Авторизация
Логин:
Пароль:
Регистрация
Восстановление пароля
   



Новые книги

Сланцевая Америка. Энергетическая политика США и освоение нетрадиционных нефтегазовых ресурсов
В книге описаны и проанализированы перемены, происходящие в энергетике США в результате того, что получило название «сланцевой революции», дана оценка их воздействия на глобальные рынки.

Автор:  Николай Иванов

другие книги




Укрощение энергозатрат с помощью инновационных методик: от проектирования до эксплуатации

12.03.2015

Автор: Рон Бек, Технический Директор AspenTech

Контроль и регулирование энергопотребления - существенно важный фактор обеспечения стабильности и прибыльности любого производственного процесса. Для большинства технологических процессов в нефтеперерабатывающей и химической отраслях энергопотребление занимает второе место в структуре затрат, сразу же за исходным сырьем. НПЗ и нефтехимические предприятия, вкладывающие средства в повышение энергоэффективности, получают конкурентное преимущество в виде более высокой рентабельности, большей гибкости производства и снижения объемов выбросов парниковых газов. Повышение эффективности энергопотребления следует рассматривать как возможность улучшения коммерческих показателей работы предприятия, которая должна быть реализована во всех аспектах его деятельности. Существующие внешние и внутренние факторы делают оптимизацию энергопотребления непростой задачей на любом производстве. Источники энергоресурсов и их стоимость постоянно изменяются. Изменения в составе исходного сырья вынуждают корректировать производственные стратегии.  Определенные ограничения накладывают и контракты на продажу. Требования природоохранных нормативов и действующая налоговая база также способны привести к изменению производственной стратегии, на фоне увеличивающегося с каждым годом износа оборудования, состояние которого напрямую влияет на производственную эффективность (например, износ и загрязнение теплообменников).

Каким же образом НПЗ и нефтехимические компании заботятся о поддержании своей энергоэффективности в условиях многокомпонентности и неустойчивости бизнеса?   

Борьба с неэффективным энергопотреблением ведется как в области потребностей производства, так и поставок. Что касается потребностей производства, существуют различные стратегии по ограничению энергетических потребностей. По сути, одной из существующих здесь возможностей является более эффективное использование всех источников нагрева и охлаждения. Это называется "тепловой интеграцией", которая закладывается еще на стадии проектирования, но также может оптимизироваться на любом действующем отраслевом производстве. Энергетическая потребность может быть снижена за счет более эффективной эксплуатации и технического обслуживания технологического оборудования. В процессе эксплуатации теплообменников могут возникать самые разные проблемы, от загрязнения поверхностей теплообмена, до вибрации и нарушений в гидравлической системе. Стратегии реализации технологического процесса (регулирование рабочей температуры, настройка тарелки колонны и регулирование потока) могут в значительной степени влиять на энергопотребление. Уменьшение изменчивости технологического процесса за счет оптимизации и управления в режиме реального времени может обеспечить значительное повышение эффективности. Что касается области поставок, активное управление имеющимися источниками энергоносителей в зависимости от изменения цен на них обычно позволяет добиться огромной экономии средств.    

  • Таким образом, имеются четыре стратегические возможности для экономии энергии: 
  • Улучшение разработки и проектирования новых мощностей
  • Капитальные инвестиции в модернизацию технологических процессов для повышения энергоэффективности
  • Совершенствование методик эксплуатации и технического обслуживания
  • Эффективное управление энергоснабжением для минимизации энергопотребления и соответствующих затрат

Лишь сочетая все эти четыре элемента отраслевые игроки могут принять эффективные меры по повышению энергоэффективности и снижению вредных выбросов.

Роль этапа проектирования в повышении энергоэффективности

Перед инженерным проектированием технологических процессов встает ряд задач, включая обеспечение проектных параметров по объемам и качеству выпускаемой продукции, возможность быстрой адаптации к изменениям в исходном сырье и выпускаемой продукции, соответствие требованиям нормативов промышленной безопасности и природоохранного регулирования, достижение стабильной работы предприятия и минимизации капительных затрат. Перемещение энергоэффективности в конец списка приоритетных задач будет оказывать негативное влияние на производственные показатели предприятия.

Время - лучший судья, определяющий качество проектных решений по энергоэффективности. Большинство текущих проектов, как крупных, так и небольших, находится в жестких рамках графиков реализации. В проект закладываются, как правило, уже подтвердившие свою эффективность или самые простые (с функциональной точки зрения) технологические процессы. Включение на этой ранней стадии разработки проекта анализа тепловой интеграции (так называемого пинч-анализа) способно обеспечить важные преимущества в течение всего срока эксплуатации. Энергоэффективные процессы позволяют снизить не только эксплуатационные, но и капитальные затраты, за счет уменьшения требуемых энергетических параметров. Это также позволит экономить на теплогенерации и охлаждении.

 Способы оптимизации энергопотребления на этапе проектирования включают:


  • Применение ПО для интуитивного анализа  (пинч-анализ) и оптимизации тепловой интеграции, в рамках моделирования технологических процессов, что позволяет разработчику концептуального проекта оперативно анализировать, выявлять и отбирать лучшие проектные решения с точки зрения энергоэффективности
  • Детальное моделирование теплообменников при комплексном анализе технологического процесса, что дает возможность разработчику концептуального проекта вырабатывать компромиссные решения между размерами теплообменника, его эффективностью и эксплуатационной надежностью, добиваясь оптимального соотношения между уровнями капитальных и эксплуатационных затрат
  • Оптимизация интеграции блоков теплогенерации и охлаждения с ключевыми технологическими установками, такими, как сепарационные колонны, с использованием методов оптимизации, встроенных в самое передовое ПО для моделирования технологических процессов - Aspen Plus и Aspen HYSYS

 

Рациональное энергопотребление важно не только для технологических процессов на крупных нефтехимических заводах и предприятиях по производству удобрений, но также и для новых предприятий, работающих по биоконверсии, стремящихся к коммерческой рентабельности. Компания Liquid Light (1) недавно начала свой бизнес и предлагает на рынке патентованные технологии получения хим. веществ из биологического сырья, а Pan Pacific (2) разработала концепцию технологии получения различных биотоплив из водорослевой массы. Обе компании применяли подход, при котором вопросам энергоэффективности уделялось большое внимание еще на стадии предварительного проектирования, чтобы улучшить экономические показатели разработанных ими инновационных технологических процессов. Компания Braskem разработала передовую энергоэффективную технологию для синтеза изопропилового спирта из сахарного тростника, также с помощью вышеуказанного подхода. 30% экономия энергопотребления достигается за счет использования на ранней стадии проектирования технологического процесса, как специального технологического ноу-хау, так и программных инструментов Aspen Plus, обеспечивающих анализ и оптимизацию энергопотребления.[8]

 

Модернизация существующих мощностей

Имеются различные возможности для оптимизации энергопотребления на уже функционирующих мощностях, и многие из этих возможностей позволяют также увеличить объемы производимых продуктов. Программные инструменты, используемые при разработке первоначального технического проекта, также могут с успехом применяться инженерами, перед которыми стоит задача модернизации производства и повышение его энергоэффективности. Имеющиеся ключевые возможности включают реконфигурацию теплообменников, их замену и добавление новых теплообменных установок, внедрение стратегии активного техобслуживания и профилактического ремонта для снижения уровня загрязнения рабочих поверхностей теплообменников, изменения технологических параметров, а также изменение компоновок оборудования для повышения эффективности. 

Комплексный анализ энергопотребления находящегося в эксплуатации технологического объекта способен выявить десятки конкретных возможностей для совершенствования; при этом, некоторые из этих возможностей требуют значительных капитальных затрат, в то время как другие позволяют добиться существенного снижения энергопотребления и увеличить объемы выпускаемой продукции. В недавно опубликованном примере LG Chem продемонстрировала, что ей удалось добиться как снижения энергозатрат, так и 10% роста объемов выпускаемой продукции за счет интеграции колонн и оптимизации последовательности технологического процесса.   

Стратегии эксплуатации и технического обслуживания

Существует набор эксплуатационных методик и стратегий, позволяющих, при совместном использовании, повысить энергоэффективность заводского производства. Вот некоторые из этих методик и стратегий: 

  •  Визуальная доступность ключевых показателей эффективности энергопотребления

Информационная панель, на которой представлены ключевые показатели эффективности работы завода является начальной точкой отсчета для повышения эффективности производства. Когда все операторы, ремонтный и обслуживающий персонал, плановики и руководители понимают, каким образом их действия влияют на энергопотребление и затраты предприятия, они осознают долю своей индивидуальной ответственности в борьбе за энергоэффективность.

  • Техобслуживание теплообменников

Загрязнение теплообменников отрицательно влияет как на энергоэффективность, так и на объем производимого продукта. Откорректированные модели технологического процесса и работы теплообменников могут использоваться в сочетании с получаемыми в реальном времени производственными параметрами для прогнозирования темпов загрязнения теплообменников и оптимизации графика техобслуживания, позволяющей снизить к-во аварийных отключений, уменьшить энергопотребление и повысить объем выпуска продукции. Такие компании, как ENIOS(4) и Dow Chemical,(5) зафиксировали значительное увеличение доходов, благодаря применению таких стратегий.

  • Эффективность производства с точки зрения планирования и регулирования энергопотребления

Установив связь между производством и графиком энергопотребления можно обеспечить стабильное энергоснабжение предприятия, уменьшить необходимость сжигания излишков топливного газа и снизить объемы выпускаемых в атмосферу излишков пара, а также добиться более эффективного прогнозирования возможных проблем. Чрезвычайно важными являются эффективное планирование, оптимизация суточных графиков и быстрое реагирование на изменения параметров производственного процесса. Aspen PIMS, Petroleum Scheduler и Aspen Utilities Planner представляют собой набор программных инструментов, обеспечивающих комплексную возможность синхронизации планирования производственных процессов, диспетчеризации и энергоснабжения для успешного выполнения вышеуказанных сложных задач. Управление поставками в процессе производственного планирования, затраты на энергоснабжение и снижение выбросов вредных веществ в атмосферу становятся неотъемлемой частью планирования. Производственный эффект может быть достигнут за счет планирования внешнего и внутреннего энергопотребления (например, энергоснабжения технологического оборудования и производственных мощностей, оптимизация графика поставки сырья, закупка энергоснабжения у сторонних организаций или использование собственных источников). Инновационные инструменты планирования, включая Aspen PIMS, могут помочь в оценке компромиссных решений для возможности снижения энергозатрат, обеспечения оптимального технологического процесса и снижения вредных выбросов. Программный комплекс Aspen Utilities Planner обеспечивает возможность планирования оптимальной конфигурации систем энергоснабжения и выдачи рекомендации производственному персоналу в режиме реального времени относительно возможных мер по повышению энергоэффективности и улучшению экономических показателей производства. Компания Rompetro сумела добиться существенных преимуществ и значительно повысить производственные показатели на своем НПЗ благодаря использованию вышеуказанных инструментов, позволивших ей синхронизировать планирование производственных процессов с энергоснабжением [6].  

  • Сочетание оптимизации в режиме реального времени с современными методами технологического контроля

Современные методы технологического контроля (СМТК) позволяют уменьшить вариативность и добиться устойчивой работы НПЗ или нефтехимического предприятия в режиме, близком к его максимальной проектной мощности. Это, в свою очередь, способствует снижению общих затрат на энергообеспечение технологических процессов и уменьшению вредных выбросов до установленных природоохранным законодательством разрешенных уровней. ПО Aspen DMC3 представляет собой новое поколение программного комплекса технологического контроля с еще более интуитивно понятным интерфейсом и удобным в работе. Оптимизация в режиме реального времени может сочетаться с современными методами технологического контроля, что обеспечит дополнительное уменьшение энергопотребления. Непрерывное аналитическое моделирование технологических процессов с использованием получаемых производственных данных позволяет проводить постоянную корректировку производственных стратегий на основе фактических показателей работы предприятия. Производитель удобрений, компания Profertil, является примером организации, которая в результате использования этой стратегии добилась ежегодного экономического эффекта, измеряемого миллионами долларов(7).

Обеспечивая повышение эффективности

Приоритет, отдаваемый компаниями контролю энергопотребления, меняется в зависимости от изменения цен на энергоносители и их нестабильности. Такой подход является весьма недальновидным. В более долгосрочном плане, инвестиции в оптимизацию энергопотребления окупятся в течение всего периода работы предприятия. Добившись проектных показателей по выпуску продукции с меньшими энергозатратами, компании обеспечивают оптимизацию технологических процессов и внедрение инновационных технологий для повышения эффективности производства. Еще одним преимуществом, которое обеспечивает повышение энергоэффективности, является увеличение объемов и качества выпускаемой продукции. Кроме того, повышается стабильность работы предприятия. Являясь крупнейшими энергопотребителями, НПЗ будут оставаться под пристальным вниманием со стороны надзорных органов и общественности в части вредных выбросов.

Для многих предприятий благоприятный эффект снижения энергопотребления на рост прибыли является вполне очевидным. Задача заключается в четком определении возможностей для совершенствования и их влияние на капительные и эксплуатационные затраты. Инновационное ПО для моделирования технологических процессов, анализа, планирования, диспетчеризации, оптимизации и контроля позволяет повысить энергоэффективность работы предприятия, совершенствуя все производственные аспекты. Экономия капитальных затрат может быть достигнута за счет внедрения более энергоэффективных производственных мероприятий, ведущих к повышению объемов выпускаемой продукции и снижению вредных выбросов. 

Применение инновационных методик позволяет компаниям оптимизировать выбор источников энергоснабжения, а также уровень энергопотребления и затраты на него. Эксплуатация существующих мощностей с минимальными затратами и максимальной надежностью является оптимальным производственным планом в условиях постоянно меняющихся природоохранных, организационных и технологических ограничений. Руководящее звено имеет возможность использования наиболее эффективных методик для принятия хорошо взвешенных, подкрепленных расчетами надежных решений, обеспечивая соответствие существующим природоохранным нормативам и добиваясь роста производственных показателей. Благодаря учету возможностей всех систем энергоснабжения инновационные программные инструменты для оптимизации энергопотребления, применяемые как на стадии проектирования, так и в процессе эксплуатации, обеспечивают предприятию отличное решение для укрощения энергозатрат, и способствуют значительному повышению рентабельности.   

Литература:

(1) Zhu, Yizu (2013); Liquid Light, презентация на конференции OPTIMIZE 2013, Бостон, MA, май 2013 г.

(2) Dunlop, Dr. Eric (2012); Pan Pacific, онлайновая презентация на публичном вэбинаре AspenTech, октябрь 2012.

(3) Yoo, Sungchi (2013); LG Chem, презентация на форуме Технологии и инновации Aspen в Сеуле и Токио, декабрь 2013.

(4) Pes и Peyrigain (2006); INEOS, совещание пользователей Aspen EDR, Кельн, Германия, дек. 2006

(5) Kolesar, Dave (2010); Dow Chemical, Конференция Aspen Global Conference, Хьюстон, май 2010

(6) Iulian Lemnaru, etc , Rompetrol; Конференция пользователей Aspen PIMS™ & Aspen Orion™/MBO, 2005

(7) Raspanti, C, (2010) Profertil, Конференция AspenTech Global Conference, 2010

(8) Вэбинар с Braskem: Программный комплекс Activated Energy Analysis гарантирует оптимальное решение для повышения энергоэффективности". 5 ноября 2014 г.







Вернуться в раздел

 




Избранное
"Будучи президентом компании «Росшельф», я настоял на том, что разрабатывать Штокмановское газоконденсатное месторождение должны мы, а не западные компании. Пусть это вначале обошлось дороже, но мы создали тысячи рабочих мест. Подняли и «Севмаш», в цехе которого мог бы поместиться храм Христа Спасителя".

Евгений Велихов, академик, о разработке Штокмановского месторождения (проект "Газпрома", Total и Statoil был заморожен в 2012 г., так и не начавшись).


Архив избранного









Диверсификация по-якутски: президент Якутии Егор Борисов о перспективах нефтегазовой отрасли в республике

Владимир Фейгин: глобальные сдвиги: как успеть за меняющимся газовым рынком

Всеволод Черепанов:
«Газпром» не теряет
надежды на крупные открытия