0、引言

石油石化作為能源生產(chǎn)大戶，同時也是耗能大戶，其節(jié)能成為了國家關(guān)注焦點。據(jù)工信部發(fā)布的數(shù)據(jù)，2013年度中國石油和化工行業(yè)能耗量高達(dá)5×108 t標(biāo)準(zhǔn)煤以上，占全國能耗總量13%[1]。而據(jù)中國化工節(jié)能協(xié)會統(tǒng)計，2013年度石油石化行業(yè)的工業(yè)增加值能耗比上年下降1.98%，僅完成“十二五”節(jié)能目標(biāo)任務(wù)的30%，并未達(dá)到目標(biāo)進(jìn)度要求，多數(shù)產(chǎn)品單位綜合能耗下降速度減緩，煉油和電石等重點產(chǎn)品的單位綜合能耗甚至出現(xiàn)了反彈[2]。由于石油石化工藝流程十分復(fù)雜，單元操作耦合程度高，耗能裝置眾多且各有其自身特點，生產(chǎn)流程運行的穩(wěn)定性要求特別高，因此，單一的節(jié)能技術(shù)或裝備往往不能滿足新形勢下的節(jié)能要求，而從全系統(tǒng)角度對石油石化行業(yè)進(jìn)行整體節(jié)能診斷與改造方案設(shè)計，已成為業(yè)內(nèi)共同認(rèn)可的必經(jīng)之路。本文以湖南山水節(jié)能科技股份有限公司多年來流程工業(yè)節(jié)能裝備與技術(shù)的研發(fā)和節(jié)能改造成果為基礎(chǔ)，首次提出一種創(chuàng)新的系統(tǒng)節(jié)能理論，闡述其若干系統(tǒng)節(jié)能的觀點，并以第二屆中國石油石化節(jié)能減排技術(shù)交流大會報道的最新行業(yè)節(jié)能實踐為例介紹該系統(tǒng)節(jié)能理論在石油石化行業(yè)中的應(yīng)用。

1、MOAR系統(tǒng)節(jié)能理論

湖南山水節(jié)能科技股份有限公司以瞿英杰為首的專家團(tuán)隊通過對國內(nèi)外眾多節(jié)能技術(shù)資料及情報整理剖析，并結(jié)合20余年開展的上百項流程工業(yè)節(jié)能工程的梳理分析，提出流程工業(yè)系統(tǒng)節(jié)能可歸納為下述四條基本途徑：

a) 管理系統(tǒng)運行(Management of System Working)。即以協(xié)調(diào)和提高全系統(tǒng)能效作為系統(tǒng)調(diào)度質(zhì)量指標(biāo)，通過現(xiàn)場歷史和實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析處理，由節(jié)能運營中心的專家系統(tǒng)提出調(diào)度方案，DCS(Distributed Control System，分布式控制系統(tǒng))系統(tǒng)及操作工根據(jù)調(diào)度決策完成工況調(diào)整，使整個生產(chǎn)系統(tǒng)處于最佳能效狀態(tài)運行;

b) 優(yōu)化工藝需求(Optimization of Process Demand)。這一途徑要求全面深刻地理解生產(chǎn)工藝實際要求，精確調(diào)整系統(tǒng)中用能單元需求(如換熱器用循環(huán)水冷卻水流量等)，在安全穩(wěn)定的前提下最大化杜絕冗余浪費;

c) 調(diào)整能量供給(Adjustment of Energy Feed)。流程工業(yè)中生產(chǎn)介質(zhì)的動量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞及反應(yīng)過程，離不開風(fēng)機(jī)、水泵和壓縮機(jī)等諸多動力設(shè)備供給的機(jī)械能及熱工設(shè)備供給的熱能，因此在優(yōu)化工藝需求的基礎(chǔ)上需相應(yīng)調(diào)整能量供給以提高工藝流程需求與供給系統(tǒng)之間的匹配性，最終減少能量供給的過剩;

d) 提升元件能效(Rise of Component Efficiency)。對系統(tǒng)中的各個用能元件，力求提高元件本身的能效指標(biāo)，可在原來用能元件基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)、材料和工況點的優(yōu)化設(shè)計，也可更換新的高效元件。

上述四條節(jié)能基本途徑的英文翻譯分別以字母M、O、A和R開頭，故共同組成“MOAR”系統(tǒng)節(jié)能理論。根據(jù)瞿英杰等人對32項石化行業(yè)工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)節(jié)能改造工程的能效統(tǒng)計，管理系統(tǒng)運行、優(yōu)化工藝需求、調(diào)整能量供給和提升元件能效這四大節(jié)能法則平均分別可貢獻(xiàn)6.8%、15.2%、7.3%和12.5%的系統(tǒng)能效提升率，32個節(jié)能改造工程的系統(tǒng)能效整體提升可達(dá)40%以上。

MOAR系統(tǒng)節(jié)能理論以流程工業(yè)系統(tǒng)最終需求為約束條件，是包含流體輸送機(jī)械、管網(wǎng)系統(tǒng)、調(diào)節(jié)設(shè)備、換熱設(shè)備、末端工藝設(shè)備和自動控制系統(tǒng)的全系統(tǒng)優(yōu)化的實現(xiàn)方法和思想體系。同時，MOAR系統(tǒng)節(jié)能理論的應(yīng)用也依賴于各種具體工程技術(shù)的作用，并隨著各領(lǐng)域節(jié)能技術(shù)進(jìn)步而不斷地自我豐富和發(fā)展。

2、MOAR理論在石油石化節(jié)能中的應(yīng)用

2015年1月中國石油學(xué)會組織中國石油、中國石化、中國海洋石油、陜西延長石油等企事業(yè)單位和有關(guān)高校、科研院所及各大節(jié)能服務(wù)公司在福州市召開了第二屆中國石油石化節(jié)能減排技術(shù)交流大會暨節(jié)能減排新技術(shù)新裝備展示會，并出版了會議論文集。本次大會共收錄研究論文共計288篇，介紹的節(jié)能技術(shù)、裝備與方法累計1 000項余。按照MOAR理論“管理系統(tǒng)運行(M)”“優(yōu)化工藝需求(O)”“調(diào)整能量供給(A)”和“提升元件能效(R)”四個法則分類，各個法則下對應(yīng)的論文篇數(shù)及占全部論文篇數(shù)的比例見表1，由于部分論文同時涉及兩項及以上MOAR理論的法則，故表1中4個法則對應(yīng)論文的篇數(shù)相加之和大于總篇數(shù)，占比之和也相應(yīng)地大于100%。

使用提升元件能效這一MOAR理論法則的論文篇數(shù)最多，占比高達(dá)43.75%，接近論文總數(shù)一半，這是因為通過提升元件能效的方式來實現(xiàn)節(jié)能目的，一方面效果最直接最顯著，另一方面則對系統(tǒng)內(nèi)其它元件的影響較為有限，改造量小，投資見效快;占比第二的是管理系統(tǒng)運行，論文篇數(shù)為108篇，可見石油石化行業(yè)，尤其是油田和煉廠等生產(chǎn)企業(yè)，已充分認(rèn)識到日常系統(tǒng)管理的重要性，管理也是系統(tǒng)節(jié)能必不可少的組成部分;應(yīng)用優(yōu)化工藝需求和調(diào)整能量供給這兩大MOAR法則的論文數(shù)量大體相當(dāng)，約占總篇數(shù)的25%左右，其節(jié)能意義也非同小可。

下面根據(jù)會議論文集的報道，結(jié)合具體實例介紹每個MOAR理論法則在石油石化節(jié)能中的成功應(yīng)用案例。

2.1管理系統(tǒng)運行法則

中國石油蘭州石化公司劉輝高工[3]介紹了蘭州石化EMS(Energy Management System，能量管理系統(tǒng))的建立與實踐經(jīng)驗。EMS是一種信息化的企業(yè)能源管理平臺，包含了動力系統(tǒng)離線模型、在線模擬優(yōu)化工具及基于網(wǎng)頁B/S(Browser/Server，瀏覽器/服務(wù)器模式)架構(gòu)的系統(tǒng)框架這三大層級，其主要節(jié)能思路是利用企業(yè)現(xiàn)有設(shè)備建立全廠裝置和公用系統(tǒng)的能耗在線采集模型，從而分析與監(jiān)測能源使用狀況和節(jié)能技術(shù)實施效果，在此基礎(chǔ)上實施整體在線節(jié)能優(yōu)化方案以達(dá)到生產(chǎn)操作和節(jié)能效果的最優(yōu)化。蘭州石化EMS系統(tǒng)的投用，不但實現(xiàn)了對重點耗能設(shè)備與裝置的監(jiān)管，且借助流程模擬優(yōu)化軟件工具對全公司能源動力配置進(jìn)行了實時高效調(diào)整，提高了調(diào)度水平，并最終實現(xiàn)了公司總體用能的目標(biāo)管理，達(dá)到了系統(tǒng)節(jié)能“優(yōu)化—核查—核實—改進(jìn)—再優(yōu)化”的良性循環(huán)。

2.2優(yōu)化工藝需求法則

催化裂化(FCC)作為一種石油煉制過程，是石油二次加工的主要方法之一，F(xiàn)CC裝置總能耗往往占據(jù)煉油系統(tǒng)總加工能耗30%以上。中石油四川石化王瑞等[4]介紹了新建的2.5Mt/a重油FCC裝置余熱鍋爐的節(jié)能改造實踐經(jīng)驗，其核心思想是通過優(yōu)化工藝需求參數(shù)來實現(xiàn)余熱鍋爐單元節(jié)能。具體改造措施如下：

a) 再生煙氣流程工藝需求優(yōu)化。取消低壓余熱鍋爐和爐膛下部燃料補燃器的燃料氣體供給，充分利用溫度高達(dá)515℃再生煙氣的熱能來生產(chǎn)中壓蒸汽(4.0MPa，420℃)供蒸汽輪機(jī)和熱力管網(wǎng)使用;

b) 除氧水流程工藝需求優(yōu)化。增設(shè)連續(xù)排污擴(kuò)容器以便汽水分離器利用排放污水的氣化潛熱進(jìn)行除氧以節(jié)約1.2MPa過熱蒸汽的用量，并增設(shè)中壓余熱鍋爐省煤器給水預(yù)熱器，將進(jìn)入低溫省煤器的給水溫度提高至煙氣露點溫度以上，在減少給水加熱耗能的同時避免了省煤器管壁的露點腐蝕;

c) 中壓蒸汽流程工藝需求優(yōu)化。通過蒸汽運行流程的優(yōu)化最大限度回收低溫蒸汽的熱能以節(jié)約高溫蒸汽用量，同時在低溫蒸汽與高溫過熱器之間設(shè)置減溫水孔閥以控制余熱鍋爐過熱蒸汽出口溫度，從而保證蒸汽品質(zhì)。四川石化FCC裝置余熱鍋爐系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)改造后，經(jīng)測算，余熱鍋爐單元的4.0MPa中壓蒸汽增產(chǎn)、1.2MPa蒸汽增產(chǎn)、機(jī)組省電和鍋爐節(jié)約燃料氣產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益分別為4026×104元/a、1300×104元/a、60×104元/a和2576×104元/a，總計高達(dá)將近8000×104元/a，可見取得了非常顯著的經(jīng)濟(jì)效益提升。

2.3調(diào)整能量供給法則

延遲焦化是目前世界渣油深度加工的主要方法之一，處理能力占渣油處理能力的1/3，其主要工藝特點可歸納為“既結(jié)焦又不結(jié)焦，既連續(xù)生產(chǎn)又不連續(xù)生產(chǎn)”和高溫高壓?？烧J(rèn)為，有溫度變化和燃料消耗的工藝就存在能量供給調(diào)整的需要，并存在節(jié)能減排空間。錦州石化公司王季軍[5]總結(jié)了延遲焦化工藝的能量供給調(diào)整經(jīng)驗，包括蒸汽供給調(diào)整、燃料瓦斯供給調(diào)整和水、電、汽等公用工程調(diào)整等方面。以焦炭塔蒸汽供給調(diào)整為例，為獲得液體收率的最大化，需調(diào)整蒸汽供給和操作壓力：a) 通過加熱爐出爐溫度的控制和注汽位置的優(yōu)化動態(tài)調(diào)節(jié)裂解反應(yīng)和縮合反應(yīng)的溫度區(qū)間，達(dá)到“充分裂解、快速聚合”的效果，并密切關(guān)注管線和設(shè)備的保溫;b) 適當(dāng)降低焦炭塔操作壓力，減少塔內(nèi)焦的阻力，縮短烴類在塔內(nèi)的停留時間，減少二次裂化以提高液收并減少氣收和石油焦的產(chǎn)量。

2.4提升元件能效法則

中國石油管道公司中原輸油氣分公司李楠[6]總結(jié)了天然氣長輸管道的能效提升舉措：

a) 合理選擇壓縮機(jī)及原動機(jī)。優(yōu)先選用易于控制和維護(hù)的離心式壓縮機(jī)，并因地制宜選擇原動機(jī)種類：對電力供應(yīng)充足且電價低廉的地區(qū)，適宜采用電動機(jī)作為原動機(jī);而對遠(yuǎn)離電網(wǎng)的邊遠(yuǎn)地區(qū)，則應(yīng)該選用燃?xì)廨啓C(jī);

b) 采用高壓和富氣輸送等先進(jìn)工藝以降低氣體流速，減少摩擦，提高輸送效率;

c) 通過管壁內(nèi)涂層減阻處理減少輸送沿程摩擦阻力，并通過工藝管路優(yōu)化減少不必要的閥門和彎頭來降低局部摩擦阻力損失;

d) 回收燃?xì)廨啓C(jī)壓氣站的余熱用于生活用水加熱，并通過換熱來減少管線冰堵和降低氣體摩擦損失;

e) 定期維護(hù)壓縮機(jī)并盡量減少天然氣的放空和泄漏。

3、結(jié)語

通過石油石化行業(yè)大量成功節(jié)能改造案例的總結(jié)和分析，可看到MOAR理論既能有效指導(dǎo)節(jié)能技改思路和方法的展開，又能緊密結(jié)合具體的裝置特點和工藝情況，通過一系列操作性強且卓有成效的節(jié)能改造舉措來實現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能的最優(yōu)效果。同時，隨著MOAR理論研究與應(yīng)用的不斷深入和加強，未來也有望擴(kuò)展至鋼鐵和冶金等其它流程工業(yè)節(jié)能領(lǐng)域，為中國流程工業(yè)節(jié)能做出更大貢獻(xiàn)。