大型石化企業(yè)能效評(píng)價(jià)與實(shí)踐探析

摘要：圍繞創(chuàng)建綠色企業(yè)、打造極致能效標(biāo)桿的目標(biāo)，從設(shè)備級(jí)、過(guò)程級(jí)、系統(tǒng)級(jí)三級(jí)能源層面出發(fā)，將用能設(shè)備能效測(cè)試與系統(tǒng)用能平衡相結(jié)合，并將能效測(cè)試與能效評(píng)估相結(jié)合，從點(diǎn)到面，全方位提高能效評(píng)估的深度。通過(guò)對(duì)重點(diǎn)用能行業(yè)中某大型石化企業(yè)進(jìn)行實(shí)踐，全面測(cè)試、評(píng)估裝置和系統(tǒng)能效，深度挖掘企業(yè)節(jié)能潛力，從而達(dá)到降低企業(yè)經(jīng)營(yíng)成本和能源消耗，提高石化企業(yè)整體競(jìng)爭(zhēng)力的效果。

關(guān)鍵詞：極致能效；能效測(cè)試；能效評(píng)估；節(jié)能潛力；競(jìng)爭(zhēng)力

引言

隨著《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見(jiàn)》（2021 年 9 月 22 日發(fā)布）和《國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案的通知》（2021 年 10月 24 日發(fā)布）先后下發(fā)，對(duì)各重點(diǎn)用能企業(yè)提出了更嚴(yán)要求，也對(duì)能耗“雙控”工作提出了更高目標(biāo)。某大型石化企業(yè)積極響應(yīng)，并基于我國(guó)“雙碳”目標(biāo)，啟動(dòng)了新一輪節(jié)能降碳能效提升行動(dòng)計(jì)劃，從全廠的設(shè)備級(jí)、過(guò)程級(jí)、系統(tǒng)級(jí)三級(jí)能源模塊出發(fā)，依次進(jìn)行能源測(cè)試、統(tǒng)計(jì)、分析、評(píng)估，建立集能源供應(yīng)、轉(zhuǎn)換、輸配、消耗于一體的綜合能源管理系統(tǒng)[1]，實(shí)現(xiàn)能源消耗的實(shí)際數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，以及能源的統(tǒng)一管理和優(yōu)化利用，降低了企業(yè)經(jīng)營(yíng)成本和能源消耗，提高了企業(yè)的整體競(jìng)爭(zhēng)力。

1 能效測(cè)試與評(píng)估的目的

在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展過(guò)程中，各企業(yè)管理水平、技術(shù)能力、制造能力也隨之得到極大提升，單體設(shè)備的額定設(shè)計(jì)能效水平已幾乎做到極致，對(duì)諸如石化企業(yè)這類重點(diǎn)用能大戶來(lái)說(shuō)，如何從全廠的設(shè)備級(jí)、過(guò)程級(jí)、系統(tǒng)級(jí)三級(jí)能源模塊深度挖掘能源潛力是重中之重。某大型石化企業(yè)本次實(shí)踐重點(diǎn)評(píng)價(jià)分析所測(cè)設(shè)備、裝置和系統(tǒng)的運(yùn)行現(xiàn)狀，查找其運(yùn)行過(guò)程中的高能耗、低效率節(jié)點(diǎn)，同時(shí)依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)測(cè)試統(tǒng)計(jì)情況進(jìn)行分析評(píng)估，分析設(shè)備、裝置和系統(tǒng)的節(jié)能潛力，并提出相應(yīng)改進(jìn)建議，為企業(yè)下一步開(kāi)展節(jié)能技術(shù)改造等能效提升工作提供支撐。

2 設(shè)備級(jí)能效測(cè)試評(píng)估方法

某大型石化企業(yè)從時(shí)間、環(huán)境及其他測(cè)試條件考慮，對(duì)全廠的大型壓縮機(jī)組、風(fēng)機(jī)、泵及其驅(qū)動(dòng)設(shè)備（電機(jī)、透平）、換熱器、加熱爐、保溫管線等主要用能設(shè)備進(jìn)行能效實(shí)時(shí)測(cè)試，同時(shí)完成設(shè)備設(shè)計(jì)與制造參數(shù)的調(diào)查和收集，并出具能效測(cè)試評(píng)價(jià)分析報(bào)告。主要用能設(shè)備評(píng)價(jià)的范圍包括電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)、泵機(jī)組經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)、透平類設(shè)備（煙氣輪機(jī)、汽輪機(jī)）運(yùn)行效率評(píng)價(jià)、壓縮機(jī)效率評(píng)價(jià)及經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)、風(fēng)機(jī)機(jī)組運(yùn)行效率評(píng)價(jià)、加熱爐熱效率、排煙溫度、爐體外表面溫度、空氣系數(shù)等。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)有計(jì)量器具并符合測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)要求的，可采用現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算評(píng)價(jià)；對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)無(wú)計(jì)量器具或計(jì)量數(shù)據(jù)不符合標(biāo)準(zhǔn)要求的，則采用測(cè)試儀器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)測(cè)量。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試儀器均經(jīng)檢定合格，符合使用標(biāo)準(zhǔn)要求。主要使用的測(cè)試儀器如圖1所示。

測(cè)試工作開(kāi)始時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)工藝、設(shè)備人員需對(duì)所測(cè)設(shè)備的安裝位置進(jìn)行指引，帶領(lǐng)測(cè)試人員到達(dá)各待測(cè)設(shè)備的安裝地點(diǎn)，協(xié)助測(cè)試人員了解測(cè)試相關(guān)裝置的生產(chǎn)工藝流程，以及設(shè)備的生產(chǎn)運(yùn)行參數(shù)（壓力、流量、溫度、閥門開(kāi)度等），并提供相關(guān)運(yùn)行介質(zhì)測(cè)試化驗(yàn)數(shù)據(jù)（其中包括測(cè)試期間加熱爐燃料氣組分化驗(yàn)結(jié)果、泵機(jī)組輸送介質(zhì)的密度、壓縮機(jī)輸送介質(zhì)構(gòu)成及主要介質(zhì)占比、換熱器一次側(cè)和二次側(cè)輸送介質(zhì)的構(gòu)成及各介質(zhì)比重）等。

測(cè)試工作完成后，以泵機(jī)組、風(fēng)機(jī)、換熱器為例，說(shuō)明測(cè)試結(jié)果與評(píng)價(jià)分析。

2.1 泵機(jī)組

本次實(shí)踐共測(cè)試56臺(tái)泵機(jī)組，平均機(jī)組效率為53.3%，通過(guò)對(duì)泵機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果為經(jīng)濟(jì)的28臺(tái)，允許使用的10臺(tái)，不經(jīng)濟(jì)的18臺(tái)，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行率50%，合格率67.8%。

處于A級(jí)能效區(qū)間內(nèi)的泵機(jī)組，機(jī)泵和電動(dòng)機(jī)均處于合理運(yùn)行狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)功率利用率和機(jī)組效率均處在較高水平，機(jī)組整體運(yùn)行情況較好；處于B級(jí)能效區(qū)間內(nèi)的泵機(jī)組，機(jī)泵和電動(dòng)機(jī)均處于不經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)，而機(jī)組處于經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)行狀態(tài)；處于C級(jí)能效區(qū)間內(nèi)的泵機(jī)組，機(jī)泵和電動(dòng)機(jī)均處于經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)行狀態(tài)，而機(jī)組處于不經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)；處于D級(jí)能效區(qū)間內(nèi)的泵機(jī)組，機(jī)泵、電動(dòng)機(jī)和機(jī)組均處于不經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)。這一情況形成的主要原因是驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)選型偏大，驅(qū)動(dòng)設(shè)備額定容量與泵機(jī)組現(xiàn)有的運(yùn)行狀態(tài)不匹配，造成泵機(jī)組效率低。

2.2 風(fēng)機(jī)

本次實(shí)踐共測(cè)試6臺(tái)風(fēng)機(jī)機(jī)組，依據(jù)《風(fēng)機(jī)機(jī)組與管網(wǎng)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測(cè)》（GB/T 15913-2022）進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果為西區(qū)1#生化池風(fēng)機(jī)550-K101A、1#生化池風(fēng)機(jī)550-K101C、催化裝置的氧化風(fēng)機(jī)F1001B、硫磺裝置的空氣風(fēng)機(jī)K101B機(jī)組效率分別為8.14%、8.66%、52.67%、23.7%，評(píng)價(jià)結(jié)果為不經(jīng)濟(jì)；催化裝置的主風(fēng)機(jī)C101、增壓機(jī)組C103B機(jī)組效率分別為71.57%、79.61%，評(píng)價(jià)結(jié)果為經(jīng)濟(jì)；6臺(tái)風(fēng)機(jī)平均機(jī)組效率36.91%。

4臺(tái)不經(jīng)濟(jì)風(fēng)機(jī)的實(shí)際流量遠(yuǎn)低于額定流量，運(yùn)行效率低。主要原因?yàn)轱L(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行工況與設(shè)計(jì)工況偏離嚴(yán)重，驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出功率遠(yuǎn)高于風(fēng)機(jī)實(shí)際功率，典型的“大馬拉小車”，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)效率低，評(píng)價(jià)為不經(jīng)濟(jì)。

2.3 換熱器

本次實(shí)踐共測(cè)試29臺(tái)換熱器，依據(jù)《熱交換器及傳熱元件性能測(cè)試方法 第1部分：通用要求》（GB/T 27698.1-2023）的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試總傳熱系數(shù)。由于目前暫無(wú)現(xiàn)行認(rèn)證的換熱器國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，因此本次實(shí)踐僅測(cè)試并計(jì)算各臺(tái)換熱器的傳熱系數(shù)（傳熱性能），再與設(shè)計(jì)結(jié)垢?jìng)鳠嵯禂?shù)對(duì)比。結(jié)果顯示，塔底油與分餾塔進(jìn)料換熱器164-203ABCDEF、系列一汽提塔重沸器E102、柴油回流蒸汽發(fā)生器ER103、汽提塔底重沸器E301這4臺(tái)換熱器的傳熱系數(shù)小于設(shè)計(jì)結(jié)垢?jìng)鳠嵯禂?shù)，傳熱性能較差。

3 過(guò)程級(jí)能效評(píng)估

依托裝置內(nèi)設(shè)備能效測(cè)試結(jié)果，結(jié)合二級(jí)、三級(jí)計(jì)量器具和DCS在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算、分析裝置單位綜合能耗（與設(shè)計(jì)值、三年同比、行業(yè)同類型裝置對(duì)標(biāo)分析），以及主要用能工序耗能數(shù)據(jù)、重點(diǎn)耗能設(shè)備能效水平，并繪制裝置能量平衡表和網(wǎng)絡(luò)圖（含裝置水汽平衡圖、物料平衡圖），獲得裝置的整體能源利用率，從而查找裝置能效薄弱環(huán)節(jié)，提出能效提升建議。

裝置運(yùn)行過(guò)程中的各種能源消耗包括新鮮水、除鹽水、除氧水等耗能工質(zhì)，以及燃料氣等一次能源和壓力蒸汽等二次能源。面向能效的多能源介質(zhì)，協(xié)同考慮各能源介質(zhì)間的耦合關(guān)系，從而研究以能源協(xié)同平衡、能源放散最少、能源消耗成本最低和設(shè)備操作最平穩(wěn)等為優(yōu)化目標(biāo)的多能源介質(zhì)協(xié)同優(yōu)化方案。

通過(guò)裝置能耗在線監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)裝置的綜合耗能、單位原料綜合耗能進(jìn)行計(jì)算，并與設(shè)計(jì)值、能耗定額、同行業(yè)水平值進(jìn)行對(duì)比，找出節(jié)能潛力點(diǎn)；通過(guò)各能源介質(zhì)的能源消耗量計(jì)算，總結(jié)出裝置用能結(jié)構(gòu)，從而找到各裝置的主要用能種類；根據(jù)如圖2所示的企業(yè)能量平衡框圖，研究生產(chǎn)中的原料轉(zhuǎn)化過(guò)程，以及能源傳遞、轉(zhuǎn)換、消耗過(guò)程，并建立設(shè)備能耗統(tǒng)計(jì)模型和能效分析模型，通過(guò)對(duì)裝置主要耗能的詳細(xì)分析及平衡計(jì)算，得出裝置內(nèi)單物耗能量利用率和綜合能量利用率，從而找出能源利用挖掘潛力；深入分析相關(guān)變量和靜態(tài)因素，如影響高壓蒸汽單耗、燃料氣單耗、電單耗等的相關(guān)變量，通過(guò)分析找出主要耗能的關(guān)鍵影響因素，并從設(shè)備本體因素、人為因素、環(huán)境因素等出發(fā)，優(yōu)化主要用能介質(zhì)消耗。

4 系統(tǒng)級(jí)能效評(píng)估

基于系統(tǒng)用能需求，挖掘面向系統(tǒng)級(jí)的能量流，研究系統(tǒng)能源利用效率最大化的能源網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)配置方案。通過(guò)對(duì)設(shè)備級(jí)與過(guò)程級(jí)能源數(shù)據(jù)的摸排和分析，以及對(duì)全廠各裝置技術(shù)規(guī)程的熟悉了解，可在更換或改造單體設(shè)備的基礎(chǔ)上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化[1]。如，通過(guò)對(duì)某些裝置進(jìn)行局部改造升級(jí)，可在能量綜合利用的基礎(chǔ)上回收大量低溫余熱。

某大型石化企業(yè)通過(guò)對(duì)全廠系統(tǒng)進(jìn)行研究分析，發(fā)現(xiàn)部分裝置的冷卻和加熱系統(tǒng)可合理地綜合優(yōu)化利用。其采用熱源分級(jí)利用的方式，將部分低溫加熱器使用低品位熱源，減少高品位蒸汽的消耗，同時(shí)進(jìn)一步挖掘低溫?zé)釢撛谟脩簦瑢?shí)現(xiàn)低品位熱能在廠區(qū)內(nèi)部回收和使用的平衡[2]。

5 節(jié)能潛力

通過(guò)對(duì)某大型石化企業(yè)進(jìn)行設(shè)備級(jí)、過(guò)程級(jí)、系統(tǒng)級(jí)能源測(cè)試分析和深度挖掘，分析其節(jié)能潛力。

5.1 設(shè)備級(jí)的節(jié)能潛力分析

壓縮機(jī)方面，對(duì)于運(yùn)行負(fù)荷較低的壓縮機(jī)，通過(guò)優(yōu)化工藝流程，使其在接近額定負(fù)荷的情況下運(yùn)行；對(duì)于級(jí)間冷卻效果不好的壓縮機(jī)，通過(guò)加強(qiáng)各級(jí)壓縮的冷卻效果，保證壓縮介質(zhì)的入口溫度，以有利于氣體壓縮做功，提高壓縮機(jī)效率[3]；對(duì)于存在回流的壓縮機(jī)，檢查壓縮機(jī)與工藝流程的匹配情況，盡量減少正常工作情況下回流的發(fā)生；對(duì)于存在泄漏的壓縮機(jī)，對(duì)其葉輪采用階梯型、平衡活塞采用臺(tái)階型或階梯型梳齒密封，機(jī)殼水平中分面加“O”形圈，采用耐磨材料做梳齒密封，以減少泄漏。

透平機(jī)組方面，由于有些透平的通流部分葉型設(shè)計(jì)陳舊、損失大、效率較低，因此應(yīng)進(jìn)行通流部分改造，更換調(diào)節(jié)級(jí)、壓力級(jí)前三級(jí)靜葉片，并在透平高壓、低壓端部采用新型汽封。

通過(guò)對(duì)本次測(cè)試的 135臺(tái)重點(diǎn)機(jī)泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、透平機(jī)的節(jié)能潛力分析可得，年可節(jié)煤量分別為1143.40tce、232.75tce、945.40tce、249.15tce，總量為 2570.7tce，即180×104kgoe，按標(biāo)準(zhǔn)煤價(jià)1300元/t測(cè)算，經(jīng)濟(jì)效益為334萬(wàn)元/a。

5.2 過(guò)程級(jí)的節(jié)能潛力分析

對(duì)于加氫裂化、燃料油加氫、石蠟基潤(rùn)滑油、環(huán)烷基潤(rùn)滑油4套裝置，建議在熱高壓分離器和熱低壓分離器之間設(shè)置液力透平，用于驅(qū)動(dòng)加氫進(jìn)料泵，預(yù)計(jì)每套裝置單位綜合能耗下降0.3～0.4kgoe/t。鑒于連續(xù)重整裝置燃料氣消耗與同行業(yè)水平相差較大，建議對(duì)連續(xù)重整裝置燃料氣流量計(jì)進(jìn)行檢查，排除偏差問(wèn)題。

5.3 系統(tǒng)級(jí)的節(jié)能潛力分析

根據(jù)循環(huán)水系統(tǒng)初步測(cè)試情況來(lái)看，東區(qū)循環(huán)水溫差低、壓力高，夏季循環(huán)水總進(jìn)出溫差為3.2℃，循環(huán)水壓力為0.48MPa，有較大的節(jié)能空間，建議對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能評(píng)價(jià)與改造。據(jù)估算，按2021年7月1日至2022年6月30日全年循環(huán)水供水總量存在約280×104kgoe節(jié)能潛力，即4000tce/a，按標(biāo)準(zhǔn)煤價(jià)1300元/t測(cè)算，則經(jīng)濟(jì)效益為 520萬(wàn)元/a。根據(jù)企業(yè)裝置配備及運(yùn)行現(xiàn)狀，建議催化裝置100萬(wàn)t/a預(yù)處理單元停運(yùn)，直接由2套常減壓裝置供料，如此可節(jié)能344×104kgoe/a，即 4914tce/a，按標(biāo)準(zhǔn)煤價(jià)1300 元/t測(cè)算，經(jīng)濟(jì)效益為 639萬(wàn)元/a。

5.4 優(yōu)化改造后綜合節(jié)能潛力分析

經(jīng)以上優(yōu)化改造后，對(duì)某大型石化企業(yè)進(jìn)行能效測(cè)試與能效評(píng)估分析，結(jié)果為通過(guò)優(yōu)化改造等措施該企業(yè)可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)油約1000×104kgoe/a，潛在經(jīng)濟(jì)效益約2000萬(wàn)元，能有效降低企業(yè)經(jīng)營(yíng)成本和能源消耗。

結(jié)語(yǔ)

為了響應(yīng)“雙碳”號(hào)召，實(shí)現(xiàn)企業(yè)自身的節(jié)能增效，石化企業(yè)作為重點(diǎn)用能單位，應(yīng)定期進(jìn)行裝置標(biāo)定和能效測(cè)試，保證裝置在安全、經(jīng)濟(jì)的軌道上運(yùn)行，同時(shí)從設(shè)備級(jí)、過(guò)程級(jí)和系統(tǒng)級(jí)三級(jí)能源層面進(jìn)行分析，并通過(guò)深度能效測(cè)試，結(jié)合全廠能效評(píng)價(jià)，建立集能源供應(yīng)、轉(zhuǎn)換、輸配、消耗于一體的綜合能源管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)能源消耗的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、能源的統(tǒng)一管理及優(yōu)化利用，確定不同時(shí)期影響能效的關(guān)鍵設(shè)備或關(guān)鍵環(huán)節(jié)，降低企業(yè)經(jīng)營(yíng)成本和能源消耗，提高企業(yè)整體競(jìng)爭(zhēng)力。

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作者簡(jiǎn)介

李丹丹（1988—），女，漢族，江蘇興化人，助理工程師，學(xué)士，研究方向?yàn)楣?jié)能環(huán)保。

加工編輯：王玥

收稿日期：2024-05-09