Совершенствование технологии строительства газопроводов

Одним из направлений сокращения потребления энергетических ресурсов и снижения себестоимости реализации продукции УП «Карлиновгаз» является совершенствование технологии строительства газопроводов. Технология строительства газопроводов в УП «Карлиновгаз» сегодня связана, в основном, с применением стальных труб. В этой связи целесообразно было бы рассмотреть возможность использования на предприятии более современного материала – полиэтиленовых труб.

Применение пластмассовых труб насчитывает более 50 лет. Впервые они были использованы в странах Западной Европы при строительстве канализационных систем и водопроводов. Европейские страны ныне занимают лидирующее место по потреблению труб из пластмасс. Только Германия, Италия, Франция и Великобритания потребляют 80 % всего их производства. Постепенно применение этой технологии расширяется, все более завоевывая рынок Беларуси и вытесняя трубы, изготовляемые из привычных традиционных материалов (чугун, медь, сталь).

Газопроводные трубы в зависимости от материала, из которого они изготовлены, могут иметь разную себестоимость (иногда достаточно высокую), срок службы, долговечность, различаются и затраты на эксплуатацию, в т.ч.. на защиту от коррозии, гидравлические потери энергии.

Полиэтиленовые трубы в отношении к стальным, применяемым на предприятии, обладают целым рядом преимуществ, определяющих целесообразность и высокую эффективность их использования.

Уникальность технических свойств полиэтиленовых труб является в том, что со временем свойства не только не изменяются, а наоборот только улучшаются: улучшается гладкость внутренней стенки, которая полируется мелким абразивным материалом в ходе эксплуатации и увеличивается внутренний диаметр трубы в процессе полимерного расширения. Полиэтилен не подвержен коррозии и, следовательно, внутренний диаметр трубы остается постоянен, а не сужается как в случае стальных труб (его коэффициент шероховатости в 7 раз выше, чем в полиэтиленовых трубах), тем более, что на внутренних стенках металлической трубы постепенно осаждается тонкодисперсный материал, который в виде взвесей находится в газе. Внутренняя поверхность полиэтиленовой трубы со временем становится более мягкой и гладкой, вследствие набухания граничного слоя полимера и возникновения специфического поверхностного эффекта эластичности, который улучшает условия обтекания стенки трубы и снижает сопротивление движению. В связи с вышесказанным, с использованием полиэтиленовых труб исключаются меры электрохимической и механической защиты газопроводов – трудоемких и дорогостоящих, требующих немалых энергетических затрат.

Гибкость полиэтиленовых труб упрощает строительство и позволяет отказаться от покупки отводов. Надежность соединений и гибкость ПЭ труб и делают полиэтиленовые газопроводы незаменимыми в сейсмически активных областях и в местах, где возможны подвижки почвы. Увеличение длины на 10 % не изменяет ее выносливости. Сшитый полиэтилен обладает молекулярной памятью: в процессе монтажа труба самоусаживается на фитинге (соединительная часть трубопровода), образуя соединение, прочность которого выше прочности самой трубы.

Строительство металлического трубопровода гораздо хлопотнее и дороже: трубы надо изолировать, затем проверять изоляцию, затем изолировать стыки и проверять изоляцию в местах стыков, к тому же надо установить и в последующем эксплуатировать станцию электрохимической защиты. Полиэтиленовые трубопроводы не нуждаются в изоляции. Произведём сравнительный анализ стоимости труб сталь-полиэтилен в расчёте на 1 км с помощью таблицы 27.

Таблица 27 - Примерное отношение стоимости труб сталь-полиэтилен на километр

По данным таблицы 27 видно, что стоимость полиэтиленовых труб малого диаметра значительно ниже стоимости стальных соответствующего диаметра. То есть экономичность применения полиэтиленовых труб увеличивается с уменьшением диаметра и толщины стенок. Стоимость полиэтиленовых труб диаметром более 100 мм превышает стоимость стальных труб, но, учитывая, что полиэтиленовые трубы не нуждаются в изоляции в отличии от стальных, стоимость стальной изолированной трубы будет превышать стоимость полиэтиленовой.

Технология соединения труб и их укладка в траншеи сильно упрощены. Для сварки полиэтиленовых труб не требуется тяжелая техника. Сварные и электросварные соединения, используемые для монтажа трубопроводов из полиэтиленовых труб, не требуют дополнительных расходных материалов, имеют высокую прочность, герметичны и стойки к внешним разрушающим воздействиям в процессе монтажа и эксплуатации.

Значительно ниже потребление электроэнергии (либо топлива) по сравнению со сваркой стальных труб. А применение так называемых «длинномерных труб» (на катушках или в бухтах) снижает количество сварных соединений в 50-100 раз. Все это значительно ускоряет строительство полиэтиленового трубопровода и снижает стоимость монтажа.

Рассмотрим количество рабочих, занятых на строительстве газопровода при помощи таблицы 28.

Таблица 28 - Количество рабочих, занятых на строительстве газопровода

Как видно из таблицы 28, количество рабочих, занятых на строительстве полиэтиленового газопровода, практически в два раза меньше, чем на строительстве стального. Таким образом, затраты труда при использовании полиэтиленовых труб в строительстве газопроводов меньше в два-четыре раза, чем при монтаже аналогичных стальных конструкций.

Преимущество в массе полиэтиленовых труб перед стальными рассмотрим с помощью данных таблицы 29.

Таблица 29 - Сравнительная масса километра металлических и полиэтиленовых труб

По данным таблицы 29 можно утверждать, что стальные трубы в 3-8 раз тяжелее полиэтиленовых. Одно транспортное средство перевозит в 2-4 раза больше ПЭ труб, чем стальных. В связи с лёгкостью перемещения полиэтиленовых труб при монтаже не требуют грузоподъемных механизмов. А применение так называемых «длинномерных труб» (на катушках или в бутах) снижает количество сварных соединений в 50-100 раз. Все это значительно ускоряет строительство полиэтиленового трубопровода и снижает стоимость.

И главное преимущество полиэтиленовых газопроводов над стальными – расчетная долговечность и фактический срок службы материала. Гарантийный срок службы газопровода из полиэтиленовых труб составляет 50 лет, расчетный срок — до 300 лет, в то время как у стальных срок эксплуатации вряд ли превысит 30 лет.

В связи с вышесказанным, в целях снижения капитальных вложений и энергетических ресурсов, в УП «Карлиновгаз» при строительстве газопроводов предлагается применять полиэтиленовые трубы взамен стальных.

Целью обоснования экономической эффективности данного энергосберегающего мероприятия произведём расчёт экономии энергоресурсов при его применении.

Плановое строительство газопроводов в 2009 г. по области составляет 100 км. При эксплуатации стальных газопроводов, необходимо на каждые 5 км газопровода устанавливать станцию катодной защиты (СКЗ) для защиты их от коррозии. СКЗ с установленной мощностью N=0,6 кВт работает круглогодично и круглосуточно, что составляет 8760 ч.

Определим расход электрической энергии W, тыс. кВт*ч при установке СКЗ по формуле:

, (40)

где Ки – коэффициент использования;

Т – число часов работы в год, ч;

Nф – фактическая мощность установленного оборудования, кВт;

К – количество установленного оборудования, шт.

W=0,5 8760 1,2 25 10-3=131,4 тыс. кВт·ч

Годовая экономия условного топлива ∆B, т.у.т. от совершенствования технологии строительства газопровода с учетом потерь на транспорт электроэнергии в электросетях (с учетом распределительных) составит:

(41)

где - средний удельный расход условного топлива на отпуск электроэнергии в энергосистеме (с учетом перетоков), 0,28×10-3 т.у.т./кВт·ч;

- потери электроэнергии в электросетях (с учетом распределительных) энергосистемы концерна «Белэнерго», 10,5 %.

т.у.т.

Годовой экономический эффект от экономии электроэнергии Э, млн. р., вычислим по формуле:

(42)

где С – тариф на электроэнергию, р./кВт.·ч.

Капиталовложение в мероприятие рассчитаем, используя формулы 43-44 и таблицу 00. Результаты расчётов представлены в последней.

(43)

(44)

где , , - стоимость 100 км полиэтиленовых труб, стальных труб и СКЗ соответственно;

, - стоимость сварочно-ремонтных работ по установке полиэтиленового и стального газопроводов, соответственно: 80 % от стоимости ПЭ трубы; 160 % - от стальной;

, - стоимость земляных работ по установке полиэтиленового и стального газопровода соответственно: 12 % от стоимости ПЭ трубы; 20 % - от стальной.

Таблица 27 – Стоимость прокладки 100 км газопровода

Расчёт капиталовложений в строительство 100 км полиэтиленовых газопроводов имеет вид

Спэ=2610+309+2163=5082 млн. р.

Сст=2850+75+633+4275=8228 млн. р.

Суммарные годовые денежные вложения в строительство и эксплуатацию стального газопровода, Сст(сумм) рассчитаем по формуле:

Сст(сумм)=Сст+Эг, (45)

где Сст – капиталовложения в строительство 100 км стального газопровода, млн. р.;

Эг – годовой экономический эффект от экономии электрической энергии, млн. р.

Сст(сумм)=8228+15,2=8243,2 млн. р.

Расчет годовой общей экономической эффективности при реализации результатов работы оценивается по формуле:

Э = ΔС Д, (46)

где Э – годовой экономический эффект, млн. р.;

ΔС – годовой выигрыш в стоимости строительства и эксплуатации газопровода из полиэтиленовых труб против стальных труб, млн. р.

Д – протяженность газопроводов, прокладываемых за год, км погонных. По данным УП «Карлиновгаз» плановое строительство газопроводов в 2009 году составляет 100 км.

Подставив данные в формулу 46, получим

Э=8243,2-5082=3161 млн. р.

Таким образом, общий годовой экономический эффект от предлагаемого мероприятия составил 3161 млн. р.

Капитальные затраты на строительство газопроводов из полиэтиленовых труб ниже в 1,6 раза, чем из стальных, и эта разница в денежном выражении составляет 3146 млн. р. К тому же достигается экономия денежных средств в эксплуатационных расходах на 15,2 млн. р. за счёт экономии электроэнергии на 40,7 т.у.т.

Исходя из того, что в предлагаемом мероприятии по сокращению потребления электроэнергии при переходе от одной технологии строительства газопровода на другую достигается экономия денежных средств, а не осуществляется их дополнительное вложение, отпадает необходимость рассчитывать такие показатели эффективности использования инвестируемых средств, как срок окупаемости и чистый дисконтированный доход.

На основе анализа основных сравнительных характеристик затрат при строительстве газопровода явилось следующее: строительство с использованием полиэтиленовых труб экономически и технически рентабельней, чем стальных. Поясним, упрощаются прокладка, процесс соединения труб, ПЭ трубопроводам не требуется антикоррозионная катодная защита. Выигрыш за счет габаритности полиэтиленовых труб (несмотря на одинаковые линейные размеры, они от трёх до пяти раз легче стальных) заметно сокращает расходы на транспортировку, а также упрощает монтаж, вследствие чего сокращаются трудовые расходы. Увеличивается в два-три раза до 50 лет срок эксплуатации газопровода, что ведёт к существенному снижению ежегодных амортизационных отчислений.

Оценка эффективности использования средств, направляемых на реализацию энергосберегающего мероприятия – совершенствование технологии строительства газопроводов, - доказала, что его можно рассматривать как эффективный метод энергосбережения на предприятии.