В мировой проектной и исследовательской практике широко применяется коэффициент сложности нефтеперерабатывающего завода (НПЗ), который базируется на использовании обоснованных и рассчитанных еще в 1960-е гг. индексов Нельсона, которые представляют собой отношение удельных затрат на сооружение установки любого из процессов, применяемых на НПЗ, к удельным затратам на установку первичной переработки нефти.
Данные коэффициенты сложности составляют базовый элемент развитой В. Нельсоном методики оценки комплексности НПЗ. На основании индексов Нельсона и долей отдельных процессов, исчисленных по отношению к мощности первичной переработки нефти, определяется рейтинг сложности НПЗ. Он складывается как сумма произведений коэффициентов сложности каждого процесса в составе НПЗ на долю этого процесса. По существу, это относительная средневзвешенная капиталоемкость переработки нефти на заводе с данной технологической схемой. [1]
Подобные исследования для газоперерабатывающих заводов, тем более для заводов по производству СПГ не проводились.
Автором разработан принцип экспресс-анализа проектов строительства заводов СПГ с применением индекса сложности, который оценивает уровень мощности первичных преобразований сырьевого газа на заводах СПГ, систем хранения и отгрузки по отношению к конечной производительности сжижения.
Индекс сложности присваивает коэффициент каждой единице основного оборудования (установке, блоку) в составе завода СПГ на основе её сложности и стоимости в сравнении с наиболее простым, с точки зрения получения из природного газа жидкости, криогенным блоком, использующим в качестве сырья чистый метан. Понятно, что в реальной практике не встречается ситуация, когда поток сырьевого газа на 100% состоит из метана, и, следовательно, выходящий поток СПГ количественно равен входящему. Используем идеальную ситуацию для целей исследования, и присваиваем такому криогенному блоку коэффициент сложности 1,0.
Реальный состав потока сырьевого газа на входе в завод по сжижению всегда будет в различной степени отличаться от идеального. На практике, для повышения качества сырья используют различные установки, извлекающие из него механические примеси, воду, конденсат, кислые газы, серосодержащие элементы, ртуть, азот, гелий, не метановые углеводородные газообразные фракции.
Сложность каждой такой установки предлагается вычислять путем умножения коэффициента, отражающего её стоимость, на коэффициент негативного влияния на количество получаемого конечного продукта – СПГ – за счет потерь производительности на выходе завода.
Суммируя значения сложности, полученные для каждой единицы оборудования, в том числе по криогенному блоку, определяют суммарную «сложность завода СПГ по индексу».
Индекс сложности указывает не только на интенсивность инвестиций или уровень капитальных вложений в строительство завода СПГ, но и его потенциал добавленной стоимости. Чем выше индекс, тем выше относительная стоимость завода СПГ, ниже его относительная производительность и ниже конкурентоспособность его продукции.
Для расчета коэффициента сложности установки для идеального криогенного блока подготовки применим формулу [3]:
где N – коэффициент сложности;
P – стоимость капитальных вложений в строительство криогенного блока, млн.руб;
Q – производительность криогенного блока по сырью, равная его производительности по выходному продукту, т/час.
Далее последовательно рассчитываем коэффициенты для каждой установки, которая входит в состав завода по сжижению.
где Ni – коэффициент, учитывающий рост капвложений, вызванный строительством i-й установки в составе завода.
Например, стоимость строительства криогенного блока с производительностью 5 т/ч равна 310,12 млн. рублей. Удельные затраты на его строительство равны:
Принимаем индекс капиталовложений для криогенного блока равным 1 и приравниваем к полученному значению:
При добавлении установки очистки от кислых компонентов производительность завода по сырью по-прежнему составляет 5 т/ч, стоимость установки совместно с блоком сжижения составит 310,12 + 8,85 = 318,97 млн. рублей. Удельные затраты на строительство составят:
Затраты на строительство завода с данной установкой больше, чем для строительства одного криогенного блока в 1,03 раза. Следовательно, коэффициент роста затрат для выбранных блоков равен 1,03.
Потери на каждом блоке установки примем согласно нормам технологического проектирования газоперерабатывающих заводов. [3] С их учетом рассчитаем индекс потерь производительности:
где q – потери производительности по выходному продукту.
Например, для очистки от кислых компонентов данный индекс составит:
Сложность установки рассчитываем по формуле:
Для установки очистки от кислых компонентов данная величина составит:
Чтобы оценить сложность всего завода необходимо просуммировать величины сложности, вычисленные аналогично по каждой установке, как показано в таблице 1.
Индекс сложности:
Для полной оценки степени совершенства технологической структуры завода СПГ с экономических позиций, индексы и рейтинги сложности могут оказаться недостаточными при всей их самостоятельной ценности. Известно, что сжиженный газ может иметь различные составы и температуру. Рейтинг сложности может достигаться совершенно разными технологическими средствами. Кроме того, количество получаемого конечного продукта (СПГ) будет отличаться от количества входного сырьевого газа на величину отделенных примесей, потерь в аппаратах и энергозатрат. Эти потери включены в формулу.
Рассмотрим примерные параметры двух малотоннажных заводов СПГ.
Вариант 1 – с производительностью 5 т/час, предназначенная для сжижения сырьевого газа на месторождении.
Вариант 2 – с производительностью 2 т/час, предназначенная для сжижения сырьевого газа из Единой системы газоснабжения (ЕСГ).
На рисунке 1 приведена блок-схема для двух вариантов. На рисунке 2 раскрыта более сложная схема блока подготовки газа для варианта 1.
В таблицах 1 и 2 представлены составы сырьевого газа и СПГ на выходе криогенного блока для каждого из вариантов.
Стоимость оборудования и монтажа корректно подсчитать достаточно сложно. Тем более общестроительные работы, стоимость земли и подвода коммуникаций. В таблицах 4 и 5 представлены примерные расчеты индекса сложности для новых малотоннажных заводов СПГ в конфигурациях, демонстрирующих особенности, присущие каждому варианту.
Таким образом, для завода производительностью 5 т/ч индекс сложности составляет 6,26, а для завода производительностью 2 т/ч – 2,61.
Очевидно, что сооружение завода СПГ на сырьевом газе, полученном из месторождения сложнее, чем на сырье, полученном из ЕСГ, так как этот газ уже был подготовлен к магистральному транспорту. Однако, состав сырьевого газа различных месторождений также может весьма различным, что повлияет на индекс сложности. Следует ожидать, что для малотоннажных производств СПГ, использующих технологии открытого и закрытого цикла, значения рейтинга сложности при выборе технологии сжижения могут давать информацию для принятия решения уже на ранних стадиях без проведения дорогостоящих расчетов.
Стоимость подготовки газа часто зависит от технологии сжижения. Например, для цикла высокого давления большая часть воды «вываливается» при компремировании газа до 200 бар. Кроме того, на таком высоком давлении габариты, и соответственно, стоимость адсорберов для очистки и осушки становятся значительно меньше, чем при давлении 40-50 бар, как в установках полного сжижения, работающих по смесевому или азотному циклу.
На заводах сжижения на ГРС, применяющих открытые циклы, сушить и чистить надо намного большее количество газа, чем производится СПГ. Эти технологии устроены таким образом, что весь поток газа, поступающий на установку, необходимо осушить, а очистить от CO2 надо примерно 30% входного потока. При этом коэффициент ожижения всего 10-12%. То есть для установки производительностью 5 тонн/час по СПГ осушка работает на 50 тонн/час по сырьевому газу, а очистка от CO2 – на 15 тонн/час. Весь подготовленный, но неожиженный холодный газ сбрасывается в сеть низкого давления.
Значительным неудобством при работе над данным показателем для автора является отсутствие корректных данных по капитальным вложениям и потерям, следовательно, по индексам сложности для некоторых из процессов, которые могут использоваться на рассматриваемом заводе.
Индексы и рейтинги сложности заводов СПГ удобны для экспресс-оценки необходимых инвестиций в сооружение как малотоннажных, так и средне и крупнотоннажных установок, что наиболее важно для экспертизы технико-экономических обоснований проектов нового строительства и реконструкции. У предлагаемых показателей есть особенность, обусловленная их сравнительно узким назначением: они характеризуют меру сложности технологической структуры заводов СПГ с затратной стороны (по капиталоемкости) с учетом потерь производительности по качеству сырья. Это не недостаток, а специфическая функция данных показателей.
Предлагаемый подход позволяет учитывать сложность строительства с учетом, например, стоимости земли, или стоимости электроснабжения, для которых могут быть вычислены и добавлены к идеальному случаю аналогичные коэффициенты. Производительность в этом случае влиять не будет.
Задача решена в общем виде, поэтому представляется возможным применение предлагаемого подхода для заводов любой мощности. В случае расчета индекса сложности для крупнотоннажного производства, важным будет знать потери газа в каждой установке, в том числе в криогенном блоке. К сожалению, такие данные в открытых источниках отсутствуют, что ограничивает возможности ведения научной работы.
Литература:
1. Справочник химика. О. Брагинский Коэффициент сложности процесса https://www.chem21.info/info/671230/
2. Нормы технологического проектирования газоперерабатывающих заводов http://blueline.ru/press-center/library/regulatory-support/%D0%A0%D0%94_39_135_94.pdf
3. З.И. Сафин, А.Ф. Кемалов, Р.А. Кемалов, Н.А. Терентьева «Комплексная оценка нефтеперерабатывающих заводов и заводов по переработке тяжелых нефтей и природных битумов» https://cyberleninka.ru/article/n/kompleksnaya-otsenka-neftepererabatyvayuschih-zavodov-i-zavodov-po-pererabotke-tyazhelyh-neftey-i-prirodnyh-bitumov
