Материал: Диссертация Маленьких В.С(ПРО МОЛЬНОЕ СООТНОШЕНИЕ)

«Особенностью переработки углеводородного сырья является то, что все технологические процессы несовершенны. Например, тепловая энергия используется лишь на 30–35 %, а остальная часть (с низкопотенциальной тепловой энергией) не подлежит рекуперации» [38].

Анализ разработок, выполненных учеными и практическими специа-

листами нефтеперерабатывающей отрасли, позволил определить приоритет-

ные энергосберегающие мероприятия, направленные на повышение энер-

гоэффективности.

1.1.2. Увеличение эффективности теплообменных процессов и сжигания топлива в нагревательных печах

Известно, что все основные процессы на нефтеперерабатывающих за-

водах требуют нагрева и частичного испарения углеводородов в технологи-

ческих печах. Эффективность работы печей зависит от их КПД, который определяется отношением тепла, содержащегося в топливном газе, к теплу,

переданному нагреваемому сырью.

КПД печей установки изомеризации составляет от 78 до 83 %, что гово-

рит о возможности его увеличения до 90–93 % при изменении конструкции.

Одним из наиболее интересных направлений повышения эффективности процессов теплопередачи в нагревательных печах является нанесение на по-

верхность змеевиков высокопоглащающих покрытий. Повышение степени чер-

ноты футеровки змеевиков позволяет увеличивать степень эффективности теп-

лообмена, повышать КПД печи и экономить топливо.

С помощью комбинирования нанесения теплоотражательных и тепло-

поглощательных покрытий на различных участках печей можно повысить эффективность до 14 % [62; 65; 69].

1.1.3. Применение современных теплообменных аппаратов

Для того, чтобы повторно использовать тепло потоков уходящих газов и нагретых нефтепродуктов традиционно используются кожухотрубные теп-

11

лообменники. В последние годы большой популярностью пользуются пла-

стинчатые аппараты (Пакинокс) и вертикальные теплообменники с витыми трубками (Техасская башня и др.). Например, внедрение одного теплообмен-

ника «Техасская башня» вместо нескольких кожухотрубных на установке каталитического риформинга позволил сэкономить 3,2 млн кВт*ч электро-

энергии на охлаждение и 3600 тонн условного топлива (т.у.т./год) для нагре-

ва газо-сырьевой смеси [14; 15].

Теплообменники с витыми трубками легче осматривать и чистить.

Отсутствие перегородок в кожухе позволяет их использование с очень агрес-

сивными средами, давлениями и температурами. Применение в аппаратах витых трубок позволяет турбулизировать оба потока, обеспечив этим самым коэффициент теплопередачи в 3–4 раза больший, чем в стандартных кожухо-

трубных теплообменниках. Из-за турбулизации обоих потоков и отсутствия перегородок в кожухе, образование отложений и загрязнений исключается практически полностью. Минимальная разница температур между входящим и выходящим потоками может достигать 5–7 °С [16; 18; 20; 21; 23].

1.1.4. Совершенствование системы рекуперации в процессах переработки нефти

«Одним из важных направлений снижения энергозатрат во вторичной переработке является оптимизация системы теплообмена» [38].

Задача поиска оптимальных систем теплопередачи была впервые сформулирована в математической форме в 1965 г. Критериями оптимиза-

ции были предложены приведенные годовые затраты, которые состояли из капитальных затрат на нагревательное, холодильное и теплообменное обо-

рудование, а также эксплуатационных затрат на использование тепло- и хла-

дагенты (оборотная вода, пар, реагенты и т. д.) [6].

Основной проблемой для всех методов оптимизации является во-

влечение в процесс поиска оптимальной системы теплообмена непрерыв-

ных параметров. В качестве них могут быть использованы минимально до-

12

пустимая разность температур, температуры промежуточных потоков, кон-

структивные параметры теплообменников, особенно те, которые могут влиять на коэффициент теплопередачи. В этом случае появляется необхо-

димость в построении двухуровневого метода оптимизации, заключающе-

гося в ранжировании критериев. «На верхнем уровне комбинаторно-

эвристическими методами определяется структура системы теплообмена.

Данные методы являются наиболее эффективными для структурной цело-

численной оптимизации» [38]. На нижнем уровне, методами нелинейного программирования, происходит оптимизация по непрерывным параметрам,

которые являются наиболее адекватными для решения таких задач [12].

Опыт в решении практических задач поиска оптимальных систем теплопередачи показал, что годовые затраты на энергоносители являются наиболее чувствительными к минимальной разности температур на концах теплообменника (ΔTmin ). С ростом ΔTmin уменьшается площадь поверхности теплообмена, и соответственно снижаются капитальные затраты на обору-

дование. Что же касается эксплуатационных затрат, то они наоборот растут с увеличением ΔTmin , т.к. снижается теплота рекуперации и увеличивается нагрузка на внешние утилиты [75].

Для некоторых задач при больших ΔTmin капитальные затраты могут возрастать из-за роста затрат на нагреватели и холодильники [4].

При углубленном анализе задач поиска оптимальных систем теплопе-

редачи, рекуперация тепла при нынешних ценах на теплообменное оборудо-

вание и энергоресурсы гораздо выгоднее нагревания и/или охлаждения с по-

мощью внешних утилит (пар, оборотная вода). Это говорит о том, что приве-

денные годовые затраты имеют свой минимум при оптимальном ΔTmin. [7].

Поскольку это всего лишь один критерий оптимизации, то задача не представляет собой высокой сложности, и для ее решения может быть ис-

пользован один из методов одномерного поиска минимума. [70].

При применении многомерной оптимизации, считая ΔTmin разными для различных видов теплообменников, можно получить дополнительное

13

преимущество в годовом экономическом эффекте. Однако здесь необходимо понимать, что нагрузка на рабочий персонал значительно возрастает в связи с тем, что придется вести поиск решения задач в многомерном пространстве,

объем которого равен числу теплообменного оборудования [76;78].

1.1.5. Применение устройств плавного пуска на приводах технологического и вспомогательного оборудования

Устройство плавного пуска коллекторного двигателя применяется для запуска, постепенного разгона и останова однофазного коллекторного двига-

теля с целью повышения долговечности его работы. Во время обычной рабо-

ты электродвигателя наблюдается резкий старт при запуске и мгновенная остановка при размыкании цепи. Такой режим работы способствует скорому износу двигателя из-за большого значения пускового тока при включении и мгновенного разгона тяжелого ротора. Устройство плавного пуска коллек-

торного двигателя сглаживает импульсы при включении и выключении при-

бора.

Преимущества устройств плавного пуска (УПП):

длительный срок службы;

низкий уровень шума;

низкое энергопотребление;

надежность и долговечность.

Благодаря использованию УПП удается избежать пиковых нагрузок на потребители при включении в сеть. Такие устройства позволяют суще-

ственно продлить срок службы двигателей и иных устройств, а также выпол-

няют функцию электронного предохранителя двигателя, защищая его от по-

следствий перегрузки или заклинивания [22; 29].

1.1.6. Замена рабочих колес АВО с металлическими лопастями на колеса, выполненные из композитных материалов

Для охлаждения и конденсации продуктов переработки на предприя-

тиях используются аппараты воздушного охлаждения (АВО) – конденсаторы

14

воздушного охлаждения. В настоящее время в качестве рабочих колес венти-

ляторов используются колеса с металлическими лопастями.

Предлагается заменить рабочие колеса АВО на колеса из композит-

ных материалов, типа ГАЦ. Эффективность таких колес обусловлена следу-

ющими факторами:

меньший вес колеса, по сравнению с металлическими колесами,

что значительно сокращает (не менее чем на 20 %) электропотребление при-

вода вентилятора, а также снижает нагрузку на подшипники;

более совершенный аэродинамический облик, обеспечивающий увеличение объемов прокачиваемого воздуха через АВО, тем самым повышая эффективность охлаждения газа при том же уровне потребления энергии;

колеса хорошо работают при низких температурах, высокой влажности и резких перепадах температур (не обледеневают), выдерживают большие ударные нагрузки;

удобство в обслуживании.

Данная экономия подтверждается рядом испытаний, проведенных в ходе такой модернизации [34]. На рисунке 1 приведены технические харак-

теристики колес ГАТЦ-50-6М2.

Рисунок 1 – Технические характеристики колес ГАЦ-50-6М2

Вкачестве подтверждения возможностей композитных вентиляторов

вплане энергосбережения на рисунке 2 приведены результаты сравнитель-

ных испытаний АВО типа АВЗ с колесами Т-50-6 и ГАЦ-50-6М2, на котором

15