image
energas.ru

Территория Нефтегаз № 11 2017

Экология

01.11.2017 10:00 Производство нефтяных сорбентов на месте аварии как эффективный способ сокращения затрат на ликвидацию разливов нефти и нефтепродуктов
В статье приведены основные критерии, позволяющие сравнить различные виды сорбентов и определить их необходимый запас для проведения операций по ликвидации разлива нефти и нефтепродуктов. Основой для выбора сорбентов при разливах нефти и нефтепродуктов являются расчетные показатели экономической и технико-экономической эффективности. Критерием экономической эффективности сорбента является соотношение «цена/нефтеемкость», с помощью которого можно определить затраты на приобретение сорбента. По критерию технико-экономической эффективности оцениваются затраты на извлечение 1 кг нефти с помощью сорбента с учетом доставки, складирования, применения, удаления и утилизации сорбента. Представлены зависимости для определения массы сорбента при ликвидации тонких нефтяных пленок с учетом коэффициента динамической нефтеемкости. Значение динамической нефтеемкости растет с увеличением толщины нефтяной пленки, но не превышает значения статического коэффициента нефтеемкости. Для обоснования производства сорбентов на месте разлива нефти и нефтепродуктов разработана программа технико-экономического обоснования применения установок по производству сорбента терморасширенного графитового на месте аварии. Программа рассчитывает эффективность производства на установках для производства сорбента на месте аварии и сравнивает с эффективностью доставки готового сорбента от производителей разных марок в зависимости от плеча доставки и объема сорбента. Представлены результаты расчетов с помощью разработанной программы технико-экономического обоснования применения установок для производства сорбентов на месте аварии на конкретном примере и технические характеристики разработанной установки для производства сорбента терморасширенного графитового.
Ключевые слова: разлив нефти, производство сорбентов, сорбент терморасширенный графитовый, нефтеемкость статическая и динамическая, критерий выбора сорбента, программа обоснования.
Ссылка для цитирования: Мерициди И.А. Производство нефтяных сорбентов на месте аварии как эффективный способ сокращения затрат на ликвидацию разливов нефти и нефтепродуктов // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2017. № 11. С. 70–76.
Открыть PDF


В настоящее время в РФ в основном сформировался рынок нефтяных сорбентов. Причем если в 1970–1980-х гг. этот сегмент был в основном заполнен зарубежной продукцией, то в настоящее время значительно более дешевые аналоги импортных сорбентов предлагают более 100 российских компаний. В то же время широкий ассортимент сорбентов делает актуальной проблему подбора конкретного продукта в каж-
дой конкретной ситуации. О том, как разобраться в многообразии сорбентов и сделать достойный выбор, достаточно подробно рассказано в [1–7].

Довольно часто при анализе сорбентов прибегают к их классификации по материалу, из которого они изготовлены, хотя более правильно было бы классифицировать сорбенты по технологическому признаку в зависимости от формы, что влияет на способы применения сорбентов [7]. Впрочем, при рассмотрении вопроса возможности производства сорбента на месте аварии материал, из которого можно произвести сорбент, играет существенную роль.

Для производства сорбентов на органической основе имеется огромная сырьевая база, дешевое исходное сырье. Технологическое оборудование для производства достаточно простое, но при этом в РФ всего примерно 10 мест производства органических сорбентов. Одной из причин такой ситуации является то, что при всей дешевизне органических сорбентов, с учетом затрат по доставке, складированию, применению, удалению и утилизации, они уступают сорбентам на синтетической основе. Последние чаще всего выпускаются в виде рулонов или матов, довольно редко – в виде крошки. С одной стороны, они проще в применении и дешевле в хранении, просты в регенерации, с другой – для их производства требуется довольно сложное оборудование и возникают проблемы с утилизацией в связи с ужесточением экологических требований. Это обстоятельство ограничивает развитие рыночного сегмента сорбентов данного типа.

Дисперсные сорбенты (в виде порошка или крошки) в последние годы находят все большее применение в связи с совершенствованием технологии их использования.

 

Основные требования к вновь создаваемым нефтяным сорбентам:

• увеличение удельной поверхности;

• отсутствие токсичности и других вредных свойств,

• понижение горючести;

• увеличение плавучести сорбентов;

• увеличение нефтеемкости;

• технологичность применения;

• простота и экологичность утилизации.

Одним из критериев оценки экономической эффективности сорбента является соотношение «цена/нефтеемкость» [1], с помощью которого можно определить затраты на приобретение сорбента.

Расчеты критериев экономической эффективности для сорбентов [6, 7] производятся на основе данных, опубликованных производителями коэффициента статической массовой нефтеемкости К1:

1.png,                                              (1)

где MН – масса сорбированной нефти, кг; MСОРБ – масса сорбента, кг.

При этом коэффициент экономической эффективности составляет:

1_1.png,                                              (2)

 

где C1кг сорб – стоимость 1 кг сорбента, руб.; k – коэффициент нефтеемкости сорбента, 1 кг нефти/1 кг сорбента, чаще всего используется К1.

Чем ниже значение критерия, тем выше его экономическая эффективность.

T2 – критерий технико-экономической эффективности, позволяющий оценить затраты на извлечение 1 кг нефти с помощью сорбента с учетом доставки, складирования, применения, удаления и утилизации сорбента.

Коэффициент технико-экономической эффективности рассчитывается по формуле:

 

1_1_1.png                             (3)

 

где k – коэффициент нефтеемкости сорбента, 1 кг нефти/1 кг сорбента, чаще всего используется K1, может использоваться K2 – динамическая нефтеемкость; C2 – стоимость хранения 1 м2 продукции, руб.; с – насыпная плотность сорбента, кг/м3; hxp – допустимая высота хранения, м; Cтр1м3 – стоимость транспортировки 1 м3 сорбента на 1 км (переход к объемным измерениям сорбента обосновывается тем, что насыпная плотность большинства сорбентов не превышает 300, а сорбентов с нефтеемкостью более 20 не превышает 100 кг/м3, в связи с чем при небольших массах сорбенты зачастую занимают большой объем пространства); L – расстояние от места хранения до места разлива, км; Cисп1кг.с. – стоимость применения 1 кг сорбента в рублях с учетом времени, учитывает затраты на нанесение, сбор и утилизацию; час – средний расход сорбента в час; tработ – время проведения работ, ч; Cут1кг – стоимость утилизации 1 кг сорбента уполномоченными организациями (на договорной основе), руб.

Производители сорбента, как правило, представляют статическую (максимальную) К1 нефтеемкость, которая значительно отличается от динамической (в реальных условиях). Если первая определяется при погружении сорбента в чистый нефтепродукт, то динамическая нефтеемкость K2 [6, 7] определяется в реальных условиях разлива нефти и зависит от толщины пленки нефти, вязкости нефтепродукта, плотности, силы поверхностного натяжения на границе «нефть – вода», влагоемкости сорбента. В свою очередь, значения этих свойств нефтепродуктов зависят от температуры окружающей среды, плотности воды (солености) и многих других факторов. Учет всех этих факторов сложен и в реальных условиях, поэтому коэффициент K2 определяется в результате испытаний.

В общем случае коэффициент K2 рассчитывается как

1_1_2.png                                             (4)

 

где сорб – коэффициент растекаемости сорбента, м2/кг, показывающий, на какую площадь растекается 1 кг сорбента по поверхности воды. Этот коэффициент индивидуален для каждого типа сорбента и зависит от дисперсности сорбента и его насыпной плотности. Сорбент, частицы которого имеют меньшие размер и массу, обладает бльшим коэффициентом растекаемости.

1_1_3.png

 

 

1_1_4.png– коэффициент растекаемости нефти (нефтепродуктов), м2/кг, показывающий, на какую площадь растекается 1 кг нефти (нефтепродукта) заданной плотности при известной толщине нефтяной пленки; hпленки – средняя толщина нефтяной пленки нефтепродукта при разливе; ρНП – плотность разлитой нефти или нефтепродукта.

Для использования в расчетах и определения массы сорбентов следует использовать преобразованную формулу для расчета K2 [8]:

 

1_1_5.png 

[кг нефти/кг сорбента].                    (5)

 

Соответственно, в этом случае значение коэффициента динамической нефтеемкости будет зависеть от толщины нефтяной пленки, на которую наносится сорбент. При этом его значение растет с увеличением толщины нефтяной пленки, но не превышает значения статического коэффициента нефтеемкости (массовой) К1.

Для определения массы сорбента при разливе нефти для тонких пленок используется формула:

1_1_6.png  

[кг сорбента].                                      (6)

 

Необходимо учесть, что для приближения к реальным условиям коэффициент К2 необходимо умножить на (1–W), где W – влагоемкость сорбента:

1_1_7.png,                                      (7) 

где МС, М – соответственно, масса сырого и сухого сорбента, г.

К примеру, влагоемкость составляет: сорбента терморасширенного графитового (СТРГ) – 2,4; Лесорба – 15,9; УСВР – 20,0 % по истечении шести дней испытаний [9].

Изменение величины нефтеемкости от вязкости нефтепродуктов учитывается плотностью нефтепродуктов в формуле (6).

1_1_8.png

На рынке появляются все новые сорбенты, с характеристиками, учитывающими требования потребителей.

Существенным недостатком, присущим всем сорбентам с высокой сорбирующей способностью (более 40 кг нефти на 1 кг сорбента), является низкая насыпная плотность, что обуславливает доставку к месту локализации нефтяного разлива больших объемов сорбентов. Это обстоятельство сдерживало широкое применение метода локализации с помощью дисперсных нефтяных сорбентов с высокой нефтеемкостью.

Иногда проще сделать сорбент из своего сырья, и нет необходимости везти легкий, как пух, сорбент за сотни километров. Это утверждение, безусловно, привлекательно, но требует экономического обоснования. Для этого разработана программа технико-экономического обоснования применения установок для производства сорбентов в местах возникновения чрезвычайных ситуаций, обусловленных разливом нефти и нефтепродуктов, и мобильных комплексов оперативного реагирования на разливы нефти с использованием графитового сорбента.

Программа рассчитывает эффективность производства сорбента на месте аварии на установках по производству сорбента и сравнивает с доставкой разных марок готового сорбента в зависимости от плеча доставки и объема требуемого сорбента.

1_1_9.png

Мощность установки с учетом технологических перерывов и 8-часового рабочего дня составляет 150 кг в день (37,5 т/год при 250 рабочих днях в году).

Срок хранения сорбентов по ТУ составляет один год с момента изготовления, далее для продления необходимо проводить подтверждение сорбционных свойств. При неправильном хранении сорбенты могут потерять свои свойства, поэтому часто сорбенты закупаются ежегодно.

При формировании финансовой модели принят ряд допущений. Транспортное плечо в расчетах при покупке готового сорбента и при покупке установки (расчет стоимости доставки установки У-СТРГ, а также доставки сырья и материалов для производства СТРГ) принято одинаковым, как среднее расстояние от Москвы до основных регионов нефтедобычи. Для примера рассмотрим вариант с плечом 1200 км в Северо-Западном, Приволжском, Южном и Северо-Кавказском федеральных округах (рис. 1).

Объем производства для данного случая принят на уровне 2164,4 кг/год как минимальный объем, обеспечивающий эффективность проекта при заложенном уровне затрат.

Много это или мало? Предприятие, имеющее максимальный разлив 10 тыс. м3 вследствие разрушения резервуара, прорыва или прокола трубопровода, разрушения смежных танков в танкере, аварии железнодорожного состава и т. д., в соответствии с [13] рассчитывает силы и средства исходя из массы разлива с учетом плотности ориентировочно 9 тыс. т нефти. На сегодняшний день в нашей стране для расчета необходимого количества сорбента широко используется методика [12]. Принято, что сорбент применяется только на завершающей фазе нефтеразлива и с учетом того, что при проведении операций по ликвидации разлива нефти нефтесборными устройствами с поверхности воды и грунта может быть собрано до 98 % разлитой нефти, оставшейся на воде и на берегу.

Исходя из этих условий, необходимый запас сорбента СТРГ с нефтеемкостью К1 = 50 согласно формуле (1) составит 3600 кг.

Складские затраты для унификации расчетов приняты одинаковыми как в случае регулярного приобретения сорбента, так и в случае покупки установки.

В модели собственного производства сорбента на установке У-СТРГ заложены затраты на персонал.

Расчет производится в постоянных ценах, поэтому при использовании методов дисконтирования следует номинальные ставки дисконтирования приводить к реальным значениям.

Простой срок окупаемости проекта рассчитывается на основании недисконтированных денежных потоков и позволяет определить количество лет, через которое отрицательный денежный поток проекта становится положительным.

Дисконтированный срок окупаемости проекта рассчитывается на основании дисконтированных денежных потоков и определяет количество лет, через которое отрицательный денежный поток проекта становится положительным.

Чистый дисконтированный доход (NPV) определяется как сумма дисконтированных денежных потоков проекта за все периоды планирования:

1_1_10.png                                              (8)

где CF – денежный поток в периоде t; r – ставка дисконтирования; N – суммарное число периодов t = 0, 1, 2, …, N.

Внутренняя норма рентабельности рассчитывается путем подбора ставки дисконтирования r, при которой дисконтированный денежный поток нарастающим итогом принимает нулевое значение.

1_1_12.png                               (9)

 

При ставке дисконтирования, равной 11,88 %, и при объеме производства сорбента 2164,4 кг/год показатели эффективности будут следующими:

• простой срок окупаемости – 8,36 года;

• дисконтированный срок окупаемости – 10 лет;

• NPV – 0 тыс. руб.;

• внутренняя норма прибыли (IRR) – 11,88 %.

Ставка дисконтирования определена согласно [10] и рассчитана как безрисковая ставка плюс поправка на риск. В качестве безрисковой ставки дисконтирования рекомендуется использовать ставку, определенную по бескупонной доходности облигаций федерального займа (ОФЗ) со сроком до погашения, равным сроку, на который прогнозируются денежные потоки проекта. Безрисковая ставка по состоянию на 29.06.2016 г. на 10 лет составляла 8,38 % [11].

1_1_11.png

Уровень риска определяется как низкий, поскольку производство сорбента уже освоено, – 3,5 %.

Таким образом, номинальная ставка дисконтирования будет равна 11,88 %.

Основной параметр, от которого зависит эффективность изготовления сорбента в местах аварии, – это объем производства. Именно с учетом этого фактора проведен анализ чувствительности проекта, некоторые данные которого представлены на рис. 2 и в табл. 1.

1_1_13.png

Из рис. 2 понятно, что покупка установки невыгодна при производстве сорбента в объеме меньше 2164,4 кг при плече доставки 1200 км.

Поскольку расстояние доставки сорбента является важным критерием при рассмотрении вопроса о приобретении установки У-СТРГ, проанализируем зависимость NPV проекта от плеча доставки (рис. 3, табл. 3).

Из рис. 3 видно, что при сокращении расстояния доставки сорбента (менее 1200 км) приобретение установки становится невыгодным.

На рис. 4 представлено окно ввода исходных данных в программном продукте, позволяющем проводить сравнение эффективности производства сорбента СТРГ на месте аварии с эффективностью покупки и доставки как готового сорбента СТРГ, так и других дисперсных сорбентов.

Технические характеристики серийно выпускаемых установок У-СТРГ-30 (рис. 5) по ТУ 3442-001-26461069-2003.


Таблица 1. Результаты расчета зависимости чистой приведенной стоимости от объема производства сорбента на установке У-СТРГ

Table 1. The calculating results of the dependence of the net present value from the volume of sorbent production in the U-STRG facility

Объем производства, кг 

Sorbent production, kg

1900

2000

2100

2164

2200

2300

2400

2500

2600

2700

NPV, тыс. руб. (thousand RUB)

–614

–354

–137

0

73

277

481

683

886

1087

Таблица 2. Результаты расчета зависимости NPV от изменения плеча доставки сорбента при его покупке

Table 2. The calculating results of the dependence of NPV from the change in the sorbent delivery distance during its purchase

Расстояние, км 

The distance, km

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

1700

1800

NPV, тыс. руб. ( thousand RUB)

–287

–190

–94

0

91

182

273

363

454

544

Таблица 3. Технические характеристики установок для производства сорбентов

Table 3. Technical characteristics of the facilities for the sorbent production

Наименование параметра 

Parameter name

У-СТРГ-М

U-STRG-M

У-СТРГ-30

U-STRG-30

1.

Установленная мощность, кВт, не более 

Determined power, kW, at most

5

15

2.

Номинальное напряжение, В 

Rated voltage, V

380/220

380/220

3. 

Частота переменного тока, Гц 

Frequency of the alternating current, Hz

50

50

4.

Среда в рабочем пространстве 

Environment in the workspace

Воздух 

Air

Воздух 

Air

5.

Производительность, кг/ч, от – до 

Productivity, kg/h, from – to

3–5

10–30

6.

Габаритные размеры, мм, не более: 

Overall dimensions, mm, at most

• ширина (width)

• длина (length)

• высота (height)

 

 

500

1000

650

 

 

1200

1850

2000

7.

Масса, кг, не более 

Weight, kg, at most

80

250

 




← Назад к списку


im - научные статьи.