165
program
Revamp jednotek ve zpracování ropy Milanjednotek Vitvar, ýeská rafinérská ropy Revamp ve zpracování Milan Vitvar, ýeská rafinérská
0. Souhrn
0. Souhrn
Revamp jednotek ve zpracování ropy pĜedstavuje jeden z nejpoužívanČjších postupĤ pro Revamp jednotek ve zpracování ropy pĜedstavuje jeden z nejpoužívanČjších postupĤ pro zvýšení výkonu, ovlivnČní kvality výrobkĤ výrobních nákladĤ. Revampy jsou zvýšení výkonu, ovlivnČní kvality výrobkĤ aa snížení snížení výrobních nákladĤ. Revampy jsou charakteristické vysokým pomČrem nákladĤm. je nutno charakteristické vysokým pomČremefektĤ efektĤ kk poĜizovacím poĜizovacím nákladĤm. PomČrPomČr je nutno kontrolovat v prĤbČhu pĜípravy iteraþnímimetodami metodami se všech dalšíchdalších nákladĤnákladĤ a kontrolovat v prĤbČhu pĜípravy iteraþními sezahrnutím zahrnutím všech a efektĤ v rafinérii. VČtšina evropských rafinérií vþ. ýeské rafinérské má bohaté zkušenosti efektĤ v rafinérii. VČtšina evropských rafinérií vþ. ýeské rafinérské má bohaté zkušenosti s revampy jednotek a s pokrokem v chemickém inženýrství se stále zdokonalují metodiky s revampyjejich jednotek a s pokrokem v chemickém inženýrství se stále zdokonalují metodiky provádČní. jejich provádČní. 1. Úvod
1. Úvod OdvČtví zpracování ropy v EvropČ mČlo po mnoho let nízkou návratnost kapitálu s výjimkou
posledního období rĤstu cen ropy, kdy vzrostla cena nejen suroviny, ale i ropných výrobkĤ a
OdvČtví zpracování ropy vrafinérské EvropČ marže. mČlo po mnohohodnota let nízkou návratnost s výjimkou rovnČž se zvýšily PrĤmČrná návratnosti kapitálukapitálu se pĤvodnČ posledníhopohybovala období rĤstu ropy, vzrostla cena se nejen suroviny,Toaleje ii ropných výrobkĤ a na 4 cen %, což bylakdy úroveĖ srovnatelná zemČdČlstvím. dĤvod, proþ (s výjimkou marže. politicky PrĤmČrná motivovaných projektĤnávratnosti nebo rychle kapitálu se rozvíjejících rovnČž senedocházelo zvýšily rafinérské hodnota se pĤvodnČ území) k výstavbČ rafinérií a nové jednotky se stavČly ojedinČle. PĜes tento nepĜíznivý jev pohybovala na 4 %, což byla úroveĖ srovnatelná se zemČdČlstvím. To je i dĤvod, proþ evropské rafinérie zvládly dvakrát pĜechod k novým kvalitám výrobkĤ a byly pĜipraveny nedocházelo (s výjimkou motivovaných rychle se rozvíjejících k exportu zboží do politicky USA pĜi nízkých výrobních projektĤ nákladech. nebo NejužívanČjším postupem území) k výstavbČ a nové se stavČly PĜesstanoveného tento nepĜíznivý jev zajišĢujícímrafinérií další rozvoj se staljednotky revamp, který dokázalojedinČle. zajistit splnČní cíle minimálními kapitálovými náklady. evropské srafinérie zvládly dvakrát pĜechod k novým kvalitám výrobkĤ a byly pĜipraveny k exportu zboží do USA pĜi nízkých výrobních nákladech. NejužívanČjším postupem Revamp je založen na využití vnitĜních rezerv zaĜízení. Vychází z aplikací nejnovČjších zajišĢujícím další chemického rozvoj seinženýrství stal revamp, který dokázal splnČní stanoveného cíle poznatkĤ pĜi rozumném zhodnocenízajistit cílĤ a ekonomických kriterií. s minimálními kapitálovými ZaĜízení je doplĖovánonáklady. potĜebnými prvky, jsou vyhledávána a odstraĖována úzká místa, v rámci revampu mohou být pĜestavČny i celé þásti zaĜízení.
Revamp je založen na využití vnitĜních rezerv zaĜízení. Vychází z aplikací nejnovČjších Tento vývoj akceptovala i ýeská rafinérská, která po mnoho let postupnČ provádí revampy poznatkĤ svých chemického inženýrství pĜi rozumném cílĤsea vnČjším ekonomických zaĜízení jako jednu z hlavních metod, jak zhodnocení vyhovČt mČnícím i vnitĜním kriterií. ZaĜízení je doplĖováno potĜebnými prvky, jsou vyhledávána a odstraĖována úzká místa, podmínkám. v rámci revampu mohou být pĜestavČny i celé þásti zaĜízení. 2. Kriteria pro rozhodnutí o revampu
Tento vývoj akceptovala ýeská která po mnoho let postupnČ BČžným zpĤsobem ijak splnit rafinérská, nové cíle, byly v minulosti investiþní obnovy neboprovádí výstavbyrevampy technologicky i lokálnČ separovaných zaĜízení. Ekonomická omezení však vytváĜela tlak inavnitĜním svých zaĜízení jako jednu z hlavních metod, jak vyhovČt mČnícím se vnČjším odlišný zpĤsob úprav zaĜízení. podmínkám. Revamp múže být vyvolán nutností zmČnit nČkteré podmínky. Mezi jinými to jsou:
2. Kriteria pro rozhodnutí o revampu x
Zlepšení bezpeþnosti práce, ochrana životního prostĜedí a zvýšení integrity zaĜízení
BČžným zpĤsobem jakrizika splnit novézvláštČ cíle,pĜi byly v minulosti investiþní obnovy nebo výstavby x Snížení provozu, snižování poþtu zamČstnancĤ technologickyx i Investice lokálnČkeseparovaných Ekonomická omezení však vytváĜela zlepšení kvality zaĜízení. výrobkĤ - pĜíkladem jsou aktivity v rámci „ýistých paliv“ tlak na x úprav PĜíležitost ke zvýšení marže se zamČĜením na výrobu cenovČ atraktivního a trhem odlišný zpĤsob zaĜízení. žádaného zboží nebo snížení výrobních nákladĤ
Revamp múže být vyvolán nutností zmČnit nČkteré podmínky. Mezi jinými to jsou: x x
APROCHEM 2006 • Odpadové fórum 2006
1327
24.–27. 4. 2006 Milovy
Zlepšení bezpeþnosti práce, ochrana životního prostĜedí a zvýšení integrity zaĜízení Snížení rizika provozu, zvláštČ pĜi snižování poþtu zamČstnancĤ 1
program
Rozhodování o revampu vychází z chemicko-inženýrské analýzy potenciálu daného zaĜízení, z možností a alternativ. Tento krok mĤže být proveden ve spolupráci s renomovanou inženýrskou firmou obeznámenou s podobnými Ĝešeními v jiných rafinériích. Alternativy jsou vyhodnoceny a za jednu z nich se v pĜípadČ vČtších projektĤ uvažuje i varianta výstavby nové jednotky. Revampy v pĜevážné vČtšinČ nevychází z pĜedem pevnČ urþených cílĤ, jak tomu bývá pĜi výstavbČ nových jednotek, ale podĜizují se možnostem zaĜízení. Jsou kompromisem, který sleduje svoji kĜivku vývoje nákladĤ v porovnání s efekty. Pro hodnocení však neplatí obecná kriteria. Provádí se detailní rozbor situace pro dané podmínky vþetnČ odhadĤ nové pozice zaĜízení v rafinérii, hodnotí se vyvolané zmČny a zpĤsob jejich Ĝešení. Posuzuje se celková zbytková životnost a úroveĖ zaĜízení, které má být revampováno. PĜi rozhodování o revampu probíhá tČsná spolupráce s marketingovými specialisty a Ĝeší se pĜípadné celkové dĤsledky navržených zmČn na trh. KĜivka vývoje nákladĤ a efektĤ bČžného revampu : náklady
efekty
Revamp je efektivní tehdy, jsou-li náklady stále pĜimČĜené a pokud má smysl investovat do zaĜízení s danou životností a technickou úrovní. 3. Založení revampu 3.1. Definice základní pĜedstavy Jak bylo zmínČno, stanovení cílĤ je sladČno s podmínkami stanovenými vlastníky rafinérie a s dlouhodobými cíly strategických plánĤ spoleþnosti. Pro svĤj kompromisní charakter revamp mĤže, ale také nemusí plnČ zapadat do strategické koncepce spoleþnosti. Základem je koncepþní studie (Scouting Study), která odhadne možnosti revampu a porovná je s ostatními cíly a úkoly spoleþnosti. Koncepþní studie zároveĖ porovná i alternativy dosažení cíle, vþetnČ kapitálových nákladĤ (obvykle +/- 50 %) a výsledkĤ. Koncepþní studii je vhodné svČĜit odborné firmČ s dostatkem inženýrských zkušeností a znalostí technologií. Limity studie jsou pĜedem definovány pĜesným zadáním práce. V rámci studie jsou hodnocena projektová data stávajícího zaĜízení a jednotlivých aparátĤ, dokumentují se budoucí zmČny a provádí se odhad provozního rizika a pĜípadné vlivy na životní prostĜedí. Souþástí studie bývá zhodnocení tzv. provozního pokusu, který za zvýšeného dozoru otestuje stávající zaĜízení a jeho schopnost dosáhnout pĜedpokládaného cíle. Parametry jednotlivých þlánkĤ se soustĜedí a vyhodnotí, zjistí se úzká místa zaĜízení. Studie mĤže poté pracovat s konkrétními daty a charakteristikami pĤvodního zaĜízení. Pro jednotky s heterogennČ katalyzovanými reakcemi je možno z výsledkĤ pokusu upravit kinetický model. V koncepþní studii by se nemČl opomenout žádný z kritických prvkĤ. Studie by se mČla vyjádĜit i k limitĤm návazného zaĜízení a zpĤsobĤm, jak je odstranit. APROCHEM 2006 • Odpadové fórum 2006
1328
24.–27. 4. 2006 Milovy
2
program
Výsledky koncepþní studie jsou dále zkoumány uvnitĜ spoleþnosti. Koneþným Ĝešením mĤže být nejenom potvrzená alternativa, ale také upravená strategická koncepce, která se naopak podĜídí možnostem revampu, pĜípadnČ zmČna fázování dalších rozvojových aktivit. 3.2. Studie uskuteþnitelnosti (Feasibility Study) a BOD (Basis of Design) V tomto stupni se rozpracuje koncepþní studie, provedou se potĜebné simulaþní výpoþty a navrhnou se konkrétní úpravy zaĜízení. Tato fáze obsahuje seznam a hlavní charakteristiky novČ doplĖovaného zaĜízení a mČla by pĜesnČ popsat metody zlepšení jednotlivých procesĤ s uvedením dosažených výsledkĤ a limitĤ, vþetnČ návrhu pĜípadných konkrétních dodavatelĤ licence, technologie nebo nových aparátĤ. Dále obsahuje definici surovin a finálních výrobkĤ jednotky vþ. kvalitativních parametrĤ, typy katalyzátorĤ, na které byl proces novČ simulován, þasové hranice pro proces (doba životnosti katalyzátoru). Studie a úvodní projekt by mČl také obsahovat odhad kapitálových nákladĤ +/- 30 % vþetnČ vyvolaných zmČn a hrubé údaje o spotĜebách energií, chemikálií a pomocných látek, aby bylo možno provést koneþné ekonomické zhodnocení efektivity Ĝešení. V BOD jsou rovnČž Ĝešeny zmČny vyvolané na dalším zaĜízení, pokud jejich charakter nevyžaduje obdobný postup od zaþátku. ěeší se nová napojení na další jednotky a hodnotí se dostateþnost stávajících rozvodĤ, pokud nebyly souþástí vlastního Ĝešení. Studie (BOD) jednoznaþnČ definuje, co ze stávajících zaĜízení zĤstane, co a jakým zpĤsobem bude zmČnČno. Také stanovuje podmínky konstrukce upraveného zaĜízení vzhledem ke stávajícímu vybavení (zmČna norem, podmínek bezpeþnosti práce atp). Pokud by mČlo dojít k zámČnČ zaĜízení za aparáty jiných rozmČrĤ nebo odlišné konstrukce pĜípadnČ za robustnČjší zaĜízení, BOD obsahuje pĜepoþet únosnosti základĤ a nosných konstrukcí a konstatování, jaká pĜípadná konstrukþní zesílení by mČla být pĜijata. Protože je þasový rámec pro rekonstrukci limitován, není možno výraznČ mČnit stavební konstrukce a vČtšina nových aparátĤ musí být konstrukþnČ pĜizpĤsobena stávajícím nosným prvkĤm. V této fázi by mČly být navrženy i zmČny v ochranných prvcích jednotky (pojišĢovací ventily, havarijní uvolnČní, blokovací funkce) zvláštČ tehdy, pokud budoucí projekt bude mít charakter celkové rekonstrukce. 3.3. Fáze BDEP (Basic Design Engineering Package) Tento dokument se již neliší od obdobných dokumentĤ pro jiné projekty. PĜesnost odhadu nákladĤ je +/- 10 % a obsahuje podrobné údaje o zmČnách a postupu jejich implementace. V této fázi je vhodné doložit potvrzení výrobcĤ rotaþních strojĤ, jsou-li pĜedmČtem úprav, že souhlasí se zmČnami konstrukce nebo funkce. 3.4. Implementaþní fáze PĜíprava implementace by nemČla podcenit žádné z rizik, které se bČhem realizace projektu mohou vyskytnout a které se liší od bČžných rizik výstavby zaĜízení. NejþastČji jsou to materiálové problémy a nepĜedvídané okolnosti stavu zaĜízení, o kterých se dĜíve nevČdČlo. Realizace by proto mČla být pĜipravena v souþinnosti s odborníky pro zarážku zaĜízení, s odborníky na údržbu a zvláštČ se specialisty na materiálovou inspekci. BČžnou souþástí práce týmu je použití moderních metod rozboru rizika pro individuální fáze implementace.
APROCHEM 2006 • Odpadové fórum 2006
1329
24.–27. 4. 2006 Milovy
3
program
3.5. ýasový limit pro provedení projektu. Revamp se liší od projektĤ výstavby nových jednotek m.j. tím, že þas pro výstavbu je limitován na období zarážky (1 - 2 mČsíce). Vlastní výstavba a návazné aktivity (zarážková údržba) bývají proto podrobnČ zpracovány renomovanou inženýrskou organizací s dostatkem zkušeností a jsou následnČ oponovány zkušenými odborníky z praxe, kteĜí zajišĢovali vČtší poþet zarážkových oprav. 4. Seznam Ĝešení nejþastČji používaných pĜi revampech: x x x x x x x x x x x x x
Pece: výmČna hoĜákĤ a vlásenek, ponechání stávající hrubé konstrukce, instalace pĜedehĜevu vzduchu Kolony: pĜepatrování, zmČna náplnČ, intenzifikace reboileru, instalace boþního odbČru, pĜedĜazení kolony prodlužující rektifikaci, instalace pĜedflešové kolony ýerpadla, kompresory: výmČna rotoru, posílení hnací jednotky (vyšší otáþky), výmČna strojĤ za nové ěídící systémy: zavedení DCS, instalace systémĤ nebo prvkĤ „advanced process control“ Regulaþní ventily: výmČna Reaktory pro heterogennČ katalyzované reakce: instalace distribuþních pater, úprava vestaveb, zvČtšení množství katalyzátoru na úkor inertních náplní, úprava chlazení, vložení dalšího reaktoru, jiné katalytické systémy Separátory: vložení demistrĤ, instalace mezihladiny, vícestupĖové separace Mísení: statické mixery OdvodĖování, korozní problémy zpĤsobené vodní fází: separátory, koalescery Amínové vypírky: použití moderních chemikálií OdstranČní limitujících podmínek provozu zaĜízení: úprava podmínek, odstranČní úzkých míst, výmČna jednotlivých aparátĤ nebo výmČna celého zaĜízení s konstrukþní úpravou pro stávající pozice Bezpeþnost zaĜízení a integrita: instalace nových ochranných prvkĤ zaĜízení, materiálové a konstrukþní zmČny zaĜízení Respektování nových norem a pĜedpisĤ pro provoz zaĜízení: konstrukþní zmČny dle požadavkĤ norem
5. PĜednosti revampĤ Jak již bylo zmínČno, revampy pĜedstavují jednu z nejvyhleávanČjších forem úpravy zaĜízení a zlepšení jeho funkce pro vysokou ekonomickou návratnost s nízkými kapitálovými náklady. Tento faktor je spoleþný i pro všechny revampy, provedené v ýeské rafinérské, a to i tehdy, když docházelo k podstatným obnovám zaĜízení. Revampy vždy využívají alespoĖ nákladnou infrastrukturu jednotek, jako jsou pĜívody elektĜiny, rozvodny, pĜívody paliv a energií, chladící vody, kanalizace, odvody zaolejovaných vod vþ. jejich zpracování, základy aparátĤ, pĜívody médií, ocelové konstrukce, napojení do Ĝídících systémĤ, základní konfigurace Ĝídících systémĤ a systémĤ blokád s využitím jejich pĜípadné redundance, atd. Dalšími pozitivními faktory jsou: x x x
Bezkonkurenþní rychlost výstavby v délce 1 – 2 mČsíce Snadnost projednání povolení úĜadĤ ( zpravidla jenom zmČny) Možnost využití modulárních prvkĤ
APROCHEM 2006 • Odpadové fórum 2006
1330
24.–27. 4. 2006 Milovy
4
program
x x
Nižší nároþnost pro spoleþnost z hlediska nutnosti soustĜedit tým odborníkĤ pro výstavbu Znalost pĤvodních systémĤ operátory, minimální požadavky na tréning a školení
6. Nedostatky Revampy nemusí vždy pĜedstavovat ideální formu rozvoje spoleþnosti. Proto je nutno jejich efekt vždy racionálnČ zhodnotit a rozhodnout, zda budou koneþnou nebo doþasnou formou rozvoje a také, je-li jejich implementace vhodná. Za podstatná negativa jsou pokládána: x x
Limity dané revampem (revamp zpravidla pĜedstavuje kompromis) V nČkterých pĜípadech je nutno pĜizpĤsobit délku zarážky (ztráty na výrobČ)
7. Co bychom nemČli opomenout pĜi revampu: x
PĜepoþítat uvolĖovací systémy (pojišĢovací ventily, havarijní uvolnČní atd) a navrhnout zmČny, zvyšujeme-li kapacity jednotek nebo podstatnČ mČníme složení procesních médií ve prospČch lehþích frakcí, anebo mČníme teplovýmČnné a reboilovací systémy kolon.
x
Posoudit odhad úþinkĤ na další jednotky, posoudit nutnost i jejich revampĤ. Je tĜeba se vyhnout „pĜenosu problémĤ“ na následné jednotky. HAZOP by mČl zahrnovat nejen zkoumanou jednotku, ale i provČĜení zmČn v dalších zaĜízeních.
x
Jednotky by mČly být dovybaveny moderními ochrannými prvky (ochrana rotaþních strojĤ, pecí a ostatních zaĜízení blokádami, instrumentální ochrana proti zpČtnému toku. Blokády nesmí sdílet Ĝídící systém s bČžnou regulací). SamozĜejmostí by mČlo být Ĝádné osazení jednotek pojišĢovacími ventily dle inženýrských standardĤ, respektování tlakových pravidel pro konstrukci výmČníkĤ.
x
Zvyšuje–li se kapacita zaĜízení, je nutno posoudit rychlosti v potrubí zvl. ve dvoufázových systémech, zabránit potenciálním erozím a posoudit pĜípadné úþinky vzniku statické elektĜiny.
x
MČly by být minimalizovány korozní vlivy a je nutno poþítat s posunem korozních pásem. Stavové podmínky v pĜítomnosti slouþenin vyvolávajících korozi je nutno udržovat pokud možno nad rosným bodem vodních par.
x
Revampy je nutno využít pro zlepšení celkového stavu jednotky, její provozuschopnosti, Ĝízení a bezpeþného provozu. Je nutno uvážit poþet operátorĤ z hlediska budoucího ekonomického vývoje.
x
Revampovaná jednotka by mČla mít co nejlepší parametry z hlediska spotĜeb energií a mČla by splĖovat s rezervou stále se zpĜísĖující kriteria ochrany životního prostĜedí.
APROCHEM 2006 • Odpadové fórum 2006
1331
24.–27. 4. 2006 Milovy
5
program
8. ZávČr Revampy pĜedstavují moderní formu využití rezerv zaĜízení a/nebo jeho zdokonalení. Jsou investiþnČ ménČ nároþné a jejich efekt þi výnosnost bývají vysoké a prokazatelné. Interní schvalování revampĤ uvnitĜ spoleþností bývá relativnČ snadné. Nebývají problémy se schvalováním ze strany úĜadĤ. PĜíprava revampĤ bývá nároþnČjší, avšak celková rychlost zpracování projektu od zapoþetí po implementaci mĤže být výhodná. NámČty pro revampy, pokud nevyjdou z podnČtĤ vlastních zamČstnancĤ, je možno nalézt v odborné literatuĜe. Mnohé inženýrské firmy mohou pĜedložit reference na obdobné práce pro jiné rafinérie. Know how zpravidla nebývá pĜedmČtem licencí s výjimkou distribuþních pater reaktorĤ, pater þi výplní destilaþních kolon. V drtivé vČtšinČ pĜípadĤ se jedná o aplikaci bČžných metod chemického inženýrství. Revampy proto pĜedstavují vhodnou pĜíležitost pro þeské inženýrské firmy. ýeská rafinérská zajistila realizaci vČtšiny úspČšných revampĤ ve spolupráci s tuzemskými inženýrskými firmami nebo tuzemskými poboþkami svČtových spoleþností (Cheminvest, ABB, Glitsch, atd).
APROCHEM 2006 • Odpadové fórum 2006
1332
24.–27. 4. 2006 Milovy
6
