Установка ЭЛОУ-АВТ-3,5 является современной комбинированной установкой по первичной переработке нефти. На установке осуществляются обессоливание и обезвоживание нефти и ее дальнейшая переработка с получением: газа сухого, фракции бензина нестабильного, дистиллята топлива реактивного демеркаптанизированного, компонента керосинового, дизельного топлива зимнего, дизельного топлива летнего, легкого вакуумного газойля, тяжелого вакуумного газойля, гудрона.
Мощность установки составляет 3,5 млн т обессоленной нефти в год.
Цель настоящего исследования: разработка цифровизированной методики компьютерного анализа и оптимизации энерготехнологической схемы рекуперативного теплообмена установки ЭЛОУ-АВТ-3,5 для повышения ее энергоэффективности с минимальными капиталовложениями.
Материал и методы исследования
Для разработки методики анализа энерготехнологической схемы был использован метод THE BASYC SELOOP©, являющийся развитием методов ПИНЧ-диагностики, ПИНЧ-анализа и ПИНЧ-проектирования, который показал свою эффективность в исследованиях, проводившихся ранее сотрудниками ООО «РусЭнергоПроект» в химической, нефтехимической и коксохимической отраслях промышленности [1, 2]. Преимущество метода состоит в возможности достижения минимальной дисконтированной стоимости проекта, которая определяется экономическими и термодинамическими законами [3, 4].
Проведен анализ текущих зависимостей годовых расходов ТЭР от состава сырья и объемов переработки продукции для установки ЭЛОУ-АВТ-3,5, приведенных на рисунках 1 и 2.
Рис. 1. Сравнение планового и фактического объемов переработки сырья за год
Рис. 2. Сравнение планового и фактического объемов потребления топлива за год
Рис. 3. Зависимость годового объема переработки сырья от потребления ТЭР
Анализ планового и фактического потребления топлива за год позволяет сделать вывод, что удельные нормы требовали пересмотра для более корректного планирования потребления топлива, поскольку фактическое потребление часто превышает плановое [5, 6].
Проанализировав графики расхода ТЭР за год, можно сделать вывод о том, что плановое потребление ТЭР практически совпадает с фактическим и не требует перерасчета [7, 8]. Также, анализируя графики, можно сделать вывод о том, что фактический объем переработки соответствует плановому и не требует корректировки [9, 10].
Для подтверждения предположений о наличии или отсутствии взаимосвязи между потреблением ТЭР и объемами переработки сырья необходимо дать количественную оценку взаимосвязи между исследуемой величиной и фактором, который влияет на данную величину, которую удобнее определять, используя математический аппарат регрессионного анализа [11, 12]. В его основе лежит анализ регрессионной зависимости попарных значений двух выборок данных, одна из которых (в данном случае) – величина потребления ТЭР, вторая выборка – значения фактора, от которого зависит потребление ТЭР [13].
Объективным фактором, от которого зависит расход ТЭР в установке ЭЛОУ-АВТ-3,5, являются объемы переработки сырья [14].
Применение регрессионного анализа позволит получить соотношение между величиной потребления ТЭР и ее переменной величиной. Наиболее простая и достаточно достоверная модель для данного случая – линейная модель зависимости вида: Y=a∙Х+b, где Y – расход ТЭР; Х – переработка сырья; а – коэффициент зависимости, означающий переменную составляющую потребления ТЭР, зависящую от объема переработки сырья; b – коэффициент зависимости, означающий постоянную составляющую потребления ТЭР, не зависящую от объема переработки сырья.
Для построения зависимости потребления ТЭР от объема переработки сырья на установке ЭЛОУ-АВТ-3,5 были использованы статистические сведения о ежемесячных расходах ТЭР и объемах переработки сырья за год (исключая периоды простоя), предоставленные предприятием.
Зависимость годового объема переработки сырья от потребления газообразного топлива, жидкого топлива, тепловой энергии, электрической энергии, сжатого воздуха представлена на рисунке 3.
Критерии, по которым возможно строить заключение относительно наличия взаимосвязи между расходом ТЭР и переработкой сырья, следующие:
− значение коэффициента детерминации должно быть R2≥R2крит, где R2крит = 0,332 (для числа опытов n=12);
− значение коэффициентов а и b в уравнении Y=а∙Х+b должно быть положительным.
Аналитическое выражение зависимости расхода ТЭР от переработки сырья на установке ЭЛОУ-АВТ-3,5 в год представлено следующими уравнениями: Y=17,989X+250292; Y=-5,951X+311720; Y=27,308X+171060; Y=0,115X-35150; Y=-0,0856X +321618.
Рис. 4. Сравнение материальных затрат на ТЭР
Результаты исследования и их обсуждение
Таким образом, исходя из результатов выполненного регрессионного анализа, можно сделать следующие принципиальные выводы:
− взаимосвязь между расходами ТЭР и объемом переработки сырья для установки ЭЛОУ-АВТ-3,5 очень слабая, о чем свидетельствует низкое значение коэффициента детерминации R2 (ниже R2крит = 0,332 (для числа опытов n=12);
− взаимосвязь между объемом переработки и объемами потребления газообразного топлива, жидкого топлива, теплоэнергии и сжатого воздуха очень слабая (R2<R2крит);
− взаимосвязь между потреблением электроэнергии и объемом переработки сырья для установки ЭЛОУ-АВТ-3,5 в отчетном году ярко выражена, о чем свидетельствует высокое значение коэффициента детерминации R2;
− различие между зависимостями потребления ТЭР в разных годах должно быть изучено дополнительно, для этого подобный анализ статистических данных должен быть проведен по итогам последующих годов. Это позволит улучшить планирование расходных норм ТЭР при составлении плана производства.
Проанализировав график на рисунке 4, можно сделать вывод о том, что больше всего затрат приходится на тепловую энергию и меньше всего – на газообразное топливо. Дорогостоящая электрическая энергия составляет 27%.
Заключение
Результаты представленных исследований позволили осуществить следующие основные научно-практические мероприятия, направленные на повышение энергоэффективности рассматриваемой установки:
• разработку и технико-экономическое обоснование мероприятий по повышению энергетической эффективности систем энергообеспечения установки;
• определение теплофизических свойств технологических потоков по установкам, участвующим в рекуперации тепловой энергии;
• разработку и технико-экономическое обоснование мероприятий по оптимизации системы теплообмена технологических потоков;
• составление материальных балансов ректификационных колонн;
• оптимизацию схемы рекуперативного теплообмена установки с использованием метода «ПИНЧ-анализа»: определение энергосберегающего потенциала и целевых экономических значений проекта реконструкции системы рекуперативного теплообмена, разработка энергоэффективной технологической схемы проекта реконструкции системы рекуперативного теплообмена, анализ технико-экономических показателей предлагаемого проекта реконструкции системы рекуперативного теплообмена установки; подготовку отчетных документов по результатам выполнения энерготехнологического обследования.
Разработка технико-экономического предложения по интеграции тепловых потоков ЭЛОУ-АВТ-3,5. При разработке предложений по модернизации было учтено максимальное использование существующего теплообменного оборудования, включая печи, а специалисты предприятия были обучены методам проведения «ПИНЧ-анализа».
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-61-00096, https://rscf.ru/project/22-61-00096/.