KEV管理體系在煉化企業能源管理上的應用

潘偉杰

（福建聯合石油化工有限公司，福建泉州 362800）

“十三五”以來，國家對石化企業節能減排的要求越來越嚴格，合理控制能源費用是降低石化企業運營成本的重要手段。據統計，原油加工能力為1 000萬t/a的煉化一體化企業，一年的能源費用可達35億元以上，占企業變動成本的78%左右，占公司總經營費用的35%。能源費用中，燃料費用占總費用的84%，電與蒸汽各占8%左右。文章結合某石化公司的實踐經驗，介紹KEV（Key Energy Variables，關鍵能源變量）管理體系在該公司能源管理上的應用情況。

某石化公司KEV管理系統采用PDCA模式[1]，如圖1所示。計劃（Plan）為召集全廠技術管理人員，評審全廠生產情況和用能情況，識別并設置主要影響能耗的KEV指標；執行（Do）主要包括能源工程師與IT工程師協作，建立KEV監控表并推廣使用，實現各KEV實時監控并評價機會損失（能源費用節省）情況，同時技術管理人員指導操作人員進行優化調整；檢查（Check）主要是每月通過KEV監控表讀取優化操作機會損失減少量，作為各班組優化操作競賽的依據，并關注全廠KEV運行情況，形成KEV周報反饋生產部各業務團隊的目標完成率；調整（Adjust）主要包括定期回顧各KEV的歷史運行情況，識別是否有新增、更改或刪除的KEV指標，并調整KEV的目標值以確保目標值具有挑戰性，最終形成KEV管理程序納入公司能源管理體系，確保KEV管理的有效性和可持續性。

圖1 KEV管理的PDCA模式

1 關鍵能源變量的選取與設置

1.1 KEV選取應遵循的原則

以不影響裝置安全運行、環保、產品質量為前提，要求KEV具有：

1）可控性：在許可范圍內，指標簡明且操作人員易實施；

2）有效性：與能源使用相關的，最終實現能源效率的提升和節能；指標選取方向是以最大化效果為前提，能以20%的工作量實現可控能源80%的有效管理，力爭實現（20/80）原則；

3）適用性：KEV考核能夠適用于不同工況、不同負荷。如“回流比”相比“回流量”更適合作為KEV指標。

1.2 KEV的設置

充分識別各裝置的關鍵能源變量是建立KEV指標管理體系的前提，需要公司管理層高度關注，充分發動技術管理人員和班組操作人員去挖掘、識別。經過充分討論，分析歷史數據趨勢，確定指標優化控制措施；對于較為復雜和結論不確定的指標需要采取審慎的態度，經充分溝通和討論后再穩妥推進；對于和多個分部/車間相關的指標，需要能源工程師與相關方充分溝通，以對公司總體節能降耗有利的方向設置KEV指標。

KEV的設置可根據全廠生產情況實時進行識別、調整。原油加工能力在1 000萬 t/a以上的煉油化工一體化企業，KEV指標一般在100～200個，一般從5個方面考慮：

1）促進加熱爐/鍋爐的節能，可設置氧含量、排煙溫度、鍋爐的排污率等相關參數作為KEV。加熱爐能耗一般占全廠能耗的50%以上，煉廠常見裝置加熱爐燃料消耗占裝置能耗的比例為：常減壓蒸餾裝置一般為82%～92%，焦化裝置約為90%，連續重整裝置約為82%[2]；化工裝置如乙烯裝置，裂解爐的能耗占裝置能耗的70%～85%[3]。因此，加熱爐的優化操作對煉化裝置的節能降耗有著舉足輕重的作用。將氧含量設為KEV，可以激勵班組人員優化調節“三門一板”，升級優化燃燒器性能和開展加熱爐體查漏堵漏，降低排煙氧含量提高能效。加熱爐/鍋爐的排煙溫度的優化控制則要求操作人員調整空氣預熱器熱空氣旁路、爐膛負壓等參數，空氣預熱器/對流段爐管按時吹灰。沒有空氣預熱器的加熱爐因為排煙溫度的可控性較低，一般不設為KEV。如果產汽、鍋爐給水等流量計的準確度較高，也可設置鍋爐排污率作為KEV。

2）促進分離系統節能，可設置精餾系統、萃取精餾系統和汽提塔的相關參數作為KEV，如回流比/采出比、溶劑比、靈敏點溫度等。分離過程的能耗占化學工業用能的40%左右，其中95%是在蒸餾過程[4]。在保證產品合格的前提下，通過優化回流/采出比，靈敏點溫度（或塔頂、塔釜溫度等），可以有效減少塔釜熱負荷，節約塔釜重沸器蒸汽或重沸爐燃料的消耗，同時還可以降低回流泵的負荷。如果分離系統配備了準確的塔底/塔頂組分在線分析儀表，也可考慮將組分在線分析數值作為關鍵能源變量/或關鍵毛利變量。如圖2，煉廠干氣回收C2裝置的淺冷油吸收塔系統需通過對吸收劑比、吸收劑溫度和靈敏點溫度等參數的優化控制，實現塔釜C2收率最大化（塔頂在線分析中C2含量盡可能低）和節能最大化（滿足產品指標要求下塔釜在線分析中甲烷含量盡可能高）。可在班組的關鍵能源變量KEV監控表中加入“塔頂C2含量”和“塔釜甲烷含量”兩個指標，比較機會損失，指導班組操作。

3）促進能源結構的優化，可將燃料氣用量、燃料氣管網中LPG補入量設為KEV。煉化企業的能源種類較多，如自產燃燒氣和燃料油、外購LNG、蒸汽和電等，每種能源的價格差別較大。以油氣混燒的加熱爐為例，調節難度大、燃燒器清理維護難，多燒燃料油會增加操作員的工作量，但由于低硫焦油的價值低，代替高價外補LNG/LPG可以有效降低能源費用。由于燃料油流量計準確度較低，可將爐前燃料氣流量設為KEV。同時為防止各爐燒油量提升過多引起自產燃料氣過剩，可將LNG/LPG補入流量在KEV監控表顯示以提示相關班組和生產調度，當補入量小于2 t/h時不再計算費用節約量。

4）促進全廠蒸汽網絡或裝置間換熱網絡等的優化。設置全廠減溫減壓閥流量/開度、蒸汽放空閥流量/開度作為KEV，主要是促進生產調度和公用車間對不同等級產汽鍋爐和蒸汽透平負荷及時優化調整，實現全廠蒸汽管網的優化運行；裝置間熱供料的物料溫度可以設為KEV，激勵操作員通過提高直供料比例，及時調整空冷/水冷量來提高熱供料溫度等手段，實現節能降耗。

5）促進大型機組/機泵等優化運行。對于蒸汽透平機組或帶調速裝置的電動壓縮機組，可將壓縮機防喘振流量或防喘振閥開度設為KEV，工況變化時及時調整降低功耗；將循環水冷水溫度設為KEV，促進操作人員及時關停部分風機來降低公用工程電耗；同理可將生產裝置的部分參數設為KEV，如常減壓裝置初頂回流溫度等。

圖2 干氣回收C2裝置的淺冷油吸收塔流程

2 KEV監控、及時調整和管理

2.1 KEV監控表的建立和使用

我國的煉化企業已基本建立了實時數據庫系統，用以監控關鍵裝置的KPI[5]。因此，KEV監控宜采用具有讀取實時數據庫系統數據功能的EXCEL形式，這樣對IT硬件設施的要求不高，只需通過普通的PC端就能實現對KEV監控表的編輯更新、統計分析和狀態監控。企業現有的實時數據庫系統不僅涵蓋了主要裝置和設施的主要工藝參數的DCS實時值，還保存至少1年的歷史數據。如圖3所示，通過KEV監控表就可監控各KEV實時狀態，讀取各班組節約能源費用（機會損失）。以“溶脫F101氧含量”為例，當氧含量＜4.5時狀態為良好，狀態表現顯示綠色；當氧含量≥4.5，但≤目標值5，狀態表現為提醒，黃色；當氧含量＞5，狀態表現為報警，紅色；機會損失“-97”，表示通過操作人員的精心調整，節約能源費用97元/小時。通過“間隔時間段取數保存”按鈕可以將所設時間段各班組操作調整的機會損失保存。通過“參數更新”按鍵，能源管理工程師可以將各KEV最新的目標值上傳至實時數據庫系統，全廠各PC端使用的KEV監控表就可以同步實現目標值更新。

2.2 KEV機會損失公式的設置

每個KEV都需設置機會損失公式，以量化各KEV優化操作可節約的能源費用。設置機會損失公式就是以KEV目標值為基準，根據運行數值與目標值偏差產生的能源變化量及能源價格系數計算節約的能源費用，機會損失為負值表示節約了能源費用，為正值表示增加了能源費用。對于運算符為“＜”的KEV指標如加熱爐氧含量，表示與目標值相比越小越節能，代入機會損失公式，若DCS實測值小于目標值則機會損失為負數，表示相對目標值基準下節約了能源費用，否則為正數則表示增加了能源費用；對于運算符為“＞”的KEV指標如“C20201塔釜甲烷含量”在線分析含量，表示與目標值相比越大越節能，代入機會損失公式，若DCS實測值大于目標值則機會損失為負數，表示相對目標值基準下節約了能源費用，否則為正數代表增加了能源費用。對于加熱爐的氧含量和排煙溫度的KEV，可參考加熱爐反平衡熱效率公式來設置機會損失公式；對于燃料結構優化的KEV，如油氣混燒加熱爐的燃料氣流量，可以LNG與焦油的價差為系數設置機會損失公式；回流比或溶劑比等可根據蒸汽單耗和參數的歷史值，利用數值計算法作曲線擬合近似得到機會損失公式。

圖3 煉油三聯合KEV監控表示例

2.3 KEV目標值的設置和管理

KEV的目標值是指標是否完成的“合格線”，是KEV競賽班組機會損失計算的“基準”，因此需要確保目標值設置合理。某石化由能源工程師主導每兩月的目標值回顧與更新，以保證KEV目標值的挑戰性。原則上以前一個月的裝置正常運行時段KEV歷史數據為基礎，對KEV求平均值，并利用標準偏差公式求出KEV標準偏差，對于實際值越小越節能的KEV，目標值為平均值＋標準偏差，反之為平均值—標準偏差；標準偏差公式如式（1）。對于油氣混燒加熱爐的燃料氣流量，能源工程師可按全廠燃料計劃設置目標值。如果生產裝置因工況或負荷出現變化，KEV運行數值偏離目標值達48小時以上，業務團隊無法通過操作調整消除偏差，可由工藝工程師提出對KEV目標值臨時修改；同時工藝工程師也可根據裝置實際情況，決定是否設置KEV操作的上/下限，如根據空氣預熱器的露點腐蝕溫度設置排煙溫度操作下限[6]等。

其中代表所采用的樣本X1，X2，...，Xn的均值。

2.4 KEV運行情況反饋

能源工程師每周回顧各KEV運行情況，統計各業務團隊/裝置的KEV合格率，發布KEV周報。生產部各業務團隊分析KEV指標偏離的原因并制定改進措施，組織班組操作人員應用KEV系統，優化調整生產操作，控制各KEV在指標范圍內，工藝工程師指導班組操作優化調整，評定班組KEV表現等。同時組織季度KEV勞動競賽，以機會損失評定競賽名次，對優勝班組予以獎勵。工藝工程師每月通過KEV監控表讀取每個班組的KEV表現（機會損失），評定班組KEV 運行績效。期間因裝置停工、儀表失靈等情況導致KEV表現異常，工藝工程師可對該時間段KEV考核成績進行修正或剔除；如果有班組不當操作產生嚴重后果，業務團隊經理有權取消該班組競賽成績。

2.5 KEV的程序化管理

為保持KEV管理的有效性和持續性，建立KEV管理程序，明確能源管理、生產部各業務團隊、技術與規劃部工藝工程師和IT工程師等各方職責和管理原則。KEV目標值的修改、指標的增加或刪除需經過OA（協同辦公系統）由工藝工程和能源管理雙方確認，審批后由能源工程師通過KEV監控表實現系統更新。

3 運行效果

某石化通過KEV管理體系有效促進了班組節能操作水平的提升，經測算每月可通過優化操作節約能源費用約410萬元。同時以較少的人力物力實現公司、車間和班組各層級對節能指標的有效管理。

4 結論

煉化企業的節能減排可通過生產運行優化和項目改造兩種手段，而KEV管理體系建立投資少見效快。節能管理人員可從加熱爐/鍋爐操作優化、分離系統操作優化、能源結構優化、全廠蒸汽網絡和裝置換熱網絡優化以及機組運行優化5大方面識別KEV，開發KEV自動監控系統，指導操作員節能優化操作，并量化、提升能效降低能源費用，同時提升管理效率。