QC案例：降低制氧系統氧壓電單耗

◆寶鋼股份能環部動力分廠制氧運行一區甲班JK小組＊ / 文

一、課題選擇

制氧設備通過消耗電、工業水、蒸汽等產生供用戶使用的氧、氮、氬產品。在制氧成本系統中，公用設施耗電占到整個變動成本的90%以上，用電占比最大。為了控制成本，分廠把制氧電耗、氧壓電單耗、中壓氮電單耗、高壓氮電單耗等能源消耗列為分廠的重要能耗源管控體系。其中氧壓電單耗是指每壓送1標準立方米氧氣所消耗的用電量，用單位kwh/nm3表示（通常壓送1標準立方米氧氣用電量約為0.17度）。

日常生產中，我們發現制氧系統氧壓電單耗波動較大，其波動值為0.155～0.185kwh/nm3，因此小組調查了2015年8～12月分廠氧壓電單耗情況，其平均值達到0.1715kwh/nm3，高于分廠重要能耗源體系氧壓電單耗小于0.1702kwh/nm3的要求。因此，小組選擇課題《降低制氧系統氧壓電單耗》。

二、現狀調查及目標設定

小組首先調查了2015年8～12月份分廠氧壓電單耗數據情況，得出在此期間分廠氧壓電單耗＜0.1702kwh/nm3的天數共有62天。隨后小組調查了同期分廠高壓氧壓送總量及氧壓機用電量情況，得出該時間段分廠高壓氧壓送總量為289719knm3，總用電量為49713×103kwh。小組繼續對該時間段氧壓機壓送總量進行進一步調查取證，得出8～12月分廠各臺氧壓機實際壓送量與額定壓送量之間差值等數據。根據統計匯總，小組得出2015年8～12月氧壓機實際壓送總量小于額定壓送總量，壓送差值為20910knm3，差值率占到6.73%，這是造成氧壓電單耗高的主要因素。最后小組對氧壓機壓送量差值進行分析（見圖1）。

由圖1得知，引起“壓送量差值大”的主要原因是“管網壓力波動大”，這項要素占到76.7%，因此是造成氧壓電單耗高的主要原因。

目標設定依據：

1．必須達到“氧壓電單耗＜0.1702kwh/nm3”指標。

2．小組根據現狀調查得出：氧壓電單耗有低于0.1702kwh/nm3的記錄。

3．根據調查結果，管網壓力波動大因素占76.7%，若對管網波動進行80%調控，則氧壓機壓送量差值率降至6.73%－6.73%×76.7%×80%＝2.60%，氧壓機電單耗則可降至49713×103kwh/〔310629knm3×（1-2.60%）〕=0.164kwh/nm3。

圖1 2015年8～12月氧壓機壓送差值調查

根據調查結果，若針對管網進行有效調控，就能有效降低氧壓電單耗。以此為依據，設定課題目標為：將氧壓電單耗從原來的0.1715kwh/nm3下降至0.168kwh/nm3。

三、原因分析

小組成員針對“管網壓力波動大”展開“頭腦風暴”會議，并運用中央集中型關聯圖找到七個末端因素：（1）3號氧壓機效率低；（2）接線端子松動；（3）氧氣送出閥故障；（4）氧壓機旁通閥調整方法單一；（5）氧壓機運轉數量有富余；（6）氧氣置換時間未細化；（7）振動傳感器型號不匹配。

四、要因確認

根據原因分析，小組首先制定了要因確認表（見表1），并根據要因確認表逐一展開分析。

要因確認1：3號氧壓機效率低

小組成員分別對制氧分廠8臺氧壓機在滿負荷工作時的壓送量進行調查，發現：除6號氧壓機改造外，只有3號氧壓機在滿負荷時壓送量未達到要求，其壓送量只有14298 nm3/h。隨后小組成員又對3號氧壓機在滿負荷狀態下的壓送量進一步統計，發現前一年12月份，3號氧壓機的平均壓送量也只有15000nm3/h左右。

表1 要因確認表

因3號氧壓機未達到流量標準，2015年8～12月3號氧壓機實際壓送量較額定壓送量少了7311knm3，占壓送總差值20910knm3的比例為34.9%。

結論：要因。

要因確認2：氧壓機接線端松動

小組翻閱2015年8～12月期間氧壓機故障記錄，統計因“回路接線松動”引起氧壓機異常次數為0次。同時對現場盤、繼電器盤及PCU盤檢查，均無松動情況，滿足生產條件。

結論：非要因。

要因確認3：氧氣送出閥故障

小組對2016年8～12月低壓氧氣管網壓力進行統計，發現除10月13日因為氧氣送出閥故障造成氧壓機卸載30分鐘，小于每月60分鐘的標準，其余均正常。小組對此故障造成的氧氣壓送量損失進行計算，得出在此期間氧氣壓送量減少15knm3，占問題癥結的影響比例很小，所以排除。

結論：非要因。

要因確認4：氧壓機旁通閥調整單一

小組對管網調整方法進行統計并設計了調查表。調查發現：2015年8～12月，我們全部采用了5號氧壓機單臺模式的旁通閥調整方式進行調整。5號氧壓機單臺模式的調整方式相當于小流量時啟動氧壓機，會造成氧壓電單耗上升，小組依據《生產管理月報表》中流量≤10km3/h時的公式得出數據：氧壓日單耗增加值=增加小流量氧壓機運轉時的電單耗-原氧壓電單耗=573.456/3230.16-504.866/2990.153=0.009kwh/nm3。

結論：要因。

要因確認5：氧氣置換時間未細化

根據工藝標準，氧壓機排出側放空閥開度50%，氧氣純度置換總時間在20分鐘。小組調查了2015年12月氧壓機在啟動時氧氣置換時間。氧壓機正常啟動后，置換時間在3分鐘時純度就已經合格，因此氧壓機純度置換合格時間均設置成20分鐘，并不合理，說明氧壓機純度置換時間根據不同情況需要進一步細化。

結論：要因。

要因確認6：氧壓機運轉數量有富余

小組成員對分廠“重要能耗源指標——氧壓電單耗”進行統計，發現2015年12月3日氧壓電單耗達到0.21 kwh/nm3，電單耗遠高于控制值。隨后小組成員對該日氧壓機運轉情況進行調查，結果發現，1號氧壓機在5:30～23:00這段時間內平均壓送量只有5000nm3/h，時間為17小時，氧壓機運轉數量為5臺。這意味著1號氧壓機少壓送的量=18000-5000 =13000nm3/h；日壓送量減少13h×17knm3/h＝221knm3。小組查閱《生產管理月表》當日氧氣壓送總送量為2784.6knm3，得出當日壓送損失量占當日總量的7.9%。同時，小組計算出壓送損失量每增加1%，中壓氧電單耗將上升0.002kwh/knm3。

1號氧壓機少壓送13000nm3/h的量，差不多相當于一臺小型氧壓機量3/4的量。考慮到管網的緩沖余量，這時停止一臺氧壓機，運轉數量由5臺改為4臺完全可行，說明氧壓機運轉數量有富余。

結論：要因。

要因確認7：氧壓機振動傳感器型號不匹配

小組翻閱2015年8～11月期間氧壓機故障記錄，統計因“振動高”引起氧壓機跳機次數為2次，造成的壓送差值占問題癥結的影響比例很小。同時，12月將氧壓機振動傳感器型號進行改型后，之后氧壓機振動穩定，未發生異常。

結論：非要因。

綜上所述，小組通過要因確認，最終確定四個要因：3號氧壓機效率低、氧壓機旁通閥調整單一、氧氣置換時間未細化、氧壓機運轉數量有富余。

五、對策制定及實施

小組在制訂對策前對“氧壓機氧氣置換時間未細化”進行優選。通過圖2可知：（1）氧壓機在熱備用狀態時氧壓機內部始終保持約19kpa的正壓；（2）1～4號氧壓機起動直接用氧氣起動，因此無需進行長時間純度置換。

小組成員討論決定，通過現場實際操作、試驗找出最合理對應值：熱備用狀態下啟動氧壓機，氧氣置換時間只要3分鐘；氧壓機在檢修或氮運轉后的啟動操作，氧壓機氧氣置換時間為15分鐘。

圖2 氧壓機管路簡圖

對策實施一：提高3號氧壓機效率

通過與點檢溝通，我們將增加浸泡時間和增加循環流程、增加壓縮空氣壓力三項方案加入到清洗方案中。通過第一次的高壓水槍清洗將中間冷卻器靠近外部的管束結垢溶解清除，再通過第二次浸泡使靠近內部的管束結垢與酸洗溶液更充分的接觸，以達到溶解分離結垢的效果。重點明確中間冷卻器的浸泡時間為6小時以上，增加高壓沖洗次數為2次以上，以及增加“浸泡-沖洗-再浸泡-再沖洗”的循環過程，最后將吹掃壓縮空氣壓力提升至5.5kg。

1月21～30日，小組隨后按新方案對3號氧壓機中間冷卻器進行清洗。完成冷卻器清洗后，小組成員進行效果檢查，3號氧壓機壓送量為19443nm3/h，同時各級排氣溫度都明顯降低。為確保實施效果，小組成員檢查了3號氧壓機30天的壓送情況：在2016年2月5日～3月7日，3號氧壓機平均壓送量達到 19500nm3/h，目標完成。

對策實施二：氧壓機氧氣置換時間細化

小組在2016年1月16日完成了氧壓機氧氣置換時間參數標準值的制定，于當日將參數表交作業區。操作中，我們只要確定氧壓機屬于何種狀態，在對應狀態進行規定時間置換就能使氧壓機氧氣送出純度達到合格范圍，達到減少啟動時間的目標。隨后，作業區四個班組完成氧壓機純度置換新規程的學習和培訓后，開始進行實際操作。通過該措施的實施，將氧壓機啟動時氧氣放空閥開度由“100%→開至50%”變更為“100%→開至85%（100%是全閉）”，這樣氧氣放空置換時間就大大節省了。小組成員檢查了1月18～26日1～5號氧壓機氧氣置換情況：氧壓機氧氣置換時間由原來20分鐘降至氮運轉的15分鐘、熱備用狀態下的3分鐘，目標完成。

對策實施三：1～5號氧壓機旁通閥共同參與調整

小組對1～5號氧壓機旁通閥聯合控制進行確定，并制定邏輯關系。1～5號氧壓機邏輯關系：

（1）1～5號氧壓機導葉PIC－2051自動，強制不得高于30%。

（2）1～5號氧壓機功率調節閥EIC－2095自動。

（3）1～5號氧壓機出口壓力調節閥PIC－2052投自動。

（4）1～5號氧壓機旁通閥100%全閉。

（5）設定低壓氧母管放空閥PIC10壓力在2040MMH2O投自動。

（6）設定新增氧壓機負載調節在PIC2051在1980MMH2O投自動。

（7）1～5號氧壓機導葉PIC－2051、氧壓機功率調節閥EIC－2095、氧壓機出口壓力調節閥PIC－2052、低壓氧母管放空閥PIC10全部自動時，先由導葉進行負荷跟蹤，然后由功率、出口壓力、進口壓力進行選項，最終需跟蹤低選的結果；高限值，比低選大5%，最后由新增氧壓機負載調節器PIC2051進行各臺氧壓機的旁通閥統一調整。

小組于2月3日將“1～5號氧壓機旁通閥調整”方案上報作業區，經作業區同意后交分廠技術組審核，當日以技術通知單形式下發。根據驗證結果，2月5～12日全部采用氧壓機旁通閥共同參與的調整方式且氧壓機負載調節閥＞70%達到100%，目標完成。

對策實施四：減少氧壓機運轉數量

2016年1月20日，為更好的跟蹤氧壓機的運轉狀態，及時對一區氧壓機組進行調整，由作業區牽頭與小組成員共同制定一區、二區聯絡體制，并由分廠審核通過于1月21日正式下發文件。

當日，由小組牽頭，對氧壓機在何種情況下停機作出明確規定，同時制定方案，并交分廠技術組審核，于21日以技術通知單形式下發。1月22日11時，1號控制室發現高壓氧管網壓力有上升趨勢，壓力達到2490kpa，同時2號控制室反映8號氧壓機旁通閥開啟，壓送量在29000nm3/h并有進一步下降趨勢。11時30分 1號氧壓機壓送量4700nm3/h時，小組組員與動力調度聯系外部用量情況，確認使用量下降后，11時45分停止運行中的5號氧壓機。

小組檢查了5號氧壓機停止后1號氧壓機壓送量情況。檢查結果為1號氧壓機全量18000nm3/h壓送；23日2時使用量增加后恢復2號氧壓機運轉。

方案實施后證實：在氧氣使用量減少的情況下，通過停止一臺小型氧壓機的運轉，使得1號氧壓機能夠保持在壓送量18000nm3/h以上運行，目標完成。

六、效果檢查

1.成效

小組首先對2015年8月～2016年6月制氧系統氧壓機電單耗等數據進行統計對比。

統計結果顯示：通過此次活動，2016年4～6月氧壓電單耗平均降至0.160kwh/nm3，比實施前降低了6.7%（見表2），完成氧壓電單耗小于0.168kwh/nm3的目標值。

2.問題癥結對比

對策實施后，小組對2016年4月～6月氧壓機總送量差值進行統計。統計結果顯示：氧壓機壓送量總差值率由6.76%降至0.45%。小組繼續對2016年4～6月氧壓機壓送量差值進行統計，并繪制成排列圖（見圖3）。結果顯示：通過活動實施后，“管網壓力波動”從原來的76.7%降至14.7%，由A類因素降至非A類因素。

3.無形效益

（1）通過活動，小組提升了氧氣管網的調控能力，降低了氧壓機電單耗，達到了預期的效果。

（2）激發了小組成員的工作熱情和上進心，所在班組獲2015年度寶鋼優秀自主管理小組：分廠“三比二賽”勞動競賽班組；小組成員施少峰在2016年2季度被評為“三比二賽”勞動競賽最佳實踐者、小組成員陸麟獲2016年公司制氧氣體操作比賽一等獎。

（3)此次活動項目改進中，小組成員綜合運用多種改進方法，找出了問題的根本原因并解決之。制氧系統氧壓電單耗由原來的0.1715kwh/nm3降至實施后的0.160kwh/nm3，年度直接經濟效益近120萬元。

表2 2015年8月～2016年6月氧壓機單耗統計表

圖3 2016年4～6月氧壓機壓送差值調查

為了確保本次活動的成果，我們將在活動中產生的一些有效措施進行了總結，經分廠相關流程審核，納入制氧分廠相關管理制度，并于2016年6月1日起正式執行。

小組經上海市質量協會推薦參加評選，榮獲“2017年全國優秀質量管理小組”稱號。