Повышение эффективности энергообеспечения буровых работ на основе комплексного решения вопросов электро- и теплоснабжения :



  • Название:
  • Повышение эффективности энергообеспечения буровых работ на основе комплексного решения вопросов электро- и теплоснабжения
  • Кол-во страниц:
  • 124
  • ВУЗ:
  • МГИУ
  • Год защиты:
  • 2010
  • Краткое описание:
  • Содержание
    Оглавление.

    Введение... 5

    Глава №1 Особенности теплоснабжения и исследование тепловых

    нагрузок теплоснабжения буровых установок... 11

    1.1 Специфика и расчёт теплоснабжения технологических потребителей... 13

    - Теплопотери здания... 14

    - Основные теплопотери... 15

    - Теплопотери за счёт инфильтрации холодного воздуха... 16

    - Анализ теплопотерь здания... 17

    - Внутренние тепловыделения в помещении... 20

    1.2 Определение необходимого количество теплоты для обеспечения в буровом здании заданных параметров воздуха... 21

    - Тепловой баланс здания буровой... 21

    1.3 Расчёт расхода топлива для отопления бурового здания... 24

    1.4 Анализ теплового потока, поступающего от дизель

    - агрегата с выхлопными газами и охлаждающей водой... 26

    1.5 Конструкции теплообменников для утилизации

    тепла передвижных ДЭС... 28

    Выводы по главе № 1... 35

    Глава №2 Экспериментальные исследования утилизационной

    установки дизельной электростанции... 37

    2.1 Задачи экспериментальных исследований... 38

    2.2 Установка для экспериментальных исследований... 38

    2.3 Измерительные приборы, используемые при эксперименте... 41

    2.4 Тарировка измерительных приборов... 42

    2.5 Методика исследований... 42

    2.6 Методика обработки результатов экспериментальных исследований утилизатора

    тепла передвижных ДЭС - 60р... 46

    2.7 Результаты испытания теплообменника трубчатой конструкции для утилизации тепла выхлопных

    газов дизеля — агрегата ДЭС - 60р... 48

    - Расход топлива дизель - агрегата... 48

    - Результаты испытания теплообменника для утилизации тепла выхлопных газов дизель -агрегата... 49

    2.8 Экономичность работы дизель — агрегата... 50

    Выводы по главе №2... 54

    Глава №3 Разработка и исследование математических моделей

    расчёта затрат энергоснабжения на бурение... 55

    3.1 Методика технико-экономической оценки вариантов электро- и теплоснабжения геологоразведочных работ... 56

    - Классификация и принципиальные схемы электроснабжения геологоразведочных работ... 56

    3.2 Определение предельного расстояния присоединения к государственной сети (районной линии)... 68

    - Расчётная зависимость для определения предельного расстояния присоединения к районной сети для вариантов государственной сети и передвижной дизельной электростанции... 70

    3

    3.3 Анализ влияния исходных параметров на величины расчётного предельного расстояния при системах

    централизованного электроснабжения... 72

    Выводы по главе №3... 76

    Глава №4 Исследование эффективности комплексного электро - и I

    теплоснабжения на геологоразведочных работах... 77

    4.1 Эффективность использования утилизированного тепла на буровых... 78

    4.2 Дозагрузка ДЭС электронагревательными : приборами... 81

    4.3 Техника безопасности... 84

    4.4 Перспектива использования возобновляемых источников энергии на объектах геологоразведочных работ... 85

    Выводы по главе №4... 91

    Заключение... 93

    Список литературы... 95

    Приложение № 1... 101

    - Расчёт тепловой нагрузки системы отопления УКБ - 4 120

    - Расчёт расхода топлива для отопления бурового здания 121 Приложение №2... 124
    Введение



    Введение.

    Геологоразведочные предприятия относятся к энергоёмким объектам, требующим непрерывной подачи энергии. Одна из главных статей затрат — расходы на энергообеспечение. При производстве геологоразведочных работ доля затрат, связанных с энергообеспечением, достигает 50% от общего финансирования [22].

    По данным ОАО РАО «ЕЭС России» энергетически изолированные от единой энергосистемы (ЕЭС) районы составляют 70% территории страны. Это районы Крайнего Севера, Восточной Сибири, Дальнего Востока, Сахалина, Камчатки. Именно с этими пространствами связана главная перспектива открытия и освоения новых месторождений полезных ископаемых.

    Если во времена СССР в условиях плановой экономики, низких тарифов на электроэнергию, финансирования геологоразведочных работ приоритетным направлением энергоснабжения была централизацованное энергоснабжение, то сегодня в условиях широкой приватизации объектов, разрыва производственных связей, роста цен на энергоносители, и отсутствия финансирования из госбюджета превалирующей становится ориентация на использование локальных энергоисточников.

    Удельные затраты на выработку электро- и теплоэнергии зачастую в оказывается меньшими чем затраты на их приобретение у региональных энергосистем [21]. В связи с этим сегодня изменяется и сама концепция подхода к вопросам энергообеспечения.

    Обоснование оптимального варианта энергоснабжения, например, геологоразведочного объекта в современных условиях является ответственной задачей, от правильного решения которой в большой степени зависит величина общих затрат на производство работ.

    Поэтому правильный выбор системы энергоснабжения геологоразведочных работ в современных условиях становится весьма актуальным вопросом. Как ни в какой другой отрасли, система

    5

    энергоснабжения геологоразведочных работ зависит от многих факторов [31], и в частности от:

    — удаленности от государственной энергосистемы;

    — категории потребителей;

    — разобщенности производственных объектов;

    — характера ведения работ;

    — мощности технических единиц;

    — типа месторождения и горно-геологических условий его залегания;

    — природно-климатических и социально-экономических условий района.

    Перечисленные факторы и условия предопределяют многообразие возможных вариантов систем энергороснабжения, что часто приводит к затруднениям при выборе оптимального из них.

    Кроме электрической, каждая буровая установка потребляет большое количество тепловой энергии на технологические нужды и обогрев помещений.

    Тепловая нагрузка буровой установки является важным фактором, оказывающим влияние на затраты при разведочном бурении.

    Под тепловой нагрузкой буровой установки понимается величина теплового потока, необходимого для компенсации тепловых потерь зданием буровой установки и создания в рабочей зоне установки области с микроклиматом, обеспечивающим комфортные условия труда [33].

    Тепловая нагрузка установок колонкового бурения в условиях Крайнего Севера изменяется от 30 до 60 кВт, что превышает потребляемую мощность электропривода [35].

    При выборе способа энергоснабжения объекта сравнение между собой только вариантов электроснабжения зачастую приводит к ошибочным решениям. Например, обоснованный как оптимальный вариант энергоснабжения от госсети может оказаться экономически не

    состоятельным в случае, если не будут учтены при этом затраты на отопление.

    Поэтому обоснование оптимального варианта энергоснабжения для каждого объекта и этапа (стадийности) производства работ должно производиться с учётом одновременного использования этих двух видов энергии по общему минимуму денежных потоков, что является актуальным вопросом в оптимизации энергообеспечения.

    Чтобы сгруппировать системы электроснабжения, разработана классификация по наиболее важным признакам, принципиально отличающим рассматриваемые варианты друг от друга.

    Известно, что электроснабжение может осуществляться от государственной линии электропередач (при наличии таковой), от стационарных, полустационарных и передвижных дизельных электростанций (ДЭС), а теплоснабжение - за счёт использования печного отопления, электрического обогрева и в редких случаях централизованного теплоснабжения.

    При электроснабжении буровой от дизельной электростанции, использование электроэнергии для отопления не рационально, ибо КПД ДЭС составляет 30 — 40%, поэтому практически везде в качестве источников тепла рекомендуются металлические печи с КПД равным 0,7 -0,8. Однако использование для получения тепла мазута, угля или дров в труднодоступных районах обходятся очень дорого, из-за высокой стоимости доставки топлива. Помимо этого у печного отопления следующие недостатки: трудоёмкость процесса, загрязнение помещений и окружающей среды топливом и отходами; снижение полезного объёма помещений, высокая пожароопасность и вероятность отравления угарным газом при нарушении правил эксплуатации.

    Поэтому на геологоразведочных работах в удалённых и труднодоступных районах, где в качестве энергоисточников применяются дизельные электростанции (ДЭС) весьма актуальным является детальное

    рассмотрение вопроса об использование их избыточного тепла для .м покрытия тепловой нагрузки бурового здания.

    Целью диссертационной работы является повышение эффективности геологоразведочных работ на твёрдые полезные ископаемые на основе комплексного рассмотрения вопросов электро - и теплоснабжения при обосновании оптимальной системы энергообеспечения с учётом использования вторичных энергоресурсов путём экспериментальных исследований макетного образца системы утилизации тепла дизельной электростанции.

    Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи исследований:

    1. Проведение анализа теплопотерь, особенностей теплопотребления и величин тепловых нагрузок при производстве буровых работ на твёрдые полезные ископаемые;

    2. Изучение на основе аналитических и экспериментальных исследований возможности покрытия тепловой нагрузки технологического процесса и обеспечения оптимального температурного режима в рабочей зоне буровой установки за счёт использования утилизированного тепла передвижных ДЭС;

    3. Технико - экономическое обоснование возможности повышения эффективности геологоразведочных работ за счёт совместного решения вопросов электро - и теплоснабжения;

    4. Обоснование рационального применения электронагревательных приборов для дополнительного отопления и поддержания оптимальных температур в рабочей зоне буровой установки, в случае использования утилизации тепла передвижных ДЭС;

    5. Исследование экономической эффективности от использования ф утилизационных установок.

    Поставленные задачи решались путём анализа литературных источников и опыта работ, проводимых в этой области, теоретических и

    8

    экспериментальных исследований с использованием математической jj статистики и с последующей обработкой результатов исследований на

    ЭВМ с применением стандартных пакетов программ Excel, MathCAD.

    Исследование выполнялись в плане МинОбра научной части. Экспериментальная часть работы с использованием макетного образца утилизационной установки проводилась на учебном полигоне МГГРУ в городе Сергиев Посад.

    Научная новизна данной работы заключается в том, что на основе теоретических и экспериментальных исследований автором впервые:

    1. Определена закономерность изменения тепловой нагрузки здания буровой установки от влияния условий окружающей среды. Получены расчётные зависимости, увязывающие теплопотери буровых здании с конкретными условиями их эксплуатации.

    2. Разработаны математические модели затрат по типовым вариантам комплексного энергообеспечения буровых работ для технико-экономического обоснования оптимальной системы.

    3. Установлены зависимости предельного расстояния электроснабжения от государственной сети от изменения потребляемой мощности при совместного решения вопросов электро - и теплоснабжения.

    4. Установлены зависимости изменения КПД энергоустановки от электрической нагрузки и расхода теплоносителя, позволившие сделать заключения о возможности полного покрытия потребности в тепле бурового здания.

    Практическая значимость работ заключается в том, что в результате теоретических и экспериментальных исследований:

    1. Разработан метод инженерного расчёта по выбору оптимального варианта энергообеспечения геологоразведочных работ,

    ф учитывающий вопросы электро - и теплоснабжения.

    2. Разработана конструкция универсального утилизатора к передвижным ДЭС, обеспечивающая повышение эффективности

    энергообеспечения и улучшить микроклимат и экологическую обстановку на месте работ.

    Даны методические разработки для использования полученных результатов, как в практической деятельности геологоразведочных объектов, так и в учебном процессе.Основные положения диссертации обсуждались на заседаниях энергетической комиссии РАЕН, проводимых в рамках научных конференций «Новые идеи в науках о Земле» (г. Москва, МГГА - МГГРУ, апрель, 2001 - 2005г.г.) с участием профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов Московского государственного геологоразведочного университета и Санкт-Петербургского горного университета, Академии Народного хозяйства при Правительстве Российской Федерации, представителей Министерства Природных ресурсов Российской Федерации, компании «Татнефть», РКК «Энергия».

    По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.

    10

    Глава №1

    ОСОБЕННОСТИ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

    И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ

    НАГРУЗОК ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

    БУРОВЫХ УСТАНОВОК

    11

    Одним из основных факторов, влияющих на условия труда буровой бригады, является температура в рабочей зоне здания буровой установки, поддержание которой в заданных пределах определяется величиной теплопотерь бурового здания [34]. Поэтому анализ теплопотерь и особенности теплопотребления технологических потребителей на буровых работах является одна из главной задачей в вопросе энергообеспечения ГРР.

    По правилам охраны труда и техники безопасности на геологоразведочных работах температура в рабочем помещении в холодное время года, должна быть в пределах от 10°С до 23°С [13].

    Также в отапливаемых производственных помещениях в холодное время года, где есть большие тепловыделения от энергооборудования, температура в рабочем помещении допускается в пределах от 8°С до 12°С [18,19].

    В условиях Севера применяются сборно-щитовые и каркасные здания, стены которых имеют многослойную структуру [33]. Одной из особенностей буровых зданий, применяемых в этом регионе, является полная обшивка буровой мачты слоем брезента или толя. В ограждающих конструкциях имеются технологические проёмы, общая площадь которых достигает 0,1 м2. Скорость холодного воздуха, поступающего через технологические проёмы, составляет 1,5 — 2,5 м/с [34].

    Буровые здания относятся к зданиям лёгкого типа, и характеризуется величиной Dя)-"-Ю-\ кВт, 11.5 1

    где

    Ft - расчётная площадь ограждающей конструкции, м2;

    Rt - сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, м2 °С/Вт;

    ^//-расчётная температура воздуха внутри помещения, °С;

    /#- расчётная температура наружного воздуха;

    п - коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности.

    Сопротивление теплопередаче — величина обратная коэффициенту теплопередачи

    R, = rh +ХЛ + ЛвкВт' 11.6 1

    где,

    RB= — - сопротивление теплопередаче внутренней поверхности ав

    ограждения, м С/Вт;

    ав - коэффициент теплопередачи внутренней поверхности, Вт/м2 °С;

    1 RH =— - сопротивление теплопередаче наружной поверхности

    ан ограждения, м2 °С/Вт;

    аи- коэффициент теплопередачи наружной поверхности, Вт/м С;

    l _ сумма термических сопротивлений прослоек

    ограждающей конструкции, м2 °С/Вт;

    Sj - толщина каждой прослойки, м;

    Я, - коэффициент теплопроводности, Вт/м °С.

    Величины термических сопротивлений различных ограждающих конструкций определяются по справочным таблицам.

    15

    Расчётная температура tBH принимается по расчётным таблицам для различных зданий.

    Расчётная температура внутри помещения tBH зависит от величины тепловой инерции здания:

    л

    где

    St — коэффициент теплоусвоения материала ограждающих конструкций.

    Коэффициент теплоусвоения Sj характеризует способность поверхности стенки площадью 1 м2 усваивать тепловой поток мощностью 1 Вт при температурном перепаде 1 °С. Значение коэффициента S; находят из таблиц.

    Добавочные теплопотери носят не систематический характер и позволяют полнее учесть особенности зданий. К добавочным теплопотерям относят дополнительные теплопотери, связанные с ориентацией помещений по отношению к странам света, направлением ветра, этажностью здания и т.п. Значение добавочных теплопотерь принимают в процентах от основных (обычно это 5 - 20%) [36].

    Теплопотери за счёт инфильтрации холодного воздуха.

    Теплопотери бурового здания определяются не только теплопередачей через ограждающие конструкции. Наличие технологических проёмов приводит к проникновению потоков холодного воздуха в здании буровой.

    Эти теплопотери учитываются как самостоятельный вид в тепловом балансе производственных зданий в том случае, когда в ограждающих конструкциях зданий имеются технологические проёмы.

    Для производственных зданий величину теплопотерь за счёт инфильтрации определяют по формуле:

    16

    где

    Qm — теплопотери за счёт инфильтрации воздуха через щели и неплотности дверных проёмов и т.п., кВт;

    Qnp ~ теплопотери через технологические проёмы, кВт.

    a-(tBH-tH), I 1.9 1

    где,

    Сн — теплоёмкость воздуха при температуре наружного воздуха, кДж/кг °С;

    — общий периметр оконных и дверных проёмов, м;

    gim — удельный расход воздуха на 1 п.м. щели, кг/м с (табличное значение);

    а — поправочный коэффициент, учитывающий характер притвора (табл. значение).

    где

    /ПР - площадь технологических проёмов, м2;

    v — скорость воздуха в проёме, м/с;

    рв - плотность воздуха при температуре наружного воздуха, кг/м3.

    Анализ теплопотерь здания.

    Расчёт теплопотерь бурового здания (см. приложение №1), показал, что теплопотери за счёт инфильтрации воздуха составляют 16%, а теплопотери через ограждающие конструкции бурового здания - 84%.

    17

    Список литературы
  • Список литературы:
  • *
  • Стоимость доставки:
  • 230.00 руб


ПОИСК ДИССЕРТАЦИИ, АВТОРЕФЕРАТА ИЛИ СТАТЬИ


Доставка любой диссертации из России и Украины