聚乙烯生產生命周期成本評價

孫仁金, 吳　金, 董康銀, 薛淑蓮, 李　慧, 陳志浩

(中國石油大學 工商管理學院, 北京 102249)

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聚乙烯生產生命周期成本評價

孫仁金, 吳金, 董康銀, 薛淑蓮, 李慧, 陳志浩

(中國石油大學 工商管理學院, 北京 102249)

摘要：聚乙烯作為一種廣泛應用的通用樹脂類產品,其產量和消費量迅速增長,但生產過程中的高能耗和高污染所造成的環境和社會成本日益顯著。將聚乙烯生產成本分為內部成本、外部成本2個單元,建立了1套聚乙烯生產生命周期成本計算模型。實證結果表明,20萬t產能聚乙烯生產裝置的生產生命周期成本為18.80億RMB,單位成本為9400RMB/t;內部成本中,原材料采購費用最高,約占總費用的59%;外部成本中,原油開采費用最高,約占總費用的45%;內部關鍵成本點是原材料采購,外部關鍵成本點是原油開采、乙烯生產和聚乙烯生產。該模型能夠快速有效地計算聚乙烯生產生命周期成本,可用于相關企業節能降耗的計算。

關鍵詞：聚乙烯; 生命周期成本; 成本評價; 關鍵成本點

聚乙烯(PE)是乙烯聚合制得的一種熱塑性樹脂,是聚合物中產量最大的品種,廣泛應用于農膜、地膜、包裝制品、管材、電線電纜等領域。中國是世界最大的聚乙烯消費國,2015年聚乙烯消費量達到1900萬t[1]。2014年末,我國聚乙烯產量全年累計達到1214.9萬t,較2013年增長11%。隨著環保意識增強和環保投入增加,聚乙烯生產過程中的能源消耗和環境成本引起了關注,使得對聚乙烯生產生命周期成本的評價和控制日益緊迫。

生命周期評價(LCA)是一種評價產品、工藝或活動,從原材料采集到產品生產、運輸、分配、使用以及最終處置,整個生命周期內有關的環境負荷的方法[2]。生命周期成本分析(LCCA)是一種項目評價的經濟方法。在這種方法中,由于擁有、運行、維護修理和最終處理的所有成本都被認為是決策相關成本。我國已有多種基礎材料的生命周期評價,但有關聚乙烯生命周期評價的研究卻很少。李蔓等[3]運用生命周期評價方法對聚乙烯生產相應細節進行定量分析,得到了單位聚乙烯的能源消耗量和環境影響負荷。筆者在LCA方法的基礎上,構建了聚乙烯生產生命周期成本評價模型(LCCA),對聚乙烯生產生命周期內外部成本進行了詳細的劃分和估算,并找出了關鍵成本點。

1聚乙烯生產生命周期的系統邊界及成本構成

1.1聚乙烯生產工藝流程

聚乙烯生產工藝流程可分為產乙烯階段和產聚乙烯階段[4]。產乙烯階段包括原油蒸餾,輕烴、石腦油裂解,裂解氣分離和單體凈化;產聚乙烯階段主要包括聚合反應、樹脂脫氣、造粒和氣力輸送、產品包裝。

1.2系統邊界

聚乙烯生產生命周期系統邊界由橫向和縱向2個序列組成,如圖1所示。按照生命周期理論,縱向的聚乙烯生產生命周期是在聚乙烯生產工藝流程的基礎上,加上原油開采、原油運輸以及回收處理,因此包括原油開采、原油運輸、聚乙烯生產和聚乙烯回收處理階段, 其中聚乙烯生產階段分為產乙烯階段和產聚乙烯階段;橫向生命周期包括建材開采、建材運輸、煉油廠建設和煉油廠廢棄4個階段。

1.3成本構成

聚乙烯生產生命周期系統內各階段成本由內、外部成本共同組成。內部成本主要是資源和能源消耗成本,外部成本指污染物排放造成的環境成本。聚乙烯生產生命周期中,對環境影響最大的因素是廢氣排放,主要包括CO2、SO2、NOX、HC、TSP、PM等。廢水、固體廢棄物排放、對土地等自然資源的使用、意外事故以及其他不可抗因素,本研究中假設其已被列入生產過程中的常規成本,現階段不予考慮。

2聚乙烯生產生命周期成本估算模型

按照LCA評價方法研究構建聚乙烯生產生命周期成本估算模型(LCCA),包括內部成本(IC)和外部成本(EC)模型。

2.1內部成本估算模型

按照聚乙烯生產成本動因,可將內部成本進一步分解為煉油廠建設內部成本(IC1)、原油采購內部成本(IC2)、原油運輸內部成本(IC3)、乙烯生產內部成本(IC4)和聚乙烯生產內部成本(IC5)。

2.1.1煉油廠建設內部成本(IC1)

煉油廠建設內部成本IC1為煉油廠建設階段的初始投資額。

2.1.2原油采購內部成本(IC2)

IC2的計算如式(1)所示。式(1)中,P2為國際原油階段均價,RMB;Q2為原油階段采購量,kt;In為聚乙烯相關環節成本分配系數。

IC2=P2Q2×In

(1)

2.1.3原油運輸內部成本(IC3)

IC3的計算如式(2)所示。式(2)中,P3為成品油階段均價,RMB;Q3為單位距離燃料消耗量,kt;D3為總運輸距離,km;R為原油運輸途損率。

IC3=(P3Q3D3+IC2×R)×In

(2)

2.1.4乙烯生產內部成本(IC4)

乙烯生產分為2個階段,原油蒸餾產裂解料階段和裂解料加工產乙烯階段。將石腦油作為乙烯生產主要裂解料,因此需將總成本費用分攤給石腦油。產品成本分攤方法選擇相對銷售價值分配法。原油蒸餾產裂解料階段和裂解料加工產乙烯階段各產品的成本分配系數可由式(3)計算。

(3)

式(3)中,Ix為原油蒸餾和裂解料加工各產品的成本分配系數;Px為該環節各產品的銷售單價,RMB;Rx為該環節各產品的收率。

所以,裂解料和乙烯的生產成本分別可由式(4)、(5)計算。由此,IC4的計算如式(6)所示。

C裂解料=原油蒸餾產裂解料成本費用×I裂解料

(4)

C乙烯=裂解料加工產乙烯成本費用×I乙烯

(5)

IC4=C裂解料+C乙烯

(6)

2.1.5聚乙烯生產內部成本(IC5)

在聚乙烯生產環節,以乙烯為原料產聚乙烯收率在99%以上,因此不必對聚乙烯生成總成本費用進行分攤,即得式(7)。

IC5=聚乙烯生產成本費用

(7)

2.2外部成本估算模型

聚乙烯生產生命周期外部成本包括原油開采外部成本(EC1)、原油運輸外部成本(EC2)、乙烯生產外部成本(EC3)、聚乙烯生產外部成本(EC4)和聚乙烯回收處理外部成本(EC5)。

2.2.1原油開采外部成本(EC1)

EC1的計算如式(8)所示。式(8)中,Qi為第i項污染物的排放量,kg;EVi為對應排放物環境價值,RMB;In為聚乙烯相關環節成本分配系數。

(8)

2.2.2原油運輸外部成本(EC2)

EC2的計算如式(9)所示。式(9)中,G1、G2為不同燃料單位載重單位里程燃料消耗量,kg;EFi為對應排放物環境排放系數;EVi為對應排放物環境價值,RMB;In為聚乙烯相關環節成本分配系數。

(9)

2.2.3乙烯生產外部成本(EC3)

(10)

(11)

EC3=ECa+ECb

(12)

2.2.4聚乙烯生產外部成本(EC4)

EC4的計算如式(13)所示。

(13)

式(13)中,EVA為聚乙烯生產裝置第A項污染物的環境價值,RMB;QA為聚乙烯生產裝置第A項污染物的排放量,kt;EVB為聚乙烯生產燃煤發電第B項污染物的環境價值,RMB;QB為聚乙烯生產燃煤發電第B項污染物的排放量,kt。

2.2.5聚乙烯回收處理外部成本(EC5)

EC5的計算如式(14)所示。

(14)

式(14)中,EVk為聚乙烯回收處理環節第k項污染物的環境價值,RMB;Qk為聚乙烯回收處理環節第k項污染物的排放量,kt。

綜合上述聚乙烯生產全生命周期內外部成本的分解,最終確定聚乙烯生產生命周期成本的計算模型如式(15)所示。

(15)

3聚乙烯生產生命周期成本估算模型的驗證

選取華中地區某煉化企業作為實證研究的目標企業,該企業1996年7月建成投產,初始投資總額49.33億RMB,擁有8套各型煉化裝置,目前乙烯裝置年產乙烯18萬t,聚乙烯裝置年產聚乙烯20萬t,聚丙烯裝置年產聚丙烯6萬t。公司每年可為社會提供包括聚乙烯、聚丙烯、純苯、MTBE等在內的13類化工產品45萬t。

3.1生命周期成本核算的驗證

3.1.1內部成本核算

(1) 煉油廠建設內部成本(IC1)

由于煉油廠生產的化工產品中乙烯、聚乙烯和聚丙烯占絕大多數,為方便計算,其余少量化工產品忽略不計。如表1所示,按銷售百分比法計算各產品的成本分配系數分別為,I乙烯=32.7%,I聚乙烯=54.3%,I聚丙烯=13%。

煉油廠壽命周期為10年,按直線折舊法計提折舊,以固定資產殘值抵消廢棄處置費用,折算后煉油廠建設內部成本為4.294億RMB。

(2) 原油采購內部成本(IC2)

煉油廠所用原油50%為進口原油,50%為國產原油。進口原油價格按照2014年第4季度國際布倫特原油均價計算,國產原油價格按照價格處于國內中上水平的勝利油田2014年1～3季度原油結算均價計算,原油需求量按照煉油廠聚乙烯裝置年產聚乙烯最大噸位數計算。

原油蒸餾產裂解料收率約為34%,裂解料裂解產乙烯收率約為31%,乙烯聚合產聚乙烯收率約為99%,年產20萬t聚乙烯須消耗原油191.67萬t。按照2種結算價格計算的原油采購成本為82.97億RMB。待確定相關環節具體成本分配系數后最終確定IC2。

(3) 原油運輸內部成本(IC3)

各原油來源地距目標煉油廠平均運輸里程為573km,目標煉油廠以貨運載重汽車為主要運輸方式,單位里程載重柴油消耗量為0.0267kg。計算出原油運輸未分配的內部成本為1.62億RMB,待確定相關成本分配系數后最終確定IC3。

(4) 乙烯生產內部成本(IC4)

煉油廠常減壓裝置單位內部成本為26.44RMB/t,乙烯生產裝置單位內部成本為932RMB/t,因此191.67萬t原油加工量常減壓裝置運行內部成本0.51億RMB,64萬t裂解料乙烯生產裝置總成本費用5.96億RMB。

由表2和表3可計算出裂解料石腦油和乙烯成本分配系數約為0.36,從而乙烯生產內部成本(IC4)為2.33億RMB,并據此計算出IC2和IC3分別為10.75億RMB和0.21億RMB。

(5) 聚乙烯生產內部成本

20萬t產能聚乙烯生產裝置過程費用即該環節內部成本IC5為0.75億RMB。

由上述IC1、IC2、IC3、IC4、IC55部分內部成本加和得到聚乙烯生產生命周期內部成本約為18.33億RMB。

3.1.2外部成本核算驗證

考察聚乙烯生產生命周期各階段污染物排放對環境造成的影響,并將造成的影響折算成外部成本,主要污染物環境價值如表4所示。

(1) 原油開采外部成本(EC1)

考慮原油開采過程中的損耗,在需求量為191.67萬t的情況下按200萬t開采量計算總排放水平。根據原油開采環節主要排放物及排放量(如表5所示)計算得出原油開采環境成本EC1為0.21億RMB。

(2) 原油運輸外部成本(EC2)

該環節外部成本主要由柴油燃燒排放造成。根據柴油燃燒主要排放物及排放量和估算模型,如表6所示,原油運輸外部成本EC2為0.00113億RMB。

(3) 乙烯生產外部成本(EC3)

該環節需計算原油蒸餾和裂解料裂解2套裝置外部成本,除裝置運行外部成本外,還需考慮裝置消耗的電力在發電過程中的外部成本。因我國仍以燃煤發電為主,筆者以燃煤發電的污染物排放水平作為標準計算2套裝置消耗的電力在發電過程中的環境成本。據模型計算得出乙烯生產外部成本EC3為0.1754億RMB。

(4) 聚乙烯生產外部成本(EC4)

煉油廠聚乙烯裝置采用Unipol工藝,裝置主要能耗來源于電力,因此按照燃煤發電排放水平折算外部成本。聚乙烯生產環節燃煤發電排放統計如表7所示,計算得到聚乙烯生產外部成本EC4為0.0849億RMB。

(5) 聚乙烯回收處理外部成本(EC5)

目標煉油廠尚未有聚乙烯廢棄物回收處理裝置,回收處理采用焚燒和集中填埋方式,計算該過程中的污染物排放水平。考慮到我國目前的垃圾分類處理水平以及公民的環保意識水平,聚乙烯廢料回收率按10%計算,即年產量20萬t聚乙烯能夠回收處理2萬t,處理環節相關排放數據如表8所示。在聚乙烯回收處理環節,按裝置年產能分配的廢棄物處理總量計算的外部成本EC5為0.0016億RMB。

由上述EC1、EC2、EC3、EC4、EC55部分外部成本加和得到聚乙烯生產生命周期外部成本約為0.47億RMB。

3.2聚乙烯生產生命周期成本構成分析

通過驗證得到,目標煉油廠年產20萬t聚乙烯的生產生命周期成本為18.80億RMB,單位成本為9400RMB/t。據此,分析其內、外部成本構成,找出關鍵成本點,結果如圖2所示。

由圖2(a)可以看出,聚乙烯生命周期內部成本構成中的關鍵成本點為原材料采購,可優化點為乙烯生產和聚乙烯生產;煉油廠建設因在規范的工程造價和嚴格的經費預算監督下,可優化空間不大,作為不可抗成本點。

由圖2(b)可以看出,聚乙烯生命周期外部成本構成中,原油運輸和回收利用外部成本基本忽略不計,所以,關鍵成本點為原油料采購、乙烯生產和聚乙烯生產,原油運輸和回收利用外部成本可通過相關措施予以優化。

4結論

(1) 聚乙烯生產生命周期階段劃分為橫向的煉油廠建設和縱向的聚乙烯生產兩個階段。

(2) 根據聚乙烯生產生命周期的階段劃分,分析確定了聚乙烯生產生命周期內、外部成本構成。構成聚乙烯生產內部成本動因的階段有煉油廠建設階段、原油采購階段、原油運輸階段、乙烯生產階段以及聚乙烯生產階段;構成聚乙烯生產外部成本動因的階段有原油開采階段、原油運輸階段、乙烯生產階段、聚乙烯生產階段以及聚乙烯使用廢棄階段。

(3) 根據系統邊界和成本構成,設計了聚乙烯生產生命周期內外部成本估算模型。

(4) 通過實證研究,目標煉油廠年產20萬t聚乙烯的生產生命周期成本為18.80億RMB,單位成本為9400RMB/t。內部成本構成中,原材料采購是關鍵成本點;外部成本構成中,原材料采購、乙烯生產和聚乙烯生產是關鍵成本點。

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Life Cycle Cost Analysis of Polyethylene Production

SUN Renjin, WU Jin, DONG Kangyin, XUE Shulian, LI Hui, CHEN Zhihao

(School of Business Administration,China University of Petroleum, Beijing 102249, China)

Keywords：polyethylene;lifecyclecost;costassessment;keycosts

Abstract：Theproductionandconsumptionofpolyethylene,thewidlyusedresinproduct,arerapidlygrowing.Butthesurgeofenvironmentalandsocialcostscausedbyhighenergyconsumptionandpollutionduringitsproductionprocessisincreasinglysignificant.Thelifecyclecostassessmentmodelofthewholecostinvolvinginternalcostandexternalcostwassetup,whichcouldbesignificationinlifecyclecostassessment.Thecasestudyresultsshowedthatthelifecyclecostofpolyethyleneplantwithannualproductioncapacityof20×104twas1.88billionRMB,andtheunitcostwas9400RMB/t.Thecostofmaterialpurchasewasthehighestone,about59%oftheinternalcost,whilethemajorityoftheexternalcostwasthecostofcrudeoilexploitation,about45%.Theinternalkeycostwasmaterialpurchase,andtheexternalkeycostincludedthecrudeoilexploitation,ethyleneproductionandpolyethyleneproduction.Thismodelcouldbeusedtoquicklyandefficientlyimplementlifecyclecostofpolyethyleneplant,supportedfortheenergysavingofrelatedenterprises.

收稿日期：2014-04-13

基金項目：國家“十二五”科技計劃(2012BAE05B06)和國家自然科學基金(NSFC)(U1162204,21176254)項目資助

文章編號：1001-8719(2016)02-0401-06

中圖分類號：X820

文獻標識碼：A

doi:10.3969/j.issn.1001-8719.2016.02.025

通訊聯系人： 孫仁金，男，教授，從事清潔能源與環境經濟、可行性研究與項目經濟評價和企業戰略與管控研究；E-mail:cup618@163.com