Авторы: Г.С. Яицких, директор по развитию АО «ИПН» yaitskich@truboprovod.ru
К.П. Кулаков, технический директор АО «ИПН» kulakov@truboprovod.ru
М.Н. Потылицын, директор ООО «СТИМ» Maksim.Potylitsyn@stim-he.ru
А.В. Кабаев, руководитель по продажам ООО «СТИМ» Alexey.kabaev@stim-he.ru
Опубликовано на портале «Химическая техника», июль 2023
В процессе развития нефтеперерабатывающей промышленности России наряду со строительством новых технологических установок осуществляется реконструкция или техперевооружение действующих, ранее построенных установок.
Построенные по проектам советских и российских инжиниринговых компаний технологические установки ЭЛОУ-АТ, ЭЛОУ-АВТ имеют резервы по мощности печей, по диаметрам ректификационных колонн и технологических трубопроводов, по производительности большей части насосов, по несущей способности строительных конструкций. Указанные резервы позволили на некоторых российских НПЗ увеличить производительность установок первичной переработки нефти (относительно проектных показателей), что принесло существенную дополнительную прибыль этим предприятиям.
Однако необходимо отметить, что при работе на повышенной загрузке на установках чаще всего выявляются следующие типичные проблемы:
- температура нефтепродуктов – бензина, керосина, дизельного топлива и мазута, выводимых с установки, зачастую превышает регламентные значения;
- снижается температура нефти на входе в отбензинивающую колонну, вследствие чего необходимо увеличить объём «горячей струи» 15 (рис. 1) для подвода тепла в низ колонны;
- из-за увеличения тепловой нагрузки на печь (увеличения объёма «горячей струи» и потока отбензиненной нефти) температура её змеевика и футеровки значительно превышает проектные значения.
Увеличение температуры нефтепродуктов на выходе с установки обусловлено недостаточностью площади поверхности теплообмена как рекуперативных теплообменников, так и холодильников (воздушных и водяных). Для решения этой проблемы, как правило, устанавливают дополнительные воздушные и/или водяные холодильники 5 доп., 8 доп., 11 доп., 12 доп., 13 доп. (см. рис. 1). При этом существенно увеличивается потребление электрической энергии и оборотной воды.
Увеличение мощности печи 3 обеспечивается сжиганием дополнительных сверхнормативных объёмов топлива. Возможность эксплуатации печи при повышенных (по сравнению с проектными) температурах технические специалисты НПЗ обычно пытаются узаконить посредством согласования с проектной организацией. Необходимо отметить, что этот путь ведёт к значительному сокращению срока службы печи. По этой причине проектировщик печи часто не согласовывает регламент эксплуатации печи при чрезмерных температурных перегрузках её элементов.
Экономически, технически и экологически целесообразным вариантом решения описанных проблем является установка группы дополнительных теплообменных аппаратов 1 доп. Как правило, это позволяет исключить необходимость установки дополнительных аппаратов финишного охлаждения 5 доп., 8 доп., 11 доп., 12 доп., 13 доп. При этом экономятся электроэнергия и оборотная вода. Кроме того, такое решение позволяет в значительной степени снизить тепловую нагрузку на печь и, следовательно, сэкономить большой объём топлива, снизить негативное воздействие на окружающую среду (уменьшить соответствующие платежи), увеличить срок службы печи. При наиболее удачных схемных решениях теплообмена удаётся исключить «горячую струю» и применение оборотной воды в холодильниках.
Для размещения дополнительных теплообменных аппаратов 1 доп. на существующих строительных конструкциях необходимы следующие работы:
- Выполнить технологический расчёт схемы теплообмена на заданную повышенную производительность установки, определить необходимые новые теплообменные аппараты и их характеристики;
- Разместить дополнительные теплообменные аппараты на существующих строительных конструкциях либо заменить старые аппараты теплообменниками большей мощности;
- Выполнить проектную документацию переобвязки трубопроводами, приборами КИПиА действующих теплообменников и обвязки новых теплообменников;
- Обследовать строительные конструкции и выполнить их расчёты на повышенную нагрузку (с учётом дополнительных аппаратов); при необходимости разработать мероприятия по их усилению;
- Выполнить необходимую экспертизу проектной документации;
- Закупить оборудование, трубы, фитинги и др. и произвести монтаж и переобвязку теплообменников, усиление строительных конструкций.
За последние 10 лет по проектам АО «ИПН» была произведена реконструкция семи технологических установок АТ и АВТ на нефтеперерабатывающих заводах Центрального, Северо-Западного и Южного федеральных округов России. Как показала практика, затраты на реконструкцию технологической установки с увеличением её производительности на 20–50% и приведению к требованиям современных норм обычно составляют не более 15–35% затрат на строительство новой установки такой же производительности.
С появлением на рынке нефтегазового оборудования трубных пучков с витыми трубками и проволочных интенсификаторов для теплообменников появилась возможность повысить производительность технологических установок с гораздо меньшими финансовыми затратами. На рис. 2 в качестве примера представлена схема тепловых потоков установки АТ с использованием витых трубных пучков (рис. 3).
1 – группа теплообменных аппаратов для рекуперации теплоты керосина, дизельного топлива, мазута; 2 – отбензинивающая колонна; 3 – печь; 4 – основная ректификационная колонна со стриппингами; 5, 8 – воздушные холодильники-конденсаторы паров бензина на выходе из колонн;6, 9 – водяные холодильники бензина; 7, 10 – рефлюксные емкости; 11, 12, 13 – аппараты финишного охлаждения мазута, керосина, дизельного топлива; 14 – насос «горячей струи»; 15 – трубопровод «горячей струи»
В этой схеме нет ни дополнительных аппаратов 11 доп., 12 доп., 13 доп. (см. рис. 1) финишного охлаждения мазута, керосина и дизельного топлива, ни дополнительных теплообменных аппаратов для рекуперации тепла керосина, дизельного топлива, мазута 1 доп. Достаточно заменить в существующих теплообменниках гладкие трубные пучки витыми. Такая замена позволяет увеличить теплопередачу на 20–40% с минимальными капитальными затратами на техперевооружение технологических установок. При этом снижается гидравлическое сопротивление потокам теплоносителей, а также загрязнение поверхности теплообмена, что в свою очередь увеличивает цикл непрерывной работы аппаратов.
Для повышения производительности теплообменников, где производится рекуперация тепла мазута, целесообразно оснастить трубки проволочными интенсификаторами (рис. 4), что позволит повысить эффективность теплообмена на 20–30%, при этом снижается загрязнение поверхности теплообмена, что в свою очередь увеличивает цикл непрерывной работы аппаратов.
Для увеличения производительности водяных холодильников бензина 6 и 9 (см. рис. 2) также могут использоваться трубные пучки с витыми трубками, что позволит повысить их эффективность на 30–40%. Необходимость установки дополнительных холодильников-конденсаторов бензина 5 доп. и 8 доп. (см. рис. 1) определяется расчётом схемы теплообмена установки.
Обладая большим практическим опытом реконструкции «старых» технологических установок, АО «ИПН» совместно с ООО «СТИМ» предлагают:
- разработать ТЭО или базовый проект реконструкции с целью повышения производительности установки и приведению её к нормам безопасности (при необходимости);
- согласование ТЭО или базового проекта с заказчиком;
- разработать рабочую, а при необходимости проектную документацию;
- сопровождение необходимых экспертиз проектной документации;
- авторский надзор за строительно-монтажными работами;
- внесение изменений в технологический регламент установки.
