CC BY
38
НАШ САЙТ В ИНТЕРНЕТЕ: WWW.NEFTEGAZOHIMIYA.RU ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПРОДУКТЫ
£
УДК 001.891.573, 66.045.7 https://doi.org/10.24412/2310-8266-2021-3-4-27-29
Разработка мероприятий по повышению экономической эффективности деятельности газоперерабатывающих производств
К.В. Ермишов, А.Ю. Жаров, У.Н. Копычева
ООО «НИОСТ», 634067, г. Томск, Россия
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6700-7552, E-mail: ermishovkv@niost.sibur.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5977-747X, E-mail: zharovayu@niost.sibur.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8854-0367, E-mail: kopychevaun@niost.sibur.ru Резюме: Переработка попутного нефтяного газа является первым этапом в сложной цепочке производства нефтехимических продуктов. В связи с этим повышение экономической эффективности газоперерабатывающих предприятий является одним из ключевых фокусов в компании ПАО «СИБУР Холдинг». В работе рассмотрены основные этапы создания цифрового двойника Южно-Балыкского газоперерабатывающего завода, с помощью которого была проведена расчетная оценка ряда мероприятий по повышению эффективности производства.
Ключевые слова: оптимизация, технологическое моделирование, экономическая эффективность, газопереработка.
Для цитирования: Ермишов К.В., Жаров А.Ю., Копычева У.Н Разработка мероприятий по повышению экономической эффективности деятельности газоперерабатывающих производств // НефтеГазоХимия. 2021. № 3-4. С. 27-29. D0I:10.24412/2310-8266-2021-3-4-27-29
DEVELOPMENT OF METHODS FOR INCREASING THE ECONOMIC EFFICIENCY OF GAS PROCESSING PLANTS Kirill V. Ermishov, Alexey YU. Zharov, Ulyana N. Kopycheva
NIOST LLC,634067, Tomsk, Russia
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6700-7552, E-mail: ermishovkv@niost.sibur.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5977-747X, E-mail: zharovayu@niost.sibur.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8854-0367, E-mail: kopychevaun@niost.sibur.ru
Abstract: The processing of associated petroleum gas is the first stage in the complex chain of production of petrochemical products. In this regard, increasing the economic efficiency of gas processing enterprises is one of the key focuses of SIBUR Holding. The main stages of creation of the digital twin of the South Balyk Gas Processing Plant were considered in this paper. With the help of the digital twin a number of measures for increasing the production plant efficiency were calculated and implemented.
Keywords: optimization, first-principle process simulation, economic efficiency, gas processing.
For citation: Ermishov K.V., Zharov A.YU., Kopycheva U.N. DEVELOPMENT OF METHODS FOR INCREASING THE ECONOMIC EFFICIENCY OF GAS PROCESSING PLANTS. Oil & Gas Chemistry. 2021, no. 3-4, pp. 27-29. DOI:10.24412/2310-8266-2021-3-4-27-29
Введение
В компании ПАО «СИБУР Холдинг» первым звеном в производственной цепочке по изготовлению нефтехимической продукции является этап приема и переработки попутного нефтяного газа.
Технологическая модель газоперерабатывающего предприятия позволяет повысить технологическую эффективность процесса, снизить производственные риски и уве-
личить экономические показатели выпуска продукции. Данная модель позволяет не только обрабатывать большие объемы данных, но и прогнозировать изменения ключевых параметров эффективности при внесении изменений в технологический режим или модернизацию оборудования [1-2].
В ходе работы была создана комплексная цифровая модель Южно-Ба-лыкского газоперерабатывающего завода (ЮБГПЗ) и проработаны идеи по техническому перевооружению предприятия с использованием технологического моделирования.
Описание комплексной цифровой модели ЮБГПЗ
Комплексная цифровая модель ЮБГПЗ позволяет провести системный анализ действующего предприятия, который заключается в представлении процесса как сложной функции, связывающей его физико-химические, технологические и конструктивные параметры [3]. Данная модель построена на данных реального предприятия и включает более 120 позиций технологического оборудования, смоделированного на основании данных технологического режима и паспортных характеристик.
Цифровая модель ЮБГПЗ разработана в программном обеспечении Aspen Plus V.11, для расчета использовался термодинамический пакет - Peng - Robinson, который наиболее точно описывает физико-химические свойства легких предельных углеводородов. Детальный расчет теплообменного оборудования произведен в Aspen EDR V.11 с учетом детальной геометрии оборудования.
ЮБГПЗ предназначен для переработки попутного нефтяного газа (ПНГ) и получения сухого отбензиненного газа (СОГ) и широкой фракции лёгких углеводородов (ШФЛУ), которая является сырьем для нефтехимической продукции. Принципиальная схема ЮБГПЗ представлена на рис. 1.
3-4 • 2021
НефтеГазоХимия 27
-о1
(ИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПРОДУКТЫ
После компримирования ПНГ поступает на блоки УПГ-1 и НКТ-1300, где происходит разделение на СОГ и ШФЛУ. Разделение происходит в ректификационных колоннах, где метан отделяется от целевых компонентов. Процесс реализуется при низких температурах и повышенном давлении, для поддержания требуемой температуры используются холодильные циклы, в качестве хладагента используется пропан [4].
После блоков УПГ-1 и НТК-1300 отбензиненный газ поступает на установку НТКР для снижения содержания целевых компонентов С3+ и дополнительной выработки ШФЛУ. Далее отбензиненный газ направляется в топливную магистраль, а ШФЛУ транспортируется на нефтехимические предприятия.
Принципиальная схема ЮГПЗ: КС - компрессорная станция; УПГ установка подготовки газа; НТА - низкотемпературная абсорбция; НТК - низкотемпературная конденсация; ПХО - пропан-холодильное оборудование; ПХУ - пропан-холодильная установка; ДКС-дожимная компрессорная станция; БО - блок осушки; НТКР - низкотемпературная конденсация и ректификация
—■> ПНГ СОГ ШФЛУ
Идеи, принятые к реализации на основании расчета с использованием моделирования
Целью разработки цифрового двойника промышленного процесса является подбор оптимального технологического режима работы установки, при котором достигается максимальный выход ШФЛУ с учетом динамически изменяющегося состава перерабатываемого сырья. Также моделирование используется для оценки инвестиционных проектов и оцифровки эффекта по дополнительной выработке целевых компонентов [5].
Зависимость извлечения от КПД внутренних устройств
100
95
90
85
80
75
70
........
✓ / ✓ /
^ ^ —
нты С3
компоне -компоне нты С4 нты С5+
30
Замена внутренних контактных устройств в колонне С-1 на установке НТКР
На установке НТКР происходит извлечение остаточных целевых компонентов из СОГ, поэтому производительность данной установки является ключевым фактором при оценке эффективности предприятия в целом. В результате математического моделирования и гидравлического расчета колонны было выявлено, что степень извлечения целевых компонентов на колонне-деэтанизаторе составляет менее 80%.
На рис. 2 представлена зависимость степени извлечения компонентов С3+ из СОГ от коэффициента полезного действия (КПД) контактных устройств.
Замена контактных устройств на более эффективные позволит увеличить степень извлечения целевых компонентов до 93,04%, что приводит к увеличению выработки ШФЛУ на 2,8%.
Вовлечение углеводородного конденсата с сырьевых компрессорных станций в переработку
В процессе компримирования ПНГ выпадает более 2% углеводородного конденсата от общего объема сырья. Конденсат не вовлекается в переработку, хотя при этом содержит ценные углеводороды. С помощью моделирования
40
50
60
70
80
90
100
Эффективность внутренних устройств, %
были оценены потери, а также была выявлена зависимость объема потерь от состава перерабатываемого сырья.
В данном проекте цифровая модель позволила оценить потери, разработать оптимальную схему по вовлечению УВК и подобрать дополнительное оборудование для очистки компрессата от механических примесей и диспергированной влаги. Вовлечение УВК в переработку позволила увеличить выработку ШФЛУ на 1,8%.
Монтаж линии отвода газа активации блока цеолитной осушки установки НТКР в топливную систему 1-й ступени
При выходе установки НТКР на режим после плановых ремонтов, лимитирующим фактором является схема активация цеолитов на блоке осушки. В действующей конфигурации сброс газов активации осуществляется на КС-2, то есть необходимо вывести на режим УПГ-1, а затем - НТКР. В новой обвязке сброс газов активации будет производится в топливную сеть. На рис. 3 приведены схемы активации цеолитов до и после модернизации.
С использованием цифровой модели был подобран режим работы установки после ремонта, также была оценена
Рис. 1
Рис. 2
28 НефтеГазоХимия
3-4 • 2021
НАШ САЙТ В ИНТЕРНЕТЕ: WWW.NEFTEGAZOHIMIYA.RU ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПРОДУКТЫ
*о-
Схема активации цеолитов после плановых ремонтов
Топливная сеть
> до модернизации -> после модернизации
дополнительная выработка ШФЛУ. Изменение схемы активации цеолитов на блоке осушки, позволило сократить длительность выхода установки НТКР на режим на четыре дня.
Утилизация тепла дымовых газов дожимной компрессорной станции № 2
Для повышения эффективности предприятия было предложено установить котлы-утилизаторы на газотурбинных
компрессорах дожимной компрессорной станции. Запуск котлов позволит перевести печь для подогрева антифриза в резерв, тем самым снизить потребление топливного газа.
Цифровая модель ЮБГПЗ использовалась для расчета контура котлов-утилизаторов, а также для оценки поверхности теплообмена. Котлы позволили снизить потребление топливного газа и повысить энергоэффективность предприятия на 1,5%.
Заключение
Создание комплексной математической модели производства АО «Южно-Балыкское ГПЗ» позволило рассмотреть всю технологию в целом, определить узкие места и произвести расчет гипотез для оптимизации. Комплексная математическая модель позволила оцифровать экономические эффекты в натуральном выражении и выполнить точную оценку целесообразности реализации технических решений.
С использованием цифровой модели ЮБГПЗ был проведен расчет ряда инвестиционных проектов, принятых к реализации, с суммарным NPV более 2 млрд руб.
Рис. 3
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Жоров Ю.М. Моделирование физико-химических процессов нефтепереработки и нефтехимии. М.: Химия, 1978. 376 с.
2. Ушева Н.В., Мойзес О.Е., Митянина О.Е., Кузьменко Е.А. Математическое моделирование химико-технологических процессов. Томск: Изд-во ТПУ, 2014. 135 с.
3. Илюшина С.В. Методы оптимизации технологических процессов. Казань:
Вестник КТУ, 2014. 323 с.
4. Лапидус А.Л., Голубева И.А., Жагфарова Ф.Г. Газохимия: учеб. пособие. М.: Изд. центр РГУ нефти и газа им. Губкина, 2013. 402 с.
5. Бояринов А.И., Кафаров В.В. Методы оптимизации в химической технологии. М.: Химия, 1969. 564 с.
REFERENCES
1. Zhorov YU.M. Modelirovaniye fiziko-khimicheskikh protsessovneftepererabotki i neftekhimii [Modeling of physical and chemical processes of oil refining and petrochemistry]. Moscow, Khimiya Publ., 1978. 376 p.
2. Usheva N.V., Moyzes O.YE., Mityanina O.YE., Kuz'menko YE.A. Matematicheskoye modelirovaniye khimiko-tekhnologicheskikh protsessov [Mathematical modeling of chemical technological processes]. Tomsk, Tomskogo politekhnicheskogo universiteta Publ., 2014. 135 p.
3. Ilyushina S.V. Metody optimizatsii tekhnologicheskikh protsessov [Methods
for optimizing technological processes]. Kazan, Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta Publ., 2014. 323 p.
4. Lapidus A.L., Golubeva I.A., Zhagfarova F.G. Gazokhimiya [Gas chemistry]. Moscow, Izd. tsentr RGU nefti i gaza im. Gubkina Publ., 2013. 402 p.
5. Boyarinov A.I., Kafarov V.V. Metody optimizatsii v khimicheskoy tekhnologii [Optimization methods in chemical technology]. Moscow, Khimiya Publ., 1969. 564 p.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ / INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Ермишов Кирилл Вячеславович, руководитель, Центр технологического моделирования ООО «НИОСТ», аспирант факультета экономики и финансов, Северо-Западный институт управления - филиал РАНХиГС. Жаров Алексей Юревич, ведущий специалист, Центр технологического моделирования ООО «НИОСТ».
Копычева Ульяна Николаевна, специалист, Центр технологического моделирования ООО «НИОСТ», аспирант отделения химической инженерии, Национальный исследовательский Томский политехнический университет.
Kirill V. Ermishov, Head, Process Simulation Center, NIOST LLC, Postgraduate Student at the Faculty of Economics and Finance, North-West Institute of Management.
Alexey YU. Zharov, Leading Specialist, Process Simulation Center, NIOST LLC Ulyana N. Kopycheva, Specialist, Process Simulation Center, NIOST LLC,Postgraduate Student of the Department of Chemical Engineering, National Research Tomsk Polytechnic University.
3-4 • 2021
НефтеГазоХимия 29
