Энергопотребление объектов добычи природного газа: основные нагрузки
Энергопотребление объектов добычи природного газа формируется при компримировании, подготовке, осушке газа и работе собственной технологической инфраструктуры. Соотношение топливных и электрических затрат зависит от давления и расхода газа, его состава, характеристик компрессорного оборудования и требований к параметрам продукции перед дальнейшим транспортом.
Для анализа недостаточно определить суммарное потребление электроэнергии или топлива на единицу добытого газа. Два объекта с одинаковым объёмом добычи могут работать при разных входных давлениях, степенях сжатия и условиях подготовки. Поэтому их удельные энергетические показатели без учёта технологических параметров не являются непосредственно сопоставимыми.
Основная задача энергетического обследования — разделить нагрузки компрессорного оборудования, установок подготовки и осушки, а также вспомогательной инфраструктуры, сопоставить их с фактическими параметрами газовых потоков и построить проверяемую модель энергетического профиля газодобычи.
Как формируются энергетические нагрузки газодобывающего объекта
Структуру энергопотребления определяют по технологической последовательности движения природного газа от добывающих скважин через необходимые стадии обработки до установленной границы дальнейшей подачи.
На отдельных участках газ может нуждаться в повышении давления. Эту задачу выполняет компрессорное оборудование, потребляющее энергию для сжатия и перемещения газового потока.
На стадии подготовки энергетические затраты связаны с функционированием оборудования, обеспечивающего предусмотренные параметры газа. Состав операций зависит от характеристик добываемого потока и принятой технологической схемы.
Осушка представляет собой часть технологической подготовки, направленную на снижение содержания влаги до необходимых для дальнейшей эксплуатации параметров. Энергетическая нагрузка соответствующей установки зависит от используемого процесса и его теплового режима.
Дополнительное потребление формируется собственной инфраструктурой объекта, обеспечивающей работу основных технологических систем.
При построении общего баланса важно установить, какие затраты относятся непосредственно к технологическим операциям, а какие обслуживают несколько стадий одновременно.
Если один энергетический поток уже включён в общий расход производственного участка, его выделение в самостоятельную статью должно представлять детализацию баланса, а не дополнительное потребление сверх измеренного значения.
Какие исходные данные необходимы для оценки
Для построения энергетического профиля необходимо получить данные о давлениях и расходах газа, его составе, компрессорных характеристиках, тепловом режиме осушки и действующей системе энергетического учёта.
Давление газа определяют в точках, соответствующих рассматриваемым технологическим операциям. Для компримирования особенно важны давление на входе и выходе компрессорного оборудования.
Расход газа характеризует количество потока, проходящего через соответствующий участок за единицу времени. Необходимо установить условия, к которым приведены объёмные показатели, поскольку объём газа зависит от давления и температуры.
Состав газа влияет на его физические свойства и условия технологической подготовки. При энергетических расчётах нельзя считать, что газовые смеси различного состава обязательно имеют одинаковые характеристики.
Компрессорные характеристики необходимы для сопоставления фактической нагрузки с рабочими возможностями оборудования. Используют параметры, характеризующие работу установки при соответствующих давлениях и расходах.
Тепловой режим осушки определяет условия работы установки, включая параметры теплового воздействия, если оно предусмотрено применяемой технологией.
Система энергоучёта показывает, какие затраты топлива и электроэнергии измеряются самостоятельно, а какие объединены в общие показатели объекта.
Исходные сведения должны относиться к согласованным временным интервалам. Нельзя сопоставлять энергетический расход одного периода с параметрами газового потока, полученными при другом технологическом режиме, без проверки представительности такого сравнения.
Что такое компримирование природного газа
Компримирование — повышение давления газа с помощью компрессорного оборудования.
Энергия необходима для выполнения работы сжатия и обеспечения требуемых условий последующего перемещения газа.
Энергетическая нагрузка компрессорной установки зависит прежде всего от количества перемещаемого газа, давления до сжатия, требуемого давления после сжатия, свойств газа и характеристик оборудования.
Поэтому оценка компрессорного энергопотребления должна начинаться с фактических параметров процесса.
Если известен только расход электроэнергии компрессорной установки, но отсутствуют давления на входе и выходе, нельзя достоверно определить, насколько потребление соответствует выполняемой работе.
Аналогично мощность компрессора без сведений о расходе газа не позволяет установить энергетические затраты на единицу транспортируемого потока.
Для полноценного анализа необходимо связать энергетический вход с фактическими параметрами сжатия и периодом эксплуатации.
Что такое степень сжатия и почему она важна
Степень сжатия — отношение абсолютного давления газа после компрессора к абсолютному давлению перед ним.
Для рассматриваемой ступени:
π = p2 / p1,
где π — степень сжатия, p1 — абсолютное давление на входе, p2 — абсолютное давление на выходе компрессора.
При использовании этой зависимости важно применять именно абсолютные давления. Подстановка манометрических давлений без необходимого приведения способна исказить результат.
Степень сжатия характеризует, насколько должен измениться уровень давления при прохождении газа через оборудование.
Если требуемое давление после компримирования остаётся неизменным, а входное давление уменьшается, необходимая степень сжатия возрастает.
Это обстоятельство имеет непосредственное значение для энергетической оценки: оборудование выполняет процесс при других условиях давления, даже если количество транспортируемого газа существенно не изменилось.
Однако степень сжатия не определяет электрическую или топливную мощность сама по себе. Для расчёта необходимы расход, характеристики газа и реальные параметры компрессорного оборудования.
Почему низкое пластовое давление увеличивает требования к компрессии
Пластовое давление влияет на условия поступления газа из месторождения в технологическую систему.
При его снижении могут изменяться параметры газа на входе в последующее оборудование. Если для дальнейшей подготовки или транспорта необходимо обеспечить определённое давление, требования к компримированию могут возрастать.
Для технической проверки необходимо установить фактическое давление газа перед компрессорной установкой и давление, требуемое на выходе.
Затем определяют степень сжатия и проверяют соответствие рабочего режима характеристикам оборудования.
Если давление на входе стало ниже, прежнее удельное энергопотребление нельзя использовать для вывода об эффективности компрессора без учёта изменившихся условий.
Например, увеличение затрат энергии на транспортируемый объём газа может быть связано с возросшей степенью сжатия, а не исключительно с ухудшением технического состояния агрегата.
При этом снижение пластового давления не означает автоматического увеличения электрического потребления на фиксированную величину. Реальный результат зависит от параметров газового потока и работы оборудования.
Практический вывод: при изменении давления добычи необходимо сначала пересчитать условия компримирования и только после этого сопоставлять энергетические показатели разных периодов.
Как связать компрессорную нагрузку с расходом и давлением газа
Для оценки энергетической нагрузки необходимо определить фактический расход газа и параметры его состояния до и после сжатия.
Если измеряется электрическая мощность компрессорной установки, соответствующий показатель сопоставляют с количеством газа, проходящим через оборудование за тот же период.
Предварительный удельный расход электроэнергии можно определить как:
eэл = Eэл / Vг,
где Eэл — электрическая энергия, потреблённая установкой за рассматриваемый период, Vг — объём газа за тот же период, приведённый к установленным условиям измерения.
Однако такой показатель характеризует только отношение энергии к объёму. Он не позволяет самостоятельно установить эффективность компрессора.
Для технического сравнения необходимо дополнительно учитывать входное и выходное давления, степень сжатия, состав газа и характеристики оборудования.
Если степень сжатия изменяется, одинаковое количество газа может требовать различных энергетических затрат.
Поэтому расход энергии на единицу объёма следует рассматривать совместно с параметрами процесса, а не как универсальную характеристику компрессорной эффективности.
Почему состав газа влияет на энергетические расчёты
Природный газ представляет собой смесь компонентов, состав которой зависит от месторождения и условий добычи.
Для энергетической оценки состав важен, поскольку определяет физические свойства газа, используемые при расчёте сжатия и технологической подготовки.
При различном составе газовые потоки могут иметь неодинаковые свойства даже при совпадающих измеренных давлениях и температурах.
Поэтому применение одной расчётной зависимости к потокам различного состава требует проверки её применимости.
Это особенно существенно при сопоставлении компрессорных нагрузок нескольких объектов.
Если на одном объекте газ имеет одни характеристики, а на другом — другие, сравнение только по объёмному расходу и электроэнергии не позволяет определить причину различий.
Необходимо использовать подтверждённые сведения о составе газа и соответствующие параметры расчётной модели.
Состав также влияет на необходимость и содержание технологической подготовки.
Следовательно, объекты с одинаковыми объёмами добычи не обязательно имеют одинаковый набор установок подготовки и одинаковую структуру энергетических затрат.
Как учитывать энергопотребление подготовки природного газа
Подготовка природного газа обеспечивает параметры потока, необходимые для последующего использования или транспорта в принятой технологической схеме.
Для энергетического анализа необходимо установить, какие операции фактически выполняются на рассматриваемом объекте.
Состав оборудования определяется характеристиками добываемого газа и требованиями к подготовленному продукту.
Поэтому нельзя использовать одну универсальную структуру энергопотребления установок подготовки для всех месторождений.
Сначала определяют параметры газа на входе участка подготовки, затем устанавливают требуемые характеристики после соответствующих операций.
Далее сопоставляют фактический расход энергоресурсов с количеством обрабатываемого газа и установленным режимом оборудования.
Если участок включает несколько операций, необходимо проверить, позволяют ли действующие приборы учёта выделить энергетические затраты каждой из них.
Если отдельное измерение отсутствует, распределение выполняют только при наличии обоснованной расчётной основы.
Если таких данных недостаточно, энергопотребление подготовки следует сохранять в общей статье баланса, обозначая необходимость дополнительного учёта.
Как оценить энергетическую нагрузку осушки газа
Осушка природного газа — технологический процесс уменьшения содержания влаги в газовом потоке до параметров, предусмотренных принятой схемой подготовки.
Энергопотребление установки осушки необходимо рассматривать по фактически используемой технологии.
Если процесс предусматривает тепловое воздействие, для оценки требуется установить соответствующий температурный режим и расход энергетического ресурса.
При этом нельзя автоматически считать, что каждая установка осушки использует одинаковый тепловой процесс.
Технологическая схема зависит от состава газа, его состояния и требований к подготовленному потоку.
Для проверки устанавливают расход газа через установку, параметры на входе и выходе, фактический режим осушки и энергетические затраты соответствующего оборудования.
Если тепловая энергия расходуется на определённой стадии технологического цикла, её необходимо соотносить с фактической продолжительностью и условиями этой стадии.
Общий расход топлива или электроэнергии на участке подготовки не обязательно показывает самостоятельную нагрузку осушки.
Для выделения этой составляющей необходима соответствующая граница учёта или проверяемая расчётная модель.
Ключевое ограничение: энергетические затраты осушки нельзя оценивать только по объёму газа без сведений о технологии, составе потока и тепловом режиме оборудования.
Как сопоставить подготовку газа с параметрами дальнейшего транспорта
Энергетический профиль газодобывающего объекта необходимо рассматривать с учётом параметров, которые должен иметь газ на установленной выходной границе.
Для этого определяют требуемое давление, расход и характеристики подготовленного потока.
Затем устанавливают, какие технологические операции необходимы для достижения соответствующих параметров.
Если дальнейшая подача газа требует повышения давления, это влияет на нагрузку компрессорного оборудования.
Если исходный состав газа требует технологической подготовки, соответствующие установки формируют дополнительное энергопотребление.
Таким образом, компримирование и подготовка не должны оцениваться в отрыве от параметров конечного потока.
В то же время нельзя смешивать затраты разных операций. Энергия, израсходованная компрессором, должна учитываться в его измерительной границе, а затраты установки подготовки — в соответствующей технологической составляющей.
Если системы имеют общий источник энергоснабжения, необходимо определить способ их разделения без повторного включения потребления.
Такой подход позволяет связать структуру энергетических затрат с фактическими требованиями к газу, а не только с установленной мощностью оборудования.
Как отделить топливные затраты от электрических
На объектах газодобычи энергетические нагрузки могут обеспечиваться различными энергоресурсами.
Компрессорное и технологическое оборудование может использовать электрическую энергию либо энергию топлива в зависимости от применяемой схемы.
Поэтому при анализе необходимо установить тип привода оборудования и соответствующий энергетический вход.
Электрический баланс формируют по измеренному расходу электроэнергии в согласованных границах.
Топливный баланс составляют отдельно с учётом фактического расхода топлива и его энергетических характеристик.
Если оборудование использует топливо непосредственно, его потребление нельзя без пояснения включать в электрические затраты.
Если необходимо получить общий энергетический показатель, оба ресурса предварительно приводят к согласованным единицам с указанием метода пересчёта.
При этом такое приведение не устраняет различий в технической эффективности соответствующих процессов.
Поэтому для диагностики важно сохранять исходные физические показатели топлива и электроэнергии.
Это позволяет определить, какая составляющая нагрузки связана с электрическими приводами, а какая — с использованием топлива.
Как учитывать собственную технологическую инфраструктуру
Помимо компримирования и подготовки газа энергоресурсы потребляет оборудование, обеспечивающее функционирование объекта.
Для оценки необходимо установить состав собственной инфраструктуры и границы её энергетического учёта.
Если вспомогательная система обслуживает сразу несколько технологических участков, её затраты не следует без обоснования полностью относить к одной операции.
Сначала определяют общее измеренное потребление системы.
Затем проверяют, имеются ли данные для распределения нагрузки между соответствующими технологическими участками.
Если такие данные отсутствуют, затраты целесообразно показывать самостоятельной составляющей энергетического профиля.
При последующем распределении необходимо обеспечить согласованность с общим балансом, чтобы исключить повторное включение одних и тех же энергетических потоков.
Отдельный учёт собственной инфраструктуры позволяет точнее характеризовать нагрузки основных технологических операций, не смешивая их с обеспечивающим потреблением.
Почему нельзя сравнивать газовые объекты только по энергии на единицу объёма
Удельное энергопотребление может использоваться для предварительной характеристики энергетических затрат газодобычи:
e = E / Vг,
где E — потребление выбранного энергоресурса, Vг — объём газа в согласованных условиях за тот же период.
Однако одинаковая величина объёма не означает одинаковой технологической работы.
Если объекты различаются по входному давлению, требуемой степени сжатия или составу газа, их энергетические затраты могут существенно отличаться.
Например, низкое давление поступающего газа увеличивает требования к последующему компримированию при сохранении необходимого выходного давления.
Если природный газ имеет иной состав, могут измениться его свойства и технологическая схема подготовки.
Поэтому более высокий удельный расход энергии на одном объекте не является самостоятельным доказательством худшей эффективности оборудования.
Для технического сравнения необходимо установить давление, расход, состав газа, степень сжатия и фактические режимы основных установок.
Только после этого можно оценить, какие различия объясняются технологическими условиями, а какие требуют дополнительной проверки оборудования.
Как построить модель энергетического профиля газодобычи
Результатом анализа является модель энергетического профиля газодобывающего объекта с критическими данными давления, расхода газа и степени сжатия.
Модель должна отражать основные технологические стадии и соответствующие энергетические потоки.
Для компримирования устанавливают давление на входе и выходе, расход газа, степень сжатия, характеристики компрессорного оборудования и потребление соответствующего энергоресурса.
Для подготовки указывают фактический состав технологических операций, параметры газового потока и измеренную либо обоснованно рассчитанную энергетическую нагрузку.
Для осушки отдельно отражают используемую технологию, тепловой режим и доступные данные об энергопотреблении.
Для собственной инфраструктуры определяют измеренные расходы и возможность их распределения между обслуживаемыми участками.
Все показатели должны относиться к согласованным периодам эксплуатации.
| Составляющая энергопрофиля | Необходимые параметры | Что позволяет проверить |
|---|---|---|
| Компримирование | Давления до и после сжатия, расход и состав газа, характеристики компрессоров, расход топлива или электроэнергии. | Соответствие энергетической нагрузки фактической степени сжатия и рабочему режиму оборудования. |
| Подготовка газа | Состав потока, технологическая схема, параметры газа до и после обработки, энергетические показатели установок. | Связь расхода энергоресурсов с фактическими требованиями к подготовке газа. |
| Осушка | Расход и характеристики газа, применяемая технология, тепловой режим и соответствующее энергопотребление. | Энергетическую нагрузку осушки в пределах выбранной технологической схемы. |
| Собственная инфраструктура | Состав оборудования, границы учёта, фактические электрические и топливные затраты. | Долю обеспечивающего потребления без повторного включения энергии основных установок. |
При построении модели важно отделить непосредственно измеренные величины от расчётных.
Если давление и расход газа подтверждены, но неизвестны энергетические характеристики оборудования, можно установить условия технологической работы, однако нельзя считать его фактическую эффективность определённой.
Если известен расход топлива или электроэнергии, но отсутствуют параметры газа, невозможно корректно интерпретировать энергетическую нагрузку.
Модель должна показывать такие ограничения, а не заполнять их условными отраслевыми значениями.
Как определить необходимые точки инструментальной проверки
После построения предварительного профиля необходимо установить, какие параметры уже подтверждены системой измерений.
В первую очередь проверяют доступность данных о давлениях и расходах газа в границах компримирования.
Затем устанавливают достаточность сведений о составе газа и характеристиках компрессорного оборудования.
Для установок подготовки проверяют наличие измерений, соответствующих фактической технологической схеме.
Для осушки необходимо определить, какие данные подтверждают тепловой режим и расход энергоресурсов.
Отдельно анализируют энергетический учёт: какие потребители охвачены общими приборами и какие расходы можно выделить самостоятельно.
Если общий показатель объединяет несколько технологических стадий, необходимо установить, возможно ли технически обоснованное распределение.
При недостатке данных определяют конкретные места и параметры последующих измерений.
Цель такой проверки — обеспечить возможность сопоставить энергетические затраты с фактическими условиями газового потока.
Когда можно оценивать эффективность газодобывающего объекта
Оценка энергетической эффективности требует достоверного описания выполняемой технологической работы.
Для компримирования необходимо знать давление и расход газа, степень сжатия, его состав и характеристики оборудования.
Для подготовки и осушки требуются сведения о фактической технологической схеме, параметрах потока и энергетических затратах соответствующих установок.
Для собственной инфраструктуры необходимо установить границы потребления и исключить повторный учёт энергетических потоков.
Если эти данные получены за сопоставимые периоды, можно анализировать структуру нагрузок и проверять отдельные технические показатели.
Если давление поступающего газа изменилось, результаты разных периодов следует интерпретировать с учётом новых требований к компрессии.
Если изменился состав газа, необходимо проверить применимость прежней модели подготовки и расчёта компрессорной нагрузки.
При отсутствии необходимых параметров технологического процесса нельзя достоверно определить фактическую эффективность объекта только по расходу энергоресурсов на объём добытого газа.
Главное ограничение: без данных о давлениях, расходах, составе газового потока и фактических режимах оборудования невозможно обоснованно назначить эффективность конкретного объекта добычи природного газа.
Результат анализа и его практическое применение
Энергетический профиль газодобычи должен показывать, какие затраты приходятся на компримирование, подготовку, осушку и собственную инфраструктуру объекта.
Для каждого участка необходимо установить потребляемый энергоресурс, измерительную границу, фактические параметры газового потока и доступность подтверждающих данных.
Особое значение имеют входное и выходное давления компрессоров, степень сжатия и расход газа. Они позволяют объяснить, почему энергетические затраты изменяются при снижении давления добычи.
Состав газа и технологическая схема подготовки необходимы для корректного сравнения объектов с различными условиями месторождений.
Топливные и электрические потоки следует сохранять отдельно до обоснованного формирования сводного баланса.
При необходимости исходные показатели подтверждают эксплуатационными журналами, техническими документами, актами или протоколами измерений.
Если часть параметров отсутствует, модель должна указывать недостающие сведения и соответствующие точки проверки.
Практический вывод: сначала определяют технологические стадии газодобычи и параметры потоков, затем сопоставляют компрессорные нагрузки с давлениями и расходами, учитывают состав газа и режимы подготовки, отдельно отражают топливо и электроэнергию и проверяют полноту учёта.
Полученная модель позволяет обоснованно определить структуру энергопотребления газодобывающего объекта и условия дальнейшей технической оценки. В отличие от анализа нефтедобычи, где существенны жидкостные потоки и режимы насосного подъёма, здесь основой проверки выступают газовые потоки, компримирование и параметры технологической подготовки.
Связанные направления: материалы по энергоэффективности, объекты добычи природного газа и энергоаудит предприятия.