Πώς οι ατμοστρόβιλοι διυλιστηρίων υποστηρίζουν την ανάκτηση ενέργειας και τη βελτίωση της αποδοτικότητας των διεργασιών

Πώς οι ατμοστρόβιλοι διυλιστηρίων υποστηρίζουν την ενεργειακή ανάκτηση και τη βελτίωση της αποδοτικότητας των διεργασιών

Το πιο αποκαλυπτικό σημείο για την εξέταση ενός ατμοστρόβιλου διυλιστηρίου δεν βρίσκεται σε ένα γενικό διάγραμμα βοηθητικών συστημάτων, αλλά γύρω από τις μονάδες όπου η πίεση ήδη μειώνεται για λόγους διεργασίας. Εκεί πολλά εργοστάσια εξακολουθούν να αφήνουν ανεκμετάλλευτη αξία. Ο ατμός υψηλής πίεσης παράγεται σε καυστήρες, λέβητες ή συστήματα ανάκτησης θερμότητας και στη συνέχεια υποβιβάζεται για καταναλωτές μέσης ή χαμηλής πίεσης. Αν αυτή η εκτόνωση της πίεσης πραγματοποιείται μόνο μέσω μιας βαλβίδας, το διυλιστήριο αποκτά ατμό διεργασίας, αλλά χάνει την ευκαιρία ανάκτησης έργου. Αν η ίδια λειτουργία πραγματοποιείται μέσω ενός στροβιλοκινητήρα, όπου το επιτρέπει η διεργασία, μέρος της πτώσης ενθαλπίας μετατρέπεται σε μηχανική ισχύ για αντλίες, συμπιεστές ή γεννήτριες.

Αυτό ακούγεται απλό μέχρι να συναντήσει τους πραγματικούς λειτουργικούς περιορισμούς. Τα διυλιστήρια δεν λειτουργούν με θεωρητικά φορτία. Οι τύποι αργού πετρελαίου μεταβάλλονται. Η ζήτηση υδρογόνου αλλάζει ανάλογα με τα επίπεδα θείου και τους στόχους των προϊόντων. Οι μονάδες FCC, υδροεπεξεργασίας, αναμόρφωσης και ανάκτησης θείου επηρεάζουν καθεμία διαφορετικά την ισορροπία ατμού. Επομένως, το πραγματικό ερώτημα δεν είναι αν ένας ατμοστρόβιλος διυλιστηρίου μπορεί να ανακτήσει ενέργεια. Είναι σε ποιο σημείο μπορεί να ενταχθεί ο στρόβιλος στο σύστημα ατμού χωρίς να δημιουργήσει προβλήματα ελέγχου, αυξημένες απαιτήσεις συντήρησης ή μια λανθασμένη οικονομική αξιολόγηση που βασίζεται σε ιδανικές παραδοχές φορτίου.

Πού συνήθως γίνονται εμφανή τα οικονομικά οφέλη

Οι στροβιλοκινητήρες αντίθλιψης έχουν συχνά περισσότερο νόημα εκεί όπου ένα διυλιστήριο διαθέτει ήδη έναν σταθερό καταναλωτή ατμού κατάντη και ένα φορτίο περιστρεφόμενου εξοπλισμού ανάντη που λειτουργεί για μεγάλα χρονικά διαστήματα με σχετικά προβλέψιμη ζήτηση. Οι αντλίες τροφοδοσίας λεβήτων, οι αντλίες φόρτισης, οι συμπιεστές αέρα διεργασίας και ορισμένοι συμπιεστές για υπηρεσίες υδρογόνου αποτελούν τυπικούς υποψηφίους, αν και η καταλληλότητα εξαρτάται από τη φιλοσοφία ελέγχου και την κρισιμότητα της διεργασίας. Σε αυτές τις περιπτώσεις, ο στρόβιλος δεν είναι απλώς ένας κινητήριος μηχανισμός. Αποτελεί μέρος της στρατηγικής διαχείρισης της πίεσης ατμού της εγκατάστασης.

Οι στρόβιλοι συμπύκνωσης ακολουθούν διαφορετική λογική. Είναι πιο ελκυστικοί όταν το διυλιστήριο διαθέτει περίσσεια ατμού πέρα από τις εσωτερικές ανάγκες διεργασίας, ιδιαίτερα όταν το κόστος ηλεκτρικής ενέργειας ή η αξιοπιστία του δικτύου καθιστούν πολύτιμη την ιδιοπαραγωγή. Ωστόσο, αυτή η επιλογή είναι πιο ευαίσθητη στην απόδοση του συμπυκνωτή, στις συνθήκες του νερού ψύξης, στη θερμοκρασία περιβάλλοντος και στο εποχικό πρότυπο λειτουργίας του διυλιστηρίου. Ένα μηχάνημα συμπύκνωσης μπορεί να φαίνεται αποδοτικό στα χαρτιά και παρ’ όλα αυτά να απογοητεύσει, αν η εγκατάσταση δεν μπορεί να διατηρήσει τις συνθήκες κενού που θεωρήθηκαν κατά την αξιολόγηση του έργου.

Μια συνηθισμένη λανθασμένη προσέγγιση κατά τον αρχικό έλεγχο ενός έργου είναι η σύγκριση της απόδοσης του στροβίλου με εκείνη του ηλεκτροκινητήρα μεμονωμένα. Αυτό παραβλέπει την ουσία. Η σωστή σύγκριση γίνεται σε επίπεδο συστήματος: πηγή ατμού, απαιτούμενη μείωση πίεσης, οριακό κόστος καυσίμου, κόστος ηλεκτρικής ενέργειας, ώρες λειτουργίας και επίδραση στη συνολική σταθερότητα των συλλεκτών ατμού του διυλιστηρίου. Ένας στρόβιλος που φαίνεται λιγότερο ελκυστικός ως αυτόνομος κινητήριος μηχανισμός μπορεί και πάλι να δικαιολογείται όταν εξαλείφει τη σπάταλη εκτόνωση πίεσης ή μειώνει την αγοραζόμενη ηλεκτρική ενέργεια σε συνθήκες περιορισμένης διαθεσιμότητας του δικτύου.

Γιατί ορισμένες υπηρεσίες είναι κατάλληλες και άλλες όχι

Δεν πρέπει κάθε περιστρεφόμενη υπηρεσία να μετατρέπεται σε ατμοκίνηση. Οι καλύτεροι υποψήφιοι είναι συνήθως μηχανήματα συνεχούς λειτουργίας με αρκετό συντελεστή φορτίου ώστε να δικαιολογείται η ενσωμάτωση στον ατμό και με επαρκή ανοχή διεργασίας για την αντιμετώπιση της ακολουθίας εκκίνησης, των απαιτήσεων προθέρμανσης και της πολυπλοκότητας του ελέγχου στροφών. Υπηρεσίες με πολύ μεταβλητή ροή, συχνές εκκινήσεις ή πολύ αυστηρές απαιτήσεις παροδικής απόκρισης μπορεί να εξακολουθούν να ευνοούν τους ηλεκτροκινητήρες, ακόμη και σε ένα διυλιστήριο με άφθονο ατμό.

Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό στις περιοχές επεξεργασίας υδρογονανθράκων, όπου οι διακοπές λειτουργίας συνεπάγονται υψηλό κόστος απώλειας παραγωγής. Ένας ατμοστρόβιλος διυλιστηρίου μπορεί να είναι εξαιρετικά αξιόπιστος όταν η ποιότητα του ατμού ελέγχεται και τηρείται το επιτρεπόμενο λειτουργικό εύρος, όμως η αξιοπιστία δεν είναι μόνο ζήτημα του στροβίλου. Εξαρτάται από τις αποστραγγίσεις, τη στεγανοποίηση των παρεμβυσμάτων, την προστασία από υπερστροφία, την απόκριση του ρυθμιστή, την ακεραιότητα του λιπαντικού λαδιού και την πειθαρχία κατά την προθέρμανση των γραμμών ατμού. Οι εγκαταστάσεις που υποτιμούν αυτά τα υποστηρικτικά συστήματα συχνά αποδίδουν στον στρόβιλο προβλήματα τα οποία στην πραγματικότητα ξεκινούν από τη διαχείριση των βοηθητικών συστημάτων ή από κενά στις διαδικασίες λειτουργίας.

Τι μαθαίνουν συχνά οι χειριστές μετά την εκκίνηση

Το πρώτο μάθημα είναι ότι η ποιότητα του ατμού έχει μεγαλύτερη σημασία από ό,τι αναμένουν πολλοί μη ειδικοί. Ο υγρός ατμός, η μεταφορά σταγονιδίων και η ανεπαρκής αποστράγγιση δεν προκαλούν πάντα άμεσες διακοπές λειτουργίας, αλλά μειώνουν τη διάρκεια ζωής των εξαρτημάτων και αλλοιώνουν την απόδοση. Σε περιβάλλοντα διυλιστηρίων, όπου τα χρονικά παράθυρα γενικής συντήρησης προγραμματίζονται αυστηρά, αυτό έχει σημασία. Ένας στρόβιλος που υποβαθμίζεται σταδιακά μπορεί να μετατραπεί σε κρυφό κέντρο κόστους μέσω απωλειών απόδοσης, φθοράς των στεγανοποιήσεων και πρόσθετων εργασιών συντήρησης κατά τις διακοπές λειτουργίας.

Το δεύτερο μάθημα αφορά την ενσωμάτωση του ελέγχου. Ένας στρόβιλος που επιλέχθηκε μόνο βάσει της ονομαστικής ισχύος μπορεί να λειτουργεί άκομψα, αν η διεργασία απαιτεί μεγάλο εύρος στροφών ή αν η πίεση του συλλέκτη ατμού μεταβάλλεται μαζί με την παροχή της μονάδας. Μια σωστή μελέτη εφαρμογής εξετάζει ολόκληρο τον χάρτη: κανονικό φορτίο, ελάχιστο σταθερό φορτίο, περιπτώσεις διαταραχών, φιλοσοφία διακοπής και τι συμβαίνει κατά τις διαταραχές των βοηθητικών συστημάτων. Εκεί οι έμπειροι προμηθευτές στροβιλομηχανών προσθέτουν συνήθως τη μεγαλύτερη αξία, όχι μόνο στο μηχανολογικό πακέτο αλλά και στην προσαρμογή του μηχανήματος στον πραγματικό τρόπο λειτουργίας του διυλιστηρίου. Εταιρείες με ευρεία εμπειρία στον περιστρεφόμενο εξοπλισμό, όπως η SINO-QNP, προσεγγίζουν συχνά το ζήτημα από την οπτική του συστήματος, επειδή οι ατμοστρόβιλοι σπάνια εξετάζονται μεμονωμένα στη λήψη αποφάσεων ενός διυλιστηρίου· αλληλεπιδρούν με συμπιεστές, γεννήτριες και τον συνολικό σχεδιασμό των βοηθητικών συστημάτων.

Σε ορισμένα συγκροτήματα διυλιστηρίων και πετροχημικών μονάδων, η ανάκτηση με βάση τον ατμό αξιολογείται επίσης παράλληλα με εγκαταστάσεις παραγωγής που λειτουργούν με αέριο. Όταν οι χειριστές επιδιώκουν μια ευρύτερη στρατηγική ισχύος, ένα μηχάνημα όπως ο Αεριοστρόβιλος μπορεί να ενταχθεί στη συζήτηση, ιδιαίτερα όταν εξετάζονται η συμπαραγωγή, η ευελιξία καυσίμου ή η υποστήριξη ισχύος ταχείας απόκρισης. Αυτό δεν αντικαθιστά τον ρόλο ενός ατμοστρόβιλου διυλιστηρίου. Αλλάζει τα όρια του προβλήματος βελτιστοποίησης. Οι ατμοστρόβιλοι ανακτούν αξία που υπάρχει ήδη στο θερμικό ισοζύγιο· οι αεριοστρόβιλοι προσθέτουν μια διαφορετική διαδρομή κύριας κινητήριας μηχανής, με τη δική της λογική καυσίμου, απόδοσης και κατανομής φορτίου.

Χώρος, περιορισμοί αναβάθμισης και έργα που φαίνονται ευκολότερα από ό,τι είναι

Τα έργα σε υφιστάμενα διυλιστήρια είναι εκεί όπου πολλές υποσχόμενες ιδέες γίνονται πιο δύσκολες. Ο χώρος γύρω από τις υπάρχουσες σειρές αντλιών ή τα βάθρα των συμπιεστών είναι συχνά περιορισμένος. Η όδευση του ατμού μπορεί να απαιτεί μεγάλες διαδρομές, πρόσθετα στηρίγματα, θύλακες αποστράγγισης και αλλαγές στους διαδρόμους πρόσβασης. Τα θεμέλια, οι περιορισμοί ευθυγράμμισης και η διάρκεια της γενικής συντήρησης μπορεί να επηρεάσουν το έργο περισσότερο από το ίδιο το πακέτο του στροβίλου. Δεν είναι ασυνήθιστο μια τεχνικά άρτια ιδέα ανάκτησης ενέργειας να χάνει τη δυναμική της, επειδή το κόστος των σωληνώσεων και των πολιτικών έργων καθιστά την απόσβεση λιγότερο ελκυστική από ό,τι είχε αρχικά εκτιμήσει ο μηχανικός διεργασιών.

Εδώ επίσης, η έγκαιρη υποβολή των σωστών ερωτήσεων εξοικονομεί χρόνο:

• Είναι η πηγή ατμού πραγματικά σταθερή σε εποχικές μεταβολές και αλλαγές του ρυθμού λειτουργίας των μονάδων;
• Θα έχει ο ατμός εξαγωγής πάντα έναν χρήσιμο προορισμό στην απαιτούμενη πίεση;
• Μπορεί ο κινούμενος εξοπλισμός να ανταποκριθεί στα χαρακτηριστικά ελέγχου και εκκίνησης του στροβίλου;
• Διαθέτει η εγκατάσταση τις πρακτικές συντήρησης για την υποστήριξη βαλβίδων, στεγανοποιήσεων, συστημάτων διακοπής και παρακολούθησης του λιπαντικού λαδιού;
• Παραμένει το έργο ελκυστικό αφού συμπεριληφθούν τα κόστη σωληνώσεων, πολιτικών έργων, αυτοματισμών και διακοπών λειτουργίας;

Αυτές οι ερωτήσεις είναι πιο πολύτιμες από γενικούς ισχυρισμούς σχετικά με την εξοικονόμηση ενέργειας, επειδή αποκαλύπτουν αν η εφαρμογή είναι δομικά ορθή ή απλώς ελκυστική ως ιδέα.

Ένας πρακτικός τρόπος αξιολόγησης της καταλληλότητας

Ένας ατμοστρόβιλος διυλιστηρίου δικαιολογείται συνήθως καλύτερα όταν συνυπάρχουν τρεις προϋποθέσεις: υπάρχει ήδη ανακτήσιμη πτώση πίεσης, το κινούμενο φορτίο είναι αρκετά σταθερό ώστε να αξιοποιεί αυτή την ενέργεια με συνέπεια και το σύστημα βοηθητικών παροχών μπορεί να υποστηρίξει τη λειτουργία του στροβίλου χωρίς να εισάγει ευπάθεια. Αν μία από αυτές τις προϋποθέσεις είναι αδύναμη, το έργο μπορεί και πάλι να υλοποιηθεί, αλλά απαιτεί πιο προσεκτική τεχνική και οικονομική αξιολόγηση.

Για τις εγκαταστάσεις που εξετάζουν τη μακροπρόθεσμη στρατηγική των βοηθητικών παροχών τους, είναι επίσης χρήσιμο να συγκρίνουν τις επιλογές ανάκτησης στο πλαίσιο ενός ευρύτερου οδικού χάρτη στροβιλομηχανών. Οι προμηθευτές που δραστηριοποιούνται στους ατμοστρόβιλους, τους συμπιεστές, τις γεννήτριες, την υλοποίηση EPC, την υποστήριξη ανταλλακτικών και συναφείς τεχνολογίες, όπως τα συστήματα Αεριοστροβίλων, μπορούν συνήθως να παρουσιάσουν αυτή τη σύγκριση πιο ρεαλιστικά, επειδή η απόφαση σπάνια αφορά ένα μόνο μηχάνημα. Αφορά τον τρόπο με τον οποίο το διυλιστήριο θέλει να χρησιμοποιεί καύσιμο, ατμό, ισχύ και ώρες συντήρησης κατά τον επόμενο κύκλο λειτουργίας. Σε αυτό το επίπεδο τα οφέλη από τη βελτίωση της αποδοτικότητας των διεργασιών γίνονται πραγματικά και οι λανθασμένες παραδοχές τείνουν να αποκαλύπτονται αρκετά νωρίς ώστε να διορθωθούν.