Силами специалистов лаборатории энергосбережения и энергоэффективности научно-исследовательского института (НИПИ) ООО «СамараНИПИнефть» обобщен опыт контроля энергоэффективности работы печей нагрева нефти и путевых подогревателей нефтедобывающей компании (НК). Для анализа энергоэффективности работы топливопотребляющего оборудования нагрева нефти и водонефтяной эмульсии и контроля содержания углекислого газа (СО2) в уходящих дымовых газах разработана унифицированная форма мониторинга работы печей и путевых подогревателей добывающих обществ НК.
Применение унифицированной формы мониторинга работы печей нагрева нефти и путевых подогревателей в НК свидетельствует о целесообразности применения данного способа контроля энергоэффективности нагрева нефти. К преимуществу унифицированной формы также относится улучшение взаимодействия структурных подразделений НК и повышение оперативности действий персонала.
Добыча нефти и ее дальнейшая переработка включают в себя множество технологических процессов. Одним из них является подогрев нефти с месторождения, который обеспечивает оптимальную температуру, требующуюся для поддержания ее подвижности (текучести) при транспортировке по трубопроводам и дальнейшей подготовки: сброса пластовой воды с получением попутного нефтяного газа, частично подготовленной нефти и пластовой воды.
Нефтедобывающие предприятия оказывают отрицательное воздействие на атмосферу: в результате их деятельности осуществляется выброс в больших количествах углеводородов, угарного газа, углекислого газа, различных сернистых соединений, оксидов азота, твердых веществ.
Для снижения вредных выбросов и повышения КПД топливоиспользующего оборудования, используемого для нагрева нефти и водонефтяной эмульсии (ВНЭ), ряд обществ проводит режимно-наладочные испытания (РНИ) данного оборудования.
Работы по РНИ проводятся с периодичностью один раз в три года, и зачастую в отчетах отражается фактический режим работы топливоиспользующего оборудования на момент проведения данного вида работ, без учета изменений технологического режима (температурного режима, расходов нефти и ВНЭ через печи и путевые подогреватели и т.д.) и ряда других факторов, изменяющихся во время эксплуатации оборудования, таких, например, как компонентный состав попутного нефтяного газа, используемого в качестве топливного газа.
Особое внимание при выполнении РНИ направлено на снижение вредных выбросов и повышение КПД печей нагрева нефти и путевых подогревателей (ПП) предприятий нефтедобычи на основе определения оптимального режима горения, а также балансовых испытаний с определением экономических показателей работы печи и ПП. РНИ проводятся в соответствии с «Методикой проведения режимно-наладочных работ (теплотехнических испытаний) на печах и подогревателях, работающих на газовом топливе».
Для организации мониторинга необходим точный учет потребления топливного газа и расхода нефтяной эмульсии, чтобы своевременно проводить корректирующие мероприятия по выявлению неэффективного использования нефтегазового оборудования при нагреве нефти и нефтяной эмульсии.

Решение столь обширной и трудоемкой задачи возможно при организации следующих мероприятий:
• организация периодического (не реже 1 раза в месяц) определения компонентного состава и основных физико-химические свойств попутного нефтяного газа, используемого на печах и подогревателях;
• исследование влияния конструктивных и режимных параметров горелочных устройств, включая интенсивность крутки воздуха в них на образование оксидов углерода;
• организация периодического (не реже 1 раза в квартал) определения компонентного состава дымовых газов, образующихся при сжигании попутного нефтяного газа, используемого на печах и подогревателях;
• проведение анализа условий образования вредных веществ в печах при сжигании топлива;
• организация приборного учета потребления топливного газа и расхода нефтяной эмульсии через печи и подогреватели;
• проведение по нормированию расходов энергетических ресурсов на нагрев нефти на этапе подготовки.
В данный момент специалистами НИПИ разрабатывается и внедряется унифицированная форма по контролю энергоэффективности работы печей нагрева нефти и ПП в формате Excel для одного из обществ НК.
В технологическом процессе общества, где внедряется унифицированная форма, работают 8 шт. печей нагрева нефти и 22 шт. ПП для нагрева ВНЭ на нефтестабилизационном производстве (НСП), установках предварительного сброса воды (УПСВ) и дожимных насосных станцях (ДНС). На каждом УПСВ установлено от 2 до 4 печей нагрева нефти и ПП, следовательно, контроль эффективности работы такого количества печей без мониторинга работы топливопотребляющего оборудования невозможен.
Унифицированная форма для мониторинга процесса энергоэффективности в режиме реального времени разработана в формате Excel для каждого объекта нефтедобычи (НСП, УПСВ и ДНС) и общества в целом. Форма включает в себя паспортные данные по печам и ПП, смонтированным и эксплуатируемым на объектах общества.

Табл. 1. Пример унифицированной формы для расчета и анализа основных показателей производительности, энергоэффективности, энергоемкости работы топливоиспользующего оборудования смонтированного на объектах общества

При разработке формы учли основные параметры работы печей и ПП, которые получают и фиксируют в суточных/вахтовых журналах операторы объектов с автоматизированного рабочего места (АРМ) при ведении технологического процесса, и с периодичностью один раз в два часа («двухчасовки») передаются в диспетчерскую службу, такие как давление и температура нефти на входе/выходе, расход газа группой печей или подогревателей, температуры дымовых уходящих газов и т.д. На объектах, где отсутствует АРМ, требуются фиксация и оперативный контроль параметров работы печей и ПП по месту установки контрольно-измерительных приборов и автоматики (КИП и А).
В учетной форме каждому оборудованию присваивается свой персональный ID-номер, по которому идентифицируется вся вносимая информация и ведутся расчеты технико-экономических показателей.
Учетная форма разделена на несколько расчетных блоков, включающих в себя (табл. 1):
• показатели производительности, где рассчитывается фактическая теплопроизводительность (Гкал/ч) и тепловая мощность (%) печи или ПП;
• показатели энергоэффективности с расчетом КПД процесса нагрева ВНЭ или нефти (%), фактические удельные нормы расхода натурального топливного газа (м³/Гкал) и условного топлива (кг.у.т./Гкал) на выработку 1 Гкал тепла, а также отклонение данных показателей от нормативных, паспортных или, в случае их отсутствия, утвержденных норм;
• показатели энергоемкости для расчета расхода натурального топлива на нагрев 1 м³ ВНЭ или нефти и сравнение данных показателей с нормативными, паспортными или, в случае их отсутствия, утвержденными нормами;
• фактическое и нормативное значение колличество выбросов СО2 от стационарного сжигания топлива отдельным источником;
• технико-экономические показатели, включающие показатели энергоэффективности (%) и индекс технического состояния (ИТС). При определении ИТС топливоиспользующего оборудования используется балльная оценка, весовой коэффициент параметров оценки каждого функционального узла печи и ПП. ИТС включает в себя пять диапазонов от критического (≤ 25) до очень хорошего состояния (85 ≤ 100) с цветовой визуализацией.
При ведении универсальной формы пользователь получает визуализацию отклонения от нормативных, паспортных или утвержденных норм, а также формирование сводных отчетов по результатам расчета основных показателей в виде графиков, рисунков за заданные периоды времени (месяц, год) по типу выбранного оборудования и объектам, на которых оно смонтировано (рис. 1).

По результатам расчетов в унифицированной форме эксплуатирующая организация способна принять решение о виде технического воздействия на топливоиспользующее оборудование с использованием типовых мероприятий повышения энергетической эффективности, ИТС и снижения выбросов СО₂.
Осуществлять оперативное реагирование персонала на увеличение на выработку 1 Гкал
тепла и на нагрев 1 м3 ВНЭ или нефти.
Выводить оборудование в капитальный ремонт при снижении КПД и обосновывать экономическую целесообразность при снижении КПД.
Усилить эффективное взаимодействие между службами УПСВ и управлением энергетики.
Основная задача повышения энергоэффективности работы печей является комплексной проблемой, включающей оптимизацию технологического режима работы печей и ПП, качество футеровки и кожуха печи, выбора и наладки работы горелочных устройств, оптимизацию энергозатрат на обеспечение работы печного блока для нагрева нефти, а также регулярность профилактических ремонтов оборудования.