SUSTAV ZA UPRAVLJANJE POTROŠNJOM GORIVA

PUTEM INTEGRALNIH MATERIJALNIH BILANCI GORIVA

NA OSNOVU ANALIZE DIMNIH PLINOVA U REALNOM VREMENU

Sažetak

 

        Polazeći od činjenice da je pouzdana kontola potrošnje goriva osnovni preduvjet za racionalnu potrošnju (štednju) goriva i da to putem uobičajenih postupaka  (mjerna mjesta, promjena razine loživog ulja u spremniku) u pravilu  nije moguće uspostaviti, ovom je prilikom predloženo da se ta kontrola uspostavlja preko sastava dimnih plinova trošila. Jedino se na taj način mogu ispuniti osnovni uvjeti za pouzdanu kontrolu potrošnje goriva; formiranje podataka u realnom vremenu na razini svakog trošila, sa stvarnim ogrjevnim vrijednostima  plinovitih i tekućih tokova goriva.

      Funkcija upravljanja potrošnjom goriva bi se vršila na način što bi se na razini svakog trošila (peć, kotao) putem energetske bilance izračunavale tri vrijednosti za potrošnju goriva, stvarna i tehnički optimalna i na osnovu njihove razlike dodatna energetska potrošnja kao pokazatelj trenutne neracionalnosti u energetskoj potrošnji. Nakon što bi ove količine na razini trošila prošle postupke provjere točnosti i nakon obavljanja funkcije kontrole potrošnje energije, bile bi povlačene prema višim organizacijskim razinama kao što su tvrtka i  korporacija i razina države, gdje bi također bile u funkciji kontrole potrošnje energije (inteaktivno djelovanje).

 Svaka pojava dodatne potrošnje goriva  bi bila pokazatelj za podešavanje radnih parametara (ili poduzimanje drugih mjera) u cilju racionalnije potrošnje energije. Unutar sustava bi se vršilo i stalo izračunavanje dodatnih količina CO2 zbog povećane potrošnje energije.

 

Izgradnja i funkcioniranje ovog integralnog sustava za upravljanje potrošnjom goriva i emisijom CO2 bi se temeljila na interaktivnom djelovanju odgovarajućih  energetskih politika  na tri razine, pojedinac-neposredni korisnik energetske potrošnje, tvrtka i država. Na osnovu informacija o energetskoj potrošnji na razini trošila (prva razina) formirale bi se određene informacije na razini tvrtki, temeljem kojih bi uprave poduzimale mjere iz svoje nadležnosti (rekonstrukcije, dodatna obuka, stimulacija). Na osnovu ovih formirali bi se podaci na  razini države (četvrta) temeljem kojih bi pak državni  organi poduzimali  adekvatne mjere iz svoje nadležnosti, kao što su kordinacija raspoloživih stručnih potencija, stimulativne mjere (porezna politika), promidžbene aktivnosti i sl.

 

      Predloženi postupak izračunavanja egzaktnih materijalnih bilanci goriva  preko sadržaja O2 i CO2 u dimnim plinovima je novi postupak, koji ne samo da je znatno jednostavniji od uobičajenog  postupka putem mjernih mjesta ( zahtjeva manje opreme; jedan analizatror CO2, umjesto 3 mjerača protoka goriva po peći i kotlu), već je, u slučaju složenijeg energetskog modela (primjerice rafinerija nafte) praktički jedini pouzdan način  za definiranje egzaktne materijalne bilance.

 

      Procjena je da bi se putem ovog sustava integralnih energetskih bilanci goriva mogle postizati uštede od 5-10 % godišnje.

 

   Za uvođenje navedenog sustava za štednju energije potrbno je samo ugraditi procesne analizatore O2 na (većim) procesnim pećima i parnim kotlovima, što ne bi trebalo biti problem, jer se radi o investiciji koja se u pravilu isplati u roku manjem od mjesec dana.

​

 

Uvodne napomene

       

      Svrha ovog sustava za upravljanje potrošnjom goriva putem integralnih materijalnih bilanci goriva je uspostava pouzdane kontrole nad svim tokovima potrošnje goriva putem egzaktnih materijalnih bilanci goriva a u cilji njegove racionalne potrošnje i kontrole ovog dijela emisije CO2. U tu bi se svrhu ponajprije formirale bilance na razini trošila (kotlovi, procesne peći) i putem njih bi se na toj razini vršila kontrola potrošnje goriva. Na ovoj bi se razini vršila također i kontrola točnosti, nakon čega bi provjereni podaci bili povlačeni prema višim organizacijskim razinama, od razine tvrtki i korporacija do razine države.

       Temeljem činjenice da se temelji na bilancama na razini trošila ovaj je sustav prikladan za sve energetske modele od onog s jednim trošilom da najsloženijih energetskih modeka, primjerice onog u rafinerijama nafte.

        Na svakoj bi se organizacijskoj razini formirali slijedeći podaci:

       -stvarna potrošnja goriva,

       -tehnički optimalna potrošnja goriva,

       -dodatna potrošnja goriva, kao razlika između stvarne i tehnički optimalne potrošnje,

       -odgovarajuće količine CO2

​

​

 

       Sukladno definiciji svaka pojava dodatne potrošnje goriva  bila bi indikator pojave neracionalnosti i trebala bi biti, putem poznatih mjera održavana na što je moguće nižoj razini.

Uobičajeni je postupak za praćenje materijalne bilance procesnih tokova preko potrošnje loživog ulja. Međutim, kako je to prilično zahtjevan postupak (velik broj mjernih uređaja), u praksi se često provodi samo formalno, što sasvim sigurno ima za posljedicu značajne financijske gubitke, jer na vlastitu potrošnju i procesne gubitke u rafinerijama nafte otpada značajan dio primarne prerade (obično 8-12%). Zbog navedenog, autor predlaže da se pristupi uvođenju postupka materijalnih bilanci preko sadržaja O2 i CO2 u dimnim plinovima kako je to prikazano ovom prilikom.

 

Osnovne materijalne bilance goriva

​

        Prema definiciji osnovne bilance goriva bi se formirale na razini trošila (procesne peći, parni kotlovi), dok bi se na osnovu njih, na višim organizacijskim razinama, od tvrtke, preko korporacije do razine države, formirale integralne materijalne bilance goriva. Materijalna bilanca procesnih tokova, ako je pouzdana, je izuzetno koristan alat za praćenje uspješnosti poslovanja svake rafinerije. To zbog činjenice da rafinerije  kao gorivo koriste neke tokova iz vlastitih procesa prerade, kao i činjenice da  na energetsku potrošnju otpada visok dio tih tokova (8-12 %).

 

       Materijalna bilanca procesnih tokova rafinerije glasi da se ulazna količina sirove nafte dijeli na tri izlazna toka, komercijalne proizvode, vlastitu potrošnju i procesne gubitke. Kako je količina komercijalnih proizvoda jedina poznata veličina, u ovom su trenutku na desnoj strani jednadžbe dvije nepoznanice. Međitim, kada se uvede postupak za egzakto izračunavanje količine potrošnje goriva, kako je to prikazano u okviru ovog site-a, jednadžba postaje dostatna za izračunavanje količine procesnih gubitaka, kao jedine nepoznanice. Odnosno, pouzdana kontrole potrošnje goriva je osnovni preduvjet za uspostavu egzaktne materijalne bilance procesnih tokova rafinerije nafte. Ili, funkcija upravljanja procesnim tokovima rafinerije se sastoji od dva međusobno povezana dijela, funkcije upravljanja potrošnjom goriva i upravljanja procesnim gubicima.

 

   Postupak izračunavanja materijalnih bilanci goriva, odnosno postupak upravljanja potrošnjom goriva na razini trošila je prikazan u okviru ovog site-a (stranice Rafinerija nafte 1 i Rafinerija nafte 2  ) Ovom prilikom recimo samo to da bi se ova izračunavanja temeljila na toplinskim stupnjevima djelovanja trošila, s time što bi se za svako trošilo izračunavalo tri vrste potrošnje goriva, stvarna, zadana i kao njihova razlika, dodatna potrošnja goriva. Stvarna vrijednost bi se izračunavala u realnom vremenu na osnovu temperature dimnih plinova i sadržaja O2 u njima i predstvljala bi treunutnu sliku kvalitete loženja konkretnog trošila (peć, kotao). Zadana potrošnja bi se izračunavala na osnovu zadane vrijednosti za toplinski stupanj djelovanja, koja bi se unosila u sustav od strane uprave (stručne službe) i to je vrijednost koju bi ložač trebao postizati kroz kvalitetu loženja. Shodno tome, zadana vrijednost toplinskog stupnja djelovanja je veličina putem koje bi se upravljalo potrošnjom goriva, ponajprije na konkretnom trošilu, a potom i na svim ostalim organizacijskim razinama (povlačenje podataka prema višim organizacijskim razinama).

 

        Pojava dodatne potrošnje goriva bila bi pokazatelj za poduzimanje korektivnih mjera u cilju racionalnije potrošnje goriva. Pomoću ovog bi podatka operater loženja  imao stalni uvid u kvalitetu loženja i temeljem toga, u slučaju potrebe vršio podešavanje radnih parametara konkretnog trošila (količina zraka za izgaranje, temperatura dimnih plinova) u cilju racionalnije potrošnje goriva. Budući da je za upravljanje potrošnjom goriva potrebna  samo vrijednost toplinskog stupnja djelovanja trošila a to znači pored temperature,  samo sadržaj O2 u dimnim plinovima, proizlazi da  za uspostavljanje racionalne potrošnje goriva  nisu potrebna nikakva mjerna mjesta količine potrošnje goriva.

​

Egzaktna materijalna bilanca rafinerije nafte

​

          Nakon što se na razini svakog trošila izračuna ukupna potrošnja goriva, zbrajanjem ovih veličina se dobiva ukupna potrošnja goriva u ekvivalentnim jedinicama loživog ulja. Kada se od ove količine odbiju izmjerene količine potrošenog loživog ulja i koksne prašine (također u ekvivalentnim jedinicama loživog ulja) dolazi se do količine suhog plina spaljenog kao gorivo. Odbijanjem ove  količine plina od ukupno generirane  (izmjerena) količine plina  dolazi se do količine plina, koja odlazi na baklje kao procesni gubitak. Pri tome se koristi stvarna ogrjevna vrijednost plinskih tokova preko faktora goriva (fgor , omjer ogrjevne vrijednosti plina i loživog ulja).

        

Upravljanje kvalitetom procesa loženja i izračunavanje ukupne potrošnje goriva u ekvivalentnim jedinicama loživog ulja se vrši putem izračunavanja toplinskog stupnja djelovanja trošila na osnovu temperature dimnih plinova i sadržaja kisika u njima. Kada se ovim podacima dodaju i podaci o udjelu CO2  dolazi se do postupka za izračunavanje udjela pojedinih tipova goriva u ukupnim količinama potrošnje goriva u ekvivalentnim jedincama. Odnosno, dolazi se do osnovnih elemenata za izgradnju integralnog sustava materijalnih bilanci goriva. Podaci o udjelu CO2 u dimnom plinu trebaju biti izmjereni (izvorno generirani), a ne izračunati na osnovu udjela O2.

 Naime većina prenosivih analizatora dimnog plina je snabdjeveno s formulom za   izračunavanje CO2 u dimnom plinu na osnovu udjela kisika i pretpostavljene vrijednosti za maksimalnu vrijednost CO2max.  Kako se ove pretpostavljene vrijednosti   za CO2max odnose na goriva bitno   različita od onih korištenih u rafinerijskoj praksi (obično ekstralako loživo ulje i zemni plin), proizlazi da ne mogu biti   korišteni za potrebe rafinerije.

 

 Predloženi postupak izračunavanja egzaktne materijalne bilance rafinerije  preko sadržaja O2 i CO2 u dimnim plinovima je novi postupak, koji ne samo da je znatno jednostavniji od uobičajenog postupka putem mjernih mjesta ( zahtjeva manje opreme; jedan analizatror CO2, umjesto 3 mjerača protoka goriva po peći i kotlu), već je praktički jedini pouzdan način  za definiranje egzaktne materijalne bilance rafinerije. Naime,  putem uobičajenog sustava mjernih mjesta, i u slučaju da se unatoč značajnim financijskim sredstvima za njihovo postavljanje i održavanje u funkciji ta mjesta osposobe, nije moguće uspostaviti pouzdanu kontrolu potrošnje goriva a time i procesnih gubitaka.To iz slijedećih razloga:

   -različite ogrjevne vrijednosti tekućih tokova (vakum ostatak, atmosferski ostatak), kao i plina u ovisnosti od količina i sastava pojedinih dotoka plina s procesnih jedinica,  kao i stupnja izmješanosti tih tokova u sustavu loživog plina.

    -većina trošila istovremeno koristi dva osnovna tipa goriva: rafinerijski suhi plin koji nastaje kao nusproizvod i loživo ulje.

   -pored plinskih tokova iz tehnoloških procesa u sustav loživog plina dospjevaju i izvjesne količine inertnih plinova (N2, CO2) iz sustava regeneracije katalizatora i zapornih sustava pomoću dušika.

 

    Ako se temeljem rečenog  postupak utvrđivanja stvarne potrošnje goriva na razini trošila  putem mjernih mjesta ocjeni praktički nemogućim i ako se praćenje putrošnje preko promjene razine loživog ulja u spremniku ocjeni funkcionalno nedovoljnim, proizlazi da bi se pouzdano i funkcionalno  upravljanje potrošnjom goriva moglo  postizati  jedino putem ovom prilikom predložene metode preko analize dimnih plinova. Pod „funkcionalnim“ se podrazumjeva da je postupak u funkciji racionalne potrošnje goriva, a to je moguće jedini ako se potrošnja goriva prati na razini svakog trošila i u realnom vremenu, dok se podaci preko spremnika dobivaju s vremenskim odmakom i  putem istovremenog praćenja potrošnje loživog ulja za više trošila na jednom spremniku.

 

       Postupak utvrđivanja stvarne potrošnje pojedinog tipa goriva preko analize dimnih plinova  pri kombiniranom loženju temelji se na slijedećim teoretskim osnovama:

       -svaki tip loživog ulja i plina prlikom izgaranja proizvodi striktno definiranu količinu CO2, koja se može izračunati na osnovu gustoće loživog ulja (specifične težine), odnosno kemijskog sastava plina.

       -udio CO2 u dimnom plinu pri kombiniranom loženju s loživim uljem i plinom je striktno definiran udjelima ovih goriva i količinom zraka za izgaranje.

​

Procjena potencijalnih ušteda

       

     Pri korištenju prikazanog sustava za upravljanje potrošnjom goriva, uštede bi se mogle postizati sa tri osnove, putem racionalnog loženja, putem energetskog  optimiranja konkretnog tehnološkog procesa i smanjenjem procesnih gubitaka (rafinerije nafte).

Pod racionalnim loženjem se podrazumjeva loženje kod koga je razlika između stvarne i tehnički optimalne potrošnje goriva približno jednaka nuli (maksimalna vrijednost toplinskog stupnja djelovanja).

     Pod energetskim optimiranjem nekog tehnološkog procesa se podrazumjeva maksimalnu izmjenu toplinske energije izlaznih i ulaznih tokova, čime se smanjuje toplinski teret konkretne peći. Nužan preduvjet za  provođenje ovog postupka je praćenje toplinskog tereta peći u realnom vremenu, što bi bilo moguće jedino putem ove aplikacije.

      Postupak smanjenja procesnih gubitaka se temelji na činjenici da se količina ulaznih tokova neke rafinerije dijeli na tri izlazna toka, komercijalne proizvode, vlastitu potrošnju i procesne gubitke. U pravilu se s pouzdanim podacima raspolaže za količinu ulazne sirove nafte i komercijalne proizvode. Iako se iskazuju odvojeno količine vlastite potrošnje i procesnih gubitaka se izračunavaju objedinjeno, što zamagljuje ovu  problematiku i nije nipošto u funkciji racionalne potrošnje (štednje) energije. Stanje se radikalno mjenja uvođenjem predloženog sustava za egzaktno izračunavanje vlastite potrošnje, jer procesni gubici preostaju kao jedina nepoznanica.

       Uz pretpostavku da bi se putem svake od navedenih mjera potrošnja goriva mogla smanjiti do 5% proizlazi da bi uštede na smanjenju potrošnje goriva mogle iznositi do ogromnih 15 %.

Treba reći i to da se ove procjene mogu prilično pouzdano napraviti na osnovu povremenih („ad hoc“) analiza dimnih plinova na trošilima, pomoću prenosivih analizatora kisika.Više o ovome u okviru ovog site-a na stranici PROCJENE POTENCIJALNIH UŠTEDA NA GORIVU NA OSNOVU ARHIVIRANIH PODATAKA

 

Prikaz Sustava

 

     U nastavku je dat prikaz informacijskog sustava za slučaj najsloženijeg industrijskog energetskog modela, onoga za rafineriju nafte. Model se sastoji od 7  procesnih peći i 2 parna kotla.

Dat je prikaz informacijskog sustava za slučaj tri organizacijske razine:

     -Tablica 1:Razina tvrtke

     -Tablice 2:Razina trošila

     -Tablica 3: Razina države (Integralne bilance)

      U nastavku su dati  neki akcenti iz ovih aplikacija.

 

 Tablica 1: Ova tablica sadrži ključne elemente potrošnje goriva i procesnih gubitaka. Dostatan je jedan pogled da se kroz vrijednost koeficijenta Pretičak potrošnje goriva i procesnih gubitaka u ekvivalentnim jedinicama loživog ulja dobije pouzdana slika o energetskoj učinkovitosti tvrtke kao cjeline. Također sadrži kontrolu točnosti putem omjera izračunate količine loživog ulja i one  dobivene preko mjerenja u spremniku za loživo ulje.

       

Tablica 2: Ova grupa aplikacija se odnosi na razinu trošila. Sadrži postupak za upravljanje

potrošnjom goriva preko zadane vrijednosti toplinskog stupnja djelovanja trošila.  Također sadrži provjeru točnosti putem udjela plina i loživog ulja u potrošnji (zbroj 1,00).

                                           

       Tablica 3: Sadrži sve razine, počev od razine trošila do razine države.     Osnovni bi se podaci formirali na razini trošila, i kao što je već spomenuto, tamo bi  bili u funkciji upravljanja potrošnjom goriva. Tek nakon što bi tom prilikom bila provjerena njihova točnost bili bi povlačeni prema višim organizacijskim razinama,  dakle služili bi za izgradnju viših razina informacijskog sustava.

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​