進入“十二五”以來，石化行業(yè)節(jié)能工作面臨的壓力越來越大，行業(yè)總能耗還在不斷上升，而企業(yè)能耗下降的趨勢卻在放緩;同時，化工行業(yè)特別是新型煤化工行業(yè)發(fā)展遭遇的水資源瓶頸也凸顯出來。如何在已經(jīng)取得的節(jié)能節(jié)水成果上，繼續(xù)挖掘出新的潛力，實現(xiàn)高效、低碳、綠色發(fā)展，是石化行業(yè)面臨的一個重大課題。
對此，一些業(yè)內人士提出，在單個單元節(jié)能已經(jīng)幾乎無潛可挖的形勢下，系統(tǒng)優(yōu)化在提升節(jié)能節(jié)水效率上的作用開始凸顯出來。把信息技術與石化行業(yè)深度融合，對企業(yè)進行整體系統(tǒng)優(yōu)化，將成為挖掘行業(yè)節(jié)能節(jié)水潛力的重要抓手。
節(jié)能剩的都是“硬骨頭”
石化行業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎產(chǎn)業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)，也是用能耗能的主要產(chǎn)業(yè)之一。我國石化行業(yè)從“十一五”開始加強了節(jié)能節(jié)水減排工作，經(jīng)過幾年的努力，行業(yè)的節(jié)能工作取得了明顯的成效。據(jù)中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會統(tǒng)計，“十一五”期間，全行業(yè)萬元工業(yè)增加值能耗降低了20%，實現(xiàn)了國家規(guī)劃的目標。而進入“十二五”以來，情況發(fā)生了一些變化。前3年全行業(yè)萬元工業(yè)增加值能耗累積下降只有5.5%。其中，石油化工下降4.5%，化學工業(yè)下降11.4%，距離“十二五”分別下降18%和20%的節(jié)能目標還有較大差距。2013年，石化行業(yè)綜合能源消費量首次突破5億噸標準煤，達到5.01億噸標準煤，比上一年增長6.1%。
石化聯(lián)合會會長李勇武在2013年度石油和化工行業(yè)重點耗能產(chǎn)品能效領跑者發(fā)布會上曾表示，目前石油和化工行業(yè)節(jié)能形勢十分嚴峻，節(jié)能的成本越來越高。“十一五”時期，行業(yè)的平均單位節(jié)能量投資為2382元/噸標煤;而“十二五”前3年，單位節(jié)能量投資保持在3000元/噸標煤以上。行業(yè)節(jié)能已進入啃“硬骨頭”的攻堅階段。
記者在采訪中了解到，化工行業(yè)主要的節(jié)能途徑有3條：一是推廣先進技術，相關節(jié)能技術以及設備的應用，可以有效地降低能源消耗;二是通過加強系統(tǒng)管理實現(xiàn)能源的梯級利用，減少能源消耗;三是結構節(jié)能，通過淘汰落后產(chǎn)能，對新建產(chǎn)能把好準入關，嚴格限制新上高能耗項目，控制行業(yè)總能耗的增加。按照這樣的思路，在國家節(jié)能減排政策的推動下，前幾年行業(yè)內的大多數(shù)企業(yè)在容易節(jié)能的領域中做了充分的工作，應用了大量的節(jié)能設備和工藝，并完善了節(jié)能管理工作，同時淘汰了一批高耗能的落后產(chǎn)能。
許多企業(yè)表示，目前能做的節(jié)能工作他們都已經(jīng)做了，無論是工藝上、技術上、設備上，還是公用工程或管理上，各環(huán)節(jié)、各單元的節(jié)能工作都已經(jīng)做得差不多了，剩下的就是一些“硬骨頭”，未來節(jié)能任務目標的完成難度會越來越大。“該做的我們都做了，再要大幅度降低能耗不是一件容易的事，‘十二五’的節(jié)能目標讓我們感到壓力很大。”一位煉化企業(yè)的負責人不無憂慮地表示。
石化聯(lián)合會節(jié)能與低碳發(fā)展處處長李永亮也表示，用較少投入就能產(chǎn)生較大節(jié)能量的時代已經(jīng)過去了。通用的節(jié)能技術目前在石化行業(yè)中的應用已經(jīng)很普遍，未來其應用空間將越來越小，行業(yè)節(jié)能潛力也隨之變小。而且，節(jié)約同樣的能源，比如節(jié)能1萬噸標準煤，之前的投入是3000萬元的話，現(xiàn)在的投入可能會增加到4000萬元，甚至5000萬元。“隨著節(jié)能工作的深入，節(jié)能的難度會越來越大。”李永亮說。
低廉水價將一去不復返
如果說石化行業(yè)的節(jié)能形勢不容樂觀，那么節(jié)水的形勢就更為嚴峻。“事實上，我國石化行業(yè)的水危機比石油危機更甚。石油沒有了，還可以有其他的替代品，煤炭、風能、太陽能、核能都可以作為接續(xù)能源，而水資源是唯一的，無可替代!”全國化工節(jié)能(減排)中心秘書長王武表達了他對水資源緊缺的擔憂。
公開數(shù)據(jù)顯示，我國是聯(lián)合國認定的水資源緊缺的國家之一。我國人口占世界人口的22%，而水資源只有世界的8%，我國人均水資源占有量是世界人均水資源占有量的1/4，位列世界第121位。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，水資源緊缺的形勢還將進一步加劇。
2012年，國務院就發(fā)布了《關于實行最嚴格水資源管理制度的意見》，提出以水資源配置、節(jié)約和保護為重點，強化用水需求和用水過程管理，嚴格控制用水總量，全面提高用水效率，嚴格控制入河湖排污總量的要求。水利部還會同10個部門組建了最嚴格水資源管理制度考核工作組，加強對水資源的管理，制定了考核工作實施方案，并于今年3月啟動了水資源管理制度考核工作。被稱為“水十條”的《水污染防治行動計劃》也正在緊鑼密鼓地制定中。水作為百姓生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)必不可少的緊缺資源，受到了前所未有的重視。
石化行業(yè)屬于高度依賴水資源的一個行業(yè)，大多數(shù)的化工生產(chǎn)都離不開蒸汽、循環(huán)水、冷卻水;同時，石化企業(yè)產(chǎn)生的廢水如果得不到有效處理，直接排放，不僅會浪費大量的水資源，還會帶來嚴重的環(huán)境污染問題。節(jié)約用水、減少廢水排放是石化行業(yè)面臨的又一重要課題。
“目前一些石化企業(yè)對于節(jié)水工作不夠重視，主要是因為用水成本低，多用少用對企業(yè)的生產(chǎn)成本影響并不大。但今后企業(yè)享受低廉水價的日子將一去不復返，階梯水價的全面實施將增加石化企業(yè)的用水成本。同時，國家實行的最嚴格水資源管理制度也會大幅增加企業(yè)的排污成本，石化企業(yè)的節(jié)水意識必須加強。”王武表示。
“新型煤化工產(chǎn)業(yè)面臨的水資源制約更為嚴峻。我國煤炭資源與水資源呈逆向分布，新型煤化工項目大多集中在西部地區(qū)，環(huán)境容量非常有限，大部分地區(qū)排污總量已經(jīng)用完。煤化工產(chǎn)品的單位水耗和廢水排放量如果降不下來，大規(guī)模發(fā)展煤化工就沒有優(yōu)勢可言。而且煤化工企業(yè)排放的廢水中COD含量一般在5000毫克/升左右，氨氮在200~500毫克/升，是一種典型的含有難降解有機化合物的工業(yè)廢水。若控制不好，排放后將對環(huán)境造成嚴重的危害。”中國過程系統(tǒng)工程專業(yè)委員會副主任楊友麒對中國化工報記者說。
近日被曝光的騰格里沙漠工業(yè)廢水污染事件，引發(fā)了強烈反響，工業(yè)企業(yè)在沙漠中隨意排污的行為遭到社會各界的強烈譴責。這再一次給西部地區(qū)的新型煤化工企業(yè)敲響了警鐘，如果不能給廢水找到一個好的去處，煤化工的發(fā)展前景堪憂。
系統(tǒng)優(yōu)化方可破解瓶頸
采訪中記者了解到，石化企業(yè)的節(jié)能工作首先是從對單個工藝單元進行改進和優(yōu)化入手，其次是各個子系統(tǒng)的優(yōu)化，包括裝置間的熱聯(lián)合，再次就是全局的能量系統(tǒng)優(yōu)化。在節(jié)能工作進入啃“硬骨頭”的攻堅階段后，能量系統(tǒng)優(yōu)化技術的作用更加凸顯，成為石化企業(yè)節(jié)能增效的最主要手段之一，也是企業(yè)實現(xiàn)效益最大化的必由之路。
一直從事石油化工生產(chǎn)過程智能建模、控制與優(yōu)化的應用基礎研究和工程技術開發(fā)的華東理工大學副校長錢鋒對系統(tǒng)優(yōu)化在石化行業(yè)中發(fā)揮的作用認識更為深刻和透徹。他認為：“系統(tǒng)優(yōu)化利用不僅僅可以降低企業(yè)的能耗，同時可以實現(xiàn)資源的高效利用，通過系統(tǒng)優(yōu)化可以使物質和能源利用最大化，從而實現(xiàn)石化行業(yè)高效、低碳、綠色發(fā)展目標。”
錢鋒告訴中國化工報記者：“我國石化行業(yè)的能耗水平與國際先進水平相比存在著較大的差距，其中原油加工、乙烯和合成氨的平均能耗高于國際先進水平的15%~25%。中石油、中石化兩家企業(yè)2012年煉油綜合能耗分別為57.3千克標油/噸和64.1千克標油/噸，而國際先進水平為40千克標油/噸。按照2013年我國的原油加工量4.79億噸計算，如果達到40千克標油/噸的能耗水平，每年就能節(jié)省991.5萬噸標油，減少二氧化碳排放3529萬噸。”
同樣的，我國的乙烯工業(yè)平均能耗為595.5千克標油/噸，而國外已達到500千克標油/噸，相差20%左右。差距還不僅僅體現(xiàn)在與國際先進水平的比較上，即使是在國內同類企業(yè)的比較中能耗水平也是良莠不齊，比如同期引進的同類乙烯裝置之間的能耗差異達到12%。
“我國的乙烯裝置大多是從國外引進的，硬件水平與國外相當，為什么我們就達不到國外先進的節(jié)能水平呢?我認為主要是思維方式和管理水平上的差異。目前，國內的石化項目缺乏的是支撐化工過程整體運行行為的系統(tǒng)優(yōu)化方法和先進軟件，而歐美等工業(yè)發(fā)達國家早已經(jīng)開始了信息技術和互聯(lián)網(wǎng)技術為主導的由傳統(tǒng)制造向智能制造的轉型。智能化管理是現(xiàn)代企業(yè)實現(xiàn)高效發(fā)展的重要基礎。”錢鋒表示。
錢鋒介紹說，系統(tǒng)優(yōu)化是智能制造的具體體現(xiàn)。近幾年，歐美等國掀起了一股從傳統(tǒng)制造業(yè)向智能制造轉型的熱潮。老牌制造業(yè)強國德國在2013年推出工業(yè)4.0戰(zhàn)略，旨在通過利用信息通訊技術和網(wǎng)絡空間虛擬系統(tǒng)相結合的手段，促使制造業(yè)向智能化轉型。工業(yè)4.0戰(zhàn)略被德國學術界和產(chǎn)業(yè)界稱為以智能制造為主導的第四次工業(yè)革命。美國也于2011年啟動先進制造合伙計劃，主導和參與者不僅有石油化工行業(yè)的龍頭企業(yè)杜邦、陶氏、埃克森美孚、BP、殼牌等公司，還有頂級信息技術供應商，如IBM、霍尼韋爾、艾斯本、艾默生等公司，其目的也是實現(xiàn)化工過程的智能化管理，占領行業(yè)發(fā)展的制高點。我國也緊隨國際潮流提出了兩化融合的概念，希望通過信息化和工業(yè)化深度融合，改造提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。
以煉化企業(yè)為例，通過實施能量系統(tǒng)優(yōu)化和智能化管理，企業(yè)可以對煉化工藝過程物料及能量實施軟件核算、數(shù)字化管理。通過優(yōu)化生產(chǎn)參數(shù)，可以全面推進企業(yè)產(chǎn)品效益和節(jié)能減排最大化。其中，軟件核算對煉化工藝過程物料及能量數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)分析，準確預測產(chǎn)品質量、收率的變化情況，確保裝置工藝流程達到在線實時優(yōu)化;通過數(shù)字管理控制能源，企業(yè)可大幅度降低能耗，優(yōu)化煉化生產(chǎn)全過程，降低生產(chǎn)成本，提高市場競爭實力。
記者從兩大石油公司了解到，2009年以來，中石化對茂名石化等4家煉油企業(yè)進行了全廠能量系統(tǒng)優(yōu)化，目前每年節(jié)能量達到40多萬噸標煤;中石油運用煉化能量系統(tǒng)優(yōu)化技術后，2013年實現(xiàn)節(jié)能量20萬噸標煤，增效3.17億元。
系統(tǒng)優(yōu)化可以為節(jié)能釋放巨大的空間，節(jié)水也不例外。楊友麒告訴中國化工報記者，以中石化、中石油為代表的石化企業(yè)，從2003年開始，使用過程系統(tǒng)工程方法進行節(jié)水減排的技術改造，10年來已經(jīng)使煉油廠的噸原油煉制耗水下降50%以上。
基于石化企業(yè)節(jié)水的經(jīng)驗，楊友麒對于消除新建煤化工企業(yè)的高水耗頑疾也充滿了信心。他表示：“煤化工的高水耗很大程度上是工程設計不成熟、缺乏水網(wǎng)絡系統(tǒng)的集成優(yōu)化造成的。通過成熟水網(wǎng)絡系統(tǒng)集成優(yōu)化技術，使一個大型煤化工企業(yè)的水耗大幅度下降完全是有可能的。我們曾經(jīng)對某煤化工公司節(jié)水減排技術改造提出了14項技改項目，這些措施到位后，公司新水用量從1796噸/時下降到515噸/時，節(jié)水率達到71.32%，噸烯烴耗水量下降至7噸/時，每年可節(jié)省新鮮水量1257萬噸，產(chǎn)生的效益為9449.96萬元。”
日前，晉煤金石公司60萬噸合成氨項目一套中水回用裝置打通流程，每天可對循環(huán)水系統(tǒng)補水1000余噸。
【觀 點】
系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能益處多
清水灣(北京)技術有限公司副總裁魏斌：目前，許多化工企業(yè)能源利用效率較低，節(jié)能方面還有許多工作可以開展。隨著能源價格的逐步上漲，節(jié)能帶來的經(jīng)濟效益將越來越明顯。在節(jié)能減排上政府政策不斷傾斜，支持力度也在加大，預計到2015年，我國技術可行、經(jīng)濟合理的節(jié)能潛力為4億噸標準煤。特別是對大型的煉化企業(yè)而言，節(jié)能帶來的經(jīng)濟效益將會十分明顯。同時，隨著節(jié)能工作的深入，節(jié)能不僅可以幫助企業(yè)提高經(jīng)濟效益，更重要的是通過系統(tǒng)優(yōu)化，公司的管理人員、技術人員可以接觸到新的理念與技術，對提高企業(yè)的軟實力具有十分重要的促進作用。
全面節(jié)能診斷應先行
北京萬企龍節(jié)能低碳技術研究院總工程師王文堂：我國從“十一五”開始加強了節(jié)能減排工作，開始的時候比較容易，企業(yè)稍微做些改造就可以取得明顯的節(jié)能效果，很快就能達到節(jié)能目標。到了“十二五”，想采用一些簡單的方法來實現(xiàn)國家提出的節(jié)能目標就沒那么容易了。未來“十三五”期間，國家的節(jié)能要求依然不會放松，企業(yè)再要挖掘節(jié)能潛力，將會更加困難。
在這種簡單措施已經(jīng)窮盡、企業(yè)感到無處下手的時候，全面節(jié)能診斷將會給企業(yè)提供一個重要的抓手。通過全面節(jié)能診斷，對全廠的用能用水系統(tǒng)進行全面的分析，可以判斷能源利用是否合理，明確與最佳實踐之間存在的差距，并有針對性地提出最佳改進方案，協(xié)助企業(yè)進行節(jié)能技術的遴選。
能量系統(tǒng)優(yōu)化值得推廣
中國石化節(jié)能技術服務中心葉劍云：中國石化節(jié)能技術服務中心自2008年成立以來，對茂名石化、湛江東興石化、普光凈化廠和上海石化4家企業(yè)進行了能量系統(tǒng)優(yōu)化，節(jié)能效果十分明顯。目前，這4家企業(yè)每年的節(jié)能量分別達到9.8萬、3.5萬、8.8萬和18萬噸標煤。
我們還對中國石化25家企業(yè)201套循環(huán)水裝置進行了現(xiàn)場調研，全面分析了上述企業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)的運行工況，對其進行用能分析和節(jié)能診斷。在此基礎上，我們從系統(tǒng)整體優(yōu)化著手，形成了一套成熟可靠的解決方案：結合全廠能量系統(tǒng)優(yōu)化，通過優(yōu)化裝置工藝流程，減少裝置冷卻排氣的低溫熱，從源頭上減少循環(huán)水用量;提高泵與系統(tǒng)匹配性，減少泵出口閥開啟，優(yōu)化系統(tǒng)特性曲線，降低管路損失，降低并聯(lián)損失;增加變頻系統(tǒng)，提高抗負荷波動能力，降低能耗;增加接力泵，降低水泵壓頭;增設水輪風機，利用循環(huán)水系統(tǒng)靜壓能;更換風機葉片，提高風機運行效率。通過這樣系統(tǒng)化的解決方案，從源頭上減少了水的用量。
