量化操作工艺与企业数字化管理.doc

量化操作工艺与企业数字化管理 江苏凯茂石化科技有限公司 李洪伟 通化化工股份有限公司 孙胜宝化工生产过程控制、安全生产监控、能源及企业管理即将迈向数字化领域。为了适应现代网络化管理趋势发展，首先要将本单位的生产过程全部因素量化、管理环节统计、计量标准化。通化化工股份有限公司的合成氨生产各车间、工段于2011年开始实施技术改造，对生产过程实施DCS、ESD控制，企业首先启用局域网络在行政职能办公室、财务、生产、安全环保等部门使用。2013年又实行了企业数字化管理，采用了“通化化工合成氨工艺数字化管理系统”应用软件。哈尔滨巨业化工有限公司于2000年全面实施生产数字化量化操作工艺管理，2012年5月开发了“哈尔滨巨业公司安全标准化管理”应用软件，提高了企业管理效率。本文以5万吨的甲醛装置为例展开了节能减排技术改造能耗计算与余热利用应用计算。2013年4月21-27日笔者到江西、上海、江苏等地，对我国现有低品质能源利用设备进行了调研和考察，得到了厦门高谱科技有限公司、无锡市鑫福压缩机设备有限公司、江西华电电力有限责任公司、上海齐耀动力技术有限公司、南通宝驹气体发动机有限公司的技术支持。同时也向提供基础数据的山东荷泽春润化工有限公司、荷泽木业有限公司、吉林森工通化胶粘剂分公司、山东济南圣泉集团股份有限公司等单位表示致谢。一、生产系统热能消耗计算 新编甲醛生产书中P.500-511页，对年产6万吨的甲醛装置进行了物料和热能衡算。以此为依据，5万吨甲醛装置统一按年工作300天，37%甲醛的产量瞬时为6.9444t/h，原料单耗444.651kg/t为基数，计算如下：反应式：CH3OH+1/2O2 = CH2O+H2O -1.556105kJ/kmol (1)CH3OH = CH2O+H2 +8.809104kJ/kmol (2)CH3OH+O2 = CO+2H2O -4.000105kJ/kmol (3)CH3OH+3/2O2 = CO2+2H2O -6.843105kJ/kmol (4)CH2O + 1/2O2 = CHOOH -2.713105kJ/kmol (5)CH3OH+H2 = CH4 +H2O -1.160105kJ/kmol (6)注：以上反应热数据是在反应物110，3kPa气态；生产物状态为25，3kPa气态所得数据。1、 尾气循环法工艺预热能耗计算原料甲醇、空气、水温度20；尾气返回温度30；生产物状态为160。1.1蒸发器加热需要的热量（甲醇进料温度20） 原料甲醇加热及蒸发总热能 3.6575106kJ/h， 即0.5267106kJ/th，折合消耗蒸气（392.28kPa表压水蒸汽热焓值2746kJ/kg） 191.806kg/t 37%甲醛。 1.2 空气预热需要的热量（空气进口温度20） 预热到47时需热能1.4008105kJ/h，即0.2017105kJ/th，折合消耗蒸气（392.28kPa表压） 7.345kg/t 37%甲醛。过热器加热（从47升温到110） 1.3 尾气预热（尾气入口温度30）预热到110时需热能3.2685105kJ/h，即0.4707105kJ/th，折合消耗蒸气（392.28kPa表压） 17.14kg/t 37%甲醛。 1.4 甲醇、空气过热用热能6.2133105kJ/h，即0.8947105kJ/th，折合消耗蒸气（392.28kPa表压） 32.583kg/t 37%甲醛。 5万吨甲醛装置，每小时消耗热能47.2685105kJ/h，需用蒸气1721.36kg/h，折合生产每吨37%甲醛的反应前工艺预热需耗蒸气247.88kg/t。二、节能减排数字化管理节能量，节能减排形式，合同能源管理是合同能源管理咨询师、节能量审计师、能效评估师相关专业的工作。总工程师和节能技术主管负责人，能源管理经理、动力能源经理、运行工程师、再生能源技术人员必须掌握本企业、本岗位、本单元的能源消耗类别，消耗总量和单位能耗情况。例如，5万吨甲醛装置的蒸汽消耗节能量计算如下： 1、采用尾气循环法高浓度配比四元气量化操作工艺，从尾气风机频率为“0” 到将尾气循环量开至相对最大（75kw电机，额定风量64.9m3/min，出口压力按39.8kPa计算，变频频率40Hz）的同时退配料蒸汽流量从307kg/t减止87kg/t时，氧温控制不变条件下，可节约配料蒸气220kg/t（37%甲醛计）。备注：尾气量的提高，增加尾气罗茨鼓风机的电功率33.1kw，折合新增吨电耗4.77kwh/t。尾气量的提高，增加了尾气预热蒸汽的消耗。尾气量的提高，减少了配料蒸汽过热蒸汽的消耗。节约的220kg/t蒸汽可多供低压饱和蒸汽发电16.1kwh/t（螺杆发电机能耗参数13.68kg/kwh）。减去尾气风机能耗增量因素，实际节约了电能16.1kwh/t-4.77kwh/t=11.77kwh/t。 2、按上述1操作获得反应生成的是52%高浓甲醛，若需要37%甲醛，可继续对第三吸收塔多加水220kg/t，通过后级导入前级的办法，保持第一吸收塔底部甲醛水溶液浓度为37%甲醛。备注：吸收系统增加了220kg/t的工艺添加水，形成的塔温降低需要分别计算（以氧化器出口产物气170为例，一塔低温80），一三塔总量温度下降了6的，也降低了冷却环节的能耗。 3、甲醇蒸发热由蒸汽型改为氧化器下段或甲醛溶液余热利用型，可节约系统蒸气191kg/t（37%甲醛计），多供低压饱和蒸汽发电13.96kwh/t。 4、末级塔顶尾气通过列管换热（一塔甲醛溶液），带走溶液热量的同时提高了尾气温度，有利于提高尾气燃烧温度预热到60。取消蒸汽预热可节约蒸汽量6%，约20kg/t可多发电1.5kwh/t。备注：此办法对降低一塔的甲醛温度有一定效果。 5、空气通过列管换热（一塔甲醛溶液），带走溶液热量的同时提高了空气温度，省了预热空气蒸汽耗用量。节约蒸汽量44.5%，约14.6kg/t可多发电1.1kwh/t。目前尾气处理锅炉的蒸气产量在331.09kg/t，氧化器废锅自产蒸气为370.3kg/t,系统总产汽量701.39kg/t(37%甲醛计)。反应前工艺预热消耗蒸汽247.88kg/t，配料用汽307kg/t，系统结余蒸汽146.51kg/t。若原装置系统废锅自产蒸气车间生产不平衡的话，尾气处理锅炉的蒸气差量进入低压饱和蒸汽发电机组，多余蒸汽仅能发电10.71kwh/t。经节能量规划计算，节约的蒸汽量：220kg/t+191kg/t+20kg/t+14.6kg/t =445.6kg/t （吨甲醛蒸汽节约总量）可多发的电量：445.6kg/t 13.68kg/kw=32.57kw/t (折合的吨甲醛节能发电量)通过能源规划利用的优选方案实施技术改造，增加发电32.57kwh/t。低压饱和蒸气系统的总发电能力可实现为：10.71kwh/t（规划前） +32.66kwh/t（规划后）= 43.37kwh/t（吨甲醛余能发电量）43.37kwh/t6.944t/h=301.1kw/h即，5万吨尾气法甲醛装置的发电功率可达300kw。三、其它节能减排挖潜方案企业能源的使用和回收利用应作出科学合理分配、规划。有条件地逐步实现计算、检测、自动计量和监控。主要对象是上下水、空气、蒸汽、原料、成品及副产物，依据温度、流量、压力，并精确地将空气、水等物料的热、能、焓换算后得出结果值。以甲醛企业为例，可以进一步挖潜的存在如下单元： 1、锅炉烟道气余热回收； 2、甲醛溶液热能利用； 3、蒸汽排污水热能利用；4、氧化器上下段散发热的利用；5、氧化器废锅热效率提高的改进；6、尾气处理锅炉炉膛结构与热效率提高的改进；7、余热发电机能效的提高。本文仅起到指导作用，各企业应根据本单位的实际情况开展有效的节能工作。四、能源管理的实施为落实 “十二五”节能减排目标，国家出台了 关于加快推行合同能源管理促进节能服务产业发展的意见、合同能源管理财政奖励资金管理暂行办法，根据国家财政部和发改委对节能技术改造项目及合同能源管理项目的节能量进行专项核查的通知要求，发挥国家财政资金的引导作用和杠杆作用，建立了能够充分调动企业节能积极性的节能长效机制。企业没有资金实施节能改造的，可以通过中介方实行合同能源管理来实施能源项目管理。按每发电1kwh消耗标准煤327kg折算，300kw机组年节约标煤量：300kwh24h300327kg/kwh10-6=706t政策性CO2碳排放减排补贴标准，按节约标煤300元/t计算，可获得的奖励资金：300元/t706t=21.18万元 。合同能源管理是发达国家普遍推行的、运用市场手段促进节能的服务机制。节能服务公司与用户签订能源管理合同EMC，为用户提供节能诊断、融资、改造等服务，并以节能效益分享方式回收投资和获得合理利润，可以大大降低用能单位节能改造的资金和技术风险，充分调动用能单位节能改造的积极性，是行之有效的节能措施。如何合理有效地进行节能量测量、计算、检测和验证，以有效明确节能效益分享，规避节能项目实施风险，是增加项目第三方融资信任度的重要因素，同时还是实施合同能源管理最核心的项目环节和必须掌握的方法。笔者考察的尾气发电机、螺杆发电机两家企业，均可以委托第三方实施甲醛尾气余热利用发电项目的“合同能