Подогреватели нефти и нефтепродуктов: обзор рынка
Одна из важных проблем при транспортировке «чёрного золота» ― это понижение температуры перекачиваемого флюида. В результате увеличивается вязкость нефтяной эмульсии, возрастают риски образования парафиновых отложений и засорения трубопроводов. Чтобы предотвратить это, в отрасли используют специальное оборудование ― подогреватели нефти и нефтепродуктов. О том, какие ещё задачи можно решить с их помощью и за счёт чего производители рассчитывают повысить их эффективность, читайте в нашем материале.
Технологические задачи и нормативные требования к оборудованию
По словам ведущего инженера-конструктора ООО «СГА-инжиниринг» Дмитрия Сапоненко, данные устройства, помимо снижения вязкости и предотвращения отложений, используются на установках подготовки нефти (УПН).
«Подогрев эмульсий перед процессами сепарации и обезвоживания облегчает отделение воды от нефти. Кроме этого, с их помощью обеспечивается нагрев рабочей среды до требуемых температурных режимов подготовки сырья», ― рассказал г-н Сапоненко.
Как мы видим, от этого оборудования напрямую зависит безопасность и эффективность работ на промысле. Неудивительно, что к нему предъявляют строгие требования.
«Среди них надёжность и пожаробезопасность, минимальный вес и объём, высокая заводская готовность, энергоэффективность, недопущение образования отложений на стенках труб продуктовых змеевиков в процессе работы», ― пишет Ирина Денисенко в автореферате диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук «Совершенствование подогревателей нефти и нефтяной эмульсии на основе разработки компактных поверхностей теплопередачи и применения комбинированного нагрева».
Специалисты «СГА-Инжиниринг» отмечают, что в первую очередь подогреватели должны обеспечивать нагрев нефтяных эмульсий до требуемых технологических температур. Важна и универсальность: топки должны быть приспособлены для сжигания газообразного или жидкого топлива.
«Также оборудование должно быть рассчитано на стабильную работу при входном давлении и на эксплуатацию в различных климатических условиях, выдерживая низкие температуры окружающего воздуха. Наконец, важный аспект ― оснащённость автоматикой для обеспечения бесперебойной работы и предотвращения аварийных ситуаций», ― перечислил Дмитрий Сапоненко.
Сравнительный анализ типов подогревателей: преимущества и ограничения
Существует несколько разновидностей подобного оборудования: с промежуточным теплоносителем, путевые и устьевые, блочные печи. У каждой из них есть свои преимущества и ограничения.
«Наиболее распространённый тип оборудования для нагрева нефтяных эмульсий ― это подогреватели с промежуточным теплоносителем (ППТ). В данном случае тепло сначала поступает в промежуточную среду (воду или водно-гликолевую смесь) и уже потом передаётся змеевикам с нагреваемым продуктом.
Всё это обеспечивает мягкий нагрев и отсутствие коксообразования на стенках труб змеевика. Исключается прямой контакт пламени с продуктовыми трубами, что снижает риск пожара. Также стоит отметить их универсальность (они подходят для высоковязкой и эмульсионной нефти) и оснащённость системами автоматики и безопасности», ― отметил Дмитрий Сапоненко.
Впрочем, есть у них и свои ограничения. В частности, Ирина Денисенко отмечает высокую металлоёмкость и громоздкость блочных подогревателей. В наибольшей степени этот недостаток свойственен как раз пожаробезопасным устройствам косвенного нагрева, где используются две поверхности теплопередачи.
Также ППТ требуют регулярного контроля уровня воды или гликоля и имеют более низкий КПД по сравнению с устройствами с прямым нагревом.
Следующая разновидность ― путевые подогреватели (ПП). Как пишут сотрудники Астраханского государственного технического университета Константин Андрис и Николай Селиванов в статье «Путевой подогрев нефтепродуктов при перевозке автотранспортом», при транспортировке в зимнее время нужна высокая температура налива, что означает перерасход тепловой энергии на нефтебазах и увеличение себестоимости. Решением проблемы как раз могут стать ПП.
«Часто технически они совпадают с подогревателями с промежуточным теплоносителем, но устанавливаются прямо на «пути» (трубопроводе) от скважины к центральному пункту сбора. К преимуществам ПП в первую очередь стоит отнести мобильность. Они выполняются в блочном исполнении, удобном для перевозки. Кроме этого, они обеспечивают нагрев в потоке, работая непосредственно в линии нефтесбора», ― отметил Дмитрий Сапоненко.
Ключевое ограничение путевых подогревателей таково: они нуждаются в постоянном источнике топлива. Как правило, это газ или нефть. Более дешёвый вариант ― использование ПНГ (попутного нефтяного газа), но в таком случае потребуются системы подготовки сырья.
Далее идут устьевые подогреватели. Как видно из названия, их используют непосредственно у устья скважины для подогрева продукции перед транспортировкой в условиях низких температур. К их преимуществам относят предотвращение замерзания и снижение вязкости нефтяной эмульсии на самом раннем этапе.
К тому же они более компактные, по сравнению с путевыми подгоревателями, объяснил ведущий инженер-конструктор «СГА-Инжиниринг». Если говорить о слабых местах данного оборудования, то это в первую очередь ограниченная мощность и сложность обслуживания в удалённых местах.
Наконец, для подогрева сырья и нефтепродуктов используют блочные печи (ПТБ).
«Это комплектные установки, включающие топку, продуктовый змеевик и систему автоматики, часто используются на установках подготовки нефти. К их преимуществам стоит отнести высокую производительность (применяются для больших объёмов подготовки) и то, что они поставляются в полной заводской готовности.
В то же время отмечу высокую стоимость такого оборудования. К тому же это устройства с прямым нагревом, что может привести к коксообразованию на стенках труб, а из-за контакта пламени со змеевиком возникает риск пожара. Наконец, блочные печи требуют обустроенной площадки и фундамента», ― рассказал Дмитрий Сапоненко.
Если подводить итог, то выбор конкретной модели зависит, прежде всего, от задач конкретного клиента.
Современные горелки и автоматизация: залог высокого КПД
Основные принципы работы подогревателей известны давно. Однако это не означает, что у инженеров нет работы: в конструкцию этих устройств постоянно вносят улучшения.
«В современных рыночных условиях, когда снижение затрат топлива на нагрев нефти и технологии её подготовки на промыслах экономически востребовано и когда ресурсосбережение становится одним из условий успешного хозяйствования, необходимым является разработка способов и средств, позволяющих уменьшить металлоёмкость, повысить компактность и энергоэффективность подогревателей», ― подчеркнула важность этой работы Ирина Денисенко.
В «СГА-Инжиниринг» полагают, что технический прогресс в данном случае пойдёт по трём основным направлениям. В первую очередь это оптимизация процесса сжигания и теплообмена. Помочь здесь может использование современных горелок. Автоматизированные устройства с принудительной подачей воздуха обеспечивают точное соотношение топлива и воздуха, что снижает потери тепла и повышает КПД.
«Увеличение поверхности топочных устройств и продуктового змеевика обеспечивает интенсификацию теплообмена. А регулярная очистка от нагара и отложений может повысить теплоотдачу на 7–15%», ― отметил Дмитрий Сапоненко.
Следующее направление ― это автоматизация. В первую очередь речь идёт о системах, регулирующих подачу топлива в зависимости от температуры нефти на выходе, что исключает перегрев и обеспечивает экономию. Установка датчиков контроля пламени, давления промежуточного теплоносителя, уровня жидкости в расширительном баке и загазованности предотвращает возникновение аварийных ситуаций.
А мониторинг параметров работы в режиме реального времени позволяет выявлять отклонения до возникновения неисправностей.
Наконец, повысить эффективность можно за счёт улучшений в конструкции. Например, использование промежуточного теплоносителя с содержанием гликоля вместо обычной воды позволяет эксплуатировать подогреватель при низких температурах без риска замерзания. А повышение качества теплоизоляции позволит снизить теплопотери через корпус устройства.
«Если резюмировать, то в своей работе по модернизации подогревателей мы делаем упор на полную автоматизацию (снижение влияния человеческого фактора), применение качественных горелок (повышение КПД) и надёжную теплоизоляцию для работы в условиях Крайнего Севера», ― отметил Дмитрий Сапоненко.
Импортозамещение: Россия и Китай вместо Америки и Европы
Остаётся ответить на последний вопрос, какие устройства предпочитают использовать российские компании: отечественные или зарубежные. Очевидно, что санкции сильно повлияли на рынок подогревателей в РФ, ускорив переход на российское оборудование. Поэтому доля полностью импортных путевых подогревателей невелика и продолжает сокращаться. Однако зависимость от импорта сохраняется в сегменте критических компонентов.
«В первую очередь это горелочные устройства. До санкций широко использовались европейские бренды. Сейчас прямые поставки и техническая поддержка горелок с высокой точностью регулирования и низкими выбросами затруднены. В этих условиях происходит активное замещение на аналоги из Китая, Турции и локализованные российские версии.
Кроме этого, после ухода ряда европейских вендоров возникли ограничения в части интеллектуальных систем управления. Речь идёт о программном обеспечении для проектирования, управления и диагностики процессов. Также есть сложности с поставками специализированных датчиков и контроллеров.
Тем не менее движение вперёд есть. Процент локализации у ведущих российских производителей составляет от 70 до 90%. Так, европейские и американские КИПиА и системы автоматизации постепенно заменяются на российские и китайские решения», ― описал ситуацию Дмитрий Сапоненко.
Таким образом, санкции, безусловно, повлияли на отрасль, но не остановили её развитие. Несмотря на сложности с поставками критических комплектующих, российские компании не только сумели сохранить производство, но и продолжили инвестиции в дальнейшую модернизацию подогревателей нефти и нефтепродуктов.
Дмитрий Сапоненко, ведущий инженер-конструктор ООО «СГА-инжиниринг»
«Основываясь на текущих тенденциях в нефтегазовой отрасли, отмечу, что спрос на подогреватели нефти в ближайшие годы будет умеренно расти или как минимум сохранит высокую стабильность. Хотя глобальный тренд направлен на энергетический переход, роль трудноизвлекаемой нефти растёт, что требует интенсивного использования оборудования для подогрева. В то же время необходимо учитывать внешнюю политическую обстановку и наличие санкционных ограничений на импорт нефти из РФ. Эти факторы могут оказать негативное влияние на спрос на подогреватели».
Текст: Андрей Халбашкеев
Фото предоставлены
ООО «СГА-Инжиниринг»
