Климат и теплообменники

Фото: pinterest.com

Теплообменные системы играют ключевую роль в процессах, происходящих на нефтеперерабатывающих предприятиях, однако современные вызовы, такие как глобальные климатические изменения и необходимость импортозамещения, значительно влияют на финансовые результаты отрасли. Эти факторы могут привести к сокращению доходов, что требует пересмотра стратегий управления ресурсами и внедрения инновационных решений для поддержания конкурентоспособности на рынке.

Задачи теплообменного оборудования

Теплообменник — устройство, которое обеспечивают эффективное регулирование температурного режима технологических потоков и конечной продукции, а также способствуют рациональному использованию тепловой энергии.

Аппараты воздушного охлаждения (АВО) играют ключевую роль в процессах конденсации и охлаждения. В рамках финальных этапов работы нефтеперерабатывающих заводов важным моментом является охлаждение нефти и нефтепродуктов до температуры, установленной технологическим процессом. Как правило, эта температура зависит от типа производимого продукта и последующего его использования. Использование АВО позволяет обеспечивать стабильность процесса, его непрерывность, высокую степень надежности оборудования и автоматизации. Кроме того, особое внимание уделяется мерам пожарной и взрывобезопасности, что является обязательным условием в условиях работы с воспламеняющимися веществами.

В рамках технологического цикла первичной нефтепереработки горячая нефть подается в колонну, где происходит ее разделение на различные фракции. После этого продукты разделения направляются в теплообменник, где и осуществляется их охлаждение с помощью АВО.

Важной составляющей аппаратов воздушного охлаждения является оребренная труба. Ее можно изготовить несколькими способами: накатка, навивка. На российских нефтеперерабатывающих заводах предпочтение отдается накатным ребрам, изготовленным методом выдавливания из алюминиевых труб, надеваемых на стальные стержни. Такая конструкция обеспечивает повышение коэффициента теплопередачи по сравнению с гладкими поверхностями, что особенно важно в условиях относительно низкой теплоотдачи воздуха. Это позволяет поддерживать оптимальный температурный режим и повышать эффективность процессов на НПЗ.

Достаточно ли холодно

Теплообменные устройства принимают непосредственное участие в регулировании температурного режима рабочих сред, что необходимо для эффективности производственных процессов, связанных с переработкой или утилизацией материалов. В рамках технологических линий эти приборы обеспечивают либо повышение, либо снижение температуры обрабатываемых веществ до требуемого уровня.

Аппараты воздушного охлаждения являются важным звеном в этой цепочке: они принимают на вход углеводородное сырье с определенными характеристиками и выпускают его уже охлажденным. Недостаточная эффективность этих устройств может привести к нарушению технологического процесса, поскольку выходной продукт не будет соответствовать заданным параметрам для дальнейшего использования в производстве.

Сегодня нефтеперерабатывающие заводы сталкиваются с проблемой адаптации систем охлаждения к меняющимся климатическим условиям. На фоне таких глобальных изменений традиционные подходы к расчету оптимальной температуры воздуха для систем воздушного охлаждения становятся неэффективными. Это приводит к тому, что оборудование, предназначенное для поддержания необходимого температурного режима продукции, не справляется с возложенными на него задачами.

Как бороться с изменением климата

Рост среднегодовой температуры оказывает значительное влияние на производственные процессы. В ответ на эту проблему многие предприятия прибегают к модернизации своих систем охлаждения. Одним из наиболее эффективных решений является усовершенствование теплообмена в аппаратах воздушного охлаждения. Интенсификация процесса теплообмена позволяет достичь более высокой производительности системы, обеспечивая тем самым требуемую температуру продукта даже при изменчивых климатических условиях.

Если АВО не работает должным образом и не выполняет свою главную функцию, то необходимо провести поверочный расчет и сверять его с журналом установки, который заполняется ежесекундно. В данном журнале фиксируется функционирование каждого элемента технологического оборудования. По завершении процедур расчета и сопоставления данных следует принять меры по повышению эффективности работы системы. В частности, рекомендуется рассмотреть возможность установки интенсификатора или замены теплообменного модуля на устройство с увеличенной площадью теплопередачи. Это позволит оптимизировать процессы и улучшить общие показатели производительности оборудования.

Ошибки в выборе теплообменника

Изменение климатических условий привело к тому, что среднегодовые температуры заметно повысились. В настоящее время для расчетов используют среднюю максимальную температуру. Однако год от года в северных регионах наблюдается увеличение количества жарких дней — следовательно, требуемые для расчета показатели тоже должны измениться.

Так, по данным архива погоды, в последние пять-десять лет климатические изменения коснулись большинства регионов нашей страны, особенно заметны потепления на территории Сибирского региона и вдоль берегов Северного Ледовитого океана: здесь зафиксирован устойчивый рост среднегодовых температур, а зимы 2018 и 2019 годов вышли за рамки обычной погодной нормы, став экстремально теплыми для региона.

Аномально высокие показатели преимущественно расположены на востоке континента. В частности, Чукотка выделяется среди других регионов, демонстрируя рост температурного режима на 3,9 градуса Цельсия и занимая лидирующие позиции по этому показателю. В Центральной России тоже среднегодовая температура последние пять лет выше привычной нормы, однако здесь колебания не настолько ярко выражены.

Получается, что регионы, традиционно связанные с нефтедобычей и переработкой, находятся в зоне потепления. В результате таких климатических "сюрпризов" эффективность работы теплообменного оборудования снижается, поскольку оно не рассчитано на эксплуатацию при столь высоких температурах. Это приводит к тому, что производственные мощности функционируют не столь результативно и не достигают заявленных технических параметров. В свою очередь, такое уменьшение эффективности негативно сказывается на финансовых результатах компаний, вызывая сокращение прибыли.

В некоторых случаях из-за необходимости адаптации к новым климатическим условиям предприятия сталкиваются с огромными убытками, что требует от них разработки и внедрения новых стратегий для минимизации негативного воздействия на бизнес.

Приведем пример из практики. На предприятии функционирует комплекс получения высокооктановых компонентов бензина, где для оптимизации температуры различных фракций установлено более 100 аппаратов воздушного охлаждения. В летний период, когда температура воздуха превышает средние максимальные значения, установка работает на 60% производительности. Это связано с тем, что АВО не могут эффективно охлаждать фракции до требуемых температур. Такое снижение производительности приводит к многомиллиардным потерям.

Как обеспечить качественную работу АВО

Из вышесказанного получается, что климатические изменения напрямую связаны с производственными процессами нефтегазовой отрасли и влекут за собой ряд особенностей:

1. Ухудшение работоспособности техники. Повышение температуры становится причиной снижения эффективности работы оборудования из-за его неспособности функционировать на полную мощность. Это ведет к уменьшению общего объема производства.
2. Необходимость обновления технологий. Модернизация производственных установок становится обязательной, поскольку это шанс добиться их оптимальной работы при высоких температурах окружающей среды.
3. Угроза техногенных происшествий и аварий. Перегрев оборудования увеличивает вероятность возникновения аварийных ситуаций и простоев, что в свою очередь оказывает негативное влияние на производственный процесс и может приводить к значительным финансовым потерям.

Однако это не означает, что производители теплообменного оборудования не реагируют на подобные климатические вызовы. На производстве применяются технологии, позволяющие регулировать работу АВО при изменении температур:

• сезонное изменение углов атаки лопастей вентиляторов;
• частотное регулирования скорости вращения вентиляторов;
• применение композитных материалов в конструкции силовых компонентов.

На что обратить внимание при выборе

Выбором теплообменного оборудования для предприятий нефтегазовой отрасли занимается проектный институт. Именно на него возлагается ответственность по расчету соответствия установки производственным процессам предприятия.

Однако окончательный выбор аппаратов воздушного охлаждения ложится на тех, кто занимается непосредственной закупкой оборудования. Поэтому важно выбрать правильного производителя теплообменного оборудования, уделив внимание его репутации и компетенциям.

Критерии выбора поставщика АВО для нефтеперерабатывающей отрасли:

• Опыт производителя. Многолетняя работа в нефтегазовой отрасли свидетельствует о стабильности и надежности поставщика.
• Объем аналогичного выпущенного ранее оборудования. Опыт выполнения аналогичных проектов гарантирует высокое качество как самого оборудования, проверенного в эксплуатации другими компаниями, так и сервис.
• Наличие квалифицированных технических специалистов с большим опытом: инженеров, технологов, конструкторов.