В данном случае мы предлагаем установить сепаратор СЦВ-7, изготовленный конструкторским бюро Кочубея «НПО Конструкторское бюро Кочубея» для сепарации шахтного газа, непосредственно на глубине. Сепаратор имеет высоту ~1,7 м. при том, что известные модели сепараторов, имея тот же диаметр корпуса, производительность и потерю напора, имеют высоту 6 м. Минимальные габариты позволяют транспортировать и устанавливать сепаратор непосредственно в шахтных проходах ограниченной высоты. Сепараторы СЦВ-7 работают в непрерывном режиме слива отсепарированной жидкости, работая в условиях вакуума (ранее в этом случае трубопровод перекрывался на технологическую остановку для слива конденсата). Для транспортировки сепаратора в проходках предусмотрена его разборка, сборка на месте не превышает 1-2 часов Сепаратор необходимо устанавливать на выходе вентиляционной шахты, для очистки выходящего воздуха от угольной пыли, что предотвращает загрязнение окружающей среды.
Рассчитаем стоимость работ по установке сепаратора СЦВ в количестве 1 шт. на близлежащую шахту, расположенную в 100 км от поставщика в составе сметной документации может рассчитываться в двух уровнях цен:
- в ценах базисного уровня, определяемых на основе действующих сметных норм и цен, установленных по состоянию на 01.01.2009 г.;
- в текущих (прогнозных) ценах, определяемых на основе цен, сложившихся к моменту составления смет или прогнозируемых к периоду осуществления строительства.
Предположим, местный офис «Газпрома» приобрел один сепаратор СЦВ-7 с максимальной мощностью и собирается установить его на близлежащей шахте, расположенной в 100 км от подрядчика. Тогда полная стоимость объекта включает затраты на строительно-монтажные работы, затраты на приобретение и монтаж оборудования и прочие затраты:
,где - затраты на монтажные работы данного оборудования, руб.;
- затраты на приобретение, доставку и эксплуатацию данного оборудования: Стоимость оборудования примерно составляет 140 тысяч рублей. стоимость доставки будет стоить 4 тысячи рублей, гарантийный срок эксплуатации и отсутствие сменных фильтрующих элементов, трущихся и вращающихся частей позволяют снизить расходы на эксплуатацию данного оборудования.
- прочие и лимитированные затраты, включающие научно-исследовательские работы; авторский надзор, подготовку кадров, дополнительные расходы, вызванные местными условиями установки объекта и др., руб. Для нашего случая на первом этапе данных затрат не будет, так как оборудование новое, надзора не требует и новых разработок со стороны «Газпрома» тоже.
Стоимость строительно-монтажных работ в локальной смете включает прямые затраты, накладные расходы и сметную прибыль:
,
где - прямые затраты, включающие стоимость материалов, изделий, конструкций, оплату труда, руб.;
- накладные расходы, охватывающие затраты строительно-монтажных организаций, связанных с созданием общих условий производства, его обслуживанием, организацией и управлением, руб.; в нашем случае равны нулю, так как оборудование может быть установлено работниками самой щахты.
- сметная прибыль, представляющая собой сумму средств, необходимых для покрытия расходов монтажной организации на развитие производства, социальной сферы и материальное стимулирование работников, руб, соответственно равна нулю.
Прямые затраты на строительно-монтажные работы включают:
,
где - сдельная и повременная оплата труда рабочих, занятых непосредственно на строительно-монтажных работах, руб.; могут быть привлечены работники шахты, так как монтаж не вызывает трудностей.
- расходы по эксплуатации строительных машин и оборудования, руб.; особых машин и оборудования не требуется
- расходы на материалы, необходимые для выполнения строительно-монтажных работ, руб. также равны 0
Прямые затраты на строительно-монтажные работы иначе определяются исходя из объемов работ и согласованных единичных расценок:
,
где - объем строительно-монтажных работ i-го вида в натуральных измерителях;
- цена (расценка) за единицу строительно-монтажной работы, руб./нат. ед.;
i=1…I - число работ на объекте строительства.
Так как данная конструкция легка в монтаже и не требует специального профессионально обученного человека для монтажа, то мы можем воспользоваться трудом людей, работающих на щахте-монтах и инженера подразделения - для управления вовремя монтажа, таким обрахом данный вид расходов сводится к нулю.
Расчет дополнительных затрат
При составлении локальных смет на приобретаемое оборудование учитываем дополнительные затраты на тару и упаковку, транспортные расходы, заготовительно-складские расходы и наценка торговых организаций:
, (1.10)
где - стоимость запасных частей, руб.;
- расходы на тару и упаковку, руб.
- транспортные расходы, руб.
- стоимость услуг посреднических и сбытовых организаций, руб.;
- расходы на комплектацию, руб;
- заготовительно-складские расходы, руб.
Все составляющие дополнительных расходов, связанных с приобретением оборудования, в соответствии с нормативными документами определяем как долю от сметной стоимости оборудования:
- стоимость запасных частей
- расходы на тару и упаковку
-транспортные расходы
- стоимость услуг посреднических и сбытовых организаций
- расходы на комплектацию
- заготовительно-складские расходы
,
где = 0,0200 - коэффициент, учитывающий стоимость запасных час тей, отн. ед.;
=0,0150 - коэффициент, учитывающий расходы на тару и упаковку, принимается равным (отн. ед.);
=0,0300 - транспортные расходы, отн. ед.;
=0,0500- снабженческо-сбытовая наценка, отн. ед.
=0,0050 - коэффициент, учитывающий расходы на комплектацию, отн. ед.;
=0,0120 - коэффициент, учитывающий заготовительно-складские расходы, отн. ед.;
- сметная стоимость основного технологического оборудования, руб
С расходы на обор. = Сдоп + Со , (1.17)
Сметная стоимость материалов, изделий и конструкций определяем следующим образом:
(1.18)
где - отпускная цена поставщика на материалы, изделия или конструкции, руб.;
- транспортные расходы, руб.;
- расходы на тару и упаковку, руб.;
Сзср - заготовительно-складские расходы, руб.
Из дополнительной стоимости рассчитываем лишь стоимость на тару, которая составит 2100(учитывая показатель). Расходы на транспорт мы рассчитали раньше.
Зная все экономические показатели и стоимость самого сепаратора можно рассчитать полную стоимость объекта:
.
Таким образом, полная стоимость равна = 140 000 + 4 000 + 2100 = 146 100 рублей.
При этом нужно отметить, что зависимость изменения себестоимости 1 м3 газа от его объема описывается уравнением: y = 2E-12x2 - 1E-06x + 0,3694 (1) То есть, чем выше выработка, тем ниже себестоимость.
Таким образом, проведенный в главе анализ по основным показателям(экологическим и экономическим) как всей отрасли так и отдельно по добыче шахтного метана, показал выгодность данного мероприятия, как экологическую, так и экономическую.
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ДОБЫЧЕ МЕТАНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СЕПОРАТОРА СЦВ-7В настоящее время существует несколько методов добычи метана из угольных пластов.
Первый из них -- дегазация угольных шахт, снижающая объемы выделения метана в горные выработки и обеспечивающая безопасность работ в метанообильных шахтах. В этом случае каптированный газ с разной концентрацией метана является попутным полезным ископаемым, снижающим себестоимость угля. Содержание метана в шахтном газе колеблется от 10 до 98%.
В случае использования каптируемого шахтного газа необходимо предусмотреть отделение метана от воздуха, для чего могут быть использованы сорбционные и кристаллизационные процессы. В этом случае добываемый газ называется шахтным метаном.
Вторым методом добычи метана из угольных пластов является добыча вне полей действующих шахт путем бурения с поверхности специальных скважин с применением искусственных методов повышения газопроницаемости угольных пластов. В этом случае газ, извлекаемый из угольных пластов (вне зон влияния горных работ) по технологиям углегазового промысла, представлен, в основном, метаном (95-98%) с примесью азота (3-5%) и диоксида углерода (1-3%). Последнее направление является весьма перспективным методом получения газа с высоким стабильным содержанием метана для широкого применения в народном хозяйстве. В этом случае добываемый газ называется угольным метаном.
Кстати, по своему составу газ, полученный данным способом, зачастую лучше природного газа, так как содержит меньше примесей и состоит, в основном, из чистого метана.
Третьим методом добычи шахтного метана является добыча из закрытых шахт. Таким способом добывается метан в угольных бассейнах Нор-Па-де-Кале (Франция), Эно (Бельгия) и Остравско-Карвинском (Чехия). Из закрытых шахт добывается газ, содержащий от 50 до 80% метана, что позволяет использовать его на ТЭС и ТЭЦ.
В последнее время активно обсуждается еще один метод добычи шахтного метана -- комбинированный. Дело в том, что, по мнению специалистов, для того, чтобы дегазация шахт была действенным способом борьбы за безопасность труда горняков, ее необходимо проводить предварительно, перед пуском шахты, а не во время ее работы. Предполагается, что в таком случае удастся откачать до 70% объема газа метана в шахте. Поэтому сначала в пласт будут буриться скважины для извлечения метана, а через несколько лет на этих участках начнется добыча угля.
Масштабная добыча метана уже ведется в США, где создана и действует целая отрасль промышленности по добыче газа из угольных пластов. Например, в США за 10 лет добыча угольного метана из специальных скважин возросла до 60 млрд куб. м/год. Астахов А.С. и др. Экономика горного предприятия. - М.: изд.Академии горных наук, 2007. - с.318-325
В США за последние годы добыча метана стала важным элементом газодобывающего производства. В этой отрасли работает около 200 американских фирм. В настоящее время в США разработана и внедрена технология извлечения из угольных пластов до 80% содержащегося в них метана. Такая степень извлечения достигается пневмо- и гидродинамическим (с помощью воды, пульпы или специальных растворов) воздействием на пласты, стимулирующим повышенную газоотдачу углей.
В последние годы начаты интенсивные работы по извлечению метана в Австралии, Китае, Канаде, Польше, Германии и Великобритании.
В Австралии технологии извлечения газа на шахтах и вне горных предприятий разрабатывались параллельно с США, и некоторые компании успешно ведут разработку метана уже с середины 1990-х гг. Добыча метана ведется горизонтальными скважинами, пробуренными по пласту на расстояние до 1500 м; газ поступает на очистительную фабрику, где в соответствии с техническими требованиями обезвоживается, фильтруется, сжимается и далее по газопроводу высокого давления поступает в ряд населенных пунктов.
В Китае ресурсы метана угольных пластов составляют до 35 трлн куб. м. Интерес к извлечению метана из угольных пластов стал здесь проявляться в начале 1990-х гг. За прошедшие 10 лет китайскими и иностранными специалистами пробурено более 100 опытных скважин на территории угольных бассейнов в восточной части страны. В настоящее время объем добычи метана в Китае составляет около 5 млрд куб. м. Однако к 2010 г. планируется увеличить годовую добычу до 10 млрд куб. м.
В Канаде начались экспериментальные работы по извлечению метана на участке Паллисер в провинции Альберта. Канадский газовый комитет прогнозирует, что метан угольных пластов, ресурсы которого составляют около 8 трлн куб. м (тогда как ресурсы традиционного газа в стране -- 5 трлн куб. м), в будущем станет основным видом добываемого газа в ряде районов Канады.
В Великобритании известная компания Coalgas Ltd ведет добычу метана из двух заброшенных шахт -- «Макхрам», расположенной недалеко от г. Мансфилд, и «Ститлей». Компания разработала альтернативный метод извлечения метана посредством его откачки через вентиляционные стволы шахт, куда он поступает из неотработанных угольных пластов.
То есть, необходимость, возможность и экономическая целесообразность крупномасштабной добычи метана из угольных пластов подтверждаются опытом ряда стран. По мнению американских экспертов, это направление будет неуклонно развиваться, и к 2020 г. мировая добыча метана из угольных пластов достигнет 100-150 млрд куб. м/год, а в перспективе промышленная добыча шахтного метана в мире может достигнуть до 470-600 млрд куб. м/год, что составит 15-20% мировой добычи природного газа.
Анализ показателей подземного способа добычи угля на метаноносных месторождениях России свидетельствует о том, что, например, в 2000 г. среднедействующее число метанообильных очистных забоев на шахтах различных угольных компаний с достаточно сложными горно-геологическими условиями достигало 3, а на таких высокопроизводительных шахтах, как «Воргашорская» и «Распадская» - 5, средняя длина лав составляла 200-260 м, добыча угля из действующего очистного забоя - 1276-3215 т/сут при скорости подвигания лав 43-99 м/мес.
Длина лав на российских шахтах в 1,6-1,9 раза меньше, чем в высокопроизводительных шахтах США. Даже на шахте «Распадская» средняя длина очистных забоев, равная 230 м, короче в 1,6 раза, а среднесуточная добыча угля в 6-13 раз меньше, чем на лучших шахтах США.
На российских шахтах, 77% из которых метанообильны, влияние газового фактора на производительность очистных забоев весьма ощутимо, поскольку угольные месторождения, расположенные на территории России, наиболее метаноносные в мире. В среднем в каждой тонне российского угля заключено 8,3 кг метана, что в 1,7 и 2,4 раза выше, чем в природных углях США и Австралии соответственно. http://www.methanetomarkets.ru/goods/mater10/
Поэтому для нашей страны наиболее актуален первый метод добычи газа из угольных пластов. Из-за высокой метаноносности угольных месторождений дегазации следует подвергать не только сближенные пласты, но и разрабатываемые, поскольку интенсивная выемка угля комбайнами приводит к обильным выделениям метана из обнажаемых поверхностей пласта и отбиваемого угля. Например, при снижении метаноносности пласта за счет его дегазации на 2 куб.м/т и отбойке 10 т угля в минуту метановыделение в призабойном пространстве лавы будет уменьшено на 15-20 куб.м/мин и фактор газа в меньшей степени будет лимитировать производительность угледобывающей техники, повысится и коэффициент машинного времени, что весьма положительно скажется на показателях работы комплексно-механизированных забоев.
При разработке рекомендаций по способам и параметрам дегазации угольных пластов для обеспечения безопасной и высокопроизводительной работы очистных забоев необходимо учитывать горно-геологические условия залегания угольных пластов, информацию о глубине горных работ, газоносности и мощности пластов угля, прогнозных значениях метанообильности очистных забоев и планируемых объемах добычи угля, а также учитывать требования нормативных документов, и прежде всего «Руководства по дегазации угольных шахт» (РФ). Кроме того, необходимы современные буровые установки для бурения подземных длинных (до 350м) и сверхдлинных (до 1,5-2 км) скважин заданной трассы.
«НПО Конструкторское бюро Кочубея» для сепарации шахтного газа, непосредственно на глубине, разработало сепараторы, не имеющие аналогов по своим характеристикам, которые имеют высоту ~1,7 м. при том, что известные модели сепараторов, имея тот же диаметр корпуса, производительность и потерю напора, имеют высоту 6 м. Минимальные габариты позволяют транспортировать и устанавливать сепаратор непосредственно в шахтных проходах ограниченной высоты.
Сепараторы СЦВ-7 работают в непрерывном режиме слива отсепарированной жидкости, работая в условиях вакуума (ранее в этом случае трубопровод перекрывался на технологическую остановку для слива конденсата). Для транспортировки сепаратора в проходках предусмотрена его разборка, сборка на месте не превышает 1-2 часов.
Первый вариант использования сепаратора СЦВ. В целях обеспечения безопасности шахтеров, находящихся в забое, производится откачка газа из стволов шахты вакуумными насосами. Концентрация метана (горючих газов) в данном газовом потоке составляет 1-2%, что делает непригодным этот газ для дальнейшего использования.
В данном случае возникает проблема в работе вакуумного насоса в связи с тем, что в газовом потоке откачиваемом из шахты идет большое количество угольной пыли, которая негативно влияет на работу вакуумного насоса. Данную пыль необходимо удалять. Сепаратор устанавливается перед вакуум-насосом для удаления мельчайших частиц пыли и влаги.
Второй вариант использования сепаратора СЦВ. В стволах бурятся шурфы, через которые идет откачка метана, в целях недопущения его попадания в стволы шахт, где ведутся работы, далее метан по трубам подается на поверхность. Такое решение вопроса позволяет:
* уменьшить количество метана в местах, где работают шахтеры;
* попутно добывать метан из угольных шахт.
Концентрация метана при такой откачке его из шахты составляет порядка 25-40%, что делает возможным его дальнейшее использование в качестве топлива для газо-поршневых, газотурбинных установок, теплоэлектростанций. В данном случае также возникает проблема в работе вакуумного насоса и кроме того после вакуумного насоса газ необходимо подать в ГТУ, ГПУ, ТЭЦ, поэтому необходима его дальнейшая очистка. Данный вариант добычи горючих газов из шахт может применяться также на законсервированных угольных шахтах. http://www.kb-kochubeya.ru/separator_scv7.htm
Рисунок 3.1 Схема дегазации шахты с применением сепаратора СЦВ-7
Сепараторы влагомаслоотделители СЦВ-7 защищены патентами: №2244584 от 2005 года, №2287357 от 2006 года, №2320395 от 2008 года. Сепараторы СЦВ-7 являются результатом значительного усовершенствования конструкции СЦВ-6. В 2004 году его предшественник - сепаратор СЦВ-5 признан «Лучшей промышленной инновацией года».
Вихревой газо-жидкостной сепаратор предназначен для глубокой очистки газового потока от капельной, мелкодисперсной, аэрозольной жидкости, масла и тведрдых примесей. При сепарации бинарной смеси (газ - жидкость) одновременно осуществляется и процесс разгазирования жидкой фазы. Используются на предприятиях нефтегазовой, химической, металлургической, машиностроительной, легкой промышленности.
