Каков же оптимум противоаварийных мер?
Проблема эта очень сложная, пути ее решения разнообразны, и пока среди специалистов нет единой точки зрения. Мне кажется логичным и разумным подход, развиваемый коллегами из Института атомной энергии имени И. В. Курчатова, доктором технических наук Я. Шевелевым и кандидатом физико-математических наук В. Деминым.
Надо ли стремиться установить уровень опасности техники настолько низким, насколько это возможно? Вроде бы заманчиво, но на самом деле иллюзорно. Более того, з конечном счете это приведет даже к возрастанию опасности, а не к ее уменьшению.
Дело в том, что, помимо прямого риска, создаваемого какой-либо установкой или технологией, существует еще и косвенный риск. Он обусловлен строительными работами, изготовлением оборудования для защитных систем и сооружений. С ростом расходов на безопасность прямой риск падает, а косвенный - постепенно возрастает.
Начиная с некоторого уровня расходов, полный риск уже неизбежно увеличивается. Значит, существует оптимум в создании средств защиты!
Есть еще одна сторона вопроса. Практически при установлении уровня приемлемого риска исходят из одного критерия - добиться увеличения продолжительности жизни человека. Однако такой подход тоже не оптимален.
Благодаря цивилизации, в том числе и энергетике, человек стал жить дольше. Цивилизация сделала жизнь комфортнее и приятнее, облегчила ее и украсила. Недаром уровень жизни определяется не только здоровьем и долголетием, но и благосостоянием, качеством жизни. Люди соизмеряют комфорт, удовольствия, привычки с риском для здоровья и жизни. Ради скорости и удобства мы пользуемся более опасными видами транспорта. Многие занимаются туризмом, альпинизмом и другими небезопасными видами спорта. Некоторые избирают рискованные занятия, профессии, получая материальную компенсацию.
Обе стороны уровня жизни связаны друг с другом самым непосредственным образом.
Наше общество обладает определенным количеством материальных средств национальным доходом. Очевидно, затраты на защитные мероприятия отвлекают средства из других областей, в том числе обеспечивающих качество жизни и здоровье людей. Например, если выделить больше средств, чтобы очищать дымовые газы на электростанциях или повысить безопасность транспорта, то меньше материальных ресурсов останется на строительство новых больниц, также обеспечивающих здоровье людей, или на создание еще одной теплоэлектроцентрали, дающей тепло в наши жилища. Другими словами, к проблемам жизнеобеспечения человека нужно относиться комплексно. Методы же комплексной оптимизации еще не выработаны. Предстоит совместная работа экономистов, социологов, экологов, специалистов промышленности.
Учтем еще один "экономический срез". Как и во всем народном хозяйстве, в энергетике ускоренное движение вперед невозможно без разработки и быстрого освоения новой техники, а это процесс по природе своей вероятностный. Создание новейших установок в большинстве случаев связано с риском. Удастся ли обеспечить их работоспособность, получить лучшие характеристики - выяснится только после апробации новой технологии, на что уйдет несколько лет. А средства, материальные ресурсы нужны сейчас.
Неохотно идут на освоение новой техники многие администраторы, руководители промышленных предприятий, финансисты. Зачем рисковать, рассуждают они, ведь можно двигаться вперед и медленнее, но надежнее, увереннее. Действительно, можно, но тогда неизбежно научно-техническое отставание.
Где же выход?
Некоторые экономисты предлагают создать так называемый фонд риска и отчислять в него не менее одного процента национального дохода. Думаю, норму нужно увеличить вдвое, а то и втрое. Главное, чтобы новое успело победить старое прежде, чем устареет.
Поручение Совета Министров
В начале 1980 года по поручению Совета Министров Государственный комитет СССР по науке и технике постановил: "Организовать группы ученых и специалистов для обследования заводов и разработки конкретных мероприятий, направленных на сокращение расхода топливноэнергетических ресурсов".
Череповецкий металлургический завод, Новокраматорский машиностроительный завод имени В. И. Ленина, Полоцкий нефтеперерабатывающий завод, северодонецкое производственное объединение "Азот" - вот места, в которые отправились из Москвы специалисты. В составе группы, выехавшей на северодонецкое производственное объединение "Азот", был и автор этих строк.
Здесь зарождалась азотная промышленность страны.
В начале века недалеко от Северодонецка, в Юзовке (теперь Донецк), был построен первый в России цех но производству азотной кислоты из аммиака с производительностью всего 8 тысяч тонн в год. Вся его продукция шла тогда на военные нужды.
Этот цех сейчас просто затерялся бы на территории объединения. Первое, что поражает на этом предприятии, - масштабы потребления. "Азот" забирает у народного хозяйства почти одну пятисотую всех производимых топливных ресурсов! Это даже трудно себе представить:
всего пятьсот таких предприятий, как "Азот", могут поглотить всю энергию страны.
Объединение выпускает аммиак, метанол, азотную и уксусную кислоты, минеральные удобрения, а также десятки видов другой продукции, включая товары широкого потребления: чемоданы-"дипломаты", клей, стиральные порошки. Комиссии пришлось поработать, чтобы выявить причины потерь в разнообразных технологических цепочках, наметить возможные пути экономии энергии.
Главный потребитель энергии в объединении - аммиачное производство. Одна установка вырабатывает в год несколько сотен тысяч тонн аммиака и расходует сотни миллионов кубометров природного газа. Чем меньше газа тратится, тем экономичнее установка. Существуют агрегаты, потребляющие от 800 до 1200, а иногда даже до 1500 кубометров газа для производства одной тонны аммиака. Причин неоправданно высокого расхода достаточно много. Одна из них - недостаток электричества.
Мы уже говорили, что энергия потребляется неравномерно. Самый радостный и самый трудный день для энергетиков - 22 декабря. Это их профессиональный праздник. И в этот же самый короткий день в году расходуется максимальное количество энергии, что дает возможность оценить максимально необходимые мощности электроэнергетики. Резко меняется потребление и на протяжении недели - самая низкая нагрузка падает на воскресную ночь, самая высокая на утро и вечер рабочих дней недели.
Мощностей электростанций для покрытия пиковых потребностей пока не хватает. При перегрузках, а также при авариях диспетчеры вынуждены отключать часть потребителей, снижать нагрузку энергосистемы, иначе начинает падать частота тока, а допускать этого никак нельзя. При нестандартной частоте резко возрастают энергетические потери у ряда потребителей, отказывает автоматика, портится оборудование.
Ежегодные потери от несоблюдения стандарта по частоте оцениваются в 2 миллиарда рублей. Много это или мало? Себестоимость электроэнергии примерно 1,5 копойки за киловатт-час. Электростанции страны вырабатывают 1400 миллиардов киловатт-часов, на сумму 20 миллиардов рублей. Значит, по крайней мере 10 процентов произведенного электричества пропадает впустую.
Перерыв в электроснабжении так называемых потребителей первой категории наподобие птицефабрик, животноводческих ферм, доменных печей, холодильников и ряда других технологических производств приводит к авариям, порче продукции и оборудования.
Конечно, остановка аммиачного агрегата не приводит к аварии, но вызывает очень большие потери природного газа. Для вторичного запуска после остановки может понадобиться несколько суток. В течение всего этого срока химики вынуждены сжигать природный газ зря, так как технологический процесс требует точного соблюдения состава газовых потоков, их температуры, давления. А после остановки все параметры нарушаются, установка начинает расхолаживаться. При запуске же норма восстанавливается очень медленно, а пока этого не произошло, смесь газов не годится для получения аммиака и ее приходится выбрасывать "на ветер".
Казалось бы, какой можно дать рецепт химикам-производственникам при таком "пиковом положении"? Конечно, тут главную роль должны сыграть энергетики, создавая необходимые электрические мощности, в том числе и пиковые.
Такие пиковые станции работают от 500 до 1500 часов в году. Не предъявляя к ним очень высоких требований по КПД и ресурсу, нетр_удно сделать их гораздо более дешевыми, чем несущие основную постоянную нагрузку базисные станции. Лучшей пиковой электроэнергетической установкой в настоящее время является газотурбинный генератор, похожий на газотурбинный авиадвига-"
тель. Установку эту можно быстро запустить и остановить.
И технически и энергетически подобное решение является разумным. Однако более равномерное потребление энергии самим производством способно ослабить требования к энергетикам. К оптимальному нужно двигаться с двух сторон - так будет быстрее и выгоднее.
Действительно, стоимость пиковой электроэнергии составляет около 30 рублей за киловатт установленной мощности, в то время как на предприятиях для уменьшения потребления электроэнергии в периоды максималы и погрузки нужно затратить всего 2-3 рубля на киловатт ликвидируемой мощности.
Иногда на предприятиях можно наблюдать такую картину: в разгар вечерней рабочей смены рабочие останавливают станки, убирают рабочие места. Цех пустеет, выключается свет. Это и есть плановая остановка из-за нехватки энергии. Подобных потерь можно иногда избежать, соответствующим образом планируя смены или организуя ночную работу.
Рабочие получат больше вознаграждения за работу в ночную смену, а предприятиям целесообразно предоставить пониженный тариф за пользование ночной электроэнергией. Необходимы соответствующие автоматизированные системы учета и контроля, которые уже сами по себе помогли бы выравнивать суточные графики электронагрузок.
Так и поступают специалисты объединения "Азот".
Вместе с энергетиками Донбассэнерго они внимательно изучили характер графиков нагрузки в критические периоды, нашли технические и организационные возможности для отключения одних и более позднего включения других потребителей.
Каждая аварийная остановка необязательно связана только с отключением электроэнергии. К ней приводит отказ какого-либо измерительного или регулирующего прибора, и остановка насоса, и поломки вентилятора теплообменника. Другими словами, экономия энергии переплетается с соблюдением технической дисциплины, профилактики и различных видов ремонта, что подразумевает наличие хороших диагностических приборов или систем, а также просто запасных частей.
За две недели работы комиссии на объединении "Азот" пришлось еще раз убедиться, как важно тесное единство науки с производством.
Один из философов сказал: "Знания - это круг.
За его границей - незнание. Расширение знания - площади круга одновременно увеличивает границу с неизведанным".
Чем больше мы узнавали о деятельности объединения, тем лучше понимали его проблемы и способы их решения.
Важной оказалась еще одна причина повышенного расхода природного газа. Известно, что сера в угле, нефти, газе - одна из самых главных причин загрязнения атмосферы. Но из-за нее, оказывается, существенно растет также расход энергии. Сера портит катэлизаторы, широко используемые в технологических процессах. Чтобы удержать работу агрегатов в нужном режиме, приходится повышать температуру в зоне катализа и для регенерации катализатора увеличивать число продувок обратным ходом газа.
Рост серосодержания с предельно допустимых 80 миллиграммов на кубометр газа до 220 привел на объединении "Азот" к увеличению расхода газа с 1100 кубометров газа на тонну метанола до 1200 кубометров, то есть почти на 10 процентов! К тому же возросли расходы электроэнергии на 5 процентов, а кислорода - на 10.
Так стремление газодобытчиков дать стране больше газа ценой иногда некоторого ухудшения его качества в конечном счете приводит к противоположному результату. Газ тоже должен удовлетворять определенному стандарту. Соответственно наша комиссия записала в своих рекомендациях: "Госстандарту совместно с заинтересованными министерствами разработать и утвердить в 1982 году ГОСТ на природный газ, используемый в качестве сырья на промышленных предприятиях".
Перспективный путь в энергосбережении - оптимизация обмена энергией в течение технологического процесса. Химики одни из первых стали создавать эффективные энерготехнологические установки. Ведутся эти работы в Государственном институте азотной промышленности, созданном в 1931 году.
Упрощенно задача выглядит так. Процесс преобразования метана в водород - паровая конверсия - происходит при температуре 800-900 градусов. Газ охлаждается, и затем в другом реакторе при синтезе водорода и азота образуется аммиак. Ключевые слова здесь - "газ охлаждается". Куда же отдается тепло при охлаждении?
Раньше, в первых технологиях 30-х годов, оно практически выбрасывалось в атмосферу, поэтому затраты энергии были очень большие. Еще в 60-е годы расход электроэнергии на тонну аммиака составлял около 750 киловатт-часов. Сейчас в современных агрегатах он уменьшился в 8 раз благодаря энерготехнологической схеме, в которой тепло не выбрасывается, а используется последовательно на разных этапах технологического цикла для получения пара, вращения турбин, подогрева газа и воды.
На объединении "Азот" такие новые установки соседствуют со старыми. Нужно заменять старые новыми и еще более совершенными. Правда, эти "еще более совершенные" разрабатываются и осваиваются медленно, очень медленно. Судите сами хотя бы по такой детали. Предполагалось начать установку новой модели аммиачного агрегата АМ-85 в 1985 году. А теперь, оказывается, он будет испытываться лишь в 1990 году. В этой новой установке затраты энергии сократятся на 30-40 процентов.
Нужно сказать, что северодонецкое объединение "Азот" - передовое в отрасли по экономии топливноэнергетических ресурсов. Его коллектив не нужно убеждать в необходимости рационального расходования энергии. Движение за экономию охватывает на нем все производства, цехи и службы.
Немного найдется предприятий, на которых, как на "Азоте", ежедневно проводятся селекторные совещания с анализом расхода энергоресурсов. В одиннадцатой пятилетке экономия ресурсов составляла ежегодно несколько процентов.
На каждом предприятии существуют десятки и даже сотни способов экономии энергии. Некоторые могут дать существенный эффект. На "Азоте", кроме экономии энергии за счет повышения КПД основных технологических агрегатов, большую роль играет экономия вторичных ресурсов.
Очень часто над химическим или нефтехимическим заводом возвышается труба, из которой вырывается огненный факел. Благодаря такой "свече" обеспечивается безопасность производства. Ведь здесь кругом газы, которые при смешении с кислородом воздуха образуют взрывоопасную смесь. Их приходится сбрасывать из установок при запуске или аварии и сжигать. Вот почему постоянно горит "свеча".
Не всегда огонек "свечи" маленький. Иногда слышится даже рев пламени. Это означает, что предприятие сжигает вторичные энергетические ресурсы, прежде всего загрязненные ненужными примесями горючие газы, которые сбрасываются из различных точек технологических процессов. Из процесса выводятся также газы, не удовлетворяющие технологическому процессу по тем или иным параметрам. Чаще всего вторичные энергетические ресурсы - это горючие газообразные продукты сгорания, выходящие из различных печей. При охлаждении технологических потоков нагретых веществ сбрасывается в атмосферу большое количество физического тепла.
Еще хуже, когда горючие органические вещества выносятся сточными водами. Губятся реки и водоемы, пропадает топливо. До недавних пор не удавалось решить эту проблему - фильтры или очистные устройства оказывались малоэффективными или дорогостоящими.
Но сейчас научились использовать такую воду для производства пара. Образовавшийся пар "поджигают", и в его пламени сгорают загрязняющие растворенные компоненты. При "сгорании" пар дополнительно перегревается, воспринимая энергию растворенных горючих веществ.
До проведения активных работ по энергосбережению потенциальные запасы вторичных ресурсов на объединении "Азот" составляли около десятой части от всего энергопотребления. Раньше обычно не принимали в расчет воды, нагретые на 50-60 градусов. Считалось, что на предприятии, где выбрасывается много тепла значительно более высокого потенциала, использовать их экономически и энергетически невыгодно.
А на "Азоте" сумели найти применение и этому теплу. Большинство технологических процессов проходит здесь при высоких давлениях. Значит, без компрессоров не обойтись. Затраты же энергии на сжатие газов в компрессорах меньше при более низкой температуре. Нагревающиеся при сжатии газы охлаждаются водой. Поэтому нагретой воды много. Заводчане нашли ей применение.
Правда, только в зимнее время. Но ведь не хватает энергии именно зимой.
Рядом с "Азотом" расположен институт ГосНИИметанолпроект. Специалисты обеих организаций предложили подогревать с помощью этого тепла речную воду, направляемую на обработку. Температура ее должна быть не менее 25 градусов. Разработали проект, построили теплообменный блок. "Азот" стал экономить преимущественно зимой 30 тысяч тонн условного топлива в год. Кроме того, уменьшился расход электроэнергии на градирнях водооборотной системы.
Значительную экономию топлива на "Азоте" тоже получили, собрав сбросные горючие газы от нескольких действующих производств.
Пришлось решить ряд сложнейших технических вопросов, связанных с безопасностью и экономной транспортировкой влажных газов. Само это мероприятие проводилось с соблюдением мер экономии.
Например, были использованы нагнетатели, освободившиеся после закрытия старого производства аммиака.
Не забывают на "Азоте" и об обычных организационно-технических мерах, не требующих больших затрат материальных и трудовых ресурсов и длительных сроков.
Речь идет о ликвидации простых потерь тепла, совершенствовании схем электроснабжения, разработке оптимальных режимов работ, улучшении работы сооружений водооборота.
Однако от всех недостатков в энергосбережении избавиться не удалось. Членам нашей группы, созданной по постановлению ГКНТ, не раз приходилось летать в гостеприимный Северодонецк, проверяя, а как же выполняется программа "Энергосбережение". Ныне опыт производственного объединения "Азот" широко распространяется в химической промышленности.
А опыт действительно драгоценный. Постоянный изобретательский поиск во имя сбережения энергии вознаграждается. "Азот" в течение долгого времени наращивает выпуск продукции при том же расходе топлива.
За разработку и внедрение комплекса мероприятий по экономии топливно-энергетических ресурсов группе работников объединения в 1984 году присуждена премия Совета Министров СССР.
Сборник отличных мыслей
В этой голубенькой книжечке 150 страниц. Называется она: "Сборник предложений по экономии электрической и тепловой энергии, премированных на тридцать пятом Всесоюзном конкурсе". На конкурс подано 1700 предложений, а в книжке рассказывается только о 200, отмеченных премией. Какова судьба остальных?
Наверное, многие дельные идеи так и не вышли за стены тех предприятий, где родились. Это обидно - очень уж расточительно ограничиться всего двумястами премированными находками. Смотрю тираж брошюры - всего 5000 экземпляров на сотни тысяч различных предприятий страны! Пожалуй, такие книги надо издавать миллионами и рассылать на предприятия даже в обязательном порядке.
Читателю, конечно, ясно: не то что рассказать обо всем этом бесконечном множестве идей, но даже перечислить наиболее важные в различных отраслях промышленности невозможно. Мы и не станем пытаться это делать. Резоннее будет лишь взглянуть на главные пути этой деятельности.
Улучшая организацию производства и использования энергии и применяя недорогие технические новшества, можно добиться около четверти всей экономии. Нестандартный подход способен принести ощутимые результаты. Вот пример из сборника "Отличных мыслей". Десятки тысяч промышленных холодильных установок разной мощности работают на хладокомбинатах, базах по хранению продуктов, столовых. Летом и зимой они потребляют громадное количество электроэнергии. Зимой?! Когда на улице мороз? И вот предлагается вентилировать хранилища зимним наружным воздухом. К сожалению, в большинстве случаев так делать нельзя, но можно ввести в схему холодильной установки специальный воздушный конденсатор-охладитель предлагают авторы изобретения. В результате экономятся миллионы киловатт-часов электроэнергии.
Недавно прочитал, что в Финляндии такие холодильные установки уже работают.
Чтобы сберечь энергию, надо также, говорится в Энергетической программе СССР, совершенствовать эксплуатацию действующего оборудования, сокращать непроизводительные потери.
Около 60 процентов всех электродвигателей нашей страны используются для привода вентиляторов, компрессоров, насосов, воздуходувок. Они вращаются с постоянной скоростью. Но ведь требования потребителей меняются во времени. Значит, вращение выгодно регулировать с помощью, скажем, современных полупроводниковых регуляторов. Тогда в масштабах страны можно было бы сэкономить до 10 процентов (!) всей вырабатываемой электроэнергии.
Полупроводниковые регуляторы способны эффективно снизить напряжение при уменьшении нагрузки. При этом будет поддерживаться высокий уровень КПД. Дело пока дорогое, но во многих случаях окупается за счет экономии энергии.
Если же научиться разумно распоряжаться вторичными энергетическими ресурсами, то в принципе, как показывает опыт объединения "Азот", это может дать еще около 10 процентов всей сэкономленной энергии. Но сорок процентов всей ожидаемой экономии энергии можно получить благодаря, как сказано в Энергетической программе, "разработке и освоению энергосберегающих технологий".
Сначала ответим на вопрос: "Сколько энергии нужно теоретически для того, чтобы создавать различные вещества и материалы, используемые человеком?"
Теория и практика иногда значительно расходятся.
Теоретически для производства одной тонны цемента нужно затратить 25 килограммов условного топлива, а практически - более чем в десять раз больше: 320 килограммов.
Приведу небольшую табличку, которая прямо-таки вопиет: "Люди, зачем вы транжирите энергию, столь нужную для повышения качества жизни?" Вот сколько тонн условного топлива расходуется на производство одной тонны продукта.
...........................................................
.__________________________Алюминий__Сталь__Цемент__Бумага.
.Современный расход___________7________1______0,3_____1,5_.
.Возможный расход с ис-___________________________________.
.пользованием новых до-___________________________________.
.ступных технологий___________6_______0,6_____0,15______1_.
.Теоретически минимально__________________________________.
.необходимый расход___________1_______0,2_____0,025___0,01.
...........................................................
Как видим, современные расходы отличаются от теоретических в пять-десять раз, а при получении бумаги более чем в сто раз. Теоретические цифры определяются энергией, необходимой для разрыва связей между атомами в различных сырьевых материалах - окислах алюминия, железа, кальция, кремния. В действительности приходится затрачивать много энергии на отделение примесей, добычу сырья, производство оборудования, пол" чение необходимой структуры.
А если в теплообменниках, машинах и другом оборудовании перейти на керамические материалы, те самые окислы, которые разлагают, извлекая из них металлы?
Увы, пока для получения керамик с требуемыми хорошими свойствами нужно потратить энергии больше, чем на выделение из них металлов.
Если нижняя строка таблицы - это цель далекого будущего, то во второй строчке отражен уровень энергетичоских расходов, достижимый в ближайшие годы. Так, при производстве стали и цемента энергопотребление можно снизить в полтора-два раза.
Сначала о цементе - хлебе строительства. Изобретен отт был в 1824-1825 годах почти одновременно каменщиком из английского города Лидса Джозефом Эспдином и русским инженером Егором Герасимовичем Челиевым, одним из авторов проекта восстановления Москвы после пожара 1812 года. Когда смесь известняка и глины прокаливается при температуре 1400-1500 градусов, то образуются различные сплавы окислов кальция и двуокиси кремния, которые и есть цемент.
У нас в стране ежегодно производится 130 миллионов тонн цемента. Согласно таблице при этом расходуется 40 миллионов тонн условного топлива. А производство цемента должно еще наращиваться. Как снизить энергопотребление?
Со времени изобретения цемента прошло более 150 лет, а, по сути дела, способ его производства почти не изменился. Сами изобретатели применяли так называемый "сухой" способ. Потом в смесь известняка и глины стали добавлять воду, благодаря чему получалась более однородная сметанообразная масса и улучшалось качество цемента. Но резко возросли затраты энергии на выпаривание воды. На это долгое время не обращали внимания - ведь топливо было дешевым. Подавляющая часть цемента у нас в стране производится таким "мокрым"
Проблема эта очень сложная, пути ее решения разнообразны, и пока среди специалистов нет единой точки зрения. Мне кажется логичным и разумным подход, развиваемый коллегами из Института атомной энергии имени И. В. Курчатова, доктором технических наук Я. Шевелевым и кандидатом физико-математических наук В. Деминым.
Надо ли стремиться установить уровень опасности техники настолько низким, насколько это возможно? Вроде бы заманчиво, но на самом деле иллюзорно. Более того, з конечном счете это приведет даже к возрастанию опасности, а не к ее уменьшению.
Дело в том, что, помимо прямого риска, создаваемого какой-либо установкой или технологией, существует еще и косвенный риск. Он обусловлен строительными работами, изготовлением оборудования для защитных систем и сооружений. С ростом расходов на безопасность прямой риск падает, а косвенный - постепенно возрастает.
Начиная с некоторого уровня расходов, полный риск уже неизбежно увеличивается. Значит, существует оптимум в создании средств защиты!
Есть еще одна сторона вопроса. Практически при установлении уровня приемлемого риска исходят из одного критерия - добиться увеличения продолжительности жизни человека. Однако такой подход тоже не оптимален.
Благодаря цивилизации, в том числе и энергетике, человек стал жить дольше. Цивилизация сделала жизнь комфортнее и приятнее, облегчила ее и украсила. Недаром уровень жизни определяется не только здоровьем и долголетием, но и благосостоянием, качеством жизни. Люди соизмеряют комфорт, удовольствия, привычки с риском для здоровья и жизни. Ради скорости и удобства мы пользуемся более опасными видами транспорта. Многие занимаются туризмом, альпинизмом и другими небезопасными видами спорта. Некоторые избирают рискованные занятия, профессии, получая материальную компенсацию.
Обе стороны уровня жизни связаны друг с другом самым непосредственным образом.
Наше общество обладает определенным количеством материальных средств национальным доходом. Очевидно, затраты на защитные мероприятия отвлекают средства из других областей, в том числе обеспечивающих качество жизни и здоровье людей. Например, если выделить больше средств, чтобы очищать дымовые газы на электростанциях или повысить безопасность транспорта, то меньше материальных ресурсов останется на строительство новых больниц, также обеспечивающих здоровье людей, или на создание еще одной теплоэлектроцентрали, дающей тепло в наши жилища. Другими словами, к проблемам жизнеобеспечения человека нужно относиться комплексно. Методы же комплексной оптимизации еще не выработаны. Предстоит совместная работа экономистов, социологов, экологов, специалистов промышленности.
Учтем еще один "экономический срез". Как и во всем народном хозяйстве, в энергетике ускоренное движение вперед невозможно без разработки и быстрого освоения новой техники, а это процесс по природе своей вероятностный. Создание новейших установок в большинстве случаев связано с риском. Удастся ли обеспечить их работоспособность, получить лучшие характеристики - выяснится только после апробации новой технологии, на что уйдет несколько лет. А средства, материальные ресурсы нужны сейчас.
Неохотно идут на освоение новой техники многие администраторы, руководители промышленных предприятий, финансисты. Зачем рисковать, рассуждают они, ведь можно двигаться вперед и медленнее, но надежнее, увереннее. Действительно, можно, но тогда неизбежно научно-техническое отставание.
Где же выход?
Некоторые экономисты предлагают создать так называемый фонд риска и отчислять в него не менее одного процента национального дохода. Думаю, норму нужно увеличить вдвое, а то и втрое. Главное, чтобы новое успело победить старое прежде, чем устареет.
Поручение Совета Министров
В начале 1980 года по поручению Совета Министров Государственный комитет СССР по науке и технике постановил: "Организовать группы ученых и специалистов для обследования заводов и разработки конкретных мероприятий, направленных на сокращение расхода топливноэнергетических ресурсов".
Череповецкий металлургический завод, Новокраматорский машиностроительный завод имени В. И. Ленина, Полоцкий нефтеперерабатывающий завод, северодонецкое производственное объединение "Азот" - вот места, в которые отправились из Москвы специалисты. В составе группы, выехавшей на северодонецкое производственное объединение "Азот", был и автор этих строк.
Здесь зарождалась азотная промышленность страны.
В начале века недалеко от Северодонецка, в Юзовке (теперь Донецк), был построен первый в России цех но производству азотной кислоты из аммиака с производительностью всего 8 тысяч тонн в год. Вся его продукция шла тогда на военные нужды.
Этот цех сейчас просто затерялся бы на территории объединения. Первое, что поражает на этом предприятии, - масштабы потребления. "Азот" забирает у народного хозяйства почти одну пятисотую всех производимых топливных ресурсов! Это даже трудно себе представить:
всего пятьсот таких предприятий, как "Азот", могут поглотить всю энергию страны.
Объединение выпускает аммиак, метанол, азотную и уксусную кислоты, минеральные удобрения, а также десятки видов другой продукции, включая товары широкого потребления: чемоданы-"дипломаты", клей, стиральные порошки. Комиссии пришлось поработать, чтобы выявить причины потерь в разнообразных технологических цепочках, наметить возможные пути экономии энергии.
Главный потребитель энергии в объединении - аммиачное производство. Одна установка вырабатывает в год несколько сотен тысяч тонн аммиака и расходует сотни миллионов кубометров природного газа. Чем меньше газа тратится, тем экономичнее установка. Существуют агрегаты, потребляющие от 800 до 1200, а иногда даже до 1500 кубометров газа для производства одной тонны аммиака. Причин неоправданно высокого расхода достаточно много. Одна из них - недостаток электричества.
Мы уже говорили, что энергия потребляется неравномерно. Самый радостный и самый трудный день для энергетиков - 22 декабря. Это их профессиональный праздник. И в этот же самый короткий день в году расходуется максимальное количество энергии, что дает возможность оценить максимально необходимые мощности электроэнергетики. Резко меняется потребление и на протяжении недели - самая низкая нагрузка падает на воскресную ночь, самая высокая на утро и вечер рабочих дней недели.
Мощностей электростанций для покрытия пиковых потребностей пока не хватает. При перегрузках, а также при авариях диспетчеры вынуждены отключать часть потребителей, снижать нагрузку энергосистемы, иначе начинает падать частота тока, а допускать этого никак нельзя. При нестандартной частоте резко возрастают энергетические потери у ряда потребителей, отказывает автоматика, портится оборудование.
Ежегодные потери от несоблюдения стандарта по частоте оцениваются в 2 миллиарда рублей. Много это или мало? Себестоимость электроэнергии примерно 1,5 копойки за киловатт-час. Электростанции страны вырабатывают 1400 миллиардов киловатт-часов, на сумму 20 миллиардов рублей. Значит, по крайней мере 10 процентов произведенного электричества пропадает впустую.
Перерыв в электроснабжении так называемых потребителей первой категории наподобие птицефабрик, животноводческих ферм, доменных печей, холодильников и ряда других технологических производств приводит к авариям, порче продукции и оборудования.
Конечно, остановка аммиачного агрегата не приводит к аварии, но вызывает очень большие потери природного газа. Для вторичного запуска после остановки может понадобиться несколько суток. В течение всего этого срока химики вынуждены сжигать природный газ зря, так как технологический процесс требует точного соблюдения состава газовых потоков, их температуры, давления. А после остановки все параметры нарушаются, установка начинает расхолаживаться. При запуске же норма восстанавливается очень медленно, а пока этого не произошло, смесь газов не годится для получения аммиака и ее приходится выбрасывать "на ветер".
Казалось бы, какой можно дать рецепт химикам-производственникам при таком "пиковом положении"? Конечно, тут главную роль должны сыграть энергетики, создавая необходимые электрические мощности, в том числе и пиковые.
Такие пиковые станции работают от 500 до 1500 часов в году. Не предъявляя к ним очень высоких требований по КПД и ресурсу, нетр_удно сделать их гораздо более дешевыми, чем несущие основную постоянную нагрузку базисные станции. Лучшей пиковой электроэнергетической установкой в настоящее время является газотурбинный генератор, похожий на газотурбинный авиадвига-"
тель. Установку эту можно быстро запустить и остановить.
И технически и энергетически подобное решение является разумным. Однако более равномерное потребление энергии самим производством способно ослабить требования к энергетикам. К оптимальному нужно двигаться с двух сторон - так будет быстрее и выгоднее.
Действительно, стоимость пиковой электроэнергии составляет около 30 рублей за киловатт установленной мощности, в то время как на предприятиях для уменьшения потребления электроэнергии в периоды максималы и погрузки нужно затратить всего 2-3 рубля на киловатт ликвидируемой мощности.
Иногда на предприятиях можно наблюдать такую картину: в разгар вечерней рабочей смены рабочие останавливают станки, убирают рабочие места. Цех пустеет, выключается свет. Это и есть плановая остановка из-за нехватки энергии. Подобных потерь можно иногда избежать, соответствующим образом планируя смены или организуя ночную работу.
Рабочие получат больше вознаграждения за работу в ночную смену, а предприятиям целесообразно предоставить пониженный тариф за пользование ночной электроэнергией. Необходимы соответствующие автоматизированные системы учета и контроля, которые уже сами по себе помогли бы выравнивать суточные графики электронагрузок.
Так и поступают специалисты объединения "Азот".
Вместе с энергетиками Донбассэнерго они внимательно изучили характер графиков нагрузки в критические периоды, нашли технические и организационные возможности для отключения одних и более позднего включения других потребителей.
Каждая аварийная остановка необязательно связана только с отключением электроэнергии. К ней приводит отказ какого-либо измерительного или регулирующего прибора, и остановка насоса, и поломки вентилятора теплообменника. Другими словами, экономия энергии переплетается с соблюдением технической дисциплины, профилактики и различных видов ремонта, что подразумевает наличие хороших диагностических приборов или систем, а также просто запасных частей.
За две недели работы комиссии на объединении "Азот" пришлось еще раз убедиться, как важно тесное единство науки с производством.
Один из философов сказал: "Знания - это круг.
За его границей - незнание. Расширение знания - площади круга одновременно увеличивает границу с неизведанным".
Чем больше мы узнавали о деятельности объединения, тем лучше понимали его проблемы и способы их решения.
Важной оказалась еще одна причина повышенного расхода природного газа. Известно, что сера в угле, нефти, газе - одна из самых главных причин загрязнения атмосферы. Но из-за нее, оказывается, существенно растет также расход энергии. Сера портит катэлизаторы, широко используемые в технологических процессах. Чтобы удержать работу агрегатов в нужном режиме, приходится повышать температуру в зоне катализа и для регенерации катализатора увеличивать число продувок обратным ходом газа.
Рост серосодержания с предельно допустимых 80 миллиграммов на кубометр газа до 220 привел на объединении "Азот" к увеличению расхода газа с 1100 кубометров газа на тонну метанола до 1200 кубометров, то есть почти на 10 процентов! К тому же возросли расходы электроэнергии на 5 процентов, а кислорода - на 10.
Так стремление газодобытчиков дать стране больше газа ценой иногда некоторого ухудшения его качества в конечном счете приводит к противоположному результату. Газ тоже должен удовлетворять определенному стандарту. Соответственно наша комиссия записала в своих рекомендациях: "Госстандарту совместно с заинтересованными министерствами разработать и утвердить в 1982 году ГОСТ на природный газ, используемый в качестве сырья на промышленных предприятиях".
Перспективный путь в энергосбережении - оптимизация обмена энергией в течение технологического процесса. Химики одни из первых стали создавать эффективные энерготехнологические установки. Ведутся эти работы в Государственном институте азотной промышленности, созданном в 1931 году.
Упрощенно задача выглядит так. Процесс преобразования метана в водород - паровая конверсия - происходит при температуре 800-900 градусов. Газ охлаждается, и затем в другом реакторе при синтезе водорода и азота образуется аммиак. Ключевые слова здесь - "газ охлаждается". Куда же отдается тепло при охлаждении?
Раньше, в первых технологиях 30-х годов, оно практически выбрасывалось в атмосферу, поэтому затраты энергии были очень большие. Еще в 60-е годы расход электроэнергии на тонну аммиака составлял около 750 киловатт-часов. Сейчас в современных агрегатах он уменьшился в 8 раз благодаря энерготехнологической схеме, в которой тепло не выбрасывается, а используется последовательно на разных этапах технологического цикла для получения пара, вращения турбин, подогрева газа и воды.
На объединении "Азот" такие новые установки соседствуют со старыми. Нужно заменять старые новыми и еще более совершенными. Правда, эти "еще более совершенные" разрабатываются и осваиваются медленно, очень медленно. Судите сами хотя бы по такой детали. Предполагалось начать установку новой модели аммиачного агрегата АМ-85 в 1985 году. А теперь, оказывается, он будет испытываться лишь в 1990 году. В этой новой установке затраты энергии сократятся на 30-40 процентов.
Нужно сказать, что северодонецкое объединение "Азот" - передовое в отрасли по экономии топливноэнергетических ресурсов. Его коллектив не нужно убеждать в необходимости рационального расходования энергии. Движение за экономию охватывает на нем все производства, цехи и службы.
Немного найдется предприятий, на которых, как на "Азоте", ежедневно проводятся селекторные совещания с анализом расхода энергоресурсов. В одиннадцатой пятилетке экономия ресурсов составляла ежегодно несколько процентов.
На каждом предприятии существуют десятки и даже сотни способов экономии энергии. Некоторые могут дать существенный эффект. На "Азоте", кроме экономии энергии за счет повышения КПД основных технологических агрегатов, большую роль играет экономия вторичных ресурсов.
Очень часто над химическим или нефтехимическим заводом возвышается труба, из которой вырывается огненный факел. Благодаря такой "свече" обеспечивается безопасность производства. Ведь здесь кругом газы, которые при смешении с кислородом воздуха образуют взрывоопасную смесь. Их приходится сбрасывать из установок при запуске или аварии и сжигать. Вот почему постоянно горит "свеча".
Не всегда огонек "свечи" маленький. Иногда слышится даже рев пламени. Это означает, что предприятие сжигает вторичные энергетические ресурсы, прежде всего загрязненные ненужными примесями горючие газы, которые сбрасываются из различных точек технологических процессов. Из процесса выводятся также газы, не удовлетворяющие технологическому процессу по тем или иным параметрам. Чаще всего вторичные энергетические ресурсы - это горючие газообразные продукты сгорания, выходящие из различных печей. При охлаждении технологических потоков нагретых веществ сбрасывается в атмосферу большое количество физического тепла.
Еще хуже, когда горючие органические вещества выносятся сточными водами. Губятся реки и водоемы, пропадает топливо. До недавних пор не удавалось решить эту проблему - фильтры или очистные устройства оказывались малоэффективными или дорогостоящими.
Но сейчас научились использовать такую воду для производства пара. Образовавшийся пар "поджигают", и в его пламени сгорают загрязняющие растворенные компоненты. При "сгорании" пар дополнительно перегревается, воспринимая энергию растворенных горючих веществ.
До проведения активных работ по энергосбережению потенциальные запасы вторичных ресурсов на объединении "Азот" составляли около десятой части от всего энергопотребления. Раньше обычно не принимали в расчет воды, нагретые на 50-60 градусов. Считалось, что на предприятии, где выбрасывается много тепла значительно более высокого потенциала, использовать их экономически и энергетически невыгодно.
А на "Азоте" сумели найти применение и этому теплу. Большинство технологических процессов проходит здесь при высоких давлениях. Значит, без компрессоров не обойтись. Затраты же энергии на сжатие газов в компрессорах меньше при более низкой температуре. Нагревающиеся при сжатии газы охлаждаются водой. Поэтому нагретой воды много. Заводчане нашли ей применение.
Правда, только в зимнее время. Но ведь не хватает энергии именно зимой.
Рядом с "Азотом" расположен институт ГосНИИметанолпроект. Специалисты обеих организаций предложили подогревать с помощью этого тепла речную воду, направляемую на обработку. Температура ее должна быть не менее 25 градусов. Разработали проект, построили теплообменный блок. "Азот" стал экономить преимущественно зимой 30 тысяч тонн условного топлива в год. Кроме того, уменьшился расход электроэнергии на градирнях водооборотной системы.
Значительную экономию топлива на "Азоте" тоже получили, собрав сбросные горючие газы от нескольких действующих производств.
Пришлось решить ряд сложнейших технических вопросов, связанных с безопасностью и экономной транспортировкой влажных газов. Само это мероприятие проводилось с соблюдением мер экономии.
Например, были использованы нагнетатели, освободившиеся после закрытия старого производства аммиака.
Не забывают на "Азоте" и об обычных организационно-технических мерах, не требующих больших затрат материальных и трудовых ресурсов и длительных сроков.
Речь идет о ликвидации простых потерь тепла, совершенствовании схем электроснабжения, разработке оптимальных режимов работ, улучшении работы сооружений водооборота.
Однако от всех недостатков в энергосбережении избавиться не удалось. Членам нашей группы, созданной по постановлению ГКНТ, не раз приходилось летать в гостеприимный Северодонецк, проверяя, а как же выполняется программа "Энергосбережение". Ныне опыт производственного объединения "Азот" широко распространяется в химической промышленности.
А опыт действительно драгоценный. Постоянный изобретательский поиск во имя сбережения энергии вознаграждается. "Азот" в течение долгого времени наращивает выпуск продукции при том же расходе топлива.
За разработку и внедрение комплекса мероприятий по экономии топливно-энергетических ресурсов группе работников объединения в 1984 году присуждена премия Совета Министров СССР.
Сборник отличных мыслей
В этой голубенькой книжечке 150 страниц. Называется она: "Сборник предложений по экономии электрической и тепловой энергии, премированных на тридцать пятом Всесоюзном конкурсе". На конкурс подано 1700 предложений, а в книжке рассказывается только о 200, отмеченных премией. Какова судьба остальных?
Наверное, многие дельные идеи так и не вышли за стены тех предприятий, где родились. Это обидно - очень уж расточительно ограничиться всего двумястами премированными находками. Смотрю тираж брошюры - всего 5000 экземпляров на сотни тысяч различных предприятий страны! Пожалуй, такие книги надо издавать миллионами и рассылать на предприятия даже в обязательном порядке.
Читателю, конечно, ясно: не то что рассказать обо всем этом бесконечном множестве идей, но даже перечислить наиболее важные в различных отраслях промышленности невозможно. Мы и не станем пытаться это делать. Резоннее будет лишь взглянуть на главные пути этой деятельности.
Улучшая организацию производства и использования энергии и применяя недорогие технические новшества, можно добиться около четверти всей экономии. Нестандартный подход способен принести ощутимые результаты. Вот пример из сборника "Отличных мыслей". Десятки тысяч промышленных холодильных установок разной мощности работают на хладокомбинатах, базах по хранению продуктов, столовых. Летом и зимой они потребляют громадное количество электроэнергии. Зимой?! Когда на улице мороз? И вот предлагается вентилировать хранилища зимним наружным воздухом. К сожалению, в большинстве случаев так делать нельзя, но можно ввести в схему холодильной установки специальный воздушный конденсатор-охладитель предлагают авторы изобретения. В результате экономятся миллионы киловатт-часов электроэнергии.
Недавно прочитал, что в Финляндии такие холодильные установки уже работают.
Чтобы сберечь энергию, надо также, говорится в Энергетической программе СССР, совершенствовать эксплуатацию действующего оборудования, сокращать непроизводительные потери.
Около 60 процентов всех электродвигателей нашей страны используются для привода вентиляторов, компрессоров, насосов, воздуходувок. Они вращаются с постоянной скоростью. Но ведь требования потребителей меняются во времени. Значит, вращение выгодно регулировать с помощью, скажем, современных полупроводниковых регуляторов. Тогда в масштабах страны можно было бы сэкономить до 10 процентов (!) всей вырабатываемой электроэнергии.
Полупроводниковые регуляторы способны эффективно снизить напряжение при уменьшении нагрузки. При этом будет поддерживаться высокий уровень КПД. Дело пока дорогое, но во многих случаях окупается за счет экономии энергии.
Если же научиться разумно распоряжаться вторичными энергетическими ресурсами, то в принципе, как показывает опыт объединения "Азот", это может дать еще около 10 процентов всей сэкономленной энергии. Но сорок процентов всей ожидаемой экономии энергии можно получить благодаря, как сказано в Энергетической программе, "разработке и освоению энергосберегающих технологий".
Сначала ответим на вопрос: "Сколько энергии нужно теоретически для того, чтобы создавать различные вещества и материалы, используемые человеком?"
Теория и практика иногда значительно расходятся.
Теоретически для производства одной тонны цемента нужно затратить 25 килограммов условного топлива, а практически - более чем в десять раз больше: 320 килограммов.
Приведу небольшую табличку, которая прямо-таки вопиет: "Люди, зачем вы транжирите энергию, столь нужную для повышения качества жизни?" Вот сколько тонн условного топлива расходуется на производство одной тонны продукта.
...........................................................
.__________________________Алюминий__Сталь__Цемент__Бумага.
.Современный расход___________7________1______0,3_____1,5_.
.Возможный расход с ис-___________________________________.
.пользованием новых до-___________________________________.
.ступных технологий___________6_______0,6_____0,15______1_.
.Теоретически минимально__________________________________.
.необходимый расход___________1_______0,2_____0,025___0,01.
...........................................................
Как видим, современные расходы отличаются от теоретических в пять-десять раз, а при получении бумаги более чем в сто раз. Теоретические цифры определяются энергией, необходимой для разрыва связей между атомами в различных сырьевых материалах - окислах алюминия, железа, кальция, кремния. В действительности приходится затрачивать много энергии на отделение примесей, добычу сырья, производство оборудования, пол" чение необходимой структуры.
А если в теплообменниках, машинах и другом оборудовании перейти на керамические материалы, те самые окислы, которые разлагают, извлекая из них металлы?
Увы, пока для получения керамик с требуемыми хорошими свойствами нужно потратить энергии больше, чем на выделение из них металлов.
Если нижняя строка таблицы - это цель далекого будущего, то во второй строчке отражен уровень энергетичоских расходов, достижимый в ближайшие годы. Так, при производстве стали и цемента энергопотребление можно снизить в полтора-два раза.
Сначала о цементе - хлебе строительства. Изобретен отт был в 1824-1825 годах почти одновременно каменщиком из английского города Лидса Джозефом Эспдином и русским инженером Егором Герасимовичем Челиевым, одним из авторов проекта восстановления Москвы после пожара 1812 года. Когда смесь известняка и глины прокаливается при температуре 1400-1500 градусов, то образуются различные сплавы окислов кальция и двуокиси кремния, которые и есть цемент.
У нас в стране ежегодно производится 130 миллионов тонн цемента. Согласно таблице при этом расходуется 40 миллионов тонн условного топлива. А производство цемента должно еще наращиваться. Как снизить энергопотребление?
Со времени изобретения цемента прошло более 150 лет, а, по сути дела, способ его производства почти не изменился. Сами изобретатели применяли так называемый "сухой" способ. Потом в смесь известняка и глины стали добавлять воду, благодаря чему получалась более однородная сметанообразная масса и улучшалось качество цемента. Но резко возросли затраты энергии на выпаривание воды. На это долгое время не обращали внимания - ведь топливо было дешевым. Подавляющая часть цемента у нас в стране производится таким "мокрым"