降低聚乙烯装置产品氮气消耗

1、QC成果材 料 降低聚乙烯装置产品氮气消耗单 位 名 称 *石化股份有限公司 QC小组名称 2PE第一QC小组 申 报 时 间 2006 年 5月 *石油化工股份有限公司有限责任公司目录1. 装置概况22. 小组概况23. 选题理由44. 现状调查25. 确定目标值76. 原因分析77. 要因确认98. 制定对策129. 实施1310. 效果检查 1811. 巩固措施 2412. 遗留问题及今后的打算 2413. 附件 2514. QC成果认证表 26一、装置概况*石化公司20万吨年聚乙烯装置系引进美国联合碳化公司(简称UCC)的专利技术低压气相法全密度聚乙烯工艺(Univation工艺)，该

2、工艺以乙烯为原料、丁烯或己烯为共聚单体，氢气为链转移剂，采用UCC的专利催化剂，在气相流化床反应器中反应聚合，生产高、中、低密度的聚乙烯树脂。装置开车三年来，已生产了多种牌号的聚乙烯产品，取得了良好的经济效益和社会效益。但装置产品能耗与国内同行先进水平相比仍有一定差距，为此2004年车间成立专题QC小组，试图降低产品能耗，从而达到进一步增效的目的。考虑到氮气消耗与同行差距最大，于是小组首先从降低装置产品氮气消耗入手积极展开一系列活动。二、小组概况 小组简介见表1: 课题名称降低聚乙烯装置产品氮气消耗课题类型攻关型组长小组名称2PE第一QC小组成立时间2002年12月活动时间2005年12006

3、年3月课题登记号0301001005巩固时间2006年13月成员数11小组注册编号03-02-0008-02活动频次12次/月TQC教育时间48小时/人备注 课题为“降低LLDPE产品乙烯单体单耗”的QC小组获江苏省优秀QC小组称号 课题为“提高聚乙烯新装置DFDA-7042产量”的QC小组获国家优秀QC小组称号课题为“提高聚乙烯装置YLF-1802产量”的QC小组获江苏省优秀QC小组称号表1 制表人：张跃进小组成员简介见表2 序号姓名职务性别年龄文化程度小组分工接受TQC教育程度1*副厂长男37本科指导B级2*主任男35本科组长B级3*质量工程师男40本科副组长B级4*工艺主任男32本科工艺

4、负责B级5*设备主任男42本科设备负责B级6*生产主任男35本科技术负责C级7*设备员男37大专对策实施C级8*工艺员女31大专数据处理C级9*工艺员男42高中对策实施C级10*工艺员男35本科对策实施C级11*工艺员女26本科资料分析C级表2 制表人：张跃进活动期间收集合理化建议:9条 采纳8条 采纳率88.9%合理化建议一览表见表3。序号建议内容建议人建议时间是否采纳1加强人员培训,优化精制床再生方案石海涛是2优化精制床再生周期是3提高精制床再生温度否4通过技术比赛，提高操作人员的技术水平是5及时更换泄漏阀门是6优化工艺操作指标，严肃工艺纪律，严格按工艺指令操作是7把好检修质量关是8稳定装

5、置运行，减少非计划停车是9加强原料质量监测，把好原料质量关是表3 制表人：张跃进三、选题理由 课题来源： 本课题来源于聚乙烯装置生产一线，效益的最大化是我们永远的追求目标，尤其是市场经济竞争日趋剧烈的今天，降低装置产品能耗，意味着为企业增加效益，为此组织课题组进行攻关。厂部指标要求2005年度装置产品能耗比2004年度降低5%。进一步节能增效的需要国内同类装置产品的氮气消耗达到80Nm3/t工艺生产过程中还有潜力可挖降低2PE装置产品氮气消耗图1 选题理由 选题理由：四、现状调查装置开车以来，由于精制床再生、装置非计划停车、设备检修等原因，导致装置产品氮气消耗一直高于国内同行先进水平。为了降低

6、装置产品的氮气消耗，进一步提高装置的经济效益,车间决定组织攻关，首先对2004年9-12月份装置产品的氮气消耗情况进行了统计。2004年9-12月份装置氮气消耗情况统计表4：月份实际产量(t)总氮气消耗量(KNm3)设备检修 (KNm3) 非计划停车(KNm3) 精制床再生 (KNm3)922864220912/36010210401793/1001123752204011/1201222737191010/80总计90393795233100560表4 制表人：*这4个月中，装置产品的氮气消耗为：7952100090393=88Nm3/t。装置产品设计氮气消耗为80Nm3/t,则4个月中多消

7、耗的氮气量为，总氮消耗量-设计消耗量=7952-9039380 KNm3。QC小组通过调查分析2004年9-12月份4个月中氮气消耗的数据，氮气消耗比设计值大的主要因素有以下几点：1. 精制床层再生这4个月中，精制床层再生消耗氮气达560 KNm3，占多消耗氮气总量的：560720.56=77.72%。2. 反应器停车装置发生非计划停车，需要氮气进行置换等，从而多消耗氮气约100 KNm3，占多消耗氮气总量的：100720.56=13.88%。3. 设备检修装置每月都有动设备或静设备需要检修，检修前后需要用氮气进行置换，有些设备处于备用状态时还需要用氮气进行密封，这部分氮气累计约33KNm3，

8、占多消耗氮气总量的：33720.56=4.58%。2004年9-12月份氮气消耗超标的因素频数统计见表5。装置氮气消耗超标的因素频数（超标氮气量KNm3）累计频数（超标氮气量KNm3）累计百分比（%）精制床再生560560装置停车100660设备检修33693其它100合计表5 制表人：*绘制排列图如下：设备检修精制床再生其它装置停车300 KNm345015077.72%98.86%91.60%600累积频数100%750图2： 影响氮气消耗超标因素排列图由排列图可以看出，在影响氮气消耗超标的各种因素中，精制床再生引起的超标量占总超标量的77.72%，因此，我们确定影响装置氮气消耗超标的主要

9、问题是精制床层再生。五、确定目标值1. 确定目标值本小组将目标定为将装置产品氮气消耗下降5%，即由攻关前的88 Nm3/tNm3/t。2. 目标值可行性分析1) 装置设计产品氮气消耗指标为80 Nm3/t；2) 厂部要求本装置2005年度产品氮气消耗必须下降5%，即由攻关前的88 Nm3/tNm3/t；3) 国内同类装置(如天津石化LLDPE装置、茂名石化全密度聚乙烯装置等)能达到设计要求，即80 Nm3/t；4) 在工艺操作条件的优化上仍有潜力可挖。六、原因分析为了找出反应负荷偏低的主要原因,小组全体成员运用头脑风暴法,集思广益,从人员、设备、物料、方法及环境五个方面共找出10条末端原因，绘

10、制因果图如图4:七、要因确认 根据因果图进行要因确认见表6:序号末端因素验证方法验证分析验证标准是否要因确认人时间1岗位培训不足现场调查新员工多,52名岗位操作人员中28人2000年以后才进厂，新员工技术素质不高。制订相应培训计划，通过培训可以得到提高。通过班组日常培训、车间集中培训等方式可使新职工达到中级工水平，因此该因素不是要因。否2操作不够尽心现场调查员工的节能意识不够强，通过加强教育可以得到改进。通过教育和绩效考核等措施，可以达到装置达标标准145 kgEO/t。否3管理不到位现场调查车间领导及职能组能够良好行使职责，管理措施能得到落实。通过实行绩效考核、落实问责制等措施，可以保证管理

11、到位，因此该因素不是要因。否4再生加热器故障现场测试再生加热器E-2114加热温度波动较大，在高温（320）加热时，因波动幅度过大超过加热器本身保护值（340），引起加热器保护停车。干燥器再生过程中，氮气加热器停车会导致精制床降压急剧下降，从而达不到再生目的，因此再生必须重新开始，从而浪费大量氮气，因此该因素是要因。是5阀门泄漏现场调查阀门泄漏，会导致少量氮气泄漏。阀门泄漏虽然会导致少量氮气泄漏，但可通过及时更换阀门、加盲板或堵头等解决，因此该因素不是要因。否6原料杂质含量高现场调查原料杂质含量高会增加精制床负荷，影响精制效果和再生周期。原料杂质含量，会直接影响到精制效果，并对床层再生周期产生

12、影响，因此该因素是要因。是7仪表风带水现场调查仪表风带水，在冬天会影响阀门动作，从而影响再生过程的进行。通过提高供风质量和勤排水等措施，可不使床层再生中断，因此该因素不是要因。否*8工艺参数调整不合理试验1. 脱一氧化碳床再生过程中，增加O2/RN,会增加再生效果，从而可以缩短再生时间，达到节省氮气的目的；详见1回归分析方法表述。2. 床层再生过程中，部分步骤不合理，影响了再生氮气的消耗。目前大多数精制床层再生周期和再生程序不够合理和优化，在一定程度了影响了装置产品氮气消耗，因此该因素是要因。是游忠林9电网波动现场调查电网波动可造成再生加热器,从而使再生过程中断，但目前未发生此现象,且为外因,

13、为不可控因素。电网波动是外因，不可控，但车间可通过各种停电事故预案的实施减少和预防此类现象的发生，因此该因素不是要因。否张跃进10气温现场调查气温会影响阀门动作等，但采取简单手段就能解决。气温对阀门动作的影响可通过保温、加电伴热等手段加以解决，因此该因素不是要因。否石海涛表6 制表人：81：脱一氧化碳床再生过程中，使用仪表风（空气）加载在再生热氮气中的方法进行，氧气浓度越高，催化剂氧化反应越剧烈，催化剂完全氧化需要的时间就越短，但如氧气浓度过高，会造成氧化反应太剧烈，从而使精制床温度太高，当超过联锁温度（220）时，ESD会触发，仪表风阀会自动关闭，再生必须重新开始。由于再生氮气中氧气的浓度与

14、精制床温升速度之间没有直接的计算关系，因此，我们通过试验来分析它们之间的相关性。试验于2005年3月4日开始再生乙烯脱一氧化碳床，当床层温度达到140后，开始在热氮气中加载仪表风氧化催化剂，每隔1小时，设置1个仪表风加入量，此时在不改变加热氮气流量的情况下必对应一个一氧化碳浓度，考察精制床温升速度，取得30组数据见表7。变量序号CO加入量(Kg/h)再生氮气中CO浓度(V%)温升速度(/h)备注XY124226328430532634736838940104211441246134814501552165417561858196020622164226623682470257226742776

15、287829803082合计平均表7 制表人：*根据相关因素公式：其中 计算得相关系数r=0.99560,为强正相关作XY坐标图如图5，图示直观显示再生氮气中一氧化碳浓度与精制床温升速度值为正相关。因此工艺参数调整不合理是主要原因。02.010.00777789再生氮气中CO浓度X% (V/V)精制床温升速度Y(/min)图5 绘制人：*通过以上分析,本小组得出结论：床层再生用氮超标的主要原因如下:(1) 再生加热器故障；(2) 原料杂质含量高；(3) 工艺参数调整不合理。八、制定对策根据以上主要原因，我们制定对策表如下：序号要因对策目标措施负责人完成日期地点1再生加热器故障解决再生加热器故障

16、。能满足再生加热需要，因加热器故障停车时间为零。1) 联系电仪和加热器厂家，更换加热元件，完善温控系统。2) 控制再生氮气加热速度。*中控室现场2原料杂质含量高加强原料杂质含量的监控和反应系统的监控。不因原料质量影响装置稳定运行，并能延长床层再生周期，使精制床层每年次少再生一次操作。1) 定期监测原料杂质含量。2) 在线测量原料精制后的杂质含量。3) 加强反应系统静电、壁温等对参数的监控，调整再生周期。*现场3工艺参数调整不合理优化再生工艺条件尽量减少精制再生氮气用量，使之能减少10%。应用正交试验，找出最佳再生介质浓度。*中控室对再生步骤进行优化，减少再生氮气用量。*8中控室表8 制表人：*

17、九、实施对策一“解决再生加热器故障”的实施1. 更换加热元件、完善温控系统：干燥器再生过程中，床层温度一般要求在290左右，考虑到热量损失，加热器出口温度一般控制在320左右，而加热器本身联锁温度为340，在加热过程中，由于温度波动较大，有时会超过联锁温度，从而使加热器联锁停车，再生过程被迫中断。这种现象出现的频率不高，但出现一次就会浪费大量的再生氮气和电能。因此在小组第一次活动中，组员张跃进提出要立即联系加热器厂家，更换部分加热元件，完善其温控系统。该建议得到了采纳并立即开始实施。厂家对加热器进行改造后，加热器的温度控制系统比较完善，温度波动幅度大大降低，由改造前的20左右降至5左右。2控制

18、好再生加热器的加热速度干燥器再生过程中，进行加热（290左右）再生前必须进行热（120左右）吹扫操作，以前进行再生操作时，操作人员都是一步到位，将加热器的设定值直接由热吹扫温升到再生所需温度，这样升温速度会太快，从而可能会引起加热器温度由于惯性原因冲到联锁温度，引起加热器联锁停车。这也是再生加热器联锁停车的原因之一，因此，在以后的再生操作中，我们要求操作人员要控制好再生加热器的温升速度，每次改设定值不能超过50。效果验证：通过以上措施，再生氮气加热器既能满足加热要求（出口温度最高可达320），又不会出现因温度过高而联锁停车的现象，达到了预期目标。 本对策实施后没有造成任何安全隐患，也不影响设备

19、管理，所需费用约2万元，与产生的效益相比微不足道。对策二“加强原料杂质含量和反应系统运行状况的监控，延长床层再生周期”的实施：1. 定期监测原料杂质含量对照原料规格，定期对各种原料进行杂质含量分析，严把原料质量关。一旦发现原料中某种杂质含量超标，立即通过调度通知上游厂家及时调整原料质量，将因原料杂质含量超标对装置运行造成的影响减少到最低程度，同时做好事故预案； 2. 在线监测各种原料精制后的杂质含量要求操作人员定期巡检各原料在线监测仪，一旦发现某个分析仪不准或不工作，应及时联系仪表人员检查处理，直到其恢复正常工作为止。3加强反应状况监控，调整床层再生周期一般情况下，当原料精制后的杂质含量超标时

20、，说明精制床精制效果不佳，需要再生。但根据同行的经验，只要反应器的静电正常、壁温和结块探测仪测量正常，即使原料精制后的杂质含量轻微超标，也可以不再生精制床。这样，就延长了精制床的再生周期，也就节省了再生氮气的消耗。效果验证：采取以上措施后，没有发生一次因原料质量原因影响装置稳定运行的情况，并且每个精制床都延长了再生周期，至少每年能减少一次再生操作，达到了预期目标。本对策实施后没有造成安全隐患，基本不需要费用，因此没有造成产品成本的增加。对策三“优化再生工艺条件”的实施（以乙烯脱氧床再生为例）:1 乙烯脱氧床用氢气加载在热氮气中的方法进行再生操作。再生氮气中氢气浓度越高越有利于还原反应的快速进行

21、，从而可缩短再生时间，节省再生氮气。但由于受到床层联锁温度（220）的限制，在再生氮气量不变的情况下，再生氢气的浓度不能太高，否则会因反应太剧烈导致床层温度过快，超过再生联锁温度而使再生中断；还原反应初始温度越高，还原反应越剧烈，再生时间也就越短，但同样会受到联锁温度的制约；床层的再生压力越高，还原反应越剧烈，但也会受到床层联锁温度的制约。因此可以采取:a.提高再生氮气中氢气浓度、b.提高还原反应初始温度、c.提高脱氧床背压。但是还原反应剧烈程度要受到床层联锁温度的制约，否则就会造成再生联锁中断。因此，要实现再生过程最短化，就必须对再生氮气中氢气浓度、还原初始温度、脱氧床背压这三个工艺条件进行

22、最优化组合。因此组员张跃进提出使用正交试验法优化这些工艺条件：1) 试验目的：在保证脱氧床温度不超过联锁温度（220）的情况下，还原反应尽可能剧烈，即脱氧床温度尽可能高。2) 时间安排：4月12日9:00起，每1小时试验1组数据。3) 试验条件：维持乙烯脱氧床再生氮气量不变（4082Nm3/h）。4) 考核指标：脱氧床温度，每1小时考核一次。5) 确定试验因子：A再生氮气中氢气浓度B乙烯脱氧床再生初始温度C乙烯脱氧床背压选取各因子3个位级见因子水平表(表9)：表9 因子水平表因子水平A再生氮气中氢气浓度(V)%B乙烯脱氧床再生初始温度C乙烯脱氧床背压MPa111200.1221400.2331

23、600.3表9 制表人：*6) 我们选择L9(33)正交表(见表10)表10 L9(33)正交表 列号试验序号123111121223133421252236231731383219332表10 制表人：*试验结果见表11：表11 试验结果因子列号试验序号ABC反应负荷(t/h)123111116021221703133175421220052232106231190731317083211759332170T1505530525T2600555540T3515535555175200185180185R表11 制表人：*7) 试验结果分析a. 直观分析：根据表中9组试验结果可直观看出第5号(

24、因子水平组合为A2B2C3)试验测得在乙烯脱氧床再生不联锁的情况下，还原反应最剧烈，最高温度达210。b. 计算分析值越大显示该水平级越好，对于因素A来讲，显然因素A水平2最好，依此类推对于因素B水平2最好，因素C水平3最好。所以通过计算值得出结论：因子水平组合为A2B2C3最佳值，与直观分析结果相一致。c. 各因子对指标影响程度分析显示再生氮气中氢气浓度（因子A）对试验结果的影响程度最大。2. 在精制床进行再生时，必须先进行冷吹扫，将物料吹到火炬系统，然后进行热吹扫，再进行再生操作，再生后要冷却到操作温度。每一步都有规定的时间，但如果床层中物料不多，也可直接进行热吹扫；再生结束后，如不需要立

25、即投入使用，则不必用氮气冷却到操作温度，可用冷氮气密封后让其自然冷却。这样可节省部分氮气。3. 小组成员张跃进以指令形式发布工艺参数调整范围，规定乙烯脱氧床再生时，再生氮气中氢气浓度为1%（V）、再生初始温度为140、乙烯脱氧床背压为0.3MPa，以实现再生过程的最短化，从而节省氮气消耗。效果验证：通过对策实施，对精制床层的再生工艺条件和再生程序进行了优化，使每个床层每次再生时间约缩短1/8时间，从而节省了大量的氮气。本对策的实施没有造成安全隐患，不需物资费用，因此也不影响产品成本，但在生产过程中要加强工艺管理，提高操作人员的责任心。通过QC小组活动，达到了预期目标。十、效果检查1. 活动后对

26、2005年影响装置氮气消耗超标因素检查2005年装置氮气消耗超标情况统计表见表12：月份实际产量(t)总氮气消耗量(KNm3)设备检修 (KNm3) 装置停车(KNm3) 精制床再生 (KNm3)1269752218/6022331718702/3229541845/84208551705/5165141830/500/6197671720/100/7219321765/882308118503/9199891630/102223818504/7011239911920/122337019105/30总计2664232211314600176表12 制表人：*2005年度，装置产品的氮气消耗为

27、：221131000266423=83Nm3/t。装置产品设计氮气消耗为80Nm3/t,则2005年多消耗的氮气量为(83-80)2664231000=799 KNm3，。QC小组通过调查分析2005年氮气消耗的数据，氮气消耗比设计值大的主要因素有以下几点：1精制床层再生2005年，精制床层再生消耗氮气达176 KNm3，占多消耗氮气总量的：176799=22.03%。2 应器停车装置消缺或发生非计划停车，需要氮气进行置换等，从而多消耗氮气约600 KNm3，占多消耗氮气总量的：600799=75.09%。3 设备检修装置经常有动设备或静设备需要检修，检修前后需要用氮气进行置换，有些设备处于备

28、用状态时还需要用氮气进行密封，这部分氮气累计约14KNm3，占多消耗氮气总量的：14799=1.75%。2005年1-12月份氮气消耗超标的因素频数统计见表13。装置氮气消耗超标的因素频数（超标氮气量KNm3）累计频数（超标氮气量KNm3）累计百分比（%）装置停车600776精制床再生176176设备检修14790其它9799100合计799表5 制表人：*绘制排列图如下：图6： 影响氮气消耗超标因素排列图设备检修精制床再生其它装置停车300N=799 KNm345015075.09%98.87%97.12%600累积频数100%800750根据表5和表13对比可以看出，在影响氮气消耗超标的各

29、种因素中，精制床再生引起的超标量由77.72%下降为22.03%，已经由影响产品氮气消耗超标的主要问题变成次要问题。2. 目标值检查根据制定的各项对策逐一实施后，2005年装置产品氮气消耗有了明显下降, 1-12月份统计情况见表14：2005年1-12月份装置氮气消耗情况统计见表14 月份实际产量(t)总氮气消耗量(KNm3)设备检修 (KNm3) 装置停车(KNm3) 精制床再生 (KNm3)1269752218/6022331718702/3229541845/84208551705/5165141830/500/6197671720/100/7219321765/882308118503

30、/9199891630/102223818504/7011239911920/122337019105/30总计2664232211314600176总氮耗221131000266423=83 Nm3/t表14 制表人：*由表可以看出，通过QC活动，达到预期目标。效果检查对比见图7。3. 巩固期间(2006年13月)装置氮气消耗情况见表15及图8:月份实际产量(t)总氮气消耗量(KNm3)设备检修 (KNm3) 非计划停车(KNm3) 精制床再生 (KNm3)12303119652/302210151733/32364318522/总计6768955504/30表15 制表人：*4. 经济效益

31、分析我们降低装置产品氮气消耗，意味着产品生产成本得到进一步减少。1) QC活动期间经济效益(包括QC巩固期经济效益)2005年生产产品266423t,氮气实际消耗比攻关前降低：88835Nm3/t,则全年节省氮气：22642351132KNm3，以每KNm3氮气价格为390元，则可获经济效益：113239044.15万元。2006年1-3月份生产产品67689t,氮气实际消耗比目标降低：83.6823/t,则全年节省氮气：676893，以每KNm3氮气价格为390元3904.22万元。4.22=48.37万元。2) QC活动费用QC活动期间更换再生加热器加热元件以及特护费用一共约为5万元。QC

32、小组活动经费为0.4万元。因此本次QC活动总费用为55.4万元。3) 总经济效益：总经济效益QC活动期间经济效益(QC巩固期经济效益)QC活动费用万元。5. 无形效益：1) 在消化吸收引进技术的基础上，通过技术改造及攻关活动进一步完善了该装置的工艺。2) 提高了装置生产能力，增强了公司产品在市场上的竞争力和声誉。3) 通过本次QC活动，小组成员在团队精神、质量意识、进取精神、QC工具运用技巧、工作热情干劲、改进意识等方面有了明显的进步，具体见自我评价表16。QC 小 组 自 我 评 价 表序号评价内容活动前活动后1团队精神65852质量意识75903进取精神90904QC工具运用技巧65955

33、工作热情干劲80856改进意识6080表16 制表人：*为了更加形象，我们画了QC小组自我评价雷达图：图9：QC小组自我评价图 绘图人：*十一、巩固措施（标准化）1. 对各精制床的再生程序进行了优化，并在操作法中进行了修订；2. 完善再生工艺操作条件，以工艺指令(第2005.006号见附件)形式发布，今后将对现有操作法作进一步修订。 十二、遗留问题及今后的打算通过QC小组活动，达到了预期目标，但是较国内先进水平和设计消耗值还有差距，若通过进一步攻关将装置停车用氮气降下来，将可以进一步降低产品氮气消耗，我们车间QC小组将在下一个PDCA循环中继续努力。附件 工 艺 指 令（第2005 15号）装 置：聚乙烯车间2PE 2005年7月8日乙烯脱氧床C-2108再生操作1 将C-2108隔离，通过泄压孔板FO-2109-17将C-2108泄压至0.3MPa；2 将泄压孔板切换为再生孔板FO-2109-5，TIC-2114-1设定在