量化操作工藝與企業(yè)數(shù)字化管理.doc

量化操作工藝與企業(yè)數(shù)字化管理 江蘇凱茂石化科技有限公司 李洪偉 通化化工股份有限公司 孫勝寶化工生產(chǎn)過程控制、安全生產(chǎn)監(jiān)控、能源及企業(yè)管理即將邁向數(shù)字化領域。為了適應現(xiàn)代網(wǎng)絡化管理趨勢發(fā)展，首先要將本單位的生產(chǎn)過程全部因素量化、管理環(huán)節(jié)統(tǒng)計、計量標準化。通化化工股份有限公司的合成氨生產(chǎn)各車間、工段于2011年開始實施技術改造，對生產(chǎn)過程實施DCS、ESD控制，企業(yè)首先啟用局域網(wǎng)絡在行政職能辦公室、財務、生產(chǎn)、安全環(huán)保等部門使用。2013年又實行了企業(yè)數(shù)字化管理，采用了“通化化工合成氨工藝數(shù)字化管理系統(tǒng)”應用軟件。哈爾濱巨業(yè)化工有限公司于2000年全面實施生產(chǎn)數(shù)字化量化操作工藝管理，2012年5月開發(fā)了“哈爾濱巨業(yè)公司安全標準化管理”應用軟件，提高了企業(yè)管理效率。本文以5萬噸的甲醛裝置為例展開了節(jié)能減排技術改造能耗計算與余熱利用應用計算。2013年4月21-27日筆者到江西、上海、江蘇等地，對我國現(xiàn)有低品質能源利用設備進行了調研和考察，得到了廈門高譜科技有限公司、無錫市鑫福壓縮機設備有限公司、江西華電電力有限責任公司、上海齊耀動力技術有限公司、南通寶駒氣體發(fā)動機有限公司的技術支持。同時也向提供基礎數(shù)據(jù)的山東荷澤春潤化工有限公司、荷澤木業(yè)有限公司、吉林森工通化膠粘劑分公司、山東濟南圣泉集團股份有限公司等單位表示致謝。一、生產(chǎn)系統(tǒng)熱能消耗計算 新編甲醛生產(chǎn)書中P.500-511頁，對年產(chǎn)6萬噸的甲醛裝置進行了物料和熱能衡算。以此為依據(jù)，5萬噸甲醛裝置統(tǒng)一按年工作300天，37%甲醛的產(chǎn)量瞬時為6.9444t/h，原料單耗444.651kg/t為基數(shù)，計算如下：反應式：CH3OH+1/2O2 = CH2O+H2O -1.556105kJ/kmol (1)CH3OH = CH2O+H2 +8.809104kJ/kmol (2)CH3OH+O2 = CO+2H2O -4.000105kJ/kmol (3)CH3OH+3/2O2 = CO2+2H2O -6.843105kJ/kmol (4)CH2O + 1/2O2 = CHOOH -2.713105kJ/kmol (5)CH3OH+H2 = CH4 +H2O -1.160105kJ/kmol (6)注：以上反應熱數(shù)據(jù)是在反應物110，3kPa氣態(tài)；生產(chǎn)物狀態(tài)為25，3kPa氣態(tài)所得數(shù)據(jù)。1、 尾氣循環(huán)法工藝預熱能耗計算原料甲醇、空氣、水溫度20；尾氣返回溫度30；生產(chǎn)物狀態(tài)為160。1.1蒸發(fā)器加熱需要的熱量（甲醇進料溫度20） 原料甲醇加熱及蒸發(fā)總熱能 3.6575106kJ/h， 即0.5267106kJ/th，折合消耗蒸氣（392.28kPa表壓水蒸汽熱焓值2746kJ/kg） 191.806kg/t 37%甲醛。 1.2 空氣預熱需要的熱量（空氣進口溫度20） 預熱到47時需熱能1.4008105kJ/h，即0.2017105kJ/th，折合消耗蒸氣（392.28kPa表壓） 7.345kg/t 37%甲醛。過熱器加熱（從47升溫到110） 1.3 尾氣預熱（尾氣入口溫度30）預熱到110時需熱能3.2685105kJ/h，即0.4707105kJ/th，折合消耗蒸氣（392.28kPa表壓） 17.14kg/t 37%甲醛。 1.4 甲醇、空氣過熱用熱能6.2133105kJ/h，即0.8947105kJ/th，折合消耗蒸氣（392.28kPa表壓） 32.583kg/t 37%甲醛。 5萬噸甲醛裝置，每小時消耗熱能47.2685105kJ/h，需用蒸氣1721.36kg/h，折合生產(chǎn)每噸37%甲醛的反應前工藝預熱需耗蒸氣247.88kg/t。二、節(jié)能減排數(shù)字化管理節(jié)能量，節(jié)能減排形式，合同能源管理是合同能源管理咨詢師、節(jié)能量審計師、能效評估師相關專業(yè)的工作?？偣こ處熀凸?jié)能技術主管負責人，能源管理經(jīng)理、動力能源經(jīng)理、運行工程師、再生能源技術人員必須掌握本企業(yè)、本崗位、本單元的能源消耗類別，消耗總量和單位能耗情況。例如，5萬噸甲醛裝置的蒸汽消耗節(jié)能量計算如下： 1、采用尾氣循環(huán)法高濃度配比四元氣量化操作工藝，從尾氣風機頻率為“0” 到將尾氣循環(huán)量開至相對最大（75kw電機，額定風量64.9m3/min，出口壓力按39.8kPa計算，變頻頻率40Hz）的同時退配料蒸汽流量從307kg/t減止87kg/t時，氧溫控制不變條件下，可節(jié)約配料蒸氣220kg/t（37%甲醛計）。備注：尾氣量的提高，增加尾氣羅茨鼓風機的電功率33.1kw，折合新增噸電耗4.77kwh/t。尾氣量的提高，增加了尾氣預熱蒸汽的消耗。尾氣量的提高，減少了配料蒸汽過熱蒸汽的消耗。節(jié)約的220kg/t蒸汽可多供低壓飽和蒸汽發(fā)電16.1kwh/t（螺桿發(fā)電機能耗參數(shù)13.68kg/kwh）。減去尾氣風機能耗增量因素，實際節(jié)約了電能16.1kwh/t-4.77kwh/t=11.77kwh/t。 2、按上述1操作獲得反應生成的是52%高濃甲醛，若需要37%甲醛，可繼續(xù)對第三吸收塔多加水220kg/t，通過后級導入前級的辦法，保持第一吸收塔底部甲醛水溶液濃度為37%甲醛。備注：吸收系統(tǒng)增加了220kg/t的工藝添加水，形成的塔溫降低需要分別計算（以氧化器出口產(chǎn)物氣170為例，一塔低溫80），一三塔總量溫度下降了6的，也降低了冷卻環(huán)節(jié)的能耗。 3、甲醇蒸發(fā)熱由蒸汽型改為氧化器下段或甲醛溶液余熱利用型，可節(jié)約系統(tǒng)蒸氣191kg/t（37%甲醛計），多供低壓飽和蒸汽發(fā)電13.96kwh/t。 4、末級塔頂尾氣通過列管換熱（一塔甲醛溶液），帶走溶液熱量的同時提高了尾氣溫度，有利于提高尾氣燃燒溫度預熱到60。取消蒸汽預熱可節(jié)約蒸汽量6%，約20kg/t可多發(fā)電1.5kwh/t。備注：此辦法對降低一塔的甲醛溫度有一定效果。 5、空氣通過列管換熱（一塔甲醛溶液），帶走溶液熱量的同時提高了空氣溫度，省了預熱空氣蒸汽耗用量。節(jié)約蒸汽量44.5%，約14.6kg/t可多發(fā)電1.1kwh/t。目前尾氣處理鍋爐的蒸氣產(chǎn)量在331.09kg/t，氧化器廢鍋自產(chǎn)蒸氣為370.3kg/t,系統(tǒng)總產(chǎn)汽量701.39kg/t(37%甲醛計)。反應前工藝預熱消耗蒸汽247.88kg/t，配料用汽307kg/t，系統(tǒng)結余蒸汽146.51kg/t。若原裝置系統(tǒng)廢鍋自產(chǎn)蒸氣車間生產(chǎn)不平衡的話，尾氣處理鍋爐的蒸氣差量進入低壓飽和蒸汽發(fā)電機組，多余蒸汽僅能發(fā)電10.71kwh/t。經(jīng)節(jié)能量規(guī)劃計算，節(jié)約的蒸汽量：220kg/t+191kg/t+20kg/t+14.6kg/t =445.6kg/t （噸甲醛蒸汽節(jié)約總量）可多發(fā)的電量：445.6kg/t 13.68kg/kw=32.57kw/t (折合的噸甲醛節(jié)能發(fā)電量)通過能源規(guī)劃利用的優(yōu)選方案實施技術改造，增加發(fā)電32.57kwh/t。低壓飽和蒸氣系統(tǒng)的總發(fā)電能力可實現(xiàn)為：10.71kwh/t（規(guī)劃前） +32.66kwh/t（規(guī)劃后）= 43.37kwh/t（噸甲醛余能發(fā)電量）43.37kwh/t6.944t/h=301.1kw/h即，5萬噸尾氣法甲醛裝置的發(fā)電功率可達300kw。三、其它節(jié)能減排挖潛方案企業(yè)能源的使用和回收利用應作出科學合理分配、規(guī)劃。有條件地逐步實現(xiàn)計算、檢測、自動計量和監(jiān)控。主要對象是上下水、空氣、蒸汽、原料、成品及副產(chǎn)物，依據(jù)溫度、流量、壓力，并精確地將空氣、水等物料的熱、能、焓換算后得出結果值。以甲醛企業(yè)為例，可以進一步挖潛的存在如下單元： 1、鍋爐煙道氣余熱回收； 2、甲醛溶液熱能利用； 3、蒸汽排污水熱能利用；4、氧化器上下段散發(fā)熱的利用；5、氧化器廢鍋熱效率提高的改進；6、尾氣處理鍋爐爐膛結構與熱效率提高的改進；7、余熱發(fā)電機能效的提高。本文僅起到指導作用，各企業(yè)應根據(jù)本單位的實際情況開展有效的節(jié)能工作。四、能源管理的實施為落實 “十二五”節(jié)能減排目標，國家出臺了 關于加快推行合同能源管理促進節(jié)能服務產(chǎn)業(yè)發(fā)展的意見、合同能源管理財政獎勵資金管理暫行辦法，根據(jù)國家財政部和發(fā)改委對節(jié)能技術改造項目及合同能源管理項目的節(jié)能量進行專項核查的通知要求，發(fā)揮國家財政資金的引導作用和杠桿作用，建立了能夠充分調動企業(yè)節(jié)能積極性的節(jié)能長效機制。企業(yè)沒有資金實施節(jié)能改造的，可以通過中介方實行合同能源管理來實施能源項目管理。按每發(fā)電1kwh消耗標準煤327kg折算，300kw機組年節(jié)約標煤量：300kwh24h300327kg/kwh10-6=706t政策性CO2碳排放減排補貼標準，按節(jié)約標煤300元/t計算，可獲得的獎勵資金：300元/t706t=21.18萬元 。合同能源管理是發(fā)達國家普遍推行的、運用市場手段促進節(jié)能的服務機制。節(jié)能服務公司與用戶簽訂能源管理合同EMC，為用戶提供節(jié)能診斷、融資、改造等服務，并以節(jié)能效益分享方式回收投資和獲得合理利潤，可以大大降低用能單位節(jié)能改造的資金和技術風險，充分調動用能單位節(jié)能改造的積極性，是行之有效的節(jié)能措施。如何合理有效地進行節(jié)能量測量、計算、檢測和驗證，以有效明確節(jié)能效益分享，規(guī)避節(jié)能項目實施風險，是增加項目第三方融資信任度的重要因素，同時還是實施合同能源管理最核心的項目環(huán)節(jié)和必須掌握的方法。筆者考察的尾氣發(fā)電機、螺桿發(fā)電機兩家企業(yè)，均可以委托第三方實施甲醛尾氣余熱利用發(fā)電項目的“合同能