Исследователи из Томского политехнического университета и Южно-Казахстанского университета доказали, что даже старые установки подготовки нефти можно сделать намного эффективнее. Они проанализировали работу реального завода мощностью 4 миллиона тонн в год и нашли способ радикально снизить затраты топлива. Результат впечатляет: потребление тепла упало со 178 до 41 мегаватта без потери качества продукции.
На любом месторождении нефть сначала нужно подготовить к транспортировке. Из нее удаляют газ, воду и соли. Для этого сырьё нагревают в печах, сжигая попутный газ. Обычно на таких установках огромное количество тепла просто вылетает в трубу. Дымовые газы уходят при температуре выше 300 градусов, а нагретые потоки нефти и воды остывают впустую.
Учёные применили метод пинч-анализа. Это инженерный подход, который позволяет выстроить идеальную схему обмена теплом между разными потоками внутри завода. Сначала специалисты собрали точные данные: температуру, расход и теплоёмкость всех потоков. Выяснилось, что товарная нефть при охлаждении с 46 до 10 градусов несёт в себе более 5 мегаватт тепловой мощности. Пластовая вода добавляет еще 9 мегаватт, а дымовые газы — почти 0,2 мегаватта. Одновременно сырая нефть на входе требует нагрева почти на 15,5 мегаватта, а воздух для горелок — еще на 0,9 мегаватта.
Математическая модель показала: внутри одного завода можно вернуть в процесс свыше 12 мегаватт тепла, которые раньше просто терялись. Инженеры перестроили схему теплообменников так, чтобы горячие потоки грели холодные напрямую. Печи и холодильники теперь включаются только тогда, когда внутренних ресурсов не хватает.
В итоге потребность во внешнем нагреве упала на 77%. Основную энергию для подготовки нефти дает не сжигание газа, а тепло, которое раньше уходило в атмосферу.
Отдельно просчитали экономику. Чтобы воплотить схему в жизнь, потребуется около 8 тысяч квадратных метров новых теплообменников. Капзатраты оценили в 4,4 миллиона долларов. При этом ежегодная экономия топлива достигнет 2,7 миллиона долларов. Даже с учетом дорогих кредитов проект окупится за три с половиной года. Внутренняя норма доходности превышает 60% — это отличный показатель для промышленной энергетики.
Инженеры дополнительно упростили схему, убрав два маломощных теплообменника. Их вклад в экономию оказался копеечным, а стоимость была сопоставима с полноценными узлами. После этого капзатраты стали еще ниже, а финансовая привлекательность выросла.
Технология готова к внедрению на любых аналогичных установках. Она не требует сложной реконструкции и окупается быстрее, чем замена печей или строительство новых мощностей. Для нефтяников это способ резко снизить себестоимость подготовки сырья и сократить выбросы в атмосферу.
Источник: Global Energy
Изображение: Global Energy
