Технология «Propane-Air»

Один из ключевых вопросов при проектировании систем теплоснабжения — надежность топливообеспечения. Недостаток внимания к данной проблеме может привести к масштабным экономическим потерям при перебоях с поставками основного топлива; особенно критичной эта ситуация может стать для производственных процессов с непрерывным технологическим циклом.

Типовые факторы риска для систем, использующих природный газ в качестве основного топлива: прекращение подачи газа, вызванное аварией на магистральном трубопроводе, или падение давления в трубопроводе, обусловленное повышенной потребительской нагрузкой. Из мировой практики для зарубежных потребителей природного газа острый характер носит также проблема, связанная с сезонными скачками цен на него — многие промышленные потребители отказываются от использования природного газа во время сезонных пиков потребления.

В этих и других подобных случаях бесперебойное функционирование систем энергоснабжения должно обеспечивать резервное топливо. В ряде зарубежных стран (США, Канада, страны Западной Европы) накоплен обширный опыт разработки и использования технологий и систем вторичного (резервного) топливообеспечения. Одним из эффективных и широко применяемых вариантов «дублирующего» топлива, пригодным для большинства потребителей природного газа, является пропано-воздушная смесь (propane-air).

Сжиженный газ как резервное топливо.
Использование сжиженного углеводородного газа (пропана или пропан-бутана) в качестве резервного топлива целесообразно по многим причинам. К числу несомненных преимуществ данного вида топлива относится его экологическая чистота, удобст­во транспортировки и хранения, стабильность цен на СУГ. С технической точки зрения, недостатком пропан-бутана как резервного топлива является его отличие от природного газа по физико-химическим свойствам, из-за чего оборудование, предназначенное для работы на природном газе, не может быть «напрямую» переведено на использование пропан-бутана. Однако данная проблема имеет эффективное технологическое решение. Оптимальные свойст­ва, практически аналогичные свойствам природного газа, пропан приобретает в смеси с воздухом. Типовой состав такой смеси — около 57% пропана и около 43% воздуха.

Однородная пропано-воздушная смесь благодаря своим характеристикам может использоваться как прямой заменитель природного газа, без доработки или замены газового оборудования. В этом состоит главное преимущество, получаемое от ее использования в качест­ве резервного источника тепла. В некоторых источниках смесь пропана с воздухом называют «искусственным природным газом» (synthetic natural gas, SNG).

Основные принципы построения систем «Propane-Air»
Стандартная технологическая схема системы вторичного топливообеспечения, основанной на технологии «Propane-Air», включает следующие основные компоненты:

• резервуар для сжиженного газа (в большинстве современных проектов принято подземное размещение хранилища СУГ); 
• насос для подачи сжиженного газа в испаритель; 
• испаритель СУГ (установка для перевода пропана или пропан-бутана из жидкой фазы в газовую перед подачей на вход смесительной установки); 
• воздушный компрессор (для смесительных установок, работающих на сжатом воздухе);
• пропано-воздушную смесительную установку (propane-air mixer).

Использование пропано-воздушной смесительной установки позволяет избежать простоев и затрат, связанных с переводом газового оборудования на другой вид топлива. Производительность таких систем варьируется в широких пределах. Спектр их возможных применений ограничен только доступностью пропан-бутана, а также специфическим характером ряда производственных процессов, не допускающих использования газа с примесью азота.

Комбинированная смесительная установка FAS 4000, установленная в коттеджном поселке (Московская область)

По этим причинам технология «Propane-Air» пользуется популярностью как среди промышленных потребителей, так и во многих других сферах (сельскохозяйственной, коммерческой, социальной). Номенклатура выпускаемых изделий весьма обширна как по производительности, так и по принципам функционирования, конструктивному исполнению, применяемым системам контроля и безопасности.

Существует несколько базовых технических принципов получения пропано-воздушной смеси. Наибольшее распространение получили смесительные установки, основанные на трубках Вентури (venturi mixers). В некоторых типах установок используется атмосферный воздух, в других — сжатый воздух. В последнем случае комплектация системы включает воздушный компрессор.

Выбор конфигурации оборудования для системы «Propane-Air» в конкретном случае определяется совокупностью факторов, среди которых ключевыми являются следующие:

• требуемая производительность смесительной установки (объем пропано-воздушной смеси, получаемый в единицу времени);
• требуемое выходное давление газа (для получения высоких давлений используются смесительные установки на сжатом воздухе);
• используемый вид сжиженного газа (пропан или пропан-бутан);
• предполагаемый режим функционирования системы (режим аварийного топливообеспечения, покрытия пиковых нагрузок, 
• использование пропан-бутана как стартового топлива, частичное использование пропан-бутана как основного топлива);
• «масштабируемость» системы (проектирование с расчетом на возможное наращивание мощнос­ти системы в дальнейшем) — наибольшей гибкостью в этом отношении обладают системы, построенные на базе установок модульного типа.

Большинством производителей предлагаются комбинированные варианты («vaporizer-mixer»), объединяющие в себе функции испарителя СУГ и смесительной установки. Такие качества, как компактность, модульность, высокий КПД, надежность и удобство эксплуатации, а также широкие возможности их доработки и адаптации к нуждам потребителя, обеспечивают популярность комбинированных испарительно-смесительных установок, особенно в качестве готового технического решения для систем небольшой мощности.

Экономические аспекты технологии «Propane-Air»
Расчет затрат, связанных с сооружением и эксплуатацией системы «Propane-Air», и выгоды от ее использования, является составной частью конкретного проекта. Эти показатели зависят как от масштаба проектируемой системы и специфики потребителя, так и от комплекса внешних условий, среди которых главным и наиболее очевидным фактором является динамика цен на пропан-бутан и природный газ.

Капитальные затраты на систему «Propane-Air» варьируются в широких пределах. По данным зарубежных компаний, занимающихся производством оборудования, проектированием и установкой этих систем, данная величина составляет от $10?тыс. для систем малой мощности до $250 тыс. для мощных систем, обеспечивающих крупные промышленные предприятия и требующих хранилища для СУГ большого объема. Сложные условия размещения объекта, требующие нестандартных проектных решений, также увеличивают капитальные затраты.

Расчет выгоды от использования системы «Pro­pane-Air» также индивидуален для каждого потребителя. Схема расчета в первую очередь определяется предполагаемым режимом использования вторичной системы топливообеспечения и задачами, которые она должна решать. Так, по ряду оценок, для типового промышленного предприятия , использующего пропан-бутан как аварийное топливо, капитальные вложения в резервное топливное хозяйство не превышают убытков от нескольких дней простоя производственных мощностей в случае прекращения подачи природного газа.

Многие промышленные потребители газа за рубежом переходят на пропано-воздушную смесь для покрытия избыточных (превышающих контрактные объемы поставок природного газа) потребностей в газовом топливе. (Эта функция вторичного топлива носит название «peak-shaving».) Многие конт­ракты, заключаемые зарубежными поставщиками природного газа с промышленными предприятиями, также предусматривают полное отключение последних от газораспределительных сетей в периоды наиболее интенсивного потребления природного газа населением. В эти периоды используется вторичное газовое топливо, при этом в остальное время природный газ поставляется по льготной цене. Расчеты показывают, что подобная схема позволяет сберечь до 30% затрат на топливо.

Перспективы технологии в России.
На сегодняшний день системы резервного топливообеспечения, использующие пропан-бутан в качестве топлива и пропано-воздушную смесительную установку для получения эквивалентного по свойствам заменителя природного газа, с успехом применяются практически по всему миру, от северных регионов до стран Ближнего Востока. Современные технологии и материалы, используемые при изготовлении оборудования для таких систем, гарантируют надежность их работы в широком диапазоне климатических условий.

Экспертный опыт, накопленный ведущими мировыми компаниями как в производстве оборудования для систем «Propane-Air», так и в выборе оптимальных проектных решений, адаптированных к условиям и нуждам конкретного потребителя, находит отражение в устойчивом спросе на них и в завоевании ими новых рынков. Так, в настоящее время системы «Propane-Air» интенсивно продвигаются на китайский рынок.

В России данная технология еще не получила распрост­ранения. Притом, что природный газ является наиболее широко используемым в нашей стране видом топлива, занимающим первое место в структуре потребления топливно-энергетических ресурсов, вопросу о его эффективной замене на случай возможных аварий или перебоев с его поставкой на большинстве предприятий до сих пор не уделяется достаточного внимания. В последние годы ситуация, однако, начала меняться. Промышленными потребителями природного газа в России стала осознаваться важность эффективного решения проблемы резервного топлива. Этому способствуют следующие факторы:

• Растущее потребление природного газа с неизбежностью вызовет рост цен на него в ближайшие годы; также возрастет риск возникновения избыточной нагрузки на систему централизованного газоснабжения.
• Состояние сети магистральных газопроводов и газорасп­ределительных сетей в России неблагополучно. Многие участки уже на настоящий момент характеризуются высокой степенью износа, а при увеличении транспортной нагрузки вероятность аварий увеличится.

Все перечисленное создает полный набор предпосылок для интенсивного внедрения технологий и систем резервного топливообеспечения, использующих современные виды топлива (таких, как системы на пропан-бутане). Во многих случаях проявляется также недостаточная информированность заказчиков того или иного энергопроекта о принятых в современном мире подходах к решению проблемы резервного топлива и лежащих в их основе соображениях экономической эффективности. Мотивом для выбора устаревших проектных решений (таких, как система резервного топлива на мазуте с использованием газомазутных горелок) часто является стремление снизить капитальные затраты при строительст­ве объекта, без комплексного учета издержек на стадии его эксплуатации.

На настоящий момент еще одним фактором, сдерживающим развитие рынка технологий и систем, использующих пропан-бутан в качестве основного или вторичного источника тепла для объектов промышленной энергетики, является недостаточная сформированность российского внутреннего рынка СУГ, ограниченные объемы поставок и сильная зависимость потребителей СУГ от местных поставщиков.

Накопление опыта эксплуатации систем резервного топливообеспечения, построенных на современной технологичес­кой базе (включающей технологию «Propane-Air», как технологически и экономически рациональное решение), должно привести к росту популярности таких систем в нашей стране и, как следствие, к росту спроса на данный вид топлива. Последнее, в свою очередь, должно послужить эффективным стимулом к развитию индустрии и внутреннего рынка СУГ в России.

Приводим технические параметры комбинированных смесительных установок производства фирмы FAS, предлагаемых в России. Данные технологические узлы могут интегрироваться как в уже существующие топливоснабжающие системы на основе природного газа, так и входить в состав новых проектируемых объектов.