造船企業能源管理和節能技術探討與實踐

王永良，戴建恒

（1.中船澄西船舶修造有限公司，江陰 214433；2.上海外高橋造船有限公司，上海 200137）

0 引言

“十二五”期間，國家把節能減排放在了戰略地位，作為調結構、轉方式的重要推手。經濟的飛速發展也伴隨著能源的快速消耗，統計顯示，中國的經濟總量占世界的10%，消耗的能耗卻占到20%。節能降耗已經成為實現可持續發展，轉變增長方式，促進綠色發展的重要途徑。造船企業是能源消耗大戶，規模以上的造船企業一年的能源費用支出少則幾千萬，多達幾個億。通過管理和節能等技改措施，一年節約能源費用將是十分可觀的。因此無論從國家宏觀層面還是船舶行業，乃至船企本身，加強能源管理，推進節能技術應用，降低能耗都已勢在必行。

1 國內船舶企業能源管理現狀

造船企業能源具有消耗能源種類多、能源使用的區域分布廣、使用能源的人多、隨機性大等特點。各類能源費用所占比例分布大致如圖1所示。

這些特點決定了造船企業能源管理的難度很大，不可能像汽車、化工、電子等企業一樣能夠完全依賴流水線節拍生產工藝而固化能耗。在造船企業中，一線工人的技能和作業習慣在很大程度上影響著能源消耗，而能源管理相對其它行業來講，管理模式都比較粗放。

圖1 各類能源消耗比例圖

盡管難度很大，但并不意味著沒有節能空間，國內船舶企業與日本、韓國的先進造船企業相比，單位產值能耗是日本、韓國船舶企業的幾倍，以國內比較先進船廠與一家中日合資船廠2010年數據為例進行對比，結果如表1所示。

表1 2010年能耗產值數據對比表

由此可見國內船舶企業在節能管理的潛力巨大，能源管理提升的空間非常大。

2 能源管理改善措施和節能技術的應用

生產工藝和中間產品質量是能源消耗的主要因素。把國內比較先進的船廠與一家中日合資船廠的三大作業的相關指標做一個比較，具體數據如表2所示。

表2 三大作業指標比較表

從上面的分析數據可以看出，消耗了90%能源的三大作業的工藝、作業精度和產品質量是造成能源消耗差距的主要原因，而且相互影響。切割精度和余量造成打磨工作量的上升，焊接質量不高，造成返工打磨工作量上升。而統計數據顯示：焊接不合理率每上升1%，能耗將上升2%；沖砂打磨面積與能耗成正相關比例關系，打磨沖砂面積每上升1%，消耗的壓縮空氣上升1%；而切割余量每增加1%，后續消耗的打磨切割能耗上升3%。

國內船廠與日韓船廠看似一樣的主體工藝流程、生產布局和生產設施，但生產管理和工藝執行的差異卻造成了能耗的巨大差距，要想趕上日韓船廠的能耗水平，必須從生產管理和工藝上入手。

同時要對能源數據進行詳細分析，從能源的生產、輸送、分配、能源管網、現場的使用能源設備、操作人員的素質以及現場大量使用的動能源接頭、皮帶等各環節都逐一進行分析，有針對性地從管理上采取了一系列改善和強化管理措施，并推進實施了一批技術改進項目，下面將具體介紹采取的相關措施和取得的效果。

2.1 強化管理夯實節能基礎

1）采取動能源申請供給制度，嚴格控制延時供能，根據生產計劃下達周動能調度供應計劃，設定供應時間紅線。同時通過延長時段加倍收取動能費用的經濟杠桿引導節約能源。

2）動態管理MD契約基礎電量，降低基礎電費，船舶行業的特點是電力負荷波動大，不均衡，采取動態MD指標管理，根據公司生產實際隔月申請調整基礎電量，同時合理分配和調節3臺主變的不同契約量，削峰填谷，實現最經濟化。

3）充分利用低谷電力，涂裝沖砂作業盡可能放在低谷時間段，涂裝沖砂車間是能耗大戶，其消耗的能源總費用約占30%，電費支出的50%左右，為此與涂裝協商調整作業安排，充分利用22:00～次日6:00區間的低谷電力，近可能減少平價時段沖砂，嚴格限制早上8:00～11:00和晚上18:00～21:00的峰價時段沖砂，每年可減少電費支出500多萬元。涂裝內場用風趨勢及電價峰谷曲線圖如圖2所示。

圖2 涂裝內場用風負荷與電價峰谷曲線圖

4）采取動能源費用模擬法人考核，把生產部門作為一個模擬獨立的經濟實體，把能源費用考核指標下達到各部門，作為其成本支出的一部分納入各部門經濟考核，實行能耗收費。另外，對除濕機冷風機等大功率設備安裝獨立計量電表，獨立計量考核。夏季每月節約的電量達100多萬度。

5）減少空載電力損耗，造船業是重工業，全廠空載電力損耗是非常驚人的，經過測試某廠平均空載損耗功率達3000kW，一年消耗電費達800多萬元，因此加強設備空載管理也是節約電力的重要抓手。

6）動力設施區域化管理及電子巡更系統的應用，把動力設施日常管理的責任按照區域化分解落實到生產部門，同時引進電子巡更系統加強對動能源巡檢人員的管控力度，從而大幅地消除了原本司空見慣的跑冒滴漏現象。

7）對消耗柴油的油老虎，如移動空壓機、高空作業車和大型液壓平板車實行單臺設備油料定額管理，并定額細化到設備本身，實行單臺定額管理，根據開動臺時、運行時間和運輸里程考核單臺設備能耗。

2.2 技術改進挖掘節能潛力

1）電容補償，提高功率因素，船廠的用電設備以感性負載為主，特別是電焊機、異步電機等數量非常龐大，局部區域的電網功率因素只有0.75左右，一臺1600kVA的變壓器的有效負載只有1200kW，功率因素補償到0.9以上，有功功率可以增加240kW，提升幅度達20%。全廠視在功率不變情況下，可以節約8500kW的電力，一年可節約電費達3000萬元。

2）船用施工照明推廣LED照明替代白熾燈，隨著LED技術的進步和LED燈具的制造成本的下降，用LED光源燈具替代目前各船廠廣泛使用的36V白熾燈和220V高壓鈉燈逐步成為可能。LED光源燈具可以節約大約70%的電力，一盞36V、80W的LED燈具可以替代220V、250W的高壓鈉燈，同時燈具電壓從220V降到了36V安全電壓，電力節約的同時，安全性也大幅改善。

3）改善車間自然采光，運用光控技術減少照明費用，通過定期維護和廠房優化設計，盡可能利用自然光來提高車間照度，減少照明支出。

4）電子整流器替代電感式整流器，廠區路燈和高桿燈功率通常在250W以上，高桿燈上每個燈具功率在1000W以上，使用電感式整流器的路燈和高桿燈處于感性負載狀態，實測功率因素只有0.7～0.75，而使用電子整流器的燈具功率因素可達0.9左右。一盞250W路燈，24小時耗電量，采用電感整流器耗電8度電，而采用電子整流器耗電只有5.1度電，節電率達36%。

5）余熱回收利用，通過熱泵方式回收蒸汽鍋爐房和空壓站循環水等余熱資源，用于加熱洗浴用水，也可通過高效直接熱交換方式回收，用于液態二氧化碳、液氧和液化丙烷、LNG等液化工業氣體的氣化。

6）壓縮空氣后處理工藝用余熱再生吸附干燥工藝替代冷凍干燥工藝，冷凍式干燥工藝處理的壓縮空氣露點溫度在5℃～10℃，剛好能滿足船用鋼板的沖砂和噴漆對露點的要求，但由于廠區管線長和設備性能降低，管線末端壓縮空氣中經常含水量過多，甚至需要長時間排水，無法滿足生產需求。而吸附干燥處理的壓縮空氣露點溫度可達－40℃～－20℃，含水量只有冷凍干燥工藝的15%，大幅度提升了壓縮空氣品質，滿足了生產需求，壓力露點溫度與含水量的關系如圖3所示。

圖3 壓力露點與含水量關系圖

由于冷凍式干燥設備造價便宜，初期投資往往選擇冷凍式干燥工藝，但實際上盡管冷凍式干燥機的資成本小，但其運行成本遠遠要遠遠高出余熱再生吸附干燥機。以1臺100m3/min，1.0MPa的冷凍干燥機與余熱再生吸附干燥機進行綜合對比，初期投資多出10萬元，但每年節約的電費就達13多萬元，一年即可收回成本，若按照15年計算，全部運行費用可以節省200多萬元，而且還未計算空氣品質提升帶來的經濟效益，具體數據如表3所示。

表3 冷凍干燥與吸附干燥對比表

7）中水回收再利用，船舶總裝廠污水基本以生活污水為主，經生化處理后的污水水質包括PH值、COD、BOD、含油量和固體物質SS等各項排放污水指標都非常好，大大低于城市污水處理排放標準，只要稍加處理即可滿足城市雜用水標準，用于空壓站冷卻循環水、廁所沖水、壓載水、綠化等。可以大幅節約自來水消耗量。

8）優化能源結構，使用綠色低價能源，船舶行業使用的切割氣體主要有乙炔、丙烷、液化石油氣、天然氣等，積極引進使用管道天然氣，降低燃氣費用。市政管道天然氣的單價只有丙烷的50%，乙炔的30%。實踐也證明天然氣的熱值和火焰溫度完全能夠滿足船用鋼板切割要求。

9）合理調控氣體管網壓力，管網的壓力與能源的消耗有密切的關系，壓力每上升1kPa，耗量將上升2%，合理的管網輸送壓力應該根據末端使用點的需求壓力加上根據管線的長度加上管線的壓力損失，盡可能地降低壓力，分區域設定不同的供應壓力。管網壓力的優化調控，取得了立竿見影的效果，各類氣體耗量都有明顯不同程度的降低，最大的氧氣耗量下降了10%以上。

10）用插卡式快速接頭替代螺紋接口接頭，動力接頭是關系動能消耗和動能使用安全的重要環節，其數量非常龐大，使用點分布很廣，原來船廠普遍使用螺紋接口接頭，螺紋接頭容易生銹導致密封不嚴，而且由于螺紋不容易擰緊，容易松動，接頭處漏氣現象非常普遍，安全隱患也隨之增加。更換成插卡式接頭后，現場接頭跑冒滴漏現象有了徹底改觀，原來固定式氣包上司空見慣的咝咝漏氣聲基本上得到消除。

11）淘汰活塞式空壓機等高耗能設備，造船廠的能源費用60%是電力，而其中50%的電消耗在空壓機上，因此對于空壓機本身的能效非常關鍵，空壓機能效每提升3%，公司總能耗就可以降低1%。

12）二氧化碳焊機送絲機的違章接管在船廠都非常普遍，送絲機上的電磁閥基本不起作用，不管焊機是否處于工作狀態，二氧化碳始終處于排放狀態，這種違章接管造成大量二氧化碳被空放浪費，也造成安全隱患，多個船廠都發生過因二氧化碳窒息死亡事故，原因是送絲機接頭設計不合理，工人偷懶跳開電磁閥，另外其材質是黃銅，容易被偷，接頭缺損普遍。為此，優化了接頭結構，更換了接頭材質，投入費用才十幾萬元，每年可減少18000多噸二氧化碳，年度減少費用支出近1200萬元，也消除了安全隱患。

13）二氧化碳站采用空溫式汽化器替代電加熱汽化器，不同季節采用不同方式，在氣溫高于5℃時全部采用空溫式氣化方式，在氣溫低于5℃時，適當開啟電加熱進行補充，實現最低運行能耗。

14）能源計量系統的完善與管理，夯實能源管理技術基礎，通過計量提取和分析能源運行基礎數據，確定需要改善的重點和問題所在，制訂改善方案，提升能源管理水平。

5 結論與展望

某國內先進船廠各項能源統計數據顯示，隨著上述各項管理改善措施地落實和技術改進項目的推進，節能效果也逐步顯現，2012年的能耗指標較2010年有了較大程度的下降，噸投鋼量耗二氧化碳下降了39.8%，噸投鋼量耗電下降了5.76%，噸投鋼量外付動能費、萬元產值外付動能費和萬元產值綜合能耗指標分別較2010年下降了9.1%、10.2%和38.9%。

能源管理水平是企業精益化管理的重要組成部分，精益化水平的高低可以比較明顯的體現在能源消耗指標上，精益生產好則能耗低。文章提出的生產工藝改進既是精益生產的需要，也是降低能耗的需要。中間產品一次性合格率高則能耗會大大降低。提出的技改措施，已經在實踐中得到了很好的應用，且需要持續不斷的改進。提出的7項強化管理辦法，具有操作性，可以結合實際不斷研究和改進。

[1]張明華.精益造船模式研究[M].北京: 中國經濟出版社, 2005.

[2]賈振航, 姚偉, 高紅編.企業節能技術[M].北京:化學工業出版社, 2009.

[3]湯學忠.動力工程師手冊[M].北京: 機械工業出版社.1999.