1.1. Концепция управления режимами электропотребления нпп

Основной задачей рационального управления электропотреблением НПП является приближение режима потребления электроэнергии к энергетически оптимальному для принятой технологии переработки нефти. Реализация такой концепции управления достигается путем определения рациональных дифференцированных групповых норм расхода электрической энергии на переработку нефти по технологическим процессам и для отдельных технологических установок, непрерывного контроля в пределах планируемого периода фактического удельного расхода электроэнергии, сравнения фактического удельного расхода с рациональной групповой нормой и в случае их отличия от рациональной групповой нормы выдачи рекомендаций по проведению энергосберегающих мероприятий, обеспечивающих приближение фактического потребления к рациональному. При управлении электропотреблением НПП предполагается, что режимы напряжения и реактивной мощности оптимизированы или близки к оптимальным [4].

Под расчетным периодом оценки показателей электропотребления понимается отрезок времени, в пределах которого технологический процесс устойчив и удельные расходы электроэнергии на первичную переработку нефти, каталитическое риформирование, гидроочистку, парекс, производство серы, кислоты и прочее постоянны.

Реализация предложенной концепции предполагает минимизацию целевой функции:

, (1)

или

, (2)

при ограничениях:

, (3)

, (4)

где: W_ф и W_опт - массивы фактического и оптимального расхода электроэнергии по НПП за заданный период;

, (5)

, (6)

N - число однотипных технологических линий (процессов) в составе НПП;

_ф и _опт - массивы фактических и оптимальных удельных расходов электроэнергии по отдельным составляющим технологического процесса переработки нефти за заданный период;

t_з.п и t_р.п - заданный и расчетный период времени;

G₁ и G_1пл - фактическая и плановая первичная переработка нефти за заданный период, тыс. т.;

G₂ и G_2пл - фактическая и плановая переработка нефти каталитическим реформированием за заданный период, тыс. т.;

G₃ и G_3пл - фактическая и плановая гидроочистка нефти за заданный период, тыс. т.;

G₄ и G_4пл - фактическая и плановая переработка нефти на установках парекс за заданный период, тыс. т.;

G₅ и G_5пл - фактическое и плановое производство кислоты за заданный период, тыс. т.;

G₆ и G_6пл - фактическое и плановое производство серы за заданный период, тыс. т.

В качестве заданного периода времени в условиях НПП могут рассматриваться сутки, так как именно за этот период принято оценивать функционирование НПП как единого технико-энергетического комплекса. Величина t_з.п  должна быть скорректирована с длительностью действия ограничений электроэнергии при ее лимитировании.

При декомпозиции технологического процесса на 6 составляющих компонент:

, (7)

, (8)

, (9)

, (10)

где: ₁ - удельный расход электроэнергии на первичную переработку 1 т нефти, кВтч/т;

₂ - удельный расход электроэнергии на переработку каталитическим риформированием 1 т нефти, кВтч/т;

₃ - удельный расход электроэнергии на гидроочистку 1 т нефти, кВтч/т;

₄ - удельный расход электроэнергии на переработку на установках парекс 1 т товарной нефти, кВтч/т;

₅ - удельный расход электроэнергии на производство 1 т кислоты, кВтч/т;

₆ - удельный расход электроэнергии на производство 1 т серы, кВтч/т;

Групповая фактическая и оптимальная нормы расхода электроэнергии на 1 т переработки нефти:

, (11)

, (12)

где: G - переработка нефти за заданный период, т.

На рис. 1 представлен алгоритм управления режимами электропотребления НПП, обеспечивающий энергетическую оптимальность (рациональность) процесса переработки нефти.

Для количественной оценки целевых функций 112 соотношения для определения удельных расходов электроэнергии на отдельные компоненты процесса переработки нефти устанавливаются путем накопления и статистической обработки информации.

Рис. 1. Алгоритм управления режимами электропотребления НПП.

1.2. Анализ уровня энергозатрат и разработка мероприятий по их снижению

Как следует из концепции управления режимами электропотребления НПП для определения оптимальной групповой нормы расхода электроэнергии требуется большой объем исходной информации. Поэтому для выполнения расчета удельных расходов электроэнергии на отдельные компоненты и установки технологического процесса переработки нефти и групповой оптимальной нормы была разработана форма обработки статистической информации на основании формы отчетности 11-ТЭР.

В результате обработки на ЭВМ входных документов предприятиям НПП в целом выдаются следующие расчетно-аналитические таблицы:

• расчет удельного расхода электрической энергии на переработку 1 тонны нефти для комплексов и сооружений по первичной переработке нефти по отдельным технологическим установкам;

• расчет удельного расхода электрической энергии на каталитический риформинг по отдельным технологическим установкам;

• расчет удельного расхода электрической энергии на гидроочистку 1 т нефти по отдельным технологическим установкам;

• расчет удельного расхода электрической энергии по установкам парекс на переработку 1т нефти по отдельным технологическим установкам;

• расчет удельного расхода электрической энергии на производство кислоты на 1 т перерабатываемого сырья;

• расчет удельного расхода электрической энергии на производство серы на 1 т перерабатываемого сырья;

• сводная таблица расчета норм расхода электрической энергии на переработку нефти по НПП.

Определим показатели потребления электроэнергии на переработку нефти на примере нефтеперерабатывающего предприятия ООО «ПО «Киришинефтеоргсинтез». В табл. 1, 2, 3 и 4 приложения приведены удельные расходы электрической энергии по компонентам технологического процесса за 1995÷2000 г.г., полученные в результате обработки унифицированных входных документов. Удельные расходы электрической энергии за 2000 г., по отдельным технологическим установкам приведены в табл. 5 приложения.

На основании статистических данных Министерства энергетики РФ на рис. 2 и 3 приведены данные по удельному расходу электроэнергии на 1 т переработанной нефти и потреблению электроэнергии для НПП России за 2000 и 2001 годы. На оси абсцисс указаны условные номера НПЗ в соответствии с данными в табл. 1. Различие удельных норм расхода электроэнергии объясняется различием глубины переработки нефти на отдельных НПЗ.

Из рис. 2 и 3 следует, что в указанные годы потребление электроэнергии оставалось практически стабильным. Максимальное отклонение по величине потребленной энергии для НПП ООО «ПО «Киришинефтеоргсинтез» не превысило 1,3 %, а по величине удельного расхода электроэнергии на 4,0%. Это подтверждает справедливость применения предложенной концепции управления режимами электропотребления на НПП России, основанной на сравнении фактических и оптимальных удельных расходов электроэнергии по отдельным составляющим.

Анализ структуры потребления электроэнергии по ООО «ПО «Киришинефтеоргсинтез» показал, что расход электроэнергии на переработку нефти составляет 92%, прочее производственное потребление – 8%.

Структура расхода электроэнергии на переработку нефти складывается из потребления на:

• первичную переработку нефти – 24,5%;

• каталитическое риформирование – 42,8%;

• гидроочистку нефти – 7,7%;

• парекс – 22,5%;

• производство кислоты - 2,4%;

• производство серы - 0,1%.

Наиболее энергоемкими технологическими процессами являются каталитическое риформирование и первичная переработка нефти, наибольшую удельную энергоемкость имеют производство кислоты и парекс.

Табл. 1

Условный номер НПП.

Рис. 2. Потребление электроэнергии на тонну переработанной нефти

на НПП России

Рис. 3. Потребление электроэнергии по годам

Рис 4. Переработка нефти и удельный расход электроэнергии по НПП ООО «ПО «Киришинефтеоргсинтез»

Анализ потребления электроэнергии за 19952000 гг. показал (см. рис. 4), что в целом по НПП ООО «ПО «Киришинефтеоргсинтез» имеет место обратная зависимость удельной энергоемкости от объема переработки нефти, т.е. от ритмичности поставки нефти на НПП и качества поставляемой нефтяной смеси. Также имеется устойчивая тенденция увеличения энергопотребления производствами, не входящими в основной технологический цикл (производство моющих средств, кровельных материалов и т.д.) и очистными сооружениями НПП (см. рис. 5).

На основании изложенного, основными причинами роста удельного расхода электроэнергии при переработке нефти являются:

• неритмичность поставок и нестабильность качества поставляемой нефти;

• увеличение глубины переработки нефти, сопровождаемое вводом в эксплуатацию энергоемких производств;

• увеличение объема производства продукции с высокой энергоемкостью (сера, кислота);

• увеличение электропотребления очистными сооружениями и вспомогательными службами;

• увеличение объема электроподогрева трубопроводов.

Рис 5. Электропотребление производств не входящих в основной технологический цикл НПП ООО «ПО «Киришинефтеоргсинтез»

Основными мероприятиями при управлении электропотреблением НПП являются:

• перераспределение объема переработки нефти в пользу установок с меньшей энергоемкостью производства;

• оптимизация режимов напряжения и реактивной мощности;

• внедрение энергосберегающего электромеханического оборудования для переработки нефти, включая регулируемый по частоте вращения привод для насосных и вентиляторных установок;

• совершенствование энергетических характеристик насосных установок, используемых во всех компонентах технологического процесса;

• приведение параметров и характеристик электротехнического оборудования в соответствие с потребностями технологии (ликвидация «избытка мощностей»);

• управление формированием суточных графиков нагрузки НПП в целом путем смещения зоны максимальных нагрузок в тарифную зону с минимальной оплатой.

Реализация указанных мероприятий в полном объеме в течение t достигается при наличии АСУ СЭС, позволяющей непрерывно контролировать основные параметры энергетического и технологического процесса и передавать интегрированную информацию в диспетчерские пункты НПП. Оценка эффективности данных мероприятий показала, что внедрение их позволяет в условиях ООО «ПО «Киришинефтеоргсинтез» при стабилизации технологических параметров переработки снизить удельные энергозатраты на 5÷7%.