avroenОмский научный вестник. Серия "Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение"Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering2588-03732587-764XОмский государственный технический университет10.25206/2588-0373-2023-7-3-36-45GGIZUBavroen-76Research ArticleЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ И ХИМИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕPOWER AND CHEMICAL ENGINEERINGСистемный анализ как инструмент реализации малоотходного и безотходного производства на предприятиях нефтегазовой отраслиSystem analysis as a tool for implementing low–waste and waste–free production at oil and gas industry enterpriseshttps://orcid.org/0000-0002-7510-3720КульбякинаА. В.KulbyakinaA. V.

Кульбякина Александра Викторовна, кандидат технических наук, доцент кафедры «Тепловая и атомная энергетика имени А. И. Андрющенко» (ТАЭ)

AuthorID (РИНЦ): 666703

AuthorID (SCOPUS): 57195562500

410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77

Kulbyakina Alexandra Viktorovna, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of A. I. Andryushchenko Thermal and Nuclear Power Engineering Department

AuthorID (RSCI): 666703

AuthorID (SCOPUS): 57195562500

Saratov, Politechnicheskaya st., 77, 410054

lenkova_av@rambler.ruСавельеваА. И.SavelyevaA. I.

Савельева Анастасия Ивановна, аспирант кафедры «Тепловая и атомная энергетика имени А. И. Андрющенко»

AuthorID (SCOPUS): 57214138790

410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77

Savelyeva Anastasia Ivanovna, Graduate Student of A. I. Andryushchenko Thermal and Nuclear Power Engineering Department

AuthorID (SCOPUS): 57214138790

Saratov, Politechnicheskaya st., 77, 410054

nastya.life94@mail.ruОзеровН. А.OzerovN. A.

Озеров Никита Алексеевич, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Промышленная теплотехника»

AuthorID (РИНЦ): 672952

AuthorID (SCOPUS): 57140736200

410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77

Ozerov Nikita Alekseevich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Head of Industrial Heating Engineering Department

AuthorID (RSCI): 672952

AuthorID (SCOPUS): 57140736200

Saratov, Politechnicheskaya st., 77, 410054

nikita-alecseevich@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0939-585XБатраковП. А.BatrakovP. A.

Батраков Петр Андреевич, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Теплоэнергетика»

Author ID (SCOPUS): 5650399260

ResearcherID: D-4330-2016

644050, г. Омск, пр. Мира, 11

Batrakov Petr Andreevich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of Thermal Power Engineering Department

Author ID (SCOPUS): 5650399260

ResearcherID: D-4330-2016

Omsk, Mira Ave., 11, 644050

peter_1cool@mail.ruСаратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.РоссияYuri Gagarin State Technical University of SaratovRussian FederationОмский государственный технический университетРоссияOmsk State Technical UniversityRussian Federation202330092023733645Copyright © Кульбякина А.В., Савельева А.И., Озеров Н.А., Батраков П.А., 20232023Кульбякина А.В., Савельева А.И., Озеров Н.А., Батраков П.А.Kulbyakina A.V., Savelyeva A.I., Ozerov N.A., Batrakov P.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ariem.omgtu.ru/jour/article/view/76

Внедрение малоотходных и безотходных технологий является перспективным направлением развития для предприятий нефтегазовой отрасли, в частности для нефтеперерабатывающих заводов. Разработка методологических подходов анализа и синтеза сложных энергетических систем с целью повышения эффективности и экологической безопасности исследуемых объектов посредством внедрения малоотходных и безотходных технологий, реализации приближенных к замкнутым технологических циклов. Решение поставленной задачи выполнено в соответствии с основными принципами системного анализа сложных объектов, поэтапно: анализ структуры объекта с использованием декомпозиционно-агрегативного подхода; определение внутренних и внешних связей между элементами системы; определение закономерностей функционирования объекта и комплекса влияющих факторов. Разработана блочно-иерархическая структура предприятия переработки нефти, устанавливающая количественные и качественные связи между элементами системы на всех уровнях иерархии. Предложена система показателей эффективности, в соответствии с которой дана оценка текущему состоянию исследуемого объекта. Определены наиболее энергоемкие производства предприятия переработки нефти, рассчитаны их эксергетические балансы. Проведенный анализ позволил оценить потенциал повышения экологической и энергетической эффективности, основные направления реализации малоотходных и безотходных технологий. Определены научно обоснованные направления повышения экологической безопасности и энергетической эффективности объекта исследования. Предложены несколько вариантов схем энергообеспечения с комплексной утилизацией производственных отходов, проведена оценка энергетической и технико-экономической эффективности интеграции предложенных решений в энергетический комплекс нефтеперерабатывающих предприятий. Полученные показатели подтверждают целесообразность интеграции предложенной схемы на действующем предприятии.

The introduction of low–waste and waste–free technologies is an actual development direction for oil and gas enterprises, in particular for oil refineries. Development of methodological approaches to the analysis and synthesis of complex energy systems in order to increase the efficiency and environmental safety of the objects under study through the introduction of low–waste and waste–free technologies, the implementation of technological cycles close to closed. The solution of the task is carried out in accordance with the basic principles of the system analysis of complex objects, in stages: analysis of the structure of the object using the decomposition–aggregation approach; determination of internal and external links between the elements of the system; determination of the regularities of the functioning of the object and the complex of influencing factors. A block–hierarchical structure of an oil refining enterprise has been developed, which establishes quantitative and qualitative links between the elements of the system at all levels of the hierarchy. A system of performance indicators is proposed, in accordance with which an assessment is made of the current state of the object under study. The most energy–intensive production facilities of an oil refining enterprise have been determined, their exergy balances, have been calculated. The analysis made it possible to assess the potential for increasing environmental and energy efficiency, the main directions for the implementation of low–waste and waste–free technologies. Science–based directions for improving environmental safety and energy efficiency of the object of study are determined. Several options for schemes are proposed, an assessment of the energy and technical and economic efficiency of the integration of the proposed solutions into the energy complex of oil refineries is carried out. The results obtained confirm the feasibility of integrating the proposed scheme in an existing enterprise.

углеводородное сырьеэнергетический комплекссистемный анализбезотходные технологииэнергетические ресурсыhydrocarbon raw materialsenergy complexsystem analysiswaste–free technologiesenergy resourcesReferencesВасильев А. В. Анализ и оценка загрязнения биосферы при воздействии нефтесодержащих отходов: моногр. Самара: Изд-во Самарского федерального исследовательского центра РАН, 2022. 106 с.Vasil’yev A. V. Analiz i otsenka zagryazneniya biosfery pri vozdeystvii neftesoderzhashchikh otkhodov [Analysis and assessment of biosphere pollution under the impact of oily wastes]. Samara, 2022. 106 p. (In Russ.).Глаголева О. Ф., Пискунов И. В. Энергосбережение — приоритетная задача современной нефтегазопереработки // Деловой журнал Neftegaz.ru. 2021. № 1 (109). С. 32–35.Glagoleva O. F., Piskunov I. V. Energosberezheniye – prioritetnaya zadacha sovremennoy neftegazopererabotki [Energy saving is a priority task of modern oil and gas refining] // Delovoy zhurnal Neftegaz.ru. Business Magazine «Neftegaz.RU». 2021. No. 109 (1). P. 32–35. (In Russ.).Федюхин А. В., Звончевский А. Г. Перспективные направления использования теплоты низкопотенциальных источников химических производств // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2022. Т. 24, № 3. С. 15–27. DOI: 10.30724/1998-9903-2022-24-3-15-27.Fedyukhin A. V., Zvonchevskiy A. G. Perspektivnyye napravleniya ispol’zovaniya teploty nizkopotentsial’nykh istochnikov khimicheskikh proizvodstv [Promising directions for the use of heat from low–potential sources of chemical production] // Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Problemy energetiki. Power Engineering: Research, Equipment, Technology. 2022. Vol. 24, no. 3. P. 15–27. DOI: 10.30724/1998-9903-2022-24-3-15-27. (In Russ.).Таймаров М. А., Ильин В. К., Осипов А. Л. [и др.]. Теплонасосный комплекс для утилизации вторичных энергоресурсов нефтехимических заводов // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2019. Т. 21, № 3-4. С. 8–16. DOI: 10.30724/1998-9903-2019-21-3-4-8-16.Taymarov M. A., Il’in V. K., Osipov A. L. [et al.]. Teplonasosnyy kompleks dlya utilizatsii vtorichnykh energoresursov neftekhimicheskikh zavodov [Heat pumps complex for recycling of secondary energy resources of petrochemical plants] // Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Problemy energetiki. Power Engineering: Research, Equipment, Technology. 2019. Vol. 21, no. 3–4. P. 8–16. DOI: 10.30724/1998-9903-2019-21-3-4-8-16. (In Russ.).Кафаров В. В., Мешалкин В. П., Гурьева Л. В. Оптимизация теплообменных процессов и систем. Москва: Энергоатомиздат, 1988. 192 с.Kafarov V. V., Meshalkin V. P., Gur’yeva L. V. Optimizatsiya teploobmennykh protsessov i system [Optimisation of heat exchange processes and systems]. Moscow, 1988. 192 p. (In Russ.).Бояринов А. И., Кафаров В. В. Методы оптимизации в химической технологии. Москва: Химия, 1969. 564 с.Boyarinov A. I., Kafarov V. V. Metody optimizatsii v khimicheskoy tekhnologii [Optimisation methods in chemical technology]. Moscow, 1969. 564 p. (In Russ).Андрющенко А. И. Системная эффективность бинарных ПГУ-ТЭЦ // Теплоэнергетика. 2000. № 12. С. 11–15.Andryushchenko A. I. Sistemnaya effektivnost’ binarnykh PGU-TETs [The system efficiency of binary combined–cycle cogeneration stations] // Teploenergetika. Thermal Engineering. 2000. No. 12. P. 11–15. (In Russ.).Бродянский В. М. Эксергетический метод термодинамического анализа. Москва: Энергия, 1973. 296 с.Brodyanskiy V. M. Eksergeticheskiy metod termodinamicheskogo analiza [Exergetic method of thermodynamic analysis]. Moscow, 1973. 298 p. (In Russ).Ларин Е. А., Долотовский И. В., Долотовская Н. В. Энергетический комплекс газоперерабатывающих предприятий. Системный анализ, моделирование, нормирование. Москва: Энергоатомиздат, 2008. 440 с.Larin E. A., Dolotovskiy I. V., Dolotovskaya N. V. Energeticheskiy kompleks gazopererabatyvayushchikh predpriyatiy. Sistemnyy analiz, modelirovaniye, normirovaniye [Energy complex of gas processing enterprises. System analysis, modelling, rationing]. Moscow, 2008. 440 p. (In Russ.).Чахирев Л. В., Плотников В. В., Плотникова Л. В. Использование программного обеспечения системного анализа для управления энергоэффективностью и структурой энергетических систем // Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики: материалы 92-го заседания Междунар. науч. семинара им. Ю. Н. Руденко, Казань, 21–26 сентября, 2020. Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2020. Вып. 71, кн. 3. С. 90–99.Chakhirev L. V., Plotnikov V. V., Plotnikova L. V. Ispol’zovaniye programmnogo obespecheniya sistemnogo analiza dlya upravleniya energoeffektivnost’yu i strukturoy energeticheskikh system [Use of system analysis software for management of energy efficiency and structure of power systems] // Metodicheskiye voprosy issledovaniya nadezhnosti bol’shikh sistem energetiki. Methodical Issues of Reliability Research of Large Power Systems. Irkutsk, 2020. Vol. 71, bk. 3. P. 90–99. (In Russ.).Клер А. М., Маринченко А. М., Потанина Ю. М. Оптимизация теплофикационных теплоэнергетических установок // Теплоэнергетика. 2009. № 9. С. 55–59.Kler A. M., Marinchenko A. M., Potanina Yu. M. Optimizatsiya teplofikatsionnykh teploenergeticheskikh ustanovok [Optimization of cogeneration thermal power units] // Teploenergetika. Thermal Engineering. 2009. No. 9. P. 55–59. (In Russ.).Zhang Q., Romaniuk V. N., Khroustalev B. M. Thermodynamic Evaluation of Asphalt Concrete Properties and its Mixing Energy Consumption by Exergy Structure // Science and Technique. 2023. Vol. 22, no. 1. P. 34–41.Zhang Q., Romaniuk V. N., Khroustalev B. M. Thermodynamic Evaluation of Asphalt Concrete Properties and its Mixing Energy Consumption by Exergy Structure // Science and Technique. 2023. Vol. 22, no. 1. P. 34–41. (In Engl.).Кульбякина А. В., Озеров Н. А., Батраков П. А. [и др.]. Аспекты применения эксергии для анализа энергетического комплекса предприятий переработки углеводородного сырья // Динамика систем, механизмов и машин. 2022. Т. 10, № 3. С. 48–55. DOI: 10.25206/2310-9793-2022-10-3-48-55.Kul’byakina A. V., Ozerov N. A., Batrakov P. A. [et al.]. Aspekty primeneniya eksergii dlya analiza energeticheskogo kompleksa predpriyatiy pererabotki uglevodorodnogo syr’ya [Aspects of the exergy application for analysis of the energy supply systems of hydrocarbon processing enterprises] // Dinamika sistem, mekhanizmov i mashin. Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines. 2022. Vol. 10 (3). P. 48–55. DOI: 10.25206/2310-9793-2022-10-3-48-55. (In Russ.).Луканин П. В. Оценка энергетической эффективности производства сульфатной целлюлозы методом приращения эксергий // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2020. Т. 22, № 2. С. 3–11. DOI: 10.30724/1998-9903-2020-22-2-3-11.Lukanin P. V. Otsenka energeticheskoy effektivnosti proizvodstva sul’fatnoy tsellyulozy metodom prirashcheniya eksergiy [Estimation of energy efficiency of kraft pulp production with the exergy increment method] // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedeniy. Problemy Energetiki. Power Engineering: Research, Equipment, Technology. 2020. Vol. 22, no. 2. P. 3–11. DOI: 10.30724/1998-9903-2020-22-2-3-11. (In Russ.).Долотовский И. В., Ларин Е. А. Технология полигенерации и оборудование систем энерго- и водообеспечения нефтегазовых предприятий // Энергобезопасность и энергосбережение. 2021. № 6. С. 11–19. DOI: 10.18635/2071-2219-2021-6-11-19.Dolotovskiy I. V., Larin E. A. Tekhnologiya poligeneratsii i oborudovaniye sistem energo- i vodoobespecheniya neftegazovykh predpriyatiy [Polygeneration technology and equipment for energy and water supply systems of oil and gas enterprises] // Energobezopasnost’ i energosberezheniye. Energy Security and Energy Saving. 2021. No. 6. P. 11–19. DOI: 10.18635/2071-2219-2021-6-11-19. (In Russ.).Kulbyakina A. V., Ozerov N. A., Savelyeva A. I. [et al.]. Efficiency improvement of oil and gas facilities power supply systems // Journal of Physics: Conference Series. IOP Publishing Ltd. 2021. P. 012016. DOI: 10.1088/1742-6596/1791/1/012016.Kulbyakina A. V., Ozerov N. A., Savelyeva A. I. [et al.]. Efficiency improvement of oil and gas facilities power supply systems // Journal of Physics: Conference Series. IOP Publishing Ltd. 2021. P. 012016. DOI: 10.1088/1742-6596/1791/1/012016. (In Engl.).Кульбякина А. В., Озеров Н. А., Батраков П. А. Термодинамический анализ эффективности систем топливообеспечения предприятий переработки углеводородного сырья // Динамика систем, механизмов и машин. 2018. Т. 6, № 3. С. 142–150. DOI: 10.25206/2310-9793-2018-6-3-142-150.Kul’byakina A. V., Ozerov N. A., Batrakov P. A. Termodinamicheskiy analiz effektivnosti sistem toplivoobespecheniya predpriyatiy pererabotki uglevodorodnogo syr’ya [Thermodynamic analysis of fuel systems of hydrocarbon processing enterprises] // Dinamika sistem, mekhanizmov i mashin. Dinamika Sistem, Mekhanizmov i Mashin. 2018. Vol. 6, no. 3. P. 142–150. DOI: 10.25206/2310-9793-2018-6-3-142-150. (In Russ.).Пат. 134993 Российская Федерация, МПК F 01 К 17/02. Установка электро-тепло-водоснабжения / Долотовский И. В., Ленькова А. В., Долотовская Н. В. № 2013130457/06; заявл. 02.07.13; опубл. 27.11.13, Бюл. № 33.Patent 134993 Russian Federation, IPC F 01 K 17/02. Ustanovka elektro-teplo-vodosnabzheniya [Power supply unit with complex recycling of oil and gas industry wastes] // Dolotovskiy I. V., Len’kova A. V., Dolotovskaya N. V. No. 2013130457/06. (In Russ.).Пат. 2713936 Российская Федерация, МПК F 01 К 17/02. Установка энергообеспечения с комплексной утилизацией отходов предприятий нефтегазового сектора / Кульбякина А. В., Озеров Н. А. № 2018143274; заявл. 06.12.19; опубл. 11.02.20, Бюл. № 5.Patent 2713936 Russian Federation, IPC F 01 K 17/02. Ustanovka energoobespecheniya s kompleksnoy utilizatsiyey otkhodov predpriyatiy neftegazovogo sektora [Power supply unit with complex recycling of oil and gas industry wastes] / Kul’byakina A. V., Ozerov N. A. No. 2018143274. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.