предприятия о текущих и плановых (целевых) основных показателях эффективности работы ГТС, основного оборудования ГТС (магистральных газопроводов, ГПА и АВОГ), а также об отклонении от заданных показателей энергоэффективности объектов ниже допустимых значений (индикаторы выполнения «план/факт»);

• оперативное принятие управленческих решений и контроль выполнения решений на всех уровнях управления;

• система оценки работы ответственных специалистов, филиалов, производственных отделов.

Обеспечить эффективное управление режимом работы всех объектов ГТС – задача, решить которую по силам только современным информационно­аналитическим системам, которые должны обеспечить работу с огромным массивом данных, поступающим от средств измерений (СИ) системы автоматического управления (САУ) ГПА и САУ КЦ в систему оперативно­диспетчерского управления (СОДУ), статистической и иной информации, предоставляемой системами учета энергоресурсов.

В результате научно­технического взаимодействия между ООО «Газпром трансгаз Югорск» и ООО «Газпром ВНИИГАЗ» выполнен большой объем работы по обработке и анализу технической документации, паспортных характеристик ГПА, статистике режимно­технологических параметров работы ГПА и АВОГ, а также показателей эффективности и надежности.

1_1_1.png

При работе над проектом специалистами ООО «Газпром ВНИИГАЗ» и ООО «Газпром трансгаз Югорск» были решены важные методические задачи:

• разработаны методики и алгоритмы решения задачи реализации удаленной параметрической диагностики ГПА;

• сформированы каталоги паспортных характеристик основного технологического оборудования (ГПА и АВОГ);

• разработаны алгоритмы расчета фактических режимов работы оборудования;

• разработаны алгоритмы уточнения характеристик оборудования по результатам эксплуатационных испытаний;

• сформирован каталог эталонных теплотехнических и газодинамических характеристик ГПА для оценки их фактического технического состояния;

• разработан алгоритм расчета показателей технического состояния ГПА по штатному набору контролируемых параметров;

• сформирован алгоритм определения области эффективной работы центробежного компрессора (ЦБК) с учетом технического состояния;

• уточнен алгоритм расчета показателей энергоэффективности ГПА, АВОГ, электростанций собственных нужд (ЭСН), котлоагрегатов и станций охлаждения газа (СОГ);

• разработана методика оценки количества газа, транспортируемого компрессорным цехом (КЦ), с помощью ультразвукового расходомера.

Интеллектуальная составляющая указанного методического обеспечения соответствует утвержденному ПАО «Газпром» Техническому регламенту на технологию удаленной параметрической диагностики и мониторинга текущих показателей технического состояния парка ГПА Единой системы газоснабжения (ЕСГ) ПАО «Газпром», разработанному ООО «Газпром ВНИИГАЗ» в целях унификации показателей, критериев и алгоритмов расчета технического состояния для применения в различных расчетно­технологических задачах.

1_1_2.png

Программисты разработчика АИС «Магистраль» и СОДУ, ЗАО «РТСофт», реализовали математически сложные зависимости, совместно со специалистами газотранспортной компании разработали структуру и формы программных модулей.

Специалисты научных центров ООО «Газпром ВНИИГАЗ», производственных отделов и служб Общества выполнили тестирование системы.

При создании АСЭМ учтен опыт целого ряда зарубежных компаний в разработке специального ПО, рассчитанного на промышленных потребителей энерго­использующего оборудования.

На сегодняшний день в АСЭМ реализованы:

• все требования отраслевых стандартов ПАО «Газпром» к организации в дочерних обществах систем мониторинга энергоэффективности и оценке технического состояния объектов ГТС;

• база данных эталонных теплотехнических и газодинамических характеристик и параметров ГПА и АВОГ;

• автоматическое фиксирование и оцифровка теплотехнических и газодинамических характеристик ГПА и АВОГ по результатам испытаний;

• расчет показателей технического состояния и энергоэффективности ГПА и АВОГ в текущем режиме, сравнение эксплуатационных характеристик с эталоном;

• оценка оптимальности режима работы ГПА с учетом фактического технического состояния;

• контроль технического состояния ЦБК и ГПА по мощности и расходу топливного газа на текущих режимах работы;

• удаленная параметрическая диагностика основных узлов газотурбинной установки (ГТУ);

• формирование и архивирование сигналов о событиях, вызванных снижением показателей надежности и энергоэффективности ГПА;

• визуализация процесса контроля и принятия решений, отчетность, журнал событий и формы предоставления информации;

• ведение базы данных отраслевых стандартов ПАО «Газпром» в сфере энергоэффективности и оценки технического состояния объектов ГТС;

• ведение баз данных эталонных теплотехнических и газодинамических характеристик и параметров ГПА и АВОГ.

Основой аппаратной структуры АСЭМ являются первичные средства измерения системы автоматического управления (САУ) ГПА и САУ КЦ, контроллеры, пограничные и центральные серверы, позволяющие реализовать мониторинг режима работы объектов ГТС и предоставить информацию на все уровни управления.

1_1_3.png

Система оперативно­диспетчерского управления эксплуатируется в 26 линейных производственных управлениях магистральными газопроводами (100 %), автоматический сбор данных осуществляется в 221 цехе (100 %). В СОДУ интегрировано 22 типа систем автоматики.

СОДУ обеспечивает в реальном времени передачу данных о работе газотурбинных двигателей и центробежных компрессоров, каждые 5 мин в систему поступает и обрабатывается более 15 тыс. параметров о работе двигателей и газовых компрессоров, выполняется анализ текущих параметров и режима работы ГПА и АВОГ.

На рис. 1 представлена схема информационных потоков при многоуровневом мониторинге технического состояния и эффективности работы оборудования между автоматизированными системами в рамках газотранспортного Общества.

На рис. 2 представлена структурная схема АСЭМ с применением измерительных средств. Измеряемые параметры от САУ ГПА и КЦ поступают в АСЭМ – уровень КЦ и КС, далее передаются на уровень предприятия.

Программное обеспечение АСЭМ выполняет алгоритмы построения паспортных и фактических газодинамических и теплотехнических характеристик ГТУ, энергетических характеристик объектов.

В проекте реализован модульный подход к построению системы, и ее структура содержит расчетные и программные модули.

К расчетным модулям относятся:

• «Энергоэффективность объектов КС (КЦ, ЭСН, котельных, СОГ, АВОГ)»;

• «Энергоэффективность ГПА, параметрической диагностики и расчета режимно­энергетических параметров ГПА»;

• «Экологический контроль ГПА (контроль валовых выбросов загрязняющих веществ с продуктами сгорания ГТУ)»;

• «Формирования и корректировки отчетной документации»;

• «Администрирование программного комплекса»;

• «Калькулятор диспетчера».

Расчетные модули унифицированы и представляют собой легко расширяемую, гибкую систему, позволяющую пользователю контролировать расчетную часть и производить выборку любых данных из баз.

Пользователь может проводить сплошной или выборочный анализ режима работы оборудования в любом необходимом объеме за минимальное время.

Программные модули обеспечивают информационное взаимодействие с базами разных производителей – Microsoft SQL Server и Oracle.

1_1_4.png

Вся расчетная часть производится на сервере со свободными ресурсами, что существенно увеличивает быстродействие расчетных процессов.

АСЭМ не требует монтажа дополнительного оборудования, настройка осуществляется на рабочем месте пользователя.

Дизайн комплекса соответствует современным требованиям и рассчитан на постоянную работу с экранной формой, не раздражающей глаза.

Результаты процесса мониторинга доступны руководству предприятия и всем специалистам в режиме прямого доступа.

На рис. 3 представлено автоматизированное рабочее место (АРМ) руководителя, приложение выполнено при помощи web­технологий, информационное поле выводит основные показатели режима работы ГТС.

Экранная форма АРМ позволяет представить показатели энергоэффективности режима работы ГТС и ГПА, плановые и фактические: КПД ГПА и ЦБК, удельный расход газа на работу сжатия, объем выполнения ТТР, уровень потребления электроэнергии, объемы покупки и выработки электроэнергии собственными источниками.

Наиболее важные режимные показатели, влияющие на энергопотребление, – объем ТТР, протяженность отключенных участков газопроводов, запас газа в системе, число работающих ГПА, предельно допустимые плановые показатели – отмечены красными линиями на линейной гистограмме и желто­красными секторами на круговых индикаторах.

В АСЭМ реализованы три основных критерия оценки эффективности и надежности режима работы ГПА:

• производительность (коэффициент технического состояния ГТУ по мощности);

• эффективность (коэффициент технического состояния ГТУ по расходу топливного газа, КТС ЦБК, индекс эффективности ГПА);

• надежность (оценивается по комплексному показателю технического состояния ГТУ, включающему оценку вибросостояния и результаты вибродиагностики узлов ГТУ).

Эффективность режима работы ГПА оценивается с помощью непрерывного контроля коэффициента эффективности использования топливного газа (ТГ). Производительность – контролем коэффициента технического состояния (КТС) ГТУ по мощности и КТС ЦБК. Надежность ГПА АСЭМ оценивается с помощью непрерывного виброконтроля и вибродиагностики узлов ГТУ.

На рис. 4 представлена диаграмма процесса оценки технического состояния ГПА. Система имеет возможность выполнять эксплуатацию ГПА по техническому состоянию как в целях исключения из работы ГПА, не отвечающих требованиям по энергоэффективности, так и для обоснования возможного продления межремонтного интервала для ГПА, имеющих положительные оценки по всем критериям эффективности, производительности и надежности.

Экранные формы АСЭМ позволяют выводить показатели эффективности работы КЦ и объектов ГТС, в первую очередь ГПА и АВОГ, в цветовом диапазоне. АИС позволяет контролировать в заданном временном интервале индикаторы эффективности работы объектов ГТС в режиме «Светофор».

Для оценки эффективности режимов работы объектов используются эталонные характеристики оборудования и нормативные показатели.

Необходимым условием эффективного управления ГТС является обеспечение оперативного контроля режимов работы объектов ГТС, расчет лимита энергозатрат на базе эталонных характеристик и сравнительный анализ фактического и планового (базового) расхода энергоресурсов.

В качестве дополнительных показателей энергоэффективности используются коэффициенты загрузки ГПА по мощности, КПД ГТУ, КТС по ТГ, режимный коэффициент ЦБН, удельный расход электроэнергии на охлаждение транспортируемого газа, удельный расход газа на выработку электроэнергии, холода и тепла.

На рис. 5 представлена экранная форма модуля контроля эффективности работы ГПА по КЦ.

АСЭМ выполняет расчет наработки ГПА, функции контроля сроков выполнения ремонта ГПА и планов выполнения очередных ремонтов, предоставляет возможность контролировать состояние ГПА (ремонт, резерв, работа и т. д.), ключевые показатели по ГПА (запас по мощности, предельные параметры работы индивидуально по каждому ГПА, расчетный КТС и КПД ГПА), выполняет цветовую индикацию показателей в диапазоне изменений, заданных пользователем.

На рис. 6 представлены экранная форма модуля контроля эффективности ГПА, газодинамические и теплотехнические фактические и паспортные характеристики ГТУ и ЦБК, расчет КТС ГТУ и ЦБК при помощи паспортных характеристик.

Особое внимание при разработке АСЭМ уделено планированию энергозатрат на транспорт газа. В целях повышения эффективности режима работы ГПА целесообразно использовать плановые значения коэффициентов режима работы ГПА:

• расчетный КПД ГТУ;

• расчетный коэффициент загрузки ГПА;

• КТС по мощности и по ТГ;

• плановый и нормативный удельный расход ТГ на работу сжатия.

Для контроля запасов по мощности АСЭМ использует фактические и расчетные значения предельных параметров, оценивает фактическую и располагаемую мощность ГПА, выполняет расчет планового и нормативного количества топливного газа на работу сжатия, отклонение фактического расхода ТГ от планового и нормативного значений.

АСЭМ позволяет:

• контролировать в заданном временном интервале индикаторы эффективности работы объектов ГТС в режиме «Светофор», своевременно выявлять отклонение от планового и нормативного потребления ТГ и электроэнергии, рассчитывать выработку тепловой энергии и нормативный расход ТГ на котельное оборудование;

• выполнять анализ эффективности режима работы объектов ГТС в текущем времени, а также за любой произвольный период времени;

• своевременно получать информацию об отклонении фактического энергопотребления от нормализованных уровней – АСЭМ обеспечивает мониторинг и служит основой для оперативного поиска причин и принятия управляющих (корректирующих) мер.

АСЭМ позволяет отслеживать динамику изменения показателей во времени, проводит оценку изменения трендов показателей надежности и энергоэффективности, дает возможность комплексно оценивать техническое состояние основного и вспомогательного оборудования, принимать решения и выбирать оптимальные режимы работы, выявлять причины увеличения энергозатрат и своевременно их устранять.

В целях наиболее точного планирования расхода топливно­энергетических ресурсов на собственные технологические нужды разработана методика планирования расхода газа на СТН, ежемесячно выполняется расчет плановых режимов работы объектов ГТС, плановые режимы транспорта газа корректируются ежесуточно, расчетные показатели плана транспорта газа – расход природного газа и электроэнергии, удельные показатели энергоэффективности работы объектов ГТС – доступны для всех специалистов компании.

Результатом работы компании по реализации Программы энергосбережения и системы управления затратами топливно­энергетических ресурсов являются устойчивое снижение расхода газа и электроэнергии на СТН, повышение показателей эффективности работы ГПА и АВОГ, снижение удельных затрат ТГ на работу сжатия и эффективную мощность ГПА до технологически возможного минимума.

На рис. 7 представлена динамика изменения удельного расхода ТГ за период 2010–2016 г.

Реализация проекта позволила:

• повысить производительность и сократить общие эксплуатационные расходы компании;

• автоматизировать процесс обработки данных по режиму работы оборудования, расчета энергетических и экологических показателей режимов работы основного и вспомогательного оборудования;

• определять и контролировать работу основного оборудования в области эффективного расхода энергоресурсов;

• выполнить комплексную оценку технического состояния оборудования в режиме реального времени;

• реализовать электронную базу данных паспортных (эталонных) и фактических энергетических характеристик оборудования, оценить текущее техническое состояние основного и вспомогательного оборудования;

• реализовать систему индикации и контроля отклонений фактических энергетических характеристик оборудования от эталонных значений;

• повысить эффективность загрузки, КПД и показателей энергоэффективности работы оборудования, снизить энергозатраты на транспорт газа;

• обеспечить предоставление эксплуатационному персоналу и руководству ключевых данных об эффективности работы оборудования;

• сократить затраты времени на обработку и анализ данных, предоставление оперативной информации о техническом состоянии оборудования.

 

Выводы

Современное производство немыслимо без применения передовых промышленных и информационных технологий, технологий автоматизации производства и энергосбережения, новых материалов и оборудования, которые должны соответствовать современным международным стандартам в области охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов.

АСЭМ направлена на увеличение производительности, повышение конкурентоспособности, оптимизацию режимов работы оборудования, помощь в аналитической работе, повышение скорости принятия управленческих решений на всех уровнях управления предприятием.



← Назад к списку