1. 100
HYDROCARBON PROCESSING
№ 8 • ав ст 2007 Т Е Х Н О Л О Г И И
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
Замена компрессоров, подающих хладагент на ус
тановки этилена и/или пропилена, и их приводных па
ровых турбин, влекут за собой крупные затраты при
ремонте и реконструкции олефиновых установок.
Иногда в целях расширения мощности могут потребо
ватьсяновые,болеекрупныекожухии/илиновыефун
даменты для компрессоров. В некоторых случаях этих
модификацийможноизбежатьпутемтщательнойоцен
ки интеграции теплоты, выделяемой в процессах, ко
личественнойоценкифактическихэксплуатационных
характеристик и исследования возможности перекон
струирования оборудования при проведении ТЭО ре
монтных работ. Кроме того, критически важное значе
ние для успешного осуществления проекта имеет ран
нее вовлечение в работу поставщиков компрессоров и
турбин и постоянный контакт с ними.
Исследования интеграции технологического тепла
(пинч анализ) позволяет идентифицировать возмож
ности изменения технологии с целью снижения по
требляемой мощности компрессоров, подающих хла
дагент, т.е. скорости объемного потока. Анализ эксп
луатационныххарактеристикоборудованияопределя
ет фактические возможности теплообменников, ком
прессоров, турбин и дистилляционных колонн. Эта
информация может быть использована для принятия
решений о способах оптимизации рабочих условий и
определения лучших вариантов инвестирования капи
тала в реконструированное или новое оборудование.
Предметом данной статьи является конкретный
пример недавней реконструкции установки по произ
водству этилена. Производители этилена, консультант
и поставщики оборудования совместно работали над
ТЭО с целью изменения исходной конструкции и со
здания новых рабочих условий, исключающих необ
ходимость замены компрессоров на установках эти
лена и пропилена.
СРОК СЛУЖБЫ ОЛЕФИНОВОЙ УСТАНОВКИ
Установки по производству этилена в течение свое
го срока службы не менее одного раза подвергаются
реконструкции для повышения производительности и
использованиярыночнойконъюнктуры.Объемрекон
струкции зависит от желаемого уровня повышения
производительности. «Ползучая» (текущая) реконст
рукция (повышение производительности вплоть до
15%)включаетвсебяиспользованиеизбыточныхмощ
ностей (выше расчетных) путем внедрения более жес
ткихусловийэксплуатации,прогрессивныхсредствуп
СНИЖЕНИЕ КАПИТАЛЬНЫХ ЗАТРАТ
НА РЕМОНТ ОЛЕФИНОВЫХ УСТАНОВОК
J. J. Lee, B. H. Ye, H. Y. Jeong, Korea Petrochemical Industries Co, . Улсан, Южная Корея и F. J. Alanis,
I. Sinclair, N. S. Park, AspenTech UK Ltd., . Варрин тон, Вели обритания
Сочетание анализа процессов и обор дования с решениями поставщи ов может снизить апи-
тальные затраты
равления процессом в реальном масштабе времени и
минимальной модернизации оборудования [1, 2].
После текущего ремонта более высокая степень по
вышения производительности («скачкообразный» ры
вок, как правило, на 40 % или выше) требуется для по
лученияприемлемойприбылинаинвестированныйка
питал. Крупные инвестиции могут потребоваться, ког
да обычная реконструкция осуществляется раздельно
по каждой позиции оборудования, ограничивающего
производительностьпосредствомегомодификацииили
замены на более высокопроизводительное оборудова
ние. Часто высокие капитальные затраты в результате
такогоподходаи/илибольшиесроки,требующиесядля
осуществления проекта, делают предлагаемый проект
модернизации непривлекательным.
Традиционный анализ экономической целесооб
разности проекта, осуществляемый с целью опреде
ления объема капитальных затрат на реконструкцию,
не включает в себя одновременно изменения в техно
логии, конструкции оборудования и условий эксплуа
тации, которые могут привести к снижению капиталь
ных и эксплуатационных затрат. Поэтому был разра
ботан альтернативный подход для восполнения упу
щенных возможностей в комплексном снижении ка
питальных и эксплуатационных затрат [3].
Этот альтернативный подход, также называемый
интегрированнымподходом(integratedapproach–IA),
применен более чем в 35 проектах, связанных с рекон
струкцией установок этилена, и экономические пре
имущества были наглядно продемонстрированы [4, 6].
Однако IA метод более подходит для проектов, связан
ных с текущими незначительными изменениями тех
нологии и условий эксплуатации, которые могут дать
существенноеповышениепроизводительности.Вовсех
случаях IA предполагает следующее.
• Снижение капитальных в долл/фунт и энергети
ческих в БТЕ/фунт затрат.
• Повышение вероятности одобрения проекта и
санкционирования капитала благодаря минимизации
рисков и улучшению финансовой целесообразности.
ИНТЕГРИРОВАННЫЙ ПОДХОД
ДЛЯ МАЛОЗАТРАТНЫХ ПРОЕКТОВ
IA метод основан на глубоком понимании конст
рукции установки и ее технологических ограничений.
Такое понимание достигается в результате тщатель
ной оценки эксплуатационной готовности оборудова
ния, интеграции теплоты, выделяемой в процесс, и
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

2. 101
HYDROCARBON PROCESSING
№ 8 • ав ст 2007Т Е Х Н О Л О Г И И
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
общего состояния установки. Типичная схема такого
комплексного подхода показана на рис. 1.
Понимание состояния установки. Исследование
технической осуществимости и экономической целе
сообразности проекта начинается со сбора данных по
результатам опытного пробега установки с высокой
нагрузкой. Анализ этих данных и их рассмотрение с
операторами установки в сочетании с рассмотрени
ем схем трубопроводной обвязки и КИП помогают
лучшему пониманию текущего состояния установки
и изменений в условиях эксплуатации. Он также по
зволяет на ранней стадии исследования идентифици
ровать, смогут ли потенциальные изменения условий
эксплуатации изменить производительность установ
ки. Это важно, так как владелец установки получает
возможность вносить полезные изменения еще до
окончания исследования.
Например, в одном из недавно проведенных иссле
дований было найдено, что дополнительный байпас на
горячей стороне теплообменника ребойлера на одном
из деметанизаторов позволил повы
сить производительность как комп
рессора, так и турбинного привода.
Понимание ограничений уста
новки. Второй этап нового подхода
заключается в создании жесткой
имитационной модели установки.
Модель настраивают по результа
там опытного пробега и вносят кор
рективы с учетом изменений произ
водительности, сырья, выхода про
дуктов, расхода энергосредств,
включая температуру охлаждения
воды. Это критически важная сту
пень в IA, поскольку модель должна
имитировать текущее состояние ус
тановки как базу для потенциаль
ных ограничений и возможностей
основного оборудования. На рис. 2
приведенпримеропределенияогра
ничений или резервной мощности
ротационного оборудования, необ
ходимого для реконструкции уста
новки.
В этом конкретном примере турбина компрессора
для крекинг газа, компрессор для хладагента на уста
новке пропилена и паровая турбина – привод этого
компрессора были испытаны в максимально жест
ких условиях, что позволило выявить их ограничен
ные возможности увеличения выходов С2. И, наобо
рот, компрессор, подающий хладагент на установку
этилена, и его паровая турбина имели некоторый ре
зерв мощности (скорость вращения ротационного
компрессора ниже максимальной в устойчивом режи
ме, а к.п.д. турбины ниже расчетного).
Примечание: оценка резервной мощности обору
дования возможна только при условии включения ус
тановочного количества деталей в имитационную мо
дель. Например, основной компрессор и компрессор,
подающий хладагент, настроены по кривым эксплуа
тационных характеристик для прогнозирования ско
рости и эффективности при более высоких нагрузках
и/или различном давлении всасывания. Кривые экс
плуатационных характеристик, построенные по ре
зультатам опытного пробега имитационной модели,
позволяют более реалистично прогнозировать пове
дение оборудования при разных нагрузках и/или в
разных условиях процесса.
Понимание интеграции тепла, выделяемого на
установке. Установки этилена характеризуются вы
сокой интеграцией, особенно в секции низкотемпе
ратурной сепарации, где технологические потоки, ди
стилляционные колонны и системы охлаждения тер
мически интегрированы. Конструктивные особенно
сти могут заключаться в теплообменниках и ребой
лерах дистилляционных колонн и в рекуперации теп
ла или переохлаждении хладагента. В некоторых про
цессах рекуперация тепла используется для сниже
ния расхода хладагента и обеспечения адиабатичес
кого или механического расширения для генериро
вания низких температур, необходимых для отбора
целевых продуктов.
Рис. 1. Бло -схема ре онстр ции станов и по производств этилена с применением IA
Понимание э спл атационной отовности станов и
Понимание о раничений
станов и
оцен а затрат
Понимание тепловой
инте рации
Работа с поставщи ами
обор дования
опытный
пробе
с высо ой
на р з ой
анализ рез льтатов
опыт. пробе а, и тр бо-
пров. обвяз а и КИП
модель,
имитир ющая
опытный пробе
про ностичес ая
имитационная
модель
оцен а
обор дования
обор дование
для модифи ации
и очередность
варианты модифи ации и
ре онстр ции, провер а
производительности
выбор ре онстр ции,
страте ия разработ и прое та
(поэтапный или
инте рированный подход?)
па ет до ментации
по ре онстр ции
станов и
предварительный анализ
и вн треннее стройств
дистилляционной олонны
предварительный прое т
онта ты с
поставщи ами
омпрессоров,
паровых т рбин,
вн тренних
стройств олонн
Рис. 2. Резервная мощность ротационно о обор дования для
ре онстр ции станов и
Рез льтат оцен и
омпрессоров и т рбин
УвеличениепроизводительностиС2,%
Т рбина
омпрессора
Компрессор
С3
Т рбина
омпрессора С3
Компрессор
С2
Т рбина
омпрессора С2
Компрессор
Компрессор С1
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

3. 102
HYDROCARBON PROCESSING
№ 8 • ав ст 2007 Т Е Х Н О Л О Г И И
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
Высокий уровень интеграции приводит к комплек
сному взаимодействию между процессом и система
ми энергосредств, а также системами подачи хлада
гента. Рабочее давление в колонне влияет на сепара
ционную характеристику, гидравлику колонны, эксп
луатационные характеристики и площадь теплопере
дачи, необходимую для конденсатора/ребойлера.
Выбор уровня хладагента для предварительного
охлаждения влияет на производительность компрес
сора и требуемый размер теплообменников.
Давление всасывания компрессора влияет на его
производительность, профиль давления на всех сту
пенях процесса и на требуемую площадь теплопере
дачи. Нижеприведенные примеры подобных взаимо
действий показывают степень свободы. Сложность и
число возможных комбинаций на первый взгляд мо
гут показаться чрезмерными, а в действительности
задачу можно упростить и решить ее в ограниченный
период времени путем простого осмотра или методом
проб и ошибок, что может показаться трудо и время
емким.
РАБОТА С ПОСТАВЩИКАМИ ОБОРУДОВАНИЯ
Селективныйпересмотрпервичногопроектаипра
вильно примененная рекуперация тепла позволяет со
кратить потребность в понижении температуры ниже
температурыокружающейсреды.Эторазгрузитнеко
торые или все ступени компрессора, подающего хла
дагент, что желательно, так как исключает необходи
мость модификации компрессора и его приводного аг
регата. Это предполагает оценку пересмотренной на
грузки на компрессоры для каждого проекта, связан
ного с модернизацией процесса; выбор оптимальной
комбинации процессов, высвобождающих большую
частьмощности,связаннойсподачейхладагента,ипро
изводительности технологического оборудования.
КОНКРЕТНЫЙ ПРИМЕР
Применение описанного выше IA оказалось очень
полезным в поиске и нахождении недорогостоящих
решений в нескольких проектах реконструкции уста
новок этилена. Корейская нефтехимическая компа
ния KRIC (Korea Petrochemical Ind. Co.) эксплуатиру
ет установку этилена мощностью 390 тыс. т/год в Ул
сане, Южная Корея. Установка, введенная в эксплуа
тацию в 1991 г., спроектирована на использование лег
кой нафты, газойля и С4 СНГ в качестве сырья с ре
циркуляцией этана. Первоначальная мощность уста
новки составляла 300 тыс. т/год, а после реконструк
ции в 2000 г., когда были модифицированы змеевики
печи, внутренние устройства дистилляционных ко
лонн и некоторые теплообменники, производитель
ность установки была увеличена на 30 %.
Все работы выполнены инженерами KRIC, приме
нившими IA метод с целью дальнейшего повышения
производительности до 470 тыс. т/год (на 20 %) в две
ступени с учетом максимальной производительности
печи. В соответствии с первоначальным планом пред
полагалось, что первый этап будет выполнен во время
остановки на ремонт и техническое обслуживание
установки в 2005 г. без определения окончательного
срока второго этапа, так как предусматривалась мо
дернизация ротационного оборудования для достиже
ния целей первого этапа (+10 %), на что требовалось
не менее 13 мес.
Однако бизнес обстановка изменилась, резко воз
росло региональное потребление этилена, поэтому
KRIC решила увеличить производство этилена, отка
завшись от первоначального двухступенчатого плана
и отдав предпочтение разработанной прогностичес
кой модели. Причем все модификации были выполне
ны без остановки на ремонт в 2006 г. В настоящее вре
мя установка эксплуатируется на полную мощность
470 тыс. т/год.
Экономический эффект оказался внушительным.
Общая годовая прибыль в результате применения
IA метода увеличения производства этилена и эко
номии энергии составила 16,1 млн долл. с окупаемос
тью капитальных затрат за 15,7 мес.
Перевел Г. Лип ин
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Walz, R. and R. Zeppenfeld, «Steam Cracker Revamp Projects:
Challenges and Technologies», Fourth European Petrochemicals
Technology Conference, June 26 27, 2002, Budapest, Hungary.
2. McDonald, R. V. and C. P. Bowen, «Recovery system to increase
ethyleneplantcapacity»,PetroleumTechnologyQuarterly,Summer2001.
3. Alanis, F. J. and I. J. Sinclair, «Understanding process and design
interactions:Thekeytoefficiencyimprovementsandlowcostrevamps
in ethylene plants», Fourth European Petrochemicals Technology
Conference, June 26 27, 2002, Budapest, Hungary.
4. Choi, B. H., «Asset optimization: A better approach for energy
savings and capacity increase», Aspen World 2002, Washington, D.
C., October 2002.
5. Trivedi, K. K., et al., «Optimize a licensor’s design using pinch
technology», Hydrocarbon Processing, May 1996.
6.USDepartmentEnergy,ofOfficeofIndustrialTechnologies,Energy
EfficiencyandRenewableEnergy,Projectfactsheet«Ethyleneprocess
design optimization», September 2001.
B. Ye (Б. Йе), руководитель отдела НИОКР KPIC,
ответственный за разработку энергосберегаю
щих, экономически выгодных проектов. Имеет
ученую степень бакалавра и магистра в нефтехи
мической технологии.
H. Jeong (Х. Йеонг), член группы YBJRH, занима
ющейся вопросами технологии реконструкции
установок по производству олефинов в KPIC.
Имеет ученую ступень магистра в химии и техно
логии получения полимеров.
F. Alanis (Ф. Аланис), главный консультант
AspenTech(Англия),ответствензамоделирование
процессов и проекты, связанные с внедрением
энергосберегающих технологий. Имеет ученые
степени магистра и PhD от Мексиканского уни
верситета (UMSNH) и Лондонского UMIST.
I. Sinclair (И. Синклер), советник AspenTech по
внедрению новых нефтехимических технологий.
Научный сотрудник IChemE (Англия).
N. Park (Н. Пак), советник AspenTech по внедре
нию новых нефтехимических технологий. Имеет
ученуюстепеньмагистрапопроектированиютех
нологических установок в Сеульском универси
тете (Южная Корея).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»