Авторы: Г.С. Яицких, C.С. Демченко (АО «ИПН»);

Е.Ю. Пустовалов (ООО «ЕС Инжиниринг»);

Р.А. Лазоренко (АО «Борхиммаш»)  

Опубликовано на портале «Химическая техника», октябрь 2025

Охлаждение товарных продуктов и технологических потоков осуществляется на многих технологических установках переработки нефти и газа, нефте- и газохимии, производства удобрений, установках по сжижению природного газа и т.д. В зависимости от конкретных условий технологического процесса для охлаждения в основном применяют аппараты воздушного охлаждения (АВО), водяные холодильники (ВХ). Для обеспечения ВХ охлаждённой оборотной водой строятся водяные градирни.

Однако водяные градирни – это, как правило, громоздкие дорогостоящие сооружения, потребляющие большие объёмы пресной воды. Альтернативным, более экономичным вариантом охлаждения углеводородов и других продуктов в условиях «полуденного зноя» во многих случаях может быть применение систем адиабатического охлаждения воздуха, поступающего в АВО.

Как правило, в объёме операционных затрат на переработку углеводородного сырья затраты на приобретение энергоносителей достигают до 65%. Как показывает практика, удельный расход энергоносителей на 1 т сырья (топливо, электроэнергия, вода оборотная и сырая) может различаться в 1,2–1,8 раза для аналогичных технологических установок (например, две установки ЭЛОУ-АТ на разных НПЗ производительностью по 3 млн. т в год каждая), спроектированных различными инжиниринговыми организациями в разное время. Этот факт объясняется в первую очередь различиями в технологических схемах установок, включающими и разные схемы теплообмена и финишного охлаждения. Грамотная, рациональная схема утилизации тепловой энергии, разработанная компетентной проектной организацией, позволяет, с одной стороны, минимизировать нагрузку на нагревательную печь, при этом уменьшаются и капиталовложения на строительство печи и затраты на топливо, а, с другой – минимизировать затраты на финишное охлаждение продуктов до нормативных значений. При этом уменьшаются капитальные затраты на холодильники, градирни, а также операционные затраты на электроэнергию, воду, химреагенты и др.

Необходимо отметить, что на действующих технологических установках затраты на охлаждение продуктов могут достигать до 20–40% затрат на нагрев перерабатываемого сырья в зависимости от степени рекуперации тепла и выбранного холодильного оборудования.

Например, на установках ЭЛОУ-АТ и ЭЛОУ-АВТ финишное охлаждение сжиженных углеводородных газов (СУГ), нафты, керосиновых фракций, дизельных фракций, газойлей, мазута и гудрона обычно производят в АВО и ВХ, куда оборотная вода подаётся из водяной градирни. В настоящее время несколько нефтеперерабатывающих заводов, расположенных в Южном федеральном округе России, имеют проблемы с получением охлаждённой оборотной воды:

  • в летние месяцы температура охлаждённой оборотной воды в полуденные часы превышает 40оС вместо нормативных 27оС, что не позволяет охлаждать технологические потоки до регламентных значений;
  • качество воды по содержанию механических примесей и солей оставляет желать лучшего, что приводит к ускорению загрязнения теплопередающей поверхности трубок ВХ, вследствие чего летом не удаётся охладить нефтепродукты до регламентных значений.

Как показывает практика, несмотря на высокие летние дневные температуры воздуха, температура подаваемой на переработку нефти в Краснодарском крае составляет, как правило, на одном НПЗ 22…23оС, на другом – не выше 25оС. Такой «хладагент» имеет неоспоримые преимущества перед оборотной водой:

  • его температура в летний зной априори значительно ниже, чем оборотной воды (22…25оС против 27…40оС);
  • подаваемая на переработку нефть гораздо чище, чем оборотная вода, поэтому трубки холодильников гораздо меньше загрязняются;
  • экономятся большие объёмы зачастую дефицитной и дорогостоящей пресной воды;
  • снижается нагрузка на очистные сооружения и немалые операционные затраты на очистку стоков с градирен.

Кроме того, перерабатываемая нефть получает дополнительное тепло (охлаждая бензин, СУГ и др.) и предварительно нагревается, что на практике ещё на 20–40% дополнительно снижает нагрузку на технологическую печь, а это в свою очередь снижает расход топлива и выбросы вредных дымовых газов, за которые тоже нужно платить.

Описанный способ успешно применяется АО «ИПН» при проектировании технологических установок на НПЗ Юга России, хотя может быть очень эффективен и для другой климатической зоны. Способ является интеллектуальной собственностью АО «ИПН» (патент РФ на изобретение №2581360, срок действия патента до 02.06.2034 г.).

На некоторых предприятиях (процессы глубокой переработки нефти, нефтехимия, газохимия, производство удобрений, производство сжиженного природного газа и т.д.) нет практической возможности использовать сырьё в качестве «хладагента» для финишного охлаждения товарных продуктов или полупродуктов. В этом случае охладить, например, до 40оС выводимые с технологических установок потоки СУГ, лёгкие дистилляты и другие продукты в условиях летнего полуденного зноя, когда температура воздуха в тени 30…35оС, одними АВО в традиционном исполнении – практически невыполнимая задача. Однако вечером, ночью и утром летом температура воздуха не превышает 22…28оС. В «нежаркий период» суток чаще всего обычные АВО смогут охладить указанные технологические потоки до регламентных значений. Также обычно нет проблем с охлаждением осенью, зимой и весной.

В одном из частных примеров работы технологической установки на юге России обычные АВО не могут охладить до регламентных значений продукт в летние месяцы с 12 до 18 ч. Таким образом, необходимо дооснастить АВО техническими устройствами, которые в течение трех летних месяцев обеспечат в особо жаркие часы возможность охлаждения технологических потоков до регламентных значений. При годовом пробеге установки 8760 ч эти устройства будут работать в зависимости от погодных условий ~540 часов в год (90 дней по 6 ч в сутки), что составляет всего около 6% времени работы установки.

Необходимо отметить, что на некоторых предприятиях в летнюю жару, когда АВО не обеспечивают должного охлаждения, иногда временно применяли просто орошение АВО противопожарной или технической водой. Конечно, некий положительный эффект временно достигается, но он недостаточен, при этом противопожарная вода используется неэффективно – большая часть воды просто стекает под аппарат. Такая система орошения характеризуется малой энергетической эффективностью, так как нагрев и частичное испарение воды незначительно повышают мощность АВО (чаще всего на несколько процентов). Это объясняется тем, что на оребрённой поверхности труб нередко образуется водяная плёнка, которая создаёт дополнительное термическое сопротивление. При этом вода может полностью перекрывать доступ охлаждающего воздуха между рёбрами.

В некоторых случаях с целью достижения большего эффекта охлаждения технологического потока подавали очень большие объёмы воды, заливая и несущие металлоконструкции АВО, и бетонное основание, что привело к преждевременному разрушению элементов строительных конструкций.

Как показала практика, просто орошение противопожарной или питьевой водой АВО приводит к отложению солей жёсткости на наружной поверхности оребрения труб, что обусловливает необходимость преждевременной замены трубного пучка.

Эффективность работы АВО в периоды летнего «полуденного зноя» может быть значительно повышена применением систем адиабатического увлажнения воздуха (САУВ). Эти системы давно и успешно применяются на предприятиях Голландии, Иордании, Германии, Казахстана и других стран, а с недавнего времени и на отдельных предприятиях России.

Работа САУВ показана на рис. 1, 2. Деминерализованная вода под давлением 7,0…9,0 МПа подаётся на форсунки, расположенные в нижней части АВО. Микрокапельки воды размером около 15 мкм распыляются в объёме поступающего в АВО воздуха и мгновенно превращаются в пар до оребрённых трубок холодильника. При этом температура всего подаваемого в АВО воздуха с парами воды снижается на 8…10оС и, соответственно, значительно повышается мощность холодильника.

Рис. 1. Схема работы САУВ
Рис. 2. Примеры использования САУВ на технологических установках

Деминерализованная вода для САУВ требуется в ограниченных объёмах – только в часы «летнего полуденного зноя», т. е. ~6 ч в сутки и только в летние месяцы. Чаще всего на предприятии, в частности на НПЗ, имеется блок водоподготовки (деминерализованной воды) для котельной, реагентного хозяйства и т.д. Шестичасовой запас воды для САУВ может храниться и пополняться в течение суток на общезаводском блоке водоподготовки, так что этот вопрос может быть решён без особых затрат. В случае отсутствия на предприятии резерва по деминерализованной воде, САУВ может быть дооборудован компактным блоком водоподготовки.

Преимущества САУВ для АВО:

  1. В период «полуденного летнего зноя» АВО во многих случаях смогут обеспечить регламентные значения температур продуктов на выходе с технологической установки без использования водяной градирни – затратного сооружения как по капиталовложениям, так и по операционным расходам.
  2. Расход воды на процесс охлаждения с использованием САУВ на порядок меньше, чем для водяной градирни, что очень актуально для регионов с дефицитом пресной воды.
  3. Практически исключается отложение солей на оребрённой поверхности труб АВО в процессе эксплуатации.
  4. Уменьшается площадь застройки технологической установки за счёт исключения строительства водяной градирни.

Несмотря на уход из России западных компаний, отечественные проектные организации и поставщики технологического оборудования по многим направлениям обеспечивают потребности НПЗ, ГПЗ и других промышленных предприятий в инжиниринге и оборудовании.

В частности, в настоящее время в России комплектные поставки аппаратов воздушного охлаждения, снабжённых системой адиабатического охлаждения, производит АО «Борхиммаш». Необходимо отметить, что это предприятие также осуществляет диагностику действующего на технологических установках заказчиков теплообменного и холодильного оборудования и поставляет современные технические устройства для интенсификации теплообмена.

ООО «ЕС Инжиниринг» производит и поставляет комплекты адиабатического охлаждения (САУВ) для АВО (в частности, для ПАО «ГАЗПРОМ»), а также системы увлажнения воздуха для систем кондиционирования крупных торговых центров, спортивных объектов, выставочных центров и т.д.

АО «ИПН» при выполнении проектных работ для строительства новых производств, а также реконструкции, техперевооружения действующих технологических установок на стадии разработки основных технических решений (ОТР) разрабатывает оптимальную схему теплообмена, обеспечивающую максимальную степень рекуперации тепла. Одновременно с этим для каждого конкретного случая подбирается оптимальный способ и оборудование финишного охлаждения продуктов производства:

  • применение сырья в качестве «хладагента»;
  • применение АВО с САУВ либо их сочетание с целью достижения максимальных технико-экономических показателей работы производства.
СХОЖИЕ СТАТЬИ