Повышение энергоэффективности нефтехимических производств путем модернизации систем теплообмена

Модернизация существующих и разработка улучшенных теплообменников Программное обеспечение для расчета различных видов теплообменников Hi-Prom Bureau Limited (812) Решения по оптимизации использования энергопотоков – PIL, Манчестерский Университет Партнеры Н-Пром Бюро Интенсификация межтрубного пространства

Реализация технологии Оценка Моделирование Улучшение работы оборудования БЫСТРАЯ ОКУПАЕМОСТЬ КАПИТАЛОВЛОЖЕНИЙ Hi-Prom Bureau Limited (812)

История создания партнерства 1970-е Организована группа по энергосбережению при каф. Химической технологии UMIST, руководитель Бодо Линнхофф 1984 Организован исследовательский консорциум шести компаний (сейчас 19 компаний) 1986 Создан Центр Интеграции Процессов 1990 Создана компания Linnhoff March для продвижения Пинч- технологий 1999 Покупка технологии Linnhoff March компанией KBC 2005 Организация компании Process Integration Ltd, руководитель Робин Смит 2011 Создано партнерство PIL, CalGavin и EM Baffles в рамках европейской программы по энергосбережению INTHEAT FP7 Hi-Prom Bureau Limited (812)

Н-Пром Бюро: Центр реализации инновационных технологий Hi-Prom Bureau Limited (812) Н-Пром Бюро Н-Пром Бюро

Этапы модернизации Обследование оборудования и оценка производственных ограничений Рассмотрение технологических вариантов преодоления ограничений Применение выбранных технологий реконструкции Моделирование работы новых перерабатывающих установок Реализация низкозатратных решений по частичной реконструкции Hi-Prom Bureau Limited (812)

Что мы предлагаем? Интенсификация теплообмена Интеграция процессов Hi-Prom Bureau Limited (812) Минимизация размеров/времени/энергии/ сырья/экологического ущерба Рекуперация тепла ХТС Внешний горячий теплоноситель Внешний холодный теплоноситель Пинч

Целевая функция и ограничения Целевая функция: повышение производительности при сохранении энергозатрат Осуществлена интенсификация теплообмена Оптимизирована площадь поверхности теплопередачи Переброс и расщепление потоков рассматривается как оптимизационная переменная Hi-Prom Bureau Limited (812)

Пример модификации Модифицированные ТО Энерго- сбережение (МВт) Капитальные затраты на модернизацию Интенсификация действующего оборудования (кВт/м 2 ·K) EX4 ( ), EX6 ( ), EX16 ( ), EX17 ( ), EX18 ( ), EX20 ( ), EX21 ( ), EX22 ( ), EX23 ( ), EX24 ( ), EX26 ( ), EX27 ( ), EX28 ( ), EX29 ( ) % стоимости оборудования Добавление площади поверхности (новые ТО) (м 2 ) EX4 (175262), EX6 (650796), EX16 (129131), EX17 ( ), EX18 ( ), EX20 ( ), EX21 (28 42), EX22 (83 125), EX23 (42 62), EX24 ( ), EX26 (300337), EX27 ( ), EX28 ( ), EX29 ( ) % стоимости оборудования Hi-Prom Bureau Limited (812)

14 ТО будут модифицированы (интенсификаторы или увеличение площади поверхности теплообмена) Если бы был выбран вариант увеличения площади поверхности, то общая дополнительная площадь составила бы 2509 m 2 При осуществлении интенсификации ТО не требуется никакой дополнительной площади Потребление горячего энергоносителя сократилось на 11.7% (с 54.6 МВт до 48.2 МВт) Результат: уменьшение энергопотребления или увеличение использования мощности печи для увеличения выпуска продукции Пример модификации Hi-Prom Bureau Limited (812)

Hi-Prom Bureau Limited (812) Heat Transfer Research Inc Создан международный консорциум HTRI 1999 Количество компаний-членов – Открытие нового научно-исследовательского центра в Техасе 2009 Количество компаний-членов – Количество компаний-членов достигло 1200

Hi-Prom Bureau Limited (812) Испытательный комплекс HTRI, Техас, US

Пользователи программ HTRI в России: ЗАО «КЕЛЛОГ БРАУН и РУТ ЕВРАЗИЯ» ОАО «УДЕ» (Uhde GmbH) ЗАО НПО «Ленмашнефтехим» ООО «Функе Рус» (Funke GmbH,Германия) ЗАО «НЕФТЕХИМПРОЕКТ» ООО «Алитер-Акси» ОАО «Борхиммаш» ЗАО «РИДАН» ООО «ГЕА Машимпэкс» ЗАО «Лотос» ООО «Грибановский машиностроительный завод» ОАО «НИПИгазпереработка» ООО «РБС – Холдинг» ОАО «ВНИИНЕФТЕМАШ» Переговоры по использованию пакета программ HTRI ведут компании: ОАО «ВНИПИнефть» «Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет» Предприятия в Таллинне и Риге 13 Hi-Prom Bureau Limited (812)

Интенсификация теплообмена: CalGavin Трубное пространство Вставки из закрученной ленты, увеличивают турбулентность в спиральном потоке Вставки из спиральной проволоки Матричные элементы hiTRAN ®, состоящие из сеточной спирали различной плотности. Используются для увеличения проводимости вблизи стенки, а также для улучшения коэффициента теплопередачи в ламинарном режиме Hi-Prom Bureau Limited (812)

A) Ламинарный поток B) Псевдотурбулентный поток Красный : Синий : Пограничный (пристенный слой) в потоке является источником термического сопротивления Элементы hiTRAN разрушают пограничный слой и смешивают его с общим потоком, в результате происходит значительное увеличение теплоотдачи (до 20 раз) Hi-Prom Bureau Limited (812) Интенсификация теплообмена: CalGavin

Клиентами компании CalGavin являются: Petronas Shell Exxon Pemex Total Angola Cabot Carbon Nerefco Imperial Oil Deutsche BP AG Conoco Philips и многие другие 16 Hi-Prom Bureau Limited (812)

Межтрубное пространство: Спиральные перегородки Helical Baffles ® уменьшают число застойных зон, в которых не происходит теплообмена между теплоносителями Перегородки EM Baffles ® из распоротого и затем растянутого металлического листа Интенсификация теплообмена: EM Baffle Hi-Prom Bureau Limited (812)

Снижение отложений Hi-Prom Bureau Limited (812) Полая трубка hiTRAN Взвешенные частицы слюды, 40 до 60 микрон, 2500 кг/m 3 Число Re 750 Высокий уровень поперечной силы у стен обеспечивает гомогенное распределение частиц Вихри позади проводных петель хорошо смешивают жидкость Отсутствие застойных зон обеспечивает снижение отложений

Исследования и опыт 15% годового оборота компании тратится на исследования 30 лет международного опыта Высокопрофессиональные инженерные команды Клиенты по всему миру Hi-Prom Bureau Limited (812)

Пример 1: Охлаждение нефти радиатором с воздушным охлаждением Уменьшение на 2/3 необходимой площадки Достижение той же тепловой нагрузки при тех же потерях давления Использование половины мощности вентилятора Гибкость проектирования в пределах шумовых норм Снижение цены Простой охладитель Сопоставление конструкцииПростая трубаСистема hiTRAN Количество труб в ряду4630 Количество рядов труб63 Длина трубы, мм Количество проходов61 Общая длина по проходам, м47,553,35 Число Рейнольдса Коэффициент теплоотдачи, Вт/м 2 К3,2920,95 Скорость воздуха, м/с2,293,20 Температура воздуха, °С6,6715,33 Количество и размер вентиляторов, мм2х22502х1250 Общая мощность вентиляторов, кВт11,85,0 Размер площадки, м2,74х8,542,05х3,96 Площадка, м 2 23,408,12 Площадь оребренной поверхности, м ,3563,2 Потери давления, кПа71 Вес, кг Hi-Prom Bureau Limited (812)

Производство углеводородов Запущено в 1982 г. – Lummus / Cal Gavin Design Смесь сырья с остатками битума – «высокое загрязнение» Интенсифицированы 12 теплообменников Нагрев с помощью жидкости до 280°C Простая трубка засорилась через 2-3 месяца Система hiTRAN продолжала работать в течении 24 лет, интенсификаторы вынимались для чистки всего 3 раза В 2006 г. увеличена рабочая температура Пример 2: Нагреватели смолы - Cabot Carbon (Великобритания) Hi-Prom Bureau Limited (812)

Повышение производительности с 27.8MВт до 32.4MВт Снижение энергопотребления на 4.6 MВт без необходимости установки новой печи Экономия топлива свыше US$ в год Экономия капитальных затрат на 60% Повышение объема переработки установки Увеличение прибыли предприятия! Пример 3: ООО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка» Hi-Prom Bureau Limited (812)

Hi-Prom Bureau Limited (812) Пример 4: Роснефть – Новокуйбышевский завод масел и присадок Новый проект АВО с применением интенсификаторов hiTRAN Результат: Уменьшение размеров аппаратов Уменьшение количества секций Повышение производительности Снижение капиталовложений

ПараметрПолые трубы Кол-во разветвлений/аппаратов5/101/2 Кол-во проходов122 Длина потока, м10818 Коэф. Теплоотдачи в трубном пространстве, Вт/м 2 O C Коэф. Теплопередачи, Вт/м 2 O C35180 Площадь поверхности, м 2 18,1003,600 Размеры участка, м Вес, т8316 Мощность вентилятора, кВт16533 Потеря давления, бар Приведенные затраты, US$ , , Hi-Prom Bureau Limited (812) Пример 4: Роснефть – Новокуйбышевский завод масел и присадок

INTHEAT: технологии интенсификации теплообмена для энергосбережения Participant no. */ Type of participant Participant organisation nameParticipant short name Country 1 / SMEP (Coordinator) Process Integration LtdPILUK 2 / SMEPCalGavin UK 3 / SMEPEMBaffle NL 4 / SMEPMakatec Apparate GmbHMAKATECGermany 5 / SMEPEuroteknik LTDETNKDenmark 6 / RTDThe University of ManchesterUNIMANUK 7 / RTDUniversity of BathUNIBATHUK Hi-Prom Bureau Limited (812)

Intensified Heat Transfer Technologies for Enhanced Heat Recovery – INTHEAT Программа: FP7-SME Грант No Бюджет проекта: EUR 1,608,258 Финансовая поддержка ЕС: EUR 1,155,000 Технологии интенсификации теплообмена для улучшения рекуперации тепла Hi-Prom Bureau Limited (812)

Цели проекта Исследование теплопередачи в условиях загрязнения поверхности. Технологические инновации для интенсификации теплообмена для улучшения рекуперации тепла. Комбинирование технологий интенсификации теплообмена с интеграцией процессов. Новые материалы для теплообменников (в частности, новейшие полимерные материалы) Внедрение разработанных методов в промышленности и науке Hi-Prom Bureau Limited (812)

Поставка оборудования для оребрения труб от ведущего производителя – компании McElroy. ПараметрВеличина Наружный диаметр трубот 5/8 дюйма (15,88мм) до 2 дюймов (50,8мм) Длина ребраот ¼ дюйма (6,35мм) до 1 дюйма (25,4мм Шаг (плотность) реберот 5 ребер на дюйм до 12 ребер на дюйм (от196 ребер/метр до 473 ребер/метр) Толщина ребраот 0,012 дюйма (0,30мм) до 0,031 дюйма (0,76мм) Материал трубв зависимости от типа ребра Материал ребраАлюминий или медь Тип ребраL, LL, KL, G Hi-Prom Bureau Limited (812)

Поставка оребрённых труб от ведущих производителей Европы, аппаратов воздушного охлаждения всех типов, а также трубных секций. Тип G Тип L Тип LL Тип K Экструдированное оребрение Hi-Prom Bureau Limited (812)

Поставка осевых и центробежных вентиляторов от компании Ilmed. Hi-Prom Bureau Limited (812)

Н-Пром Бюро совместно с партнерами имеет опыт и возможности для эффективной модернизации предприятий Hi-Prom Bureau Limited (812)

Приложение 1 Основатели консорциума: BP, ExxonMobil, Statoil (ныне Norsk Hydro), Shell и др. На сегодняшний день в состав консорциума входят: British Petroleum, EDF, Engineers India, ExxonMobil, MW Kellogg Limited, Mitsubishi Chemical Corporation, Petrobras, Petroleum Research Centre, Petrom, Saudi Aramco, Shell Global Solutions, Total, Universiti Teknologi, Petronas, Universiti Politehnica Bucuresti, UOP, Norsk Hydro, Praxair, Chinese Petroleum Corporation Центр Интеграции Процессов 32 Hi-Prom Bureau Limited (812)

Приложение 2 33 Послужной список CalGavin:

Пинч-метод: послужной список Hi-Prom Bureau Limited (812) Приложение 2

Описание проведенной реконструкции: Интенсифицировано более труб длиной 9 метров в шести теплообменниках диаметром 1,4 м Сравнение параметров работы установки: ПараметрыПроектФакт. до реконструкции Факт. после реконструкции ά в трубе, Вт/(м2·К)Нет данных ά общ, Вт/(м2·К) Q печь, МВт1,1633,491,163 Производительность по продукту, м3/ч макс180 ном. 35 Hi-Prom Bureau Limited (812) ООО «ЛУКОЙЛ- Волгограднефтепереработка» Приложение 3

Модернизация аппарата воздушного охлаждения Клиент: Reliance Industries, Сурант, Индия Контрактодержатель: Bechtel Limited Теплообменник: Охладитель продуктов ректификации Жидкость: Вакуумная нефть Проблема завода: Планировалась полная модернизация – увеличение пропускной способности – изменение сырья Существующий теплообменник на 65% не справлялся с новыми задачами Места для новых теплообменников нет Потери давления строго ограничены Hi-Prom Bureau Limited (812) Приложение 4

Решение интенсификации Сохраняем каркасы и вентиляторы Устанавливаем новую систему с итенсификатором hiTRAN с 2 проходами вместо старой с 6 проходами Улучшение соответствует новым требованиям плюс 10% резерва Новые требования получаем внутри допустимого падения давления Преимущества: Повторно используем существующие платформы, конструкции, вентиляторы – без модификации Не требует новых конструкций Испытанная производительность (на 45% выше) Значительное снижение капитальных затрат Hi-Prom Bureau Limited (812) Модернизация аппарата воздушного охлаждения Приложение 4

Тяжелый рециркулирующий газойль Сопоставление конструкцииПростая трубаСистема hiTRAN Тип по стандарту ТЕМАВЕМ Диаметр кожуха, мм Количество труб Количество проходов81 Длина трубы, мм6096 Общая длина по проходам, м48,806,1 Диаметр трубы, мм25,4 Эффективная площадь, м ,5 Сопоставление конструкцииПростая трубаСистема hiTRAN Число Прандтля170/3800 Число Рейнольдса306/14190/8 Коэффициент теплопередачи, Вт/м 2 К40182 Коэффициент теплоотдачи в трубном пространстве, Вт/м 2 К Потери давления, кПа70 Использование менее ¼ эффективной площади теплообмена Сохранение тепловой нагрузки при том же падении давления Уменьшение времени пребывания жидкости у стенки Снижение риска осаждений на стенках Гладкие трубы Hi-Prom Bureau Limited (812) Приложение 5

Приложение 6 Статья о применении систем CalGavin OILMARKET///09/

Приложение 6 40

Hi-Prom Bureau Limited (812) Приложение 7 Видеовизуализация потока со вставками hiTRAN (Формат mpeg)