Вопросы энергосбережения и повышения энергетической эффективности при строительстве и эксплуатации газораспределительных станций

I. Общие указания

В последнее время в нашей стране уделяется большое внимание энергосбережению и повышению энергетической эффективности вновь строящихся и реконструируемых объектов гражданского и производственного назначения, в том числе газораспределительных станций (ГРС).

Для реализации данной задачи следует руководствоваться Федеральным законом от 23 ноября 2009 г. №261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской федерации» (с изменениями от 8 мая, 27 июля 2010 г.).

В качестве мер по обеспечению энергосбережения следует предусматривать:

а) энергоэффективное использование топливо-/ энергопотребляющего и диагностического оборудования, конструкционных и изоляционных материалов, приборов учета расхода энергетических ресурсов и контроля за их использованием, систем автоматизированного управления энергопотреблением;

б) обеспечение точности, достоверности и единства измерений в части учета отпускаемых и потребляемых энергетических ресурсов.

Указанные меры в соответствии с ч. 5, ст. 12 Федерального закона от 23 ноября 2009 г. №261-ФЗ являются обязательными для ГРС, общая площадь зданий и сооружений которых превышает 50 м2, должны учитываться на стадии изготовления ГРС и выполняться в процессе эксплуатации. Кроме того, в целях определения фактического баланса потребления топливно-энергетических ресурсов, оценки энергоэффективности, а также формирования мероприятий по энергосбережению, в процессе эксплуатации следует предусматривать ведение энергетического паспорта в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51379-99 «Энергосбережение. Энергетический паспорт промышленного потребителя топливно-энергетических ресурсов».

Обязательность разработки энергетического паспорта здания устанавливается органами исполнительной власти субъектов Российской Федерации.

Паспорт, согласно п.4.1 ГОСТ Р 51379-99, должен разрабатываться на основе энергетического обследования, которое является обязательным в случае, если годовое потребление энергоресурсов предприятием превышает 6 000 тонн условного топлива (применительно к ГРС - если средне-годовое значение расхода газа для собственных нужд составляет не менее 600 м3/ч). В остальных случаях необходимость и периодичность подобных обследований должна определяться органами исполнительной власти субъектов Российской Федерации.

II. Применение газоиспользующего оборудования

В целях обеспечения рационального и эффективного использования газа для собственных нужд ГРС, необходимо соблюдать требования «Правил пользования газом и предоставления услуг по газоснабжению в Российской Федерации», утвержденных постановлением Правительства РФ от 17 мая 2002 г. №317, и «Технического регламента о безопасности аппаратов, работающих на газообразном топливе», утвержденного постановлением Правительства РФ от 11 февраля 2010 г. №65.

Газоиспользующее оборудование ГРС, в соответствии с приложением 2 к Приказу Минэнерго РФ от 16 декабря 2002 г. №448 «Об утверждении нормативных актов, необходимых для реализации Правил пользования газом и предоставления услуг по газоснабжению в Российской Федерации», для обеспечения требований энергоэффективности должно быть оснащено:

а) системой автоматического регулирования процесса горения газа;

б) приборами для обеспечения следующих измерений:

  • расхода газа на каждую единицу газоиспользующего оборудования (кроме оборудования с расходом газа менее 40 м3/ч),
  • давления газа перед каждым газогорелочным устройством,
  • температуры воздуха, подаваемого на горение,
  • разрежения в газогорелочном устройстве,
  • температуры дымовых газов на выходе из газоиспользующего оборудования,
  • температуры теплоносителя до и после газоиспользующего оборудования.

В качестве источников теплоснабжения, если обратное не указано в технических требованиях на изготовление ГРС, желательно применять газовые котлы с двухступенчатой дутьевой горелкой, оборудованные современной системой управления, КПД которых составляет не менее 90%. Такие котлы, как правило, оборудованы электророзжигом и ионизационным контролем пламени, что позволяет им работать автоматически и практически не требует вмешательства оператора.

Желательно также, чтобы в комплекте с газовыми котлами были предусмотрены термостаты, которые независимо от функционального назначения газовых котлов подавали бы сигнал на останов и запуск их в работу:

а) при работе газовых котлов на систему отопления - по достижению (снижению) в отсеках ГРС заданной температуры воздуха;

б) при работе газовых котлов на систему подогрева газа - по достижению (снижению) после теплообменного аппарата заданной температуры газа.

Однако, применяя при подогреве газа систему «теплообменный аппарат - газовый котел», не стоит забывать и об экономической целесообразности. Да, традиционные подогреватели газа с промежуточным теплоносителем ПТПГ более громоздки и менее энергоэффективны (КПД не более 85%), а их применение ведет к увеличению площадки ГРС (расстояние до отключающей арматуры и зданий ГРС не менее 15 м), но в ряде случаев экономически их использование вполне оправдано. Анализ показывает, что стоимость системы «теплообменный аппарат - газовый котел» тепловой мощностью более 300 кВт более высока по сравнению с аналогичной стоимостью подогревателя газа ПТПГ.

III. Использование энергоэффективных конструкционных материалов

В целях экономии энергии при обеспечении заданного теплового режима отсеков ГРС и долговечности ограждающих конструкций в процессе их изготовления необходимо соблюдать требования СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» и СП 23-101-2004 «Проектирование теп-ловой защиты зданий».

При этом нужно отметить, что согласно письму Минюста РФ от 18 марта 2004 г. №07/2964-ЮД постановлению Госстроя РФ от 26 июня 2003 г. №113, утвердившему СНиП 23-02, отказано в государственной регистрации, а руководствоваться при решении данной задачи необходимо СП 23-101, который, в свою очередь, по многим вопросам ссылается на как раз на СНиП 23-02.

В целом, решения по обеспечению энергосбережения путем применения энергоэффективных конструкционных материалов необходимо принимать на стадии изготовления ГРС, а в процессе эксплуатации требуется подтверждать их достаточность и, при необходимости, предпринимать дополнительные меры по повышению энергоэффективности.

Согласно требованиям п. 5.1 СНиП 23-02 для определения энергоэффективности, применяемых конструкционных материалов для производственных зданий, а значит и ГРС, установлены два показателя тепловой защиты:

а) приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций - Ro, (м2•°С)/Вт;

б) санитарно-гигиенический показатель, включающий в себя:

  • температуру на внутренней поверхности ограждающей конструкции - τint, °С,
  • температурный перепад между расчетной температурой внутреннего воздуха tint и температурой внутренней поверхности ограждающих конструкций τint - Δto, °С.

Согласно п. 10.2 СП 23-101, ограждающие конструкции можно считать энергоэффективными, если фактическое значение Ro составляет не менее 90% требуемого сопротивление теплопередаче Rreq.

При выполнении теплотехнического расчета, определяющего энергоэффективность конструкционных материалов, необходимо руководствоваться следующими формулами:

Значения Rreq следует определять по данным табл.4 СНиП 23-02 в зависимости от градусо-суток района строительства Dd, °С•сут, которые, в свою очередь, можно вычислить по формуле (2) СНиП 23-02:

где

text - температура воздуха наиболее холодной пятидневки, °С, обеспеченностью 0,92 (табл.1 СНиП 23-01);

tht - средняя температура воздуха периода со средней суточной температурой воздуха ≤ 8°С, (табл.1 СНиП 23-01);

zht - продолжительность периода со средней суточной температурой воздуха ≤ 8°С (табл.1 СНиП 23-01).

Для отсеков с температурой внутреннего воздуха tint не более 12°С согласно п. 5.4 СНиП 23-02 значения Rreq следует определять по формуле (3) СНиП 23-02:

где

n - коэффициент, учитывающий положения наружной поверхности указанной ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху, по данным табл.6 СНиП 23-02 n = 1;

Δtn - нормируемый температурный перепад, °С, между температурой внутреннего воздуха tint и температурой внутренней поверхности ограждающих конструкций τint, принимаемый по данным табл.5 СНиП 23-02;

αint - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2•°С), внутренней поверхности указанной ограждающей конструкции, по данным табл.7 СНиП 23-02
αint = 8,7 Вт/(м2•°С).

Значение td, необходимое при вычислении Δtn, следует определять по формуле:

где

φint - относительная плотность внутреннего воздуха.

Значения Ro определяется по формуле:

где

δ - толщина слоя ограждающей конструкции, м;

λ - коэффициент теплопроводности слоя ограждающей конструкции, Вт/(м •°С);

Ra.l - термическое сопротивление, (м2•°С)/Вт, замкнутой воздушной прослойки (если имеется), принимаемое по данным табл.7 СП 23-101;

αint - то же, что и в формуле (3) СНиП 23-02;

αext - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2•°С), наружной поверхности указанной ограждающей конструкции, по данным табл.8 СП 23-101
αext = 23 Вт/(м2•°С).

Приведенное сопротивление теплопередаче дверей Ro, согласно п.5.7 СНиП 23-02, должно быть не менее 0,6×Rreq, где Rreq - приведенное сопротивление теплопередаче соответствующей наружной стены.

Приведенное сопротивление теплопередаче окон Ro, согласно СНиП 23-02, должно составлять не менее 0,3 (м2•°С)/Вт, что по данным табл.5 СП 23-101 способны обеспечить лишь одно- или двухкамерные стеклопакеты и двойное или тройное остекление. Однако, помимо тепловой защиты, ограждающие конструкции должны удовлетворять требованиям и пожарной безопасности, для обеспечения которой в отсеках ГРС категорий «А» и «Г» должны быть предусмотрены легкосбрасываемые конструкции требуемой площади (в соответствии с прим.1 п.5.9 СНиП 31-03-2001 «Производственные здания» оконное стекло относятся к легкосбрасываемым конструкциям, если при площади 1 м2 его толщина составляет не более 4 мм). Указанные выше типы окон, способных обеспечить требуемый уровень тепловой защиты, к легкосбрасываемым конструкциям не относятся, поэтому окна в ограждающих конструкциях ГРС являются «проблемным местом», ухудшающим общую картину применения энергоэффективных конструкционных материалов.

О требованиях пожарной безопасности не стоит забывать также при выборе утеплителя в конструкциях наружных стен и кровли ГРС. Традиционно в качестве утеплителя ранее широко использовались маты из стеклянного штапельного волокна «URSA», которые обладают достаточно хорошими теплофизическими свойствами (коэффициент теплопроводности λURSA = 0,05 Вт/(м2•°С)), однако с точки зрения пожарной безопасности их применение нежелательно - волокна матов «URSA» имеют малую температуру плавления и под воздействием огня быстро меняют структуру с последующим разрушением.

Наиболее оптимальным было бы применение изделий из базальтового волокна, температура спекания которых превышает 1000°С. В частности, высоко эффективными являются трехслойные стеновые и кровельные панели на основе базальтового волокна, коэффициент теплопроводности которых, к тому же, ниже, чем у матов «URSA» (коэффициент теплопроводности λбазальт = 0,038 ÷ 0,042 Вт/(м2•°С)).

IV. Метрологическое обеспечение

Относительно обеспечения точности, достоверности и единства измерений хочется отметить, что заказчик в Технических заданиях (ТЗ) либо Опросных листах (ОЛ) на изготовление ГРС практически всегда сам определяет средства измерения расхода отпускаемого потребителю газа и зачастую даже - средства учета газа для собственных нужд ГРС.

Задача заводов-изготовителей ГРС в данном вопросе сводится лишь к выполнению требований заказчика и, при необходимости, к некоторой помощи ему при составлении ТЗ, либо ОЛ (в этом случае необходимо рекомендовать заказчику средства измерения, соответствующие требованиям НТД и имеющие оптимальное соотношение стоимости, конструктивного исполнения и относительной погрешности измерения).

В общем случае, при выборе средств измерения расхода газа на ГРС необходимо руководствоваться требованиями СТО Газпром 5.32-2009 «Организация измерений природного газа, согласно которым:

а) при производительности ГРС (отдельного выхода ГРС) до 20 000 м3/ч - предел допускаемой относительной погрешности не должен превышать 2%;

б) при производительности ГРС (отдельного выхода ГРС) свыше 20 000 м3/ч - предел допускаемой относительной погрешности не должен превышать 1,5%.

V. Использование электропотребляющего оборудования

Основные принципы энергосбережения на ГРС заключены в следующих принципах:

а) использование оборудования с высоким КПД,

б) работа оборудования в оптимальных режимах,

в) исключение вероятности работы оборудования на «холостом» ходу, либо без реальной необходимости.

В соответствии с этими принципами, на сегодняшний день можно выделить следующие направления решения вопросов энергосбережения на ГРС:

а) для внутреннего освещения ГРС должны применяться энергосберегающие лампы дневного света, которые, по сравнению с лампами накаливания, имеют более высокий КПД;

б) для наружного освещения должен использоваться щит автоматического управления освещением, который бы в зависимости от освещенности включал и выключал лампы наружного освещения.

VI. Заключение

Подводя общий итог вышесказанному, можно рекомендовать проведение на ГРС следующих мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности:

а) при необходимой тепловой мощности системы подогрева газа менее 300 кВт - применение высокоэффективного газоиспользующего оборудования с двухступенчатой дутьевой горелкой, оборудованного современной системой управления, электророзжигом и ионизационным контролем пламени. КПД данного оборудования, в общем случае, должно составлять не менее 90%;

б) при необходимой тепловой мощности системы подогрева газа более 300 кВт - применение подогревателей газа с промежуточным теплоносителем ПТПГ;

в) применение в качестве ограждающих конструкций блоков ГРС трехслойных стеновых и кровельных панелей на основе базальтового волокна;

г) применение средств измерения расхода газа, предел допускаемой относительной погрешности которых не превышает значений, установленных СТО Газпром 5.32-2009;

д) применение для внутреннего освещения ГРС ламп дневного света.