Экономия по модели

Экономия по модели

Повышение энергоэффективности с помощью компьютерного моделирования технологических процессов

Фото: Николай Кривич, Иван Куринной

ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ НПЗ

1. Модернизация технологического оборудования
2. Оптимизация производственного процесса
3. Мотивация сотрудников к экономии энергоресурсов
4. Использование возобновляемых источников энергии
5. Снижение теплопотерь
6. Внедрение энергоэффективных технологий
7. Внедрение учета потребления энергетических ресурсов

ПОТЕНЦИАЛ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ НА ПРЕДПРИЯТИИ (ПО ДАННЫМ МЕЖДУНАРОДНОЙ ФИНАНСОВОЙ ОРГАНИЗАЦИИ)

ДИНАМИКА СНИЖЕНИЯ ИНДЕКСА ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ НА ОН ПЗ С 2010 ПО 2014 ГОД

Развитие систем компьютерного моделирования технологических процессов сегодня один из основных трендов российской нефтепереработки. Еще одна важная область использования автоматизированных оптимизационных инструментов — повышение энергоэффективности предприятий

Текст: Александр Демин, Владислав Маленьких, Вячеслав Фролов

Энергетика — главная статья затрат в нефтепереработке. Соответственно, повышение энергоэффективности — одна из самых актуальных задач для всех НПЗ, как зарубежных, так и отечественных. Согласно исследованиям, проведенным на российских нефтеперерабатывающих предприятиях, потенциал энергосбережения составляет в среднем 10%. Оценка Международной финансовой корпорации* открывает еще большие перспективы — 20%.

Российские НПЗ к реализации проектов повышения энергоэффективности подталкивают не только внутренние задачи развития бизнеса, но и внешние факторы. Первый — возможность запрета или ограничения производства товаров с низкой энергоэффективностью по Федеральному закону № 261 «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности».

Второй — постоянный рост тарифов на энергоносители, обусловленный монополией на их предоставление. И третий — конкуренция на рынке сбыта, требующая снижения себестоимости продукции без потери ее качества.

Путей повышения энергоэффективности множество, от модернизации технологического оборудования до внедрения программ мотивации к экономии энергоресурсов. Значительного снижения энергоемкости оборудования и энергопотребления в целом можно добиться и с помощью применения специальных программных продуктов. Эту возможность активно используют на Омском НПЗ, где метод компьютерного моделирования технологических процессов уже принес миллионы сэкономленных рублей.

Ступени развития

Новейшая история борьбы за энергоэффективность на Омском НПЗ началась в кризисном 2008 году, когда на предприятии была сформирована программа тотальной оптимизации производства (ТОП). Однако проект был свернут в первую очередь из-за отсутствия инструментов оперативного выявления и качественной оценки затратности и эффективности мероприятий, включенных в программу.

В 2010 году процесс повышения энергоэффективности был структурирован за счет создания управления повышения производственной эффективности, включающего группы по энергоэффективности, по «расшивке узких мест», по снижению потерь, по эксплуатационной готовности и методологической поддержке. А с 2011 года под организационные изменения подложили цифровую платформу — началось использование компьютерного моделирования в среде Aspen HYSYS, а также применение методов пинч-анализа с помощью программы Super Target, позволяющей находить эффективные решения оптимизации тепловых потоков установок. Объективным индикатором эффективности корректировок стали международные исследования компании Solomon Associates, показывающие изменение индекса энергоемкости (EII).

От простого к сложному — этим основополагающим принципом руководствовались на ОНПЗ и при внедрении новых программных продуктов. Сначала выполнялись достаточно несложные расчеты для теплообменного оборудования. Например, с помощью моделирования удалось сократить потребление пара на регенерацию МЭА (моноэтаноламина) на установках гидроочистки дизельного топлива Л-24/6 и Л-24/7 — за счет использования тепла отходящего потока дизельного топлива. Использование результатов моделирования позволило сэкономить до 50% пара. А использование динамических моделей для насосов позволяет не только выполнить гидравлические расчеты и подобрать необходимую мощность привода для перекачки продукции, но и определить бескавитационные** пределы работы оборудования, что крайне важно при перекачке жидкости с высокой температурой.

Следующим этапом стало строительство моделей целых технологических установок, что позволило просчитывать все возможные последствия любых изменений. Ярким примером такого подхода стало моделирование установки изомеризации легких бензиновых фракций «Изомалк-2» — первой подобной установки в России, построенной на Омском НПЗ в 2010 году. Никакой статистики, учитывая уникальность проекта, по «Изомалку » не было, проектные нормы потребления энергоресурсов оказались сильно заниженными, в связи с чем их пришлось менять несколько раз. В итоге нормы потребления пара, топлива и электроэнергии удалось определить с достаточной для планирования точностью именно при помощи компьютерной модели. Более того, та же модель позволила определить необходимое количество орошения для получения качественных продуктов процесса изомеризации, что важно именно с точки зрения энергоэффективности: избыточное орошение в колонне влечет повышение потребления топлива для нагрева куба колонны и электроэнергии для охлаждения верхнего продукта перед конденсатором. Изменение режима орошения колонны в соответствие с рекомендациями, полученными при моделировании, позволило сократить на 5% потребление энергоресурсов при качестве продукта, соответствующем нормативным требованиям.

Применение пинч-технологии при анализе систем теплообмена дало дополнительный импульс развитию процесса моделирования в рамках программы повышения энергоэффективности. При моделировании установок первичной переработки ЭЛОУ-8 и АВТ-8 пинч-анализ выявил возможность использования тепла отходящих потоков от АВТ-8 на установке ЭЛОУ-8 и, соответственно, отказа от привлечения внешних энергоносителей. Схема была реализована в 2014 году, что дало 100%‑ную экономию пара на ЭЛОУ-8.

Проектное моделирование

Оптимизацией работы действующих установок сфера применения моделей не ограничивается. Моделирование и пинч-анализ позволяют принимать обоснованные решения и при проектировании новых объектов, и при планировании реконструкций. Например, из нескольких вариантов реконструкции установки производства битумов 19/3 с помощью пинч-анализа был выбран вариант с оптимальным соотношением уровня энергопотребления и капитальных затрат на реализацию проекта.

Поиск оптимального значения минимальной разности температур — движущей силы процесса теплопередачи для сети теплообменников — одна из важнейших задач, которую решают программные продукты AspenTech. Определение этих параметров позволяет рассчитать и количество экономящихся энергоресурсов, и преобразования сети теплообмена, необходимые для получения этой экономии. Еще одна возможность, которую предоставляет моделирование в среде AspenTech, — быстрая экономическая оценка затрат при различных вариантах реконструкции установок. Существующая база Economic Analyzer позволяет оценить стоимость не только основного оборудования, включенного в модель, но и монтажных работ, фундаментов, площадок обслуживания, приборов КИП — словом, полный спектр строительно-монтажных работ.

Главная и, что самое главное, объективная оценка работы по повышению энергоэффективности, которая проводится на ОНПЗ, — динамика индекса энергоемкости. С 2008 года этот показатель снизился на омском заводе «Газпром нефти» со 141 до 117 единиц. В этом результате заложено и внедрение автоматизированных оптимизационных инструментов.

Проведение пинч-анализа установок на всех этапах проектирования дает четкую оценку минимума энергопотребления и отклонений от этих параметров. Кроме того, этот инструмент позволяет вести поиск возможных изменений тепловой системы, необходимых для достижения целевых значений энергопотребления. Экономическая оценка капитальных затрат при различных вариантах реконструкции или строительства новых объектов и выбор наиболее выгодного — также область применения пинч-анализа.

Пути развития направления на Омском НПЗ — построение модели всего завода и отдельных его установок, а также построение связей с платформой оптимизационного планирования Aspen PIMS в рамках программы организации процесса календарного планирования и развитие оперативного планирования.

Глоссарий

HYSYS — система точного моделирования технологических процессов. Позволяет моделировать технологический процесс (полностью или частично) для его усовершенствования и получения достоверных предсказаний параметров.

Пинч-анализ — методология минимизации потребления энергии химическими процессами путем расчета термодинамически осуществимой целевой энергии и ее достижение за счет оптимизации тепла рекуперации системы, методов подвода энергии и условий эксплуатации.

EII (Energy Intensity Index) — индекс энергоэффективности, разработанный компанией Solomon Associates для оценки энергоэффективности НПЗ и объектов НПЗ. База данных Solomon охватывает более 350 нефтезаводов по всему миру и позволяет оценить энергоэффективность установки в рамках конкретного типа технологического процесса.

* International Finance Corporation, IFC — международный финансовый институт, входящий в структуру Всемирного банка

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ