Zanieczyszczenia w rafinerii: dlaczego koszty energii są tak wysokie i jak temu zaradzić.

Dlaczego warto przeciwdziałać zanieczyszczeniom? Efektywna wymiana ciepła jest fundamentem niezawodnej i energooszczędnej pracy rafinerii. Jednym z największych wyzwań pozostaje jednak stopniowe osadzanie się zanieczyszczeń w wymiennikach ciepła. Minerały, osady, produkty korozji oraz substancje biologiczne i organiczne tworzą warstwę, która ogranicza efektywność urządzeń. Skutkiem są niższa wydajność procesów, większe zużycie energii, częstsze przestoje oraz wyższe koszty eksploatacyjne ponoszone przez cały okres użytkowania instalacji.

To stopniowe gromadzenie się osadów nie tylko pogarsza wydajność wymiennika ciepła, ale także zmniejsza ogólną zdolność zakładu do skutecznego odzyskiwania ciepła. Wraz ze wzrostem zanieczyszczenia potrzeba więcej energii, aby osiągnąć te same wyniki procesowe, co prowadzi do wyższego zużycia paliwa, zwiększonych kosztów eksploatacji i większej emisji CO₂. Wybór odpowiedniego wymiennika ciepła oraz kontrolowanie zanieczyszczenia poprzez regularny plan konserwacji ma kluczowe znaczenie dla utrzymania wydajności, obniżenia kosztów i maksymalizacji efektywności energetycznej.

Tam, gdzie ma to największe znaczenie

Kolumny destylacji ropy naftowej (CDU, Crude Distillation Units) stanowią serce procesów rafineryjnych, rozdzielając ropę naftową na poszczególne frakcje w procesie destylacji atmosferycznej. Zanim surowiec trafi do pieca, przepływa przez ciąg podgrzewania wstępnego (preheat train), czyli układ wymienników ciepła zaprojektowanych do stopniowego odzyskiwania energii z gorących strumieni procesowych. Pozwala to znacząco ograniczyć zużycie energii w całym procesie.

 

W układzie wstępnego podgrzewania ropa naftowa jest ogrzewana stopniowo, a każdy kolejny wymiennik ciepła odpowiada za podniesienie jej temperatury przed końcowym dogrzaniem w piecu. Szczególnie istotną rolę odgrywa ostatni wymiennik w ciągu technologicznym, zlokalizowany bezpośrednio przed piecem. Ze względu na pracę w najwyższych temperaturach jest on najbardziej narażony na negatywne skutki osadzania się zanieczyszczeń oraz związany z nimi spadek wydajności.

W miarę jak na powierzchniach ostatniego wymiennika ciepła w ciągu technologicznym gromadzą się zanieczyszczenia, osiągnięcie zakładanej temperatury na wlocie do wężownicy pieca (CIT, Coil Inlet Temperature) staje się coraz trudniejsze. Z czasem różnica pomiędzy temperaturą rzeczywistą a docelową stale rośnie. Spadek temperatury CIT o 20°C w ciągu roku, spowodowany osadzaniem się zanieczyszczeń, skutkuje wzrostem zapotrzebowania pieca na energię o około 100 GWh.
Ponieważ wymiennik nie jest już w stanie zapewnić wymaganego poziomu podgrzewania, niedobór ten musi zostać skompensowany przez piec. Prowadzi to do zwiększonego zużycia paliwa i wyższego obciążenia instalacji. W konsekwencji oznacza to dodatkowe koszty paliwa rzędu 5 mln euro oraz wzrost emisji o około 20 700 ton.

 

 

Jak raz na zawsze uporać się z zanieczyszczeniem

W zależności od urządzenia i etapu procesu różne mechanizmy powstawania osadów wymagają odmiennych strategii czyszczenia i planów konserwacji, aby utrzymać wysoką wydajność oraz ograniczyć przestoje. Wybór odpowiedniej metody zależy od rodzaju i stopnia zanieczyszczenia, dostępności urządzenia, wymaganej częstotliwości czyszczenia oraz wpływu prac serwisowych na ciągłość produkcji. Dlatego Alfa Laval Service oferuje programy oceny wydajności i audyty prowadzone na miejscu, które umożliwiają dokładną ocenę stanu wymienników ciepła oraz monitorowanie ich wydajności w czasie. Pozwala to identyfikować spadki efektywności, określać optymalną częstotliwość czyszczenia i dobierać najskuteczniejsze metody konserwacji. Na podstawie wyników Alfa Laval rekomenduje odpowiednie rozwiązania czyszczące, realizowane zarówno u klienta, jak i w wyspecjalizowanych centrach serwisowych na całym świecie.

 

Metody czyszczenia obejmują:

 

• Czyszczenie mechaniczne / czyszczenie strumieniem wody: Stosowane głównie w przypadku miękkich zanieczyszczeń, takich jak szlam, błoto, osady biologiczne lub luźne pozostałości węglowodorów. Metoda ta wykorzystuje strumienie wody o wysokim natężeniu przepływu do usuwania osadów bez uszkadzania powierzchni wymiany ciepła. Jest to szybkie i wydajne rozwiązanie konserwacyjne do stosowania podczas przestojów.
• Czyszczenie strumieniem wody pod bardzo wysokim ciśnieniem (do 600 barów): Metoda ta jest zalecana w przypadku najtwardszych i najbardziej zbitych zanieczyszczeń, takich jak pirokok, spolimeryzowane węglowodory lub silnie przylegające osady mineralne. Strumienie wody pod wysokim ciśnieniem są w stanie przeniknąć i usunąć gęste osady oraz przywrócić wydajność wymiany ciepła.
• Czyszczenie chemiczne (w kąpieli lub CIP – Cleaning In Place): Jest to odpowiednia metoda czyszczenia w przypadku, gdy osady, takie jak kamień, sole, produkty korozji lub pozostałości węglowodorów, można rozpuścić chemicznie. Czyszczenie CIP pozwala na oczyszczenie wymiennika bez konieczności jego demontażu, co skraca czas konserwacji i ogranicza zakłócenia w pracy.
• Czyszczenie pirolityczne: Metoda ta stosowana jest głównie w przypadku poważnych zanieczyszczeń organicznych, koksu i osadów spolimeryzowanych węglowodorów. Wymiennik jest podgrzewany w kontrolowanych warunkach w celu termicznego rozkładu osadów na popiół lub kruche pozostałości, które następnie można łatwo usunąć mechanicznie.
• Czyszczenie ultradźwiękowe: rozwiązanie przeznaczone do delikatnych elementów lub komponentów o złożonej geometrii, w przypadku których tradycyjne metody czyszczenia mechanicznego są trudne do zastosowania. Technologia ta wykorzystuje fale ultradźwiękowe o wysokiej częstotliwości do wytwarzania pęcherzyków kawitacyjnych w kąpieli cieczowej. Powstające zjawisko skutecznie usuwa drobne cząstki i osady z trudno dostępnych miejsc, nie powodując uszkodzeń czyszczonych elementów.

 

Kolejny krok w cyfrowym monitorowaniu

Wiemy już, że regularne czyszczenie i konserwacja są niezbędne, więc kolejnym krokiem jest wykrycie zanieczyszczeń, zanim staną się one problemem. W Alfa Laval nieustannie dążymy do tworzenia inteligentniejszych i bardziej energooszczędnych rozwiązań, wykraczających poza tradycyjną konserwację. Obecnie cyfrowe monitorowanie zmienia sposób, w jaki rafinerie zarządzają swoimi wymiennikami ciepła, zwłaszcza modelem Compabloc. Wykorzystując technologię cyfrowych bliźniaków, sztuczną inteligencję oraz wieloletnie doświadczenie, nasi klienci mogą przejść od reaktywnego do proaktywnego zarządzania aktywami. Takie podejście nie tylko pozwala wykrywać i eliminować zanieczyszczenia, zanim wpłyną one na koszty lub wydajność, ale także zapewnia nowy poziom niezawodności, wydajności i zrównoważonego rozwoju. Dzięki analizom w czasie rzeczywistym i analizom predykcyjnym każdy Compabloc może działać z pełnym potencjałem, gwarantując osiągnięcie doskonałości operacyjnej w oparciu o jasność wynikającą z danych, a nie o przypadek.

 

Chcesz dowiedzieć się więcej o tym, jak raz na zawsze uporać się z zanieczyszczeniami w swojej rafinerii?

Dowiedz się więcej o usługach dla wymienników Compabloc