МОДЕРНИЗАЦИЯ ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ ЦЕХА ОАО «ГРОДНО АЗОТ» - АММИАК-4

В данной статье рассмотрим один из ведущих цехов ОАО «Гродно Азот» – Аммиак - 4, его историю, работу, порядок энергообеспечения и основные принципы выбор аппаратов энергопотребления.

Агрегат аммиака введен в эксплуатацию в мае 1985 года согласно четвертой очереди производства минеральных удобрений на Гродненском производственном объединении "АЗОТ". Однако в 1993, 2007 и 2018 модернизировался в технологической, энергетической и метрологической сферах.

Годовая производительность достигает 450 000 тонн при суточной выработке около 1 360 тонн аммиака и 331 дне работы в году.

Исходным сырьем для производства аммиака является природный газ. Процесс введётся в условиях высоких давлений до 27МПа на участках синтеза аммиака и температур порядка 600 С.

Производство аммиака на данный момент выполнено в одну технологическую линию с применением прогрессивной технологии и оборудования и состоит из стадий:

• Компримирование природного газа и воздуха центробежными компрессорами с приводом работающими от паровых турбин;
• Компримирование синтез-газа центробежным компрессором с приводом от паровой турбины;
• Гидрирование органических серосоединений, содержащихся в природном газе, на алюмокобальтмолибденоновом катализаторе до сероводорода и поглощение его окисью цинка;
• Паровая конверсия метана в трубчатой печи (первичный реформинг) под давлением до объемной доли метана в газе не более 12 % и паровоздушная конверсия остаточного метана в шахтном конверторе (вторичный реформинг);
• Двухступенчатая конверсия окиси углерода на среднетемпературном и низкотемпературном катализаторах;
• Очистка конвертированного газа от двуокиси углерода водным раствором (R - амина);
• Тонкая очистка конвертированного газа от остаточной окиси и двуокиси углерода метанированием на никелевом катализаторе;
• Синтез аммиака под давлением – основная стадия процесса;
• Захолаживание продукционного аммиака в абсорбционно-холодильных установках ( АХУ ), использующей в качестве теплоносителя пар 3,5, пар 7 и конвертированный газ, и выдача жидкого аммиака в изотермическое хранилище и потребителям.

Продукционный жидкий аммиак выдается с установки в захоложенном состоянии от минус 30 °С до минус 34 °С в изотермическое хранилище вместимостью 10 000 тонн и частично, в теплом виде, цехам- потребителям.

Потребителями электроэнергии в цехе являются:

1. Асинхронные двигатели мощностью до 200 кВт напряжением 380 В (30%);
2. Асинхронные двигатели мощностью 315, 400, 630, 1 250 и 2 500 кВт, напряжением 6 000 В (25%);
3. Электроосвещение (18%);
4. Приборы КИПиА и система управления TPS (27%).

Для питания электроприемников приняты следующие напряжения:

• Для электродвигателей – 6 000 В, 380 В, частота 50 Гц.
• Для сети рабочего освещения - 220 В, частота 50 Гц.
• Для сети аварийного освещения - 220 В постоянного и переменного тока.
• Для цепей управления и автоматики - 220 В постоянного тока.
• Для приборов КИПиА - 220 В и 110 В переменного тока частотой 50 Гц и 24 В постоянного тока.

Общегодовой проектный расход электроэнергии – 80 372 тыс. кВт×ч.

Выбор оборудования для такого участка должен исходить из широко спектра факторов. Один из основных можно выделить взрывоопасность сред участвующих в химических процессах, в частности аммиака и природного газа, поэтому выбор строго электроприводов, насосов, оборудования КИП с типами защиты взрывонепроницаемая оболочка, вакуумные и элигазовые выключатели, искробезопасных барьеров электрических цепей в производственных помещениях которые отвечают всем требованиям современных стандартов.

По степени надежности электроснабжения производство аммиака относится, в основном, к I-ой категории и, частично, к особой группе I-ой категории.

Надежность электрообеспечения потребителей I-ой категории достигается путем питания этих потребителей от разных секций распределительного устройства (Ру) Ру-6 кВ и щитов 380, 220 В двух основных источников питания с устройствами АВР (автоматическое включение резерва) на этих секциях.

Электроснабжение цеховых электроприемников по напряжению 6 кВ осуществляется от двух подстанций, имеющих распределительные устройства, состоящие из двух секций с устройством АВР. Питание этих подстанций происходит от головной подстанции по двум кабельным вводам на каждую подстанцию.

От РУ-6 кВ получают питание высоковольтные двигатели, а также понизительные подстанции 6/0,4 кВ-КТП-1, КТП-2 п/ст №111, КТП п/ст №112, а через них- низковольтные щиты.

Для обеспечения принципов резервирования и надежности электроснабжения потребителей особой группы I-ой категории в цехе установлен третий независимый источник питания - понижающий трансформатор 6/0,4кВ, питающийся от п/ст №60, который запитывается с шин генераторного напряжения ТЭЦ-2. Потребители особой группы I-ой категории подключены к щитам 380/220 В, которые нормально питаются от  двух основных источников, а в случае исчезновения напряжения при помощи АВР переключаются на питание от третьего источника. Четвертым источником питания служит агрегат бесперебойного питания АБП, представляющий собой блок выпрямитель - инвертор с аккумуляторной батареей, минимальное время работы которой 60 мин.

Постоянным током от АБП питаются блоки цепей КИП и оперативные цепи.

Переменным током от АБП питаются особо ответственные потребители КИП. Особо ответственные потребители КИП, а также система управления цехом TPS Experion^â Process Knowledge System (PKS) фирмы «HONEYWELL» запитаны от двух импортных агрегатов бесперебойного питания UPS1 и UPS2. Эти агрегаты имеют четыре независимых источника питания на два агрегата, причем каждый из агрегатов имеет встроенную аккумуляторную батарею, емкости которой хватает минимально на 25 минут, что позволяет безаварийно вывести оборудование из работы. Важным решением исходя из практики на заводе стало четкий контроль за условиями содержания данного оборудования. По рекомендациям производителей в помещениях, где производится установка БП, необходимо наличие кондиционеров, что позволяет увеличить ресурс «бесперебойников» на 35 - 40% (по сравнению с условиями естественной вентиляции и нестабильного температурного режима в течении года).

Приведем порядок выбор аппаратуры различного назначения для обеспечения энергией цеха. К примеру это было сделано в 2018 годы с целью ввода в эксплуатацию нового оборудования для увеличения производительности участка синтеза аммиака. Необходимо это было в условиях скорого ввода в эксплуатацию нового агрегата азотной кислоты, объёмы потребления аммиака которого по расчетам могут превысить объёмы производства в нормальном режиме эксплуатации. Для этого с технологической части была введена утилизация тепла с колонны синтеза на другие стадии подготовки сырья в качестве теплоносителей в теплообменных процессах, в области КИП частичная замена верхнего уровня системы управления и замена газоаналитического оборудования для увеличения качества продукции и более чёткого контроля за процессом, с энергетической – ввод дополнительного оборудования для стабилизации возможных нагрузок на во время увеличения мощности производства.

Выбор пускателя производится по стандартному условию:

где: 

I_н.э. – ток нагревательного элемента теплового реле, А;

I_н – номинальный ток электродвигателя, А.

Автоматический выключатель служит для нечастых включений и отключений электрических цепей и защиты электроустановок от перегрузки и коротких замыканий, а также недопустимого снижения напряжения. Главный критерий – технические характеристики выше расчетных.

Выбор по номинальному току:

где: 

I_на – номинальный ток автоматического выключателя, А;

I_нр – номинальный ток расцепителя, А;

I_н – номинальный ток электродвигателя, А.

Далее проверка на невозможность срабатывания выключателя во время пуска по формуле:

где: 

I_ср – ток срабатывания автоматического выключателя, А;

I_кр – кратковременный ток, А.

Под воздействием протекающего электрического тока происходит нагрев проводника, что влечет изменение физических свойств. Сечение проводов и кабелей выбирают по длительному допустимому току. Выбор производится по одному из двух условий (по наибольшему условию),

где: 

I_р – расчетный ток, А;

К_п – поправочный коэффициент, учитывает условия прокладки проводов и кабелей. В данном случае он будет равен 0,85.

К_з – коэффициент защитной аппаратуры, то есть отношение длительно допустимого тока к току срабатывания защитной аппаратуры.

I_з – ток срабатывания защитной аппаратуры, А.

По наибольшему условию происходит выбор сечения провода, по справочной литературе.

Также существует расчет по термической стойкости при сквозных токах короткого замыкания за счет определения расчетного теплового импульса.

Повышение коэффициента мощности электроустановок промышленных предприятий имеет большое народнохозяйственное значение и работы систем электроснабжения и улучшения качества отпускаемой потребителю электроэнергии.

Были рассмотрены основные этапы работы цеха Аммиак-4, разобрано распределение электроэнергетической нагрузки на используемое оборудование и основные решения для проведения модернизации и положения порядка выбора электрического оборудования на основе существующих норм.

Список литературы:

1. Анчарова, Т.В. Электроснабжение и электрооборудование зданий и сооружений: Инфра-Инженерия, 2016. - 416 c.
2. Киреева, Э.А. Электроснабжение и электрооборудование цехов промышленных предприятий - М.: КноРус, 2013. - 368 c.
3. Кудрин Б.И. Электроснабжение промышленных предприятий. М.: Интермет Инженеринг, 2006 – 672с.
4. Радкевич В.Н. Проектирование систем электроснабжения. Мн.: «Пион» 2005 - 287с.