（工商管理专业论文）山东海龙公司公用工程设备配置优化研究.pdf

大连理工大学专业学位硕士学位论文 摘要 本课题针对山东海龙股份有限公司的流程生产需求，以该公司现有的公用工程制冷 系统生产运行状况为研究基础，以系统运行成本和设备利用率为约束条件，根据海龙公 司公用工程系统的现实情况在对公用工程理论和方法的综合分析的基础上，选择了经验 规则法对该公司进行制冷系统优化配置和优化设计，分别对夏、冬季生产运行各四种优 化方案进行比较，并且对优化后的方案进行了分析，经过对比，优化后夏季运行中设备 耗功率减少4 3 5k w h ，冬季运行中设备耗功率减少4 2 5 k w h ，相当于少运行两台制冷机 组；系统投资减少4 0 0 多万元；夏季生产设备利用率提高5 2 5 个百分点，冬季生产设 备利用率提高1 2 6 个百分点，证明优化后的制冷系统配置更合理、经济性更好。 本文介绍了国内外公用工程系统优化研究的概况和研究理论、方法，分析了海龙公 司公用工程中制冷系统的布局和生产运行现状以及存在的问题，明确了当前海龙公司公 用工程制冷系统优化设计的方向，减少了方案选择的工作量。并根椐海龙制冷系统中各 冷冻站布局的局限性，对各冷冻站与生产系统进行了合理的配置计算，使制冷系统达到 较佳的运行状态和合理的运行成本。 通过对海龙公司公用工程中制冷系统方案的优化，达到了该公司制冷系统优化配置 的预期目的。方案中部分系统改造实施后的运行结果良好。 关键词：公用工程；生产系统；制冷系统；优化 山东海龙公司公用工程设备配置优化研究 s t u d y o nt h eo p t i m i z a t i o no f t h eu t i l i t ye q u i p m e n td i s t r i b u t i o no f s h a n d o n g h e l o nc o m p a n yl t d a b s t r a c t t h i st h e s i sm a d ear e a s o n a b l ea n do p t i m a ld 髓i g no ft h er e f r i g e r a t i o ns y s t e mo f s h a n d o n gh e l o nc o m p a n yl t d t os a t i s f yt h en e e d sa c c o r d i n gt ot h ec o m p a n y se x i s t i n g u t i l i t yc o n d i t i o n so l lt h eb a s i so fa n a l y z i n gt h ep r o d u c t i o nc o n d i t i o n so ft h ee x i s t i n gu t i l i t y r e f r i g e r a t i o ns y s t e m ，o nt h ec o n d i t i o no ft h ec o s to ft h es y s t e mf u n c t i o n i n g ，a p p l y i n gt h e e x p e r i e n c er u l ea f t e rac o m p r e h e n s i v ea n a l y s i so f t h eu t i l i t yt h e o r i e sa n dm e t h o d s i tm a d ea c o m p a r eb e t w e e nt h es l n m e r ，sa n dw i n t e r sf o u rp r o g r a m so f t h ep r o d u c t i o nf a n c t i o n i n ga n d a n a l y z e dt h eo p t i m i z e dp r o g r a m a f t e rt h eo v i o n ，t h er a t eo ft h ee q u i p m e n tp o w e r c o n s u m p t i o no f t h es m n m e r sh a sb e e nd e c r e a s e db y4 3 5 k w h t h es y s t e mi n v e s t m e n th a s b e e nd e c r e a s e db y4 ，0 0 0 ，0 0 0y u a nw h i l et h eu t i l i z a t i o nr a t i oo ft h es u m l l l e r sp r o d u c t i o n e q u i p m e mh a sb e e ni n c r e a s e db y5 2 5a n dt h eu t i l i z a t i o nr a t i oo ft h ew i n t e r sp r o d u c t i o n e q u i p m e n th a sb e e ni n c r e a s e db y1 2 5 t h er e s u l tp r o v e st h a tt h eo p t i m i z e dr e f r i g e r a t i o n s y s t e mi sm o r er e a s o n a b l ea n dm o r ee c o n o m i c a lt h a no r i g i n a lo n e 1 1 l et h e s i si n t r o d u c e dt h ec u r r e n to p t i o n a lr e s e a r c hs i t u a t i o n sa n dt h er e s e a r c ht h e o r i e s a n dt h em e t h o d so ft h eu t i l i t ys y s t e mo fd o m e s t i ca n do v e i s 翻i s ，a n da n a l y z e dt h e a r r a n g e m e n t so f t h er e f r i g e r a t i o ns y s t e mo fs h a n d o n gh e l o na sw e l l 嬲t h ee x i s t i n gp r o b l e m s i tp o i n t e do u tt h ed i r e c t i o na n dg u i d a n c eo fo p t i m i z i n gt h ee q u i p m e n to ft h eu t i l i t ys y s t e mo f h e l o na n dr e d u c e dt h ew o r kl o a d a c c o r d i n gt ot h ed i s t r i b u t i o n a ll i m i t a t i o n so f t h ei n d i v i d u a l r e f r i g e r a t i o ns t a t i o no f h e l o n , i t m a d ea r e a s o n a b l e d i s t r i b u t i o n a lc a l c u l a t i o n o f t h e i n d i v i d u a l r e f r i g e r a t i o ns t a t i o na n dt h ep r o d u c t i o ns y s t e mt om a k et h er e f r i g e r a t i o ns y s t e mw o r kb e t t e r a n do b t a i nag o o df u n c t i o n i n gc o s t b yo p t i m i z i n gt h er e f r i g e r a t i o ns y s t e mp r o g r a m so ft h eh e w nu t i l i t y ，a l le x p e c t e d o b j e c t i v eo f t h ec o m p a n y sr e f r i g e r a t i o ns y s t e md i s t r i b u t i o nh a sb e e na c h i e v e d s o m es y s t e m s o f t h ep r o g r a m sh a v eb e e nr e o r g a n i z e da n df u n c t i o n i n gw e l l k e yw o r d s ：u t i l i w ：p r o d u c t i o n ；r e f r i g e r a t i o ns y s t e m ：o p t i m i z a t i o n i i 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均己在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：数日期逊虐， 大连理工大学专业学位硕士学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用 规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论 文。 作者签名 签五 导师签名：篡垒叁 j 一一 丑t 月型同 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1 绪论 1 1 公用工程系统优化的意义和目的 在经济全球化的浪潮中。能源是经济社会进步的主要物质基础。而我国能源供应长 期不足，严重影响了经济的快速发展。解决能源短缺的战略问题必须下大力气节约能源， 提高资源的利用率。目前，我国主要矿产资源人均占有量不足世界平均水平的一半，我 国人均用电量只有1 0 3 8 k w h ，仅相当于发达国家的十分之一。这就要求我们必须开展能 源节约与资源综合利用。改革开放2 0 年来，在国家关于“能源开发与节约并举，把节 约放在首位”的方针指导下，我国节能工作取得了显著成绩。但是，由于技术落后，能 源利用效率低下，需求增长过快，供需矛盾加剧，逐步制约国民经济健康稳定的发展。 据国家提供的统计数据，2 0 0 3 每生产1 个单位的钢铁，中国比美国要多耗费1 0 的能源， 中国电站与美国比，发一度电要多浪费五分之一的能源。中国能源研究理事会长、煤炭 工业协会会长、工程院院士范维唐说：“我国能源利用效率目前仍然很低，比已发达国 家为主要成员的经济合作与发展组织( o e c d ) 国家落后2 0 年，相差1 0 个百分点；能源 消费强度大大高于发达国家及世界平均水平，约为美国的3 倍、o e c d 国家平均值的3 8 倍、日本的7 2 倍。” 为了能成功应对国内外挑战，顺利实现“十一五”规划和全面建设小康社会目标， 必须高度重视和大力开展节能工作，大幅度提高能源利用效率，保障我国经济社会的可 持续发展。如何提高能源有效利用率是摆在我们面前的一个重要而艰巨的问题。在节能 降耗的工作中企业是节能的主体。其中又以过程工业为代表，它是所有涉及物质转化过 程的工业部门的总称。据统计，我国各种过程工业的总产值占g d p 的6 0 以上，涉及能 源转化、资源利用和环境保护，不仅包括国民经济的一些支柱产业，如：石油、化工、 冶金、能源、材料、食品等，而且也是一些高新技术产业的基础，如：生物、医药、微 电子、纳米材料等。因此，过程工业的发展水平体现了一个国家的综合国力，在某种程 度上是一个国家工业发展水平的标志。 典型的粘胶化工过程系统可以分为工艺过程、换热网络和公用工程三个子系统。以 山东海龙股份有限公司为例，它是以生产粘胶纤维产品为主。工艺过程包括：以棉浆粕 为原料制取粘胶的原液工序；把粘胶成型、烘干、包装的纺练工序；为纺练工序提供粘 胶成型用酸浴的酸站工序。各工序又以公用工程系统为纽带进行相互连结。在各工序中 又各自配备有各种不同规格的换热设备。公用工程系统向各工序提供所需的电力、热能、 工艺蒸汽、各种冷冻水、优质水、循环冷却水等公用工程，并与过程系统和换热网络有 山东海龙公司公用工程设备配置优化研究 机结合，吸收工艺过程中的余热或是稳定物料反应的温度。在粘胶制备的装置中，各种 冷冻水往往是维持化学反应工艺过程参数稳定的重要介质，它又是通过换热装置把工艺 过程中产生的各种废气回收下来，减少生产对环境污染的唯一经济可靠的载体。 另一方面，公用工程系统不仅要面向过程系统提供所需要的各种能源，其本身也是 过程工业中的耗能大户，它的优化设计和节能改造具有很大的节能潜力，因而面对全局 系统的能量利用率和经济性具有重要影响。特别是近几年，随着能源和原材料的不断涨 价，其成本也在快速增长，现在粘胶纤维企业中，公用工程的能源消耗已经占总成本的 3 0 * , 6 3 8 。对于公用工程系统经济合理的利用能源，降低生产成本，己成为整个粘胶工 业乃至整个化学工业的紧迫任务。 随着科学技术的进步，现代化工过程工业装置日趋大型化和联合生产化。特别是在 能源紧张，原材料短缺和环境污染日益加剧的情况下，从能量转化和利用的角度分析， 复杂系统的用能优化，不能简单着眼于局部环节与单台设备的用能效率，因为局部优化 决不等于全局优化。以制冷装置为例，单纯简单地提高单台制冷机组的制冷能力对于整 个供冷网络效果不是很明显，要提高整个供冷网络的整体效率必须着眼于各制冷子系统 中设备的搭配是否合理。要实现最大限度公用工程系统能量综合与优化设计，就必须进 行系统的全局用能优化，才能使整个系统发挥出最佳经济效益，本文的目的就是要对山 东海龙公司公用工程中制冷系统网络进行全局性的优化，合理优化配置公司内部各制冷 子系统的制冷机组，提高设备利用率，增大系统运行可靠性，以提高海龙公司的公用工 程用能效率。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 公用工程系统优化的基本目标 公用工程系统的优化包括对现有系统的最优操作、最优改造和对新系统的最优设计 1 。它们大体上可归纳为两类问题：一是流程结构基本固定的系统参数优化，包括现有系 统操作条件的优化和新系统设计或旧系统改造时对某一结构方案的设计参数和操作条 件的优化：二是系统流程结构优化，包括对新系统的多方案最优综合和对旧系统改造方 案的优化选择。 ( 1 ) 系统参数优化 这类问题一般可归结为线性规划( l p ) 和非线性规划( n l p ) 两种模型。如果各级用冷 点所需冷冻水参数固定，模型一般可归结或简化为l p 问题，可对系统各物流流量的分 配及各单元设备的负荷进行优化；若各级用冷点所需冷冻水参数作为优化变量，模型一 般归结为一个复杂的非线性规划问题，可以对流程结构基本确定的系统进行设计参数和 大连理工大学专业学位硕士学位论文 操作参数的优化 2 - 3 1 。l p 模型比较成熟和简单，但它只是对非线性问题的种近似。n l p 模型更能反映问题的实际情况，而且可用于新系统的设计优化和已有系统的操作优化 【4 5 】。 ( 2 ) 系统结构优化 系统结构优化包括流程方案和操作参数两方面的同时优化，因为结构和参数这两者 是密不可分的，既相互联系又相互制约。 ( 3 ) 整体系统同步最优综合 对整体系统综合问题，传统的分步设计方法是先进行过程系统和各制冷系统的设 计，然后再对各种公用工程的参数和需求量已定的条件下设计所需要的公用工程系统。 这种方法往往难以进行各子系统之间的协调和达到整体最优化。g r o s s 吩n n 等人首先提 出了整体系统联合优化的综合策略，并建立了公用工程系统结构优化的m i l p 模型【6 钉。 但其策略步骤实际上还是分步的，线性化公用工程系统模型也过于简化。朱世才、聂秀 梨9 j 等人提出了先确定连接各子系统的核心决策变量或连接变量，再分别进行各子系统 设计的分解方法；p e t r a c c i t l 0 1 1 】等人的m i n l p 模型只能在过程系统和蒸汽管网的参数固 定时对驱动方案和流量分配进行优化。因此，现有这些模型大都是分步的策略或局部的 优化，其根本原因就是目前对大规模超结构混合整数非线性规划同步联合优化模型的求 解十分困难，甚至是对公用工程本身的结构和参数的同步优化模型也只能做偏重一个方 面的简化。 1 2 2 公用工程系统优化的基本方法 系统综合和能量集成优化的目标是用能费用最小。由于各子系统的复杂性，进行全 局能量集成优化就成了一件繁琐而复杂的工作。以过程工业为例，一般只求解其三个子 系统一工艺过程、换热网络和公用工程系统中的一个或两个。换热网络作为比较单一的 均质系统，已有多种有效的综合方法。对比较复杂的公用工程系统，也己开发出一些比 较成熟的优化方法。但对于工艺过程子系统，由于其流程结构复杂，设备种类繁多，很 难用一种通用方法进行优化综合，以前的研究大多限于改进工艺和单台设备的性能，流 程综合基本凭经验进行，近年来才发展了一些流程综合方法。 系统综合可有几种不同的分类方法，按照系统综合方法的性质可以分为经验规则 法、熟力学目标法和数学规划法。 ( 1 ) 经验规则法：它是应用一些经验积累下来的直观推断规则，剔除一些不可能和 不合理的方案，迅速缩小搜索空间，得到一个较优的结果。这些规则没有经过严格的证 明，但基本上都是正确的。尽管它不能保证一次得到最理想的结果，但可以此为基础采 山东海龙公司公用工程设备配置优化研究 用一些调优规则反复改进方案，得到满意的或近优的结果。这种直观推断调优法是在工 程实际中应用最多，也是最为公用工程系统能量综合与优化设计方法研究成熟的一种方 法，它可以充分发挥设计者的实践经验。随着计算机人工智能技术的发展，这些经验规 则可以形成一个知识库，由此建立起基于知识的专家系统，在一定的推理策略指导下来 进行系统综合。由于对不同的系统对象，经验规则完全不同，因而这种方法通用性差， 亦难于进行不同子系统之间的同步协调综合。 ( 2 ) 热力学目标法：这类方法是基于热力学原理的分析方法，将系统的能耗最少或 能量利用效率最大作为系统综合的一个重要目标。其中有代表性的方法有g o g g i o l i 1 2 1 等人的有效能分析法，华贲 1 3 j 4 】等人的热经济优化综合法，u m e d a ”】等人的有效能图分 组综合法，l i n h o f f 1 6 1 。7 1 8 l 等人的夹点技术与能量集成方法。特别是有效能分析法和夹点 技术法已在实用中取得了巨大的成就，可用于不同系统的优化综合与能量集成。但这类 方法主要追求系统的热力学目标，不能同时考虑能耗与费用之间的同步优化权衡，所得 到的系统流程可能出现明显的不合理方案，需要进一步进行能量松弛和调优。因而这种 分步设计法所得到的最终流程不能保证为全局最优。 ( 3 ) 数学规划法：数学规划法是把系统综合问题归结为一个纯数学的有约束多变量 最优化模型，然后采用适当的算法得到问题的解。对这种方法有人持怀疑态度，主要争 论在于数学规划法需要掌握娴熟的建模技术和必要的算法；对大规模系统综合问题其求 解效率较低；对严重非凸非线性混合离散模型的求解算法尚不成熟，往往只得到局部最 优解；运算过程不透明，无助于对其物理本质的理解。但g r o s s m a n n 等人认为，尽管经 验规则法和热力学目标法已在系统综合中，特别是换热网络综合中取得了巨大进展，但 这些方法既不能提供一个求解不同类型问题的通用结构化方法，一般并不能保证最优； 同时也不能明确的考虑总体系统综合时各子系统之间的相互影响和同步联合优化。采用 数学规划法，特别是混合整数非线性规划法，可回避这些局限性，不仅对不同的系统综 合问题具有通用性，还可以进行各子系统之间的同步联合优化和能量集成，通过对不同 目标的权衡得到最优的系统流程结构和操作参数。这种方法的研究一直与前两种方法并 行发展，特别是由于计算机技术的进步和新算法的开发，对大规模优化问题计算速度将 不再成为最严重的瓶颈环节，因而这种方法越来越引起人们的兴趣。 很多对公用工程系统的优化综合都是通过建立和求解数学模型进行的。以公用工程 系统年总费用作为优化目标时，可以有以下两种情况：简化的公用工程系统模型，即不 考虑公用工程系统的详细结构，只考虑设备以计算公用工程介质成本的模型；复杂的公 用工程系统模型，以实际消耗的动力量为基础，为获得这些数据，必须对公用工程系统 进行详细剖析。 4 大连理工大学专业学位硕士学位论文 n i s h i o 和j o h n s o n 1 9 在1 9 7 7 年首先提出用建立和求解数学模型的方法求解此类问 题，他们编制了采用迭代法求解的线性规划程序，用线性成本估算法计算投资，取得了 良好的节能效果。 g r o s s m a n n 和s a n t i b a n e z 用混合整数线性规划求得了不同形式的蒸汽动力系统设 计方案。1 9 8 3 年p a p o u l i a s 和g r o s s m a r m 对该模型进行了修正，兼顾了公用工程系统热 能优化及蒸汽透平和电机之间的优化选择，使该设计方案更具实用性。 1 9 8 7 年c o l m e n a r e s 和s e i d e r l 2 0 采用非线性规划方法求解实际工业过程中的公用工 程匹配。g r o s s m a n n 等提出了联合优化的超结构法，建立了混合整数线性规划模型，后 来又发展为混合整数非线性规划模型。朱世才提出了联立优化问题的核心决策模型法， 比较严格细致的考虑了网络的设备费用，更接近实际。此后，d o l d a n 【2 1 】等也对同一问题 进行了数学模型分析、使求解所需的时间大大减少。 1 9 9 5 年i i a i a 瞄l 等学者提出了采用模拟退火算法来进行系统的综合分析。他们的这 种方法处理了装置负荷不连续的问题并且使用了不连续的费用函数。 1 9 9 8 年，m a v r o l i i a t i s 和k o k o s s i s 2 3 l 提出了一个崭新的概念性工具一硬件合成。该 方法是建立在描述单一抽气式透平运行情况的总耗汽量曲线和出力图的基础上的。使用 这种工具可以对透平网络进行非常全面的阐述以及达到运行的最优化。 总之，公用工程系统的优化综合问题一般可以归结为线性规划和非线性规划两类模 型。如果各级管网的工艺介质参数固定，模型一般可归结或简化为线性规划，再对系统 各物流流量的分配及各单元设备的容量进行优化；若工艺介质参数也作为优化变量，由 于工艺介质参数计算关系式的复杂性及管网的能量平衡的非线性，模型一般可归结为一 个复杂的非线性问题，再对结构基本确定的公用工程系统进行设计参数和操作参数的优 化。线性规划模型比较简单和成熟，但它只是对非线性问题的一种近似，而非线性规划 模型更能反映实际情况，而且可用于新系统的设计优化和已有系统的操作优化。 国内有些学者也提出了一些分解方法和非线性规划方法。陈元鹏等人提出了以公用 工程系统年总费用最小为目标的非线性规划模型，对既定流程结构的大型乙烯装置蒸汽 动力系统的设备操作参数及蒸汽分配实施最优设计。沈幼庭剀等人提出了确定炼油厂大 型蒸汽动力系统最优改造方案优化方法。尹洪超【2 5 l 等人用遗传进化算法对流程结构基本 固定的蒸汽动力系统参数进行了优化。 山东海龙公司公用工程设备配置优化研究 1 3 本文研究的主要内容及技术路线 1 3 1 主要内容 本文在参考大量的公用工程系统优化文献和继承前人关于公用工程系统的优化研 究成果的基础上，结合本人在山东海龙公用工程专业方面十几年的实践经验和技术水平 的积累，还多次对国内生产粘胶纤维的其它公司的各生产现场及设备配置情况进行调 研，就公用工程系统中( 特别是制冷系统的布局情况) 存在的主要问题与生产现场技术 人员进行了广泛的探讨，积累了丰富的制冷工程系统方面的知识和经验，为本课题的开 展打下了坚实的基础。 本项研究主要开展了以下工作： 国内外公用工程系统改造与网络优化资料的收集分析，典型性公用工程系统改造优 化的案例分析，从而以现代系统理论的观点重新认识和理解公用工程系统优化的基本概 念及其相互关系。 根据山东海龙公司的特点，参照国内外其它粘胶生产企业的实际情况，通过与多家 专业生产厂家和中国纺织设计院的专业工程师们的交流，本着科学、系统、实用的原则， 分析与继承前人关于公用工程系统改造与网络优化方法的研究成果，根据公用工程系统 优化的基本原则，选择确定本文采用经验规则法对海龙公司公用工程中制冷系统进行全 局优化。 本文将通过对山东海龙公司现有制冷系统设备布局情况和各生产分厂的现有制冷 系统的使用情况进行分析，依据近年来公司各制冷子系统设备的运行记录，参照同行业 的设备运行管理水平，结合公司对公用设备管理的总体思路以及公司未来规划发展的需 要，对海龙公司驻地现有制冷设备系统的布局进行整体系统结构综合与运行优化处理。 1 3 2 技术路线 技术路线如图1 1 所示。 6 一 大连理工大学专业学位硕士学位论文 根据生产需要确定公用工程优化的目标 i 海龙公司公用工程现状调查t 锚冷设备配置、系统结构统计汇总，工艺用冷蜃测定 i海龙公司制冷系统存在的主薹问题 i 拟定制冷系统优化改造方囊 图1 1 技术路线 f i g 1 it h e f l o wc h a r t o f t h e t e c h n i q u er o u t e 一7 一 山东海龙公司公用工程设备配置优化研究 2 山东海龙公司公用工程优化的背景 2 1 海龙公司及公司公用工程布局简述 山东海龙股份有限公司于1 9 9 6 年1 2 月2 6 日在深圳证交所挂牌上市，注册资本4 1 1 亿元，总资产3 6 亿元。辖山东博莱特化纤有限公司、山东龙吴化纤有限公司、潍坊康 富特非织材料有限公司、山东海龙进出口有限责任公司、山东海龙工程设计有限责任公 司、山东海龙钢结构工程有限公司。下属六个工业园区：寒亭工业园区、安丘工业园区、 央子工业园区、汶上工业园区、蒙阴工业园区和青岛海阳工业园区。 公司主营粘胶长丝、粘胶短丝、棉浆粕、帘帆布和无纺布。年生产能力为粘胶短丝 1 2 万吨，粘胶长丝8 0 0 0 吨，棉浆粕1 3 万吨，高模低缩涤纶工业长丝6 0 0 0 吨，帘帆布 1 6 万吨，无纺布4 5 0 0 吨，发电超亿度。其中短丝、棉浆粕、涤纶帘子布及帆布生产规 模居国内首位。 公司技术力量雄厚，拥有省级技术开发中心、乙级设计资质的设计工程公司，具有 完善的科研技改、新产品开发体系，建有国内同行业最完备的粘胶纤维、浆粕中试车间， 试验手段及检测仪器日趋完备，吸收和培养了大批优秀的专业人才，并与东华大学、青岛 大学、青岛科技大学、天津科技大学、中国纺织机械( 集团) 有限公司、中国纺织设计 院等科研院所、企业建立了良好的合作关系，共同致力于新技术、新产品、新装备的研 究与研究及市场开拓。在技术开发和推广过程中，公司已培养出由一名博士、6 名硕士、 1 2 8 名本科生组成的开发团队。已成功开发科技含量和附加值较高的高白度纤维、阻燃 纤维、高湿模量纤维、保健型纤维和高聚合度浆粕等十几个品种，并通过山东省科技厅 鉴定。其中保健型纤维达到国际领先水平，高湿模量纤维、阻燃纤维等四个品种填补国 内空白。承担完成的“九五”国家重点科技攻关项目“年产2 万吨粘胶短纤维工艺与设 备研究”荣获山东省科技进步一等奖。公司被国家科技部认定为高新技术企业，被国家 纺织产品开发中心认定为功能性粘胶产品开发基地。 公司拥有较强的经营管理人才队伍和专业技术人才队伍，现有工程技术人员4 0 0 人。 其中博士生1 名，硕士生1 7 名，高级职称2 4 名，中级职称1 7 5 名。 公司主导产品海龙牌粘胶纤维系列已通过i s 0 9 0 0 1 质量管理体系、i s o l 4 0 0 1 环境管 理体系和o h s a s l 8 0 0 1 职业健康安全管理体系认证，并通过o e k o - t e xs t a n d a r di 0 0 纺 织品环保标准认证；神龙牌帘帆布系列通过i s 0 9 0 0 1 质量管理体系认证，在国内外均享 有较高的知名度和良好的信誉，产品销往东南亚、韩国、欧盟、中东、南美等二十几个 国家和地区。 8 大连理工大学专业学位硕士学位论文 今后几年，公司将按照“横向拓宽产品域、纵向拉长产业链”的发展思路，充分发 挥产品、技术、管理和人才优势，在差别化再生纤维素纤维、非织造布、帘帆布、化工 等领域谋求更大的发展，培强做大山东海龙，到2 0 0 9 年销售收入达到5 0 亿，把公司建 设成经济规模合理、产品结构优良、管理和技术先进的多元化、综合性大型企业，跻身 于世界同行业先进之列。 山东海龙公司的前身是潍坊化肥厂，由于设备落后又逢市场不景气，生产不能正常 运行，从1 9 8 2 年开始转产粘胶纤维产品。公用工程的建设亦是依托化肥厂的原有公用 工程，配套建设了1 0 冷冻站。随着生产线的不断增加而又相继地扩建起来了矿、3 。冷冻 站。在海龙公司的发展过程中，历任领导班子对海龙公司主业粘胶纤维都有明确的、周 密的、系统的发展规划，但对相配套的公用工程系统而言，没有一个完整的发展计划， 从而形成了粘胶长、短纤维和棉浆粕的生产规模适应市场的需求，布局科学合理，始终 走在同行业前头的局面。超前的发展意识使得山东海龙经过十几年的发展已是全国粘胶 行业的排头兵，生产规模、产品质量和新产品开发能力等方面位列全国第一。而公用工 程的布局、规模却始终没有形成一个完整合理的发展规划，致使四个冷冻站相对生产线 是合理的，但对全公司的公用工程总体布局不尽科学，它们分布在公司寒亭工业园区内 的不同方位。各制冷系统之间没有联系，形成了各自为政、老死不相往来的局面；四个 冷冻站分别隶属于四个生产分厂，管理机构各成体系。 各生产分厂及冷冻站布局如图2 1 所示。 一9 一 山东海龙公司公用工程设备配置优化研究 图2 1 各生产分厂及冷冻站布局 f i g 2 1d i s t r i b u t i o no f p r o d u c tb r a n c ha n dr e f r i g e r a t i o ns t a t i o n s 山东海龙公司的粘胶生产基地主要集中在寒亭工业园区内，从1 9 8 2 年转产以来， 先后上马了四条粘胶短纤维生产线、一条粘胶长纤维生产线、两条棉浆粕生产线、一条 二硫化碳生产线。随着各生产线的建设投产，共配套建设了四个冷冻站，在九十年代初 期，二硫化碳生产线及其配套的公用工程停产，经过改造后由其它冷冻站提供二硫化碳 车间冷冻水进行二硫化碳的精制；公司于2 0 0 7 年将再扩建一条中等规模的试验线，拟 再增加一个冷冻站。 各冷冻站制冷工况如表2 1 表述。 表2 1 各冷冻站制冷工况 t a b 2 1r e f r i g e r a t i o nc o n d i t i o n so f e v e r ys t a t i o n 站号制冷工况 1 4 冷冻站 2 。冷冻站 3 。冷冻站 4 。冷冻站 一8 冷冻水 一8 冷冻水和0 冷冻水 - 8 冷冻水和o 冷冻水 一8 冷冻水和0 冷冻水 大连理工大学专业学位硕士学位论文 各冷冻站设备配台及制冷能力如表2 2 表述。 表2 2 各冷冻站设备配台及制冷能力 t a b 2 2e q u i p m e n to f m a c h i n e sa n dr e f r i g e r a t i o nc a p a c i t i e so f e v e r ys t a t i o n 各冷冻站供冷范围现况如表2 3 表述。 表2 3 各冷冻站供冷范围 t a b 2 3s u p p l yr e f r i g e r a t i o nl i m i t so f e v e r ys t a t i o n 站号制冷范围 1 4 冷冻站 2 。冷冻站 3 。冷冻站 4 令冻站 供短纤维生产1 。、2 # 线及长纤维生产线一8 冷冻水 供短纤维生产3 # 线_ 8 冷冻水和0 冷冻水 供短纤维生产矿线一8 冷冻水和0 1 2 冷冻水 供试验生产线一8 c 冷冻水和0 1 2 冷冻水 各生产线用冷量如表2 4 表述。 山东海龙公司公用工程设备配置优化研究 表2 4 各生产线用冷量 t a b 2 4r e f r i g e r a t i o nl o a do f e v e r yp r o d u c tl i n e 生产线 用冷量( k w h ) 冬季夏季 2 2 现阶段山东海龙公司公用工程存在的问题及已采取的措施 2 2 1 现阶段海龙公司公用工程存在的问题 前节已提到四个冷冻站分别隶属于四个生产分厂，管理机构完整，人员配备齐全。 人员的管理、设备零配件的储备、设备的大中小检修都是各自单位负责。在夏季生产中， 各冷冻站设备开台率基本合理，但在春秋季、冬季生产中就存在着严重的设备开台浪费 问题。各制冷系统设备制冷效率有的不足4 0 ，冷冻水的循环量达不到经济流量，但为 了保证工艺生产的需要，必须2 4 小时运行，不仅浪费了大量的能源，而且多消耗掉部 分机物料和设备零配件。从安全角度来讲，为保证设备的正常运行，工作人员必须坚持 在岗位，又造成大量人力资源的浪费。在夏季生产中，各冷冻站制冷系统基本都是满负 荷运行，个别制冷系统种制冷机组若出现多台非计划停机，将影响到相对应的生产系统 工艺参数的控制，严重时将造成生产线的停产。而四个冷冻站相互之间的协调系统不完 善，无法进行各系统之间的冷量调节。具体数据如下。 各冷冻站冬季、夏季制冷机组运行情况如表2 5 表述。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 表2 5 各冷冻站冬夏季制冷机组运行情况 t a b 2 5 ，撕c h i l l e r so p g l d t e dc o n d i t i o no f e v e r ys t a t i o ni ns u m m e ra n dw i n t e r 综合以上各表，在冬季生产中： l 。冷冻站制冷机组开台率为5 0 * , 6 ，而供给制冷机组冷却用的冷却水泵( 功率为5 5 k w ) 、 给工艺分厂进行换热用的载冷剂( 冷冻水) 泵( 功率为7 5 k w ) 等附属设备必须投入运行， 冷冻水流量和循环冷却水流量只有夏季供出量的4 0 0 , 6 左右。 2 。冷冻站- 8 c 冷冻水系统制冷机组开台率为5 0 ，冷冻水流量和循环冷却水流量只 有夏季供出量的5 4 左右。循环冷却水泵功率为4 5 k w ，冷冻水供出泵功率为7 5 k w ，冷冻 水站内自循环泵功率为4 5 k w 。 2 4 冷冻站0 c 冷冻水系统制冷机组开台率为3 7 ，冷冻水流量和循环冷却水流量只有 夏季供出量的3 8 左右。循环冷却水泵功率为5 5 k w ，冷冻水供出泵功率为4 5 k w ，冷冻水 站内自循环泵功率为4 5 k w 。 3 j 令冻站8 冷冻水系统制冷机组开台率为5 0 9 6 ，冷冻水流量和循环冷却水流量只 有夏季供出量的5 3 左右。循环冷却水泵功率为5 5 k w ，冷冻水供出泵功率为7 5 k w ，冷冻 水站内自循环泵功率为5 5 k w 。 3 。冷冻站0 c 冷冻水系统制冷机组开台率为3 7 5 ，冷冻水流量和循环冷却水流量只 有夏季供出量的4 0 左右。循环冷却水泵功率为5 5 k w ，冷冻水供出泵功率为7 5 k w ，冷冻 水站内自循环泵功率为5 5 k w 。 4 。冷冻站一8 冷冻水系统制冷机组开台率为5 0 ，冷冻水流量和循环冷却水流量只 有夏季供出量的4 4 左右。循环冷却水泵功率为5 5 k w ，冷冻水供出泵功率为5 5 k w ，冷冻 水站内自循环泵功率为5 5 k w 。 。 山东海龙公司公用工程设备配置优化研究 4 。冷冻站o c 冷冻水系统制冷机组开台率为5 0 9 6 ，冷冻水流量和循环冷却水流量只有 夏季供出量的6 0 左右。循环冷却水泵功率为5 5 k w ，冷冻水供出泵功率为7 5 k w ，冷冻水 站内自循环泵功率为5 5 k w 。 从以上数据中可以看出，在冬季生产运行时，如何有效地调度各冷冻站之间的设备 开台量，提高制冷机组利用率，提高能源的利用率，减少机物料消耗和备品备件的消耗， 必须从海龙公司全局上对各制冷系统进行的优化。 在夏季生产运行中，3 # 冷冻站设备开台率只有6 5 ，存在设备配置偏高现象。其他 各冷冻站开台情况基本在合理范围之内。 其次，各冷冻站隶属于不同生产分厂，都是车间编制，分别设置有车间主任、技术 员、工段长、班长；运行人员的运行方式为四班三运转，各冷冻站均设有保全维修班。 人员如下： 1 # 冷冻站运行班组每班4 人，保全维修人员7 人； 2 # 冷冻站运行班组每班4 人，保全维修人员8 人； 3 # 冷冻站运行班组每班3 人，保全维修人员6 人； 4 # 冷冻站人员待定。 与此相比，河南新乡粘胶化纤公司在企业的总体发展过程中，不仅对生产线的布局 有长远的规划，对与之配套的各公用工程的规模、布局也能做到科学合理。新乡化纤公 司有两个大的工业园区，在这两个工业园区内，各工序单元集中布置，统一领导管理。 如生产纺丝粘胶的原液工序、纺丝工序、制备纺丝用浴液的酸站工序以及提供冷冻水的 各冷冻站，均集中布置管理，分别成立原液分厂、纺丝分厂、酸站分厂和动力分厂。所 有公用工程均隶属于动力分厂管辖，而且每一期工程的冷冻站均集中建设在一起，集中 管理，集中操作。同品种生产线的同工序之间能相互补充，通过生产工艺的调节能够最 大限度地发挥系统的能力：灵活的人员调配能够充分调动所有人员的工作积极性、提高 所有工作人员的工作效率，减少了人员的配置浪费，机物料的使用、备品备件的储存量 也能做到最低。 仁者见仁，智者见智，对于工艺车问的整合问题，国内各粘胶生产公司都有各自的 见解和主张。相同的工艺车间集中在一起，对于车间来讲便于管理，便于相互补充，能 够最大限度地发挥各生产线设备的生产能力，降低生产成本，减少非计划停车的次数， 保证工艺参数及生产的顺利进行。但是，现如今的各大粘胶生产企业经过多年的发展， 在原设计时工艺设备的生产能力经过技术改造后基本达到甚至已经超过了原定能力目 标，目前相同车间的整合所能达到的目的主要是保证生产线的正常运行和安全运行，对 于降低能源的消耗作用不大。 1 4 大连理工大学专业学位硕士学位论文 粘胶纤维生产过程是一个连续性的流程式劳动密集型生产工艺，各生产环节联系密 切，上下工序的衔接要求高。生产过程中，主要工作量集中在协调各工艺生产工序之间 原料供给量、半成品储备量和产品生产量上。相同的工艺车间集中在一起形成的工艺分 厂，在各工艺分厂之间的生产协调就会形成时间差，从而影响到整条生产线工艺的稳定； 而把粘胶生产过程中的各工艺车间集中在一个生产分厂内部管理，统一在一套管理机构 之下，相对而言管理效率上能够保证，更能稳定工艺生产。 但是，对于公用工程来说，各生产线的冷冻站集中管理，各制冷系统能相互联系互 为备用，系统中的制冷机组也能互为备台。在设备管理方面，不仅能够灵活地进行生产 调度，最大的优点是能够把公用工程中制冷系统总的能耗降到最低，提高设备的利用率， 为流程生产线提供安全、稳定的各工况冷冻水。 2 2 2 公用工程系统已采取的措施 在4 冷冻站未列入海龙公司发展计划之前，公司领导就因1 。冷冻站已近大修年限而 进行过一系列相关的技术讨论工作。我作为海龙公司暖通专业的专业工程师，具体负责 了此项技术工作的前期调研、数据收集以及初步方案的制定和甄选工作。 1 。冷冻站从1 9 8 2 年投入运行已经2 0 多年了，部分设备、管路已存在严重的安全隐 患，虽经多次停车小修，并未从根本上解决问题。2 0 0 5 年初，随着3 4 冷冻站的投入使用， 原设计中的一万吨高湿模量纤维工程项目的延期开工，致使3 。冷冻站的设备配台数量明 显变大，设备利用率低，存在严重过剩现象。为了对l 。冷冻站进行大修，海龙公司决定 对全公司的工艺用冷情况进行排查，组织了生产处与暖通专业的专业技术人员进行制冷 专业的技术改造。经过近半年的时间对各分厂的工艺用冷情况、各分厂所属冷冻站的制 冷能力进行排查、摸底，最终确定了1 铃冻站的大修与短纤维生产l 。、2 。线的年度大修 同时进行。由2 、3 。冷冻站的供短纤维生产3 。、4 。线及长纤维生产线工艺用冷分配方案 也相应制定下来，并在1 冷冻站和短纤维生产1 、2 。线两者大修之前完成对矿、3 。冷冻 站的供冷设备及管路的改造工作。 具体的改造方案是：在1 。冷冻站进行大修期间，2 。冷冻站的一8 冷冻水系统制冷机 组改造后全部供给长纤维生产线工艺用冷，0 冷冻水系统不动，依然供短纤维生产3 线使用；短纤维生产3 。线所需的一8 冷冻水调到3 。冷冻站，由3 。冷冻站负责供给短纤维 生产3 。线、短纤维生产4 。线工艺所需的一8 冷冻水以及短纤维生产4 饿工艺所需的0 1 2 冷冻水。在各冷冻站进行设备改造的同时，对部分室外综合管网进行了变动，增加了 冷冻站供长纤维生产线的供回水管路，3 。冷冻站供短纤维生产3 。线的供回水管路。原有 的管路只做部分维修和更换，并在各供冷系统管路上增设调节阀，便于灵活切换使用。 山东海龙公司公用工程设备配置优化研究 改造后各冷冻站室外管网布局如图2 2 所示。 图2 2 改造后各冷冻站室外管网布局 f i 晷2 2o u t s i d ep i p en e t w o r k s d i s t r i b u t i o no f