Автор: А.Б. Жидков (ООО «Алитер-Акси»).
Опубликовано в журнале Химическая техника №1/2015
На предприятиях нефтепереработки используется широкой спектр высокотемпературного оборудования, который включает следующие позиции:
- нагревательные печи;
- реакционные печи (печи водородного риформинга, печи процессов пиролиза, печи процессов замедленного коксования);
- футерованные реакторы различных процессов нефтепереработки и нефтехимии;
- топки, инсенираторы процессов утилизации серы (процесс Клауса и установки получения серной кислоты), утилизации аммиака;
- элементы установок каталитического крекинга, установок дегидрирования изобутана.
Это достаточно разнообразное оборудование, которое изготавливают по российским проектам и проектам инофирм российские изготовители, а также по импортным проектам зарубежные производители.
Данная статья посвящена анализу возможностей российских проектных организаций, сопоставлению возможностей и соотношению российских и импортных поставщиков различных групп высокотемпературного оборудования.
Все проблемы импортозамещения можно классифицировать по четырем основным группам:
- проблемы, связанные с лицензиаром процесса;
- возможности российской школы проектирования;
- оборудование печей, топок;
- материалы для печей.
Проблемы, связанные с западным лицензиаром процесса, характерны для всех групп оборудования при реализации западных проектов в России. Лицензиары имеют списки рекомендованных поставщиков, в которые российские компании не входят, лоббируют интересы этих поставщиков различными способами.
Проблемы, связанные с лицензиаром, хорошо известны, они возникают на этапе заключения контрактов, но их рассмотрение выходит за рамки данной статьи.
Для преломления этой ситуации необходимо развивать отечественные проектные институты, имеющие лицензии на процессы, а также требовать от зарубежных лицензиаров на этапе заключения контрактов привлечения российских компаний.
Возможности российской школы проектирования
Нагревательные печи. Практически по всем типам нагревательных печей технологических процессов нефтепереработки и нефтехимии (первичная переработка, гидроочистка, риформинг, изомеризация, гидрокрекинг и т.д.) наши организации способны решить все вопросы на всех этапах проектирования (технологические расчеты, прочностные расчеты, выбор материального исполнения и т.д.). Сегодня имеется хорошее программное обеспечение как российского происхождения (в основном по механическим и прочностным расчетам), так и импортного разработчика (по технологическим расчетам), которое позволяет решать проектные задачи на достойном мировом уровне.
Некоторые ограничения для наших организаций могут быть в области проектирования печей с рабочим давлением более 160 кгс/см2 [1] для процессов гидрокрекинга, но накопить опыт решения этих задач несложно.
По реализации проектов нагревательных печей силами российских компаний нет никаких проблем. Ежегодно реализуются десятки, если не сотни проектов строительства новых, реконструкции существующих печей нашей компанией, другими российскими организациями.
Но, тем не менее, поставки печей зарубежными компаниями составляют ~10–20% общего объема построенных объектов. Причины этого кроются как в диктате лицензиара процесса, так и в неуверенности заказчика в силах российских поставщиков, что, по нашему мнению, является абсолютно не обоснованным.
Печи установок производства водорода (водородный риформинг). Производство водорода в мире неуклонно растет, причем не в арифметической прогрессии. Так, за последние 10–15 лет отмечен рост выпуска водорода в 4 раза. В России динамика несколько иная.
В период с 1980 по 2000 годы у нас практически не строили новых установок производства водорода (УПВ). Однако в последние годы наблюдается все возрастающий интерес к этим установкам. Данных о физических объемах производства водорода, к сожалению, у нас нет, но идет стремительное наверстывание потерь.
Сегодня в России реализуется более десятка проектов с УПВ. Все крупные УПВ реализуются на основе западных проектов, включая печи водородного риформинга. Участие российских компаний, прежде всего, в проектировании этих объектов – очень скромное.
За последние пять лет нашей компанией было реализовано два чисто российских проекта небольших печей водородного риформинга в составе заводов по производству метанола для компании «НОВАТЭК». В настоящее время, по нашим данным, реализуется еще один чисто российский проект.
На этапе реализации проектов российские компании участвуют в закупке импортных комплектующих (прежде всего, горелок, реакционных труб, другого оборудования), изготовлении металлоконструкций, монтаже печей.
Поэтому знания по материальному исполнению, конструкции этих печей у нас имеются.
Небольшое число российских проектов объясняется потерей знаний в России по данному направлению, использованию только импортного катализатора, свойства которого необходимо ставить в технологические расчеты, сложностью печей данного типа. Но, если данное направление развивать, то российские компании могут проектировать эти печи.
В связи с этим, по нашему мнению, российским компаниям необходимо развивать данное направление – проектирование, изготовление, поставку, монтаж печей водородного риформинга – самым активным образом.
Печи пиролиза. Это направление – наиболее проблемное для реализации силами российских проектных организаций.
Последние советские проекты печей пиролиза (и процессов пиролиза в целом) датированы 60-ми годами прошлого столетия. В 1970-е годы СССР совместно с ЧССР реализовал проект ЭП-300 на нескольких заводах (Кстово,Пермь, Ангарск, Новополоцк).
За последующие годы технология процессов пиролиза, расчеты реакционной печи пиролиза получили огромное развитие. Российские технологические, инжиниринговые организации, институты сегодня не владеют этими разработками. Поэтому, начиная с конца 1980-х годов, несколько установок пиролиза в России были построены по западным проектам. Наиболее значимые примеры – Ставролен, Кстово (блоки F-110, F-120, F-130), новый завод в Тобольске. При этом поставка большинства оборудования также осуществлялась из-за рубежа.
Исключение составила небольшая установка пиролиза пропилена, построенная в Салавате в ОАО «Каустик» с участием нашей компании. Но, как мы понимаем, это технологии 1970-х годов.
Российские компании могут принимать участие на этапе реализации, строительства печей пиролиза, как это было в Кстово в начале 2000-х годов. Но к изготовлению и поставке печей в Тобольске российский бизнес не был допущен.
Ситуация здесь хоть и сложная, но не тупиковая. Все современные печи пиролиза требуют ремонта не реже одного раза в год. На этапе ремонта можно глубоко изучить конструкцию печей, как это уже сделано в Кстово.
Для решения проблем технологических расчетов необходимо сформулировать задачи перед передовыми российскими компаниями, а также выделить время и средства.
Топки сжигания кислых газов. За последние годы на предприятиях нефтепереработки были построены десятки установок по утилизации серы. Большая часть этих установок строилась по проектам института «Гипрогазочистка», меньшая – по проектам западных лицензиров.
Больших рекламаций по российским проектам нет. Можно уверенно утверждать, что возможности российской инжиниринговой школы в этом направлении достаточны.
Футерованные реакторы различных процессов нефтепереработки и нефтехимии. В процессах нефтепереработки и нефтехимии используются различные футерованные реакторы, в которых происходят химические реакции. Примеров этих достаточно много: бензиновый и бензольный риформинг, гидроочистка, установки производства этилена, установки пиролиза, каталитический крекинг и многие другие.
Футеровка в этих аппаратах служит, прежде всего, для защиты наружного кожуха от высоких температур.
Однако футеровка здесь вступает в контакт с реакционной средой, и кроме требования к защите от высоких температур к ней предъявляется требование химической инертности и длительной устойчивости к реакционной среде и продуктам реакции в аппарате.
Основные факторы, воздействующие на футеровку в химических аппаратах:
- восстановительная среда водорода и монооксида углерода;
- перепад давления по длине реактора, аппарата;
- эрозионный унос футеровки;
- коксообразование на поверхности и в объеме футеровки.
Сегодня мы производим более 100 видов огнеупорных смесей [2], что позволяет подобрать химический состав, механические свойства, требования по пористости, усадке бетонов для решения практически всех этих задач. Проблемы при решении некоторых из них бывают как у нас, так и у западных компаний. По нашему мнению, полное импортозамещение по этому направлению возможно и необходимо.
Элементы установок каталитического крекинга, установок дегидрирования. За последние годы практически все установки каталитического крекинга прошли через реконструкцию, частичную замену реакторов и регенераторов, транспортных линий. Первые проекты реконструкции (Рязань, Ярославль) были выполнены западными компаниями, затем несколько проектов (Уфа,Ангарск, Московский НПЗ) были выполнены российскими проектными компаниями.
Доля российских компаний в реализации западных проектов невысокая, и в основном это касается изготовления объемных металлоконструкций реактора, регенератора, монтажных услугах.
Российские проекты практически полностью реализовывались нашими организациями. Рекламаций по работе российского оборудования немного. В связи с этим в данном направлении можно с уверенностью утверждать – мы вполне можем вести реконструкцию этих установок своими силами.
По установкам дегидрирования изобутана ситуация проще. Эти установки на сегодня обслуживаются и российскими, и зарубежными компаниями. Проблемы при выполнении работ возникают в равной степени. И в этом направлении надо развиваться своими силами.
Приведенные далее данные представляют нашу оценку возможностей российских компаний в проектировании различного высокотемпературного оборудования.
Приведенные данные имеют оценочных характер, могут не совпадать с мнением других специалистов в этой отрасли. Но общую тенденцию они, на наш взгляд, отражают верно.
Возможности российских компаний по проектированию новых объектов
Нагревательные печи 100% (проблемы при давлении более 15 МПа)
Водородный (паровой) риформинг 60–100%
Печи пиролиза 20–40%
Топки сжигания кислых газов 80–100%
Футеровки реакторов 100%
Элементы установок каталитического крекинга,
установок дегидрирования 100%
В табл. 1 перечислено вспомогательное оборудование, необходимое для работы печей, топок, и оценка доли российского оборудования в этих поставках.
Таблица 1
Доля российского вспомогательного оборудования в поставках различных видов высокотемпературного оборудования
| Оборудование | Нагревательные печи | Реакционные печи | Топки |
| Горелки | 60–100% | 20–30% | 10% |
| Сигнализаторы погасания | 0% | 0% | 0% |
| Тягодутьевое оборудование | 80–100% | 80–100% | 50–100% |
| Калориферы | 80–100% | 80–100% | 80–100% |
| Шиберы, приводы | 0% | 0% | 0% |
| Системы очистки змеевиков | 100% | – | – |
Первая позиция – горелки – наиболее проблемная. Для нагревательных печей в России только два постоянных поставщика горелок – ООО ПКЦ «ИМДОС» и ЗАО «НПЦЭО». Эти организации производят достаточно надежные горелки в широком диапазоне мощностей факельного и настильного типа. Однако современные требования по выбросам окислов азота, по шуму они не выдерживают.
Если заказчик требует по этим параметрам минимальные показатели (содержание оксидов азота ниже 20 мг/м3, шум ниже 75…70 дБл), то необходимы горелки с многозонной подачей воздуха и топлива, с шумопоглощающими защитными кожухами. При этом многозонная подача топлива и воздуха обеспечивает более равномерный экран нагрева по высоте факела, что также очень важно.
Российские производители пока не вышли не этот уровень. Но, смягчив требования по шуму и экологии, решить проблему горелок в нагревательных печах можно.
Горелки для реакционных печей – значительно большая проблема. 100% новых печей идут с западными горелками, замена их очень «болезненна», может привести к проблемам в работе печей.
Основная проблема этого раздела – горелки для топок (процессинговые горелки). Эти горелки ведут процесс сжигания отходов, обеспечивают необходимый состав продуктов на выходе из печи. Замены им в настоящее время на российском рынке нет.
Сигнализаторы погасания пламени на сегодня полностью закупаются за рубежом. Российские приборы значительно менее надежные, но при необходимости на них можно перейти. Возникнут проблемы в обслуживании, которые постепенно решатся.
По тягодутьевому оборудованию серьезные проблемы с замещением импорта возникают при реализации проектов топок, работающих под наддувом. Требуется воздуходувка с большим расходом и давлением потока 0,3…0,4 кгс/см2. В этом случае, учитывая требования по взрывозащищенности, у российских поставщиков возникают большие трудности. Наблюдается недостаток тягодутьевого оборудования очень большой производительности (выше 250 000 м3/ч).
По калориферам и воздухоподогревателям имеются проблемы только с экзотическим оборудованием (например, воздухоподогреватель со стеклянными трубками), без которых можно обойтись.
На сегодня все приводы к шиберам (пневмои электрические) – зарубежных поставщиков. Но каждый шибер имеет ручное управление, и перейти на российских поставщиков приводов (может быть, с временной потерей качества) возможно.
Системы очистки змеевиков представлены на наших печах паросдувками зарубежного производства и газоимпульсной очисткой (ГИО) [3] нашего производства.
Применение системы ГИО может решить проблему очистки труб в отрасли без участия западных компаний.
В табл. 2 показаны основные материалы, применяемые в печи, и доля импортных материалов.
Таблица 2
Материалы, применяемые в печи с указанием доли российских материалов
| Материалы | Нагревательные печи | Реакционные печи | Топки |
| Каркас-кожух | 100% | 100% | 100% |
| Футеровки (с поставками из Китая) | 80–100% | 60–100% | 80–100% |
| Трубы, отводы змеевика | 100% | 30–50% | – |
По материалам каркаса-кожуха, лестниц и площадок никаких сомнений в наших возможностях не возникает.
По материалам футеровки мы также вполне самостоятельны. Некоторые группы материалов (сырье, волокнистые материалы) необходимо закупать в Китае, но это не вызывает проблем по качеству, логистике.
По трубам змеевиков для нагревательных печей мы также можем опираться на российский рынок практически по всем позициям. Для реакционных печей высокотемпературные трубы змеевика сегодня на 90% закупаются у западных компаний и в Китае (малая часть). Российские производители выпускают эти трубы, но качество необходимо поднимать на более высокий уровень.
Таким образом, на основании изложенного можно сделать следующие выводы.
Основные проблемы импортозамещения высокотемпературного оборудования, трудно решаемые на настоящий момент:
- проектирование (технологические расчеты) реакционных печей;
- расчет, проектирование и изготовление технологических горелок для реакционных печей и процессинговых горелок для топок дожига химических отходов.
Для решения этих проблем в короткие сроки необходимы усилия либо крупной заинтересованной компании, либо участие государства.
Список литературы
- ГОСТ Р 53682–2009. Установки нагревательные для нефтеперерабатывающих заводов.
- Денисов Д.Е., Жидков А.Б., Власов В.В. Огнеупорные (жаростойкие) бетоны для предприятий нефтепереработки и нефтехимии//Химия и технология топлив и масел. 2004. №4.
- Жидков А.Б., Логинов И.А., Козлов П.В. Методы очистки змеевиков трубчатых печей//Химическая техника. 2012. №12.
