Авторы: Г.С. Яицких, С.С. Демченко, К.П. Кулаков (АО «ИПН»);

Д.Н. Степанов (ООО «НОВАТЭК-Усть-Луга»)

Опубликовано на портале «Химическая техника», май 2024

Современный нефтеперерабатывающий завод включает технологические установки первичной и глубокой переработки нефти и объекты общезаводского хозяйства (ОЗХ), для работы которых применяются различные энергоносители. При этом работа завода оказывает негативное воздействие на окружающую среду как в виде вредных газообразных выбросов – продуктов сжигания топлив, так и в виде теплового воздействия.

Большая часть операционных затрат при переработке нефти, хранении и отгрузке товарной продукции приходится на энергоносите-ли – электроэнергию, водяной пар, горячую и теплофикационную воду, топливо, охлаждающую воду. В целом затраты на различные виды энергии могут достигать 65–70% в структуре стоимости процессинга производства нефтепродуктов.

Энергия необходима для следующих целей:

  • приёма, хранения и внутрицеховых перекачиваний нефти;
  • переработки нефти и полупродуктов на технологических установках;
  • внутрицеховых перекачиваний, хранения и отгрузки товарных нефтепродуктов;
  • обогрева резервуаров хранения противопожарной воды (в зимний период времени) и обогрева резервуаров вязких нефтепродуктов и нефти;
  • обогрева зданий операторных, контроллерных, складов, противорадиационных укрытий, административно-бытовых корпусов и других зданий и сооружений, сантехнических нужд.

Достаточно много тепловой энергии продуцируется при сжигании больших объёмов топлива в печах технологических установок и заводской котельной.

Заводская котельная генерирует следующие виды теплоносителей:

  • горячая вода температурой 60°С – применяется для санитарно-бытовых нужд;
  • теплофикационная вода температурой от 90 до 115°С – при-меняется для обогрева вышеуказанных зданий, сооружений, а также технологических трубопроводов и резервуаров, полов насосных станций и т.д.;
  • водяной пар низкого, среднего и высокого давления – применяется в основном для технологических процессов переработки нефти, на сливо-наливных эстакадах, в резервуарных парках хранения нефти и нефтепродуктов и т.д.

Технологические установки. Основная часть тепловой энергии генерируется в печах и используется для нагрева сырья и для поддержания необходимого уровня температуры технологических процессов на некоторых установках.

На установках ЭЛОУ-АТ, ЭЛОУ-АВТ мощность печей для нагрева сырья зависит в первую очередь от производительности и от степени рекуперации тепла (СРТ) выводимых с установок нефтепродуктов. На многих действующих установках СРТ варьируется всего от 40 до 50%. Догревать сырьевые потоки до требуемой температуры приходится за счёт повышенной мощности печей; при этом необходимо отметить, что старые печи имеют нередко КПД всего 80–85%. Более современные энергоэффективные установки имеют СРТ 62–65%, а печи имеют КПД 90–92%.

АО «ИПН» имеет большой практический опыт проектирования как новых энергоэффективных установок, так и реконструкции старых с целью повышения энергоэффективности и производительности; при этом всегда значительно уменьшается негативное воздействие на окружающую среду и намного снижаются операционные затраты.

Указанные цели достигаются при применении следующих технологических приёмов и оборудования:

  1. Оптимизация схемы теплообмена с применением пинч-анализа;
  2. Применение современного теплообменного оборудования (кожухотрубные теплообменники с витыми трубками ООО «СТИМ», кожухопластинчатые теплообменники ООО «АЛВАС инжиниринг», проволочные интенсификаторы для кожухотрубных теплообменников и воздушных холодильников ООО «Нева-Теплотехника» и др.);
  3. Применение колонн с вертикальной разделительной стенкой (DWC колонны), что позволяет не только снижать энергопотребление до 40%, но и уменьшать число колонн в 2 раза;
  4. Применение эффективных электродегидраторов производства ООО «ЭК ЭИП», оборудованных экономичной системой электропитания ИПМ-35/15 (25/15). Удельное потребление электроэнергии составляет 0,02…0,05 КВт⋅ч на 1 т нефти, что в 3–5 раз меньше по сравнению с другими аналогами;
  5. Использование холодной нефти (11…23°С) вместо оборотной воды для конденсации и охлаждения паров бензина на выходе с верха отбензинивающей и основной колонн установок АТ и АВТ. Это техни-ческое решение позволяет:
  • экономить электроэнергию на воздушных холодильниках;
  • не строить градирню, исключить затраты на её эксплуатацию;
  • уменьшить потребности в свежей воде на технические нужды;
  • уменьшить затраты на очистку сточных вод с НПЗ;
  • значительно снизить нагрузку на печи (в отдельных случаях до 40%) за счёт дополнительной утилизации тепла, а также уменьшить затраты на топливо и плату за загрязнение окружающей среды (уменьшение объёмов дымовых газов).

Это техническое решение защищено патентом АО «ИПН» RU2581360 C2 2016г. «Установка первичной перегонки нефти».

За последние 15 лет по проектам АО «ИПН» были выполнены реконструкции более десятка технологических установок на НПЗ Юга России, Урала и Северо-Западного региона. Практически достигнуто увеличение мощности на отдельных установках от 30 до 90% (от проектной) чаще всего без замены колонного и печного оборудования.  На некоторых реконструированных установках удельный расход топлива (на 1 т сырья) был снижен в 1,5–1,9 раза, удельный расход других энергоносителей – от 10 до 30%.

Бесплатная тепловая энергия

Необходимо отметить, что даже технологические установки с оптимизированными (минимальными) удельными расходами энергоносителей имеют скрытые резервы тепловой энергии (СРТЭ), которая извлекается из потоков нефтепродуктов на выходе установки при финишном охлаждении либо воздухом, либо оборотной водой.

Наиболее просто из СРТЭ получать воду на бытовые нужды температурой 60°С на отопление зданий и сооружений завода, теплофикационную воду температурой от 90 до 115°С путём включения дополнительных рекуперационных теплообменников (для подогрева воды) в схему установки. Такие решения применялись ещё в середине прошлого века на некоторых НПЗ Юга СССР, а также на отдельных НПЗ за рубежом (в частности, в Канаде). Например, при полезном использовании СРТЭ установки ЭЛОУ-АВТ мощностью 6 млн. т в год можно реально дополнительно «снимать» 12…15 МВТ тепловой энергии, не сжигая ни грамма топлива.

Таким образом, при реализации комплекса мер по утилизации СРТЭ технологических установок, мощность заводской котельной может быть уменьшена в 4–5 раз со всеми вытекающими положительными экологическими и экономическими эффектами.

На рисунке в качестве примера представлена принципиальная упрощённая схема ЭЛОУ-АТ с оптимизацией рекуперации тепла.

Описанные технологические приёмы, техника могут быть применены как при проектировании и строительстве новых нефте- и газоперерабатывающих предприятий, так и при поэтапной реконструкции действующих.

Крупные действующие предприятия, расположенные в непосредственной близости либо в черте крупных городов, мегаполисов особенно нуждаются в мероприятиях по значительному снижению негативного воздействия на экологию жилых районов. Сегодня крайне необходимо проводить работу по разработке планов технических мероприятий по снижению потребления энергоресурсов, топлива.

Как показывает наша практика, поэтапная реализация таких планов в течение 3…6 лет требует ежегодно сравнительно небольших, приемлемых для бюджета предприятия денежных ресурсов, при этом срок окупаемости таких технических мероприятий обычно не превышал более 1…3 лет.

Предварительные расчёты по оптимизации энергопотребления НПЗ (схема топливного варианта) мощностью 6 млн. т в год показывают ежегодную экономию на энергоносителях более 1,2 млрд. руб. в год в ценах I квартала 2024 г.

Основные организационные проблемы при реализации энергосберегающих мероприятий

Сегодня большинство нефте- и газоперерабатывающих заводов не имеют общеплощадочного института-генпроектировщика, который хочет и может оценить, насколько рационально энергопотребление как в рамках отдельно взятых технологических установок, так и всего предприятия в целом. Заказ на такого рода работу может быть сформирован со стороны энергетических и финансовых служб предприятия для инжиниринговых компаний, обладающих соответствующим опытом и компетенциями.

В последнее время при проектировании новых установок переработки нефти в России чаще всего генпроектировщик большой технологической установки привлекает несколько субподрядчиков для проектирования отдельных технологических узлов или блоков. При этом каждый субподрядчик определяет для своего объекта количество необходимой тепловой энергии, топлива и охлаждающего агента. Далее генпроектировщик установки чаще всего арифметически складывает тепловую энергию, топливо и количество хладагента по всем блокам установки и в итоге получает суммарную необходимую мощность котельной, градирни и других объектов энергообеспечения основного производства. Альтернативный, более экономически выгод-ный подход – организация рационального взаимообмена горячими и холодными потоками между блоками установки, а также между техно-логическими установками и объектами ОЗХ. Это могло бы дать многомиллиардную экономию как при строительстве новых производств, так и в процессе их эксплуатации.

Проводимые в последние 10…15 лет тендерные процедуры по выбору проектировщика никогда не включали никаких условий и требований по лимиту удельного расхода (на 1 т сырья) энергоносителей, необходимых для функционирования строящихся установок.

С целью повышения операционной эффективности и снижения негативного влияния на окружающую среду действующих нефте- и газоперерабатывающих заводов АО «ИПН», опираясь на многолетний практический опыт, может предложить для действующих заводов:

  1. Разработку «Программы оптимизации потребления всех видов энергоносителей для конкретного предприятия» как в рамках технологических установок, так и по объектам ОЗХ;
  2. Разработку основных технических решений (ОТР) по каждой технологической установке и Задания на разработку проектной документации для реконструкции (технического перевооружения);
  3. Разработку проектной и рабочей документации по каждой установке и объекту ОЗХ, прохождение соответствующих экспертиз;
  4. Авторский надзор за реализацией этапов программы.
СХОЖИЕ СТАТЬИБОЛЬШЕ ОТ АВТОРА