系统节能技术分析

目录前言绪论节能概况第二节公司节能规划公司能量平衡及汇总石化过程用能分析方法第二节主要耗能设备的能量平衡公司能耗分析及节能潜力分析公司能耗分析公司节能潜力分析生产装置节能改进的具体措施第四节大系统用能优化方法和节能具体措施公司节能的基本途径合理用能的基本原则第二节公司节能的基本途径第三节生产装置节能改进的具体措施第四节大系统用能优化方法和节能具体措施第五章石化企业单项节能技术第一节锅炉节能技术第二节离心泵节能技术第三节热管换热器节能技术第四节热泵技术及其节能第五节低温热制冷技术前言在公司领导下全公司在节能降耗方面做了大量的工作。但是随着原油逐年重质化、劣质化趋势的加剧，全公司节能降耗工作的难度越来越大。特别是随着石油化工工业的进一步发展，面对中国加入WTO的挑战，如何对石化公司做系统的节能规划，是一项重要的工作。节能规划包括建立一套科学的用能分析评价和改进的方法，以对企业用能状况做出切实评价，找出节能潜力和途径，提出改进措施，降低能量消耗，提高经济效益。通过公司能量普查发现，各厂节能工作仍有很大潜力。如何采用新型高效节能技术和系统节能技术，提高企业的能源利用率，是全公司节约能源和改善环境的突破口，是实现可持续发展用能模式转变的有效途径。也是全公司合理用能和降低企业的产品能耗，促进企业技术进步，提高企业经济效益的必由之路。为此，受齐鲁石化工程公司的委托，大连理工大学在齐鲁石化工程公司、齐鲁石化公司技术处、规划院和各厂的大力配合下，在对齐鲁石化公司主要生产厂、主要耗能设备和主要用能装置及全公司能量平衡进行普查的基础上，进行节能技术分析和节能规划研究，对各厂的用能情况和节能潜力进行了全面、详细的分析；对适合石化企业的被实践证明行之有效的单项节能技术和系统节能技术进行了分析研究；采用弹性系数法对全公司的能源消耗进行了预测；采用投入产出法对全公司能源进行了规划和系统分析，为提高全公司的能源管理水平和实施具体的节能改造措施提供了理论和实践依据。第一章绪论由于能源消费急剧增加，造成能源供应紧张，而容易被利用的能源资源有限，对我们提出了一项重要的课题，就是如何节约能源。随着石油化工工业的进一步发展，面对中国加入WTO的挑战，如何对石化公司做系统的节能规划，是一项重要的工作。节能规划包括建立一套科学的用能分析评价和改进的方法，以对企业用能状况做出切实评价，找出节能潜力和途径，提出改进措施，降低能量消耗，提高经济效益。现在我们在齐鲁石化公司主要生产厂、主要耗能设备和主要用能装置及全公司能量平衡普查的基础上，进行系统节能技术和节能规划研究。第一节节能概况一、节能的重要性1、节能基本概念节能是指在满足相等需要或达到相同目的的条件下，通过加强用能管理，采取技术上可行，经济上合理以及环境和社会可以接受的措施，减少从能源生产到消费各个环节中的损失和浪费，提高能源利用率和能源利用的经济效果。节能并不是简单地限制能源消费，以至于影响正常的生产与生活水平的提高，其根本目的一是节约资源，杜绝浪费，二是保护环境，改善生活条件。2、节约能源是人类“保护资源，造福子孙”的千秋大业，能源、材料、信息是国民经济发展和社会进步的重要支柱，而能源又是最基本的物质基础。能源的开发和合理利用是社会发展的源泉和战略依据，并标志和决定着一个国家的实力和综合国力。当今人类利用的一次能源中90%是不可再生的化石矿物资源，而全世界已探明的石油、天然气、煤炭等化石燃料的资源，供人类使用的时间有限，且集中在少数国家和地区，可再生的、洁净和潜力巨大的太阳能及未来的核聚变能，离大规模的实用化还有一段较长的历程。资源的有限性和供应的过分集中，使得能源问题成为世界各国经济发展所面临的战略问题。3、节约能源对中国具有特别重要的意义进入21世纪，我国的石油化工正面临经济全球化、市场一体化、竞争动态化、技术发展日新月异和加入WTO的新环境，为了尽快赶上世界石油化工企业发展的步伐，缩短和世界石油公司之间的差距，我国石油化工工业必须适应当前形势，研究和高速发展战略，参与国际化经营，加快从粗放型向资本集约和技术知识集约型转变，实现我国石油化工工业的腾飞。我国未来能源的发展，主要面临两个问题：一是能源利用效率低，加剧资源短缺；二是环境问题日益突出。节能工作既节约了资源又保护了环境，还能促进经济发展，是实现可持续发展战略目标最经济、最有效的途径。一方面，我国能源消费强度高，能源利用水平参差不齐，节能潜力大。中国能源利用效率只有32%，比先进国家低10多个百分点，主要耗能产品单位能耗比发达国家高25%~90%。单位产值能耗不但远高于发达国家，而且高于发展中国家的平均水平。与此同时，国内企业主要耗能产品的单耗，落后的与先进的相差1~4倍。经测算，近期技术措施节能潜力约108吨标准煤，若加上间接节能潜力，近期节能潜力约为4×108吨标准煤。随着节能技术的发展和我国能源消费总量的增加，节能潜力将逐年增加。据专家测算，2010年节能潜力约为8×108吨标准煤，2050年节能潜力约为17×108吨标准煤。节能工作的实践表明：很多节能项目的投资回收期都在一年左右，而且按寿命周期成本计算的节能投资成本仅为开发投资的1/3，效益很好，是企业降低生产成本，提高竞争力的有效途径。另一方面从环境保护角度看，我国能源开发利用引起的环境污染非常严重。能源的消费是大气污染的主要根源，也是温室气体的主要排放源。我国是世界环境与发展大会《气候变化框架公约》的签字国，对温室气体排放承担着国际义务；其次，能源利用效率低，大量燃料不能合理和有效地使用，增加了污染物的排放，加重了对环境的压力。由于环境污染主要来源于能源的开发利用，节能是解决环境问题最现实、最经济的途径。我国政府十分重视节能工作，从1997年11月1日，《中华人民共和国节约能源法》的公布表明，我国的节能工作已纳入法制化轨道。随着我国经济体制从传统的计划经济体制向社会主义市场经济体制，经济增长方式从粗放型向集约型转变，节能已成为国家发展经济的一项长远战略方针。4、节约能源是石化企业挖潜增效的重要措施首先，石化企业既是能源生产企业，又是能源消耗大户，能源消费在企业成本中占有相当比重，如原油加工能源消耗费用占加工成本的30%左右。由于能源利用率与企业的生产组织方式、管理水平、耗能结构等密切相关，管理水平的提高、科学技术的进步都能有效地降低企业的能源消耗。可见，能源消耗费用是企业降低生产成本中重要的可控部分，降低单位产品的能源消耗量是企业能否有效控制生产成本的重要因素。近年来，随着改革开放的不断深入，我国能源价格逐步向国际市场靠拢，用能企业的低价优势正在消失，成本压力明显增大。在今后相当长的时间里，供需矛盾的发展促使能源价格上调是经济发展的必然，企业的能源消耗在企业产品成本中的重要位置将显得更加突出。其次，国家对环境保护管理力度正在不断加大，石化企业用于环保的投资将逐步增多。降低能耗不仅可以减少工业污染，具有明显的社会效益，而且可以降低企业治理工业污染的费用，对企业自身也有着直接经济效益。再次，随着国内市场的不断规范以及同国际市场的逐步接轨，石化企业在激烈的市场竞争中通过国家政策和地区保护而获得较好经济效益的机会越来越少，只有在搞好企业市场管理的同时强化企业的内部管理，按照市场的要求优化企业产品的生产成本，才能提高在市场中的生存能力。显然，节能工作有利于石化企业降低产品的生产成本，优化企业的成本结构，从而提高企业在市场经济中的竞争能力。近年来的统计资料和节能调研表明，石化企业采用的大部分节能措施投资少、见效快，投资回收期短，投入产出比高。节约能源是企业降低成本的经济有效的措施。二、石化工业节能技术政策石化工业节能技术是在众多的基础和新兴学科的理论指导下发展起来的应用技术。内容广泛、实用性强，不仅涉及石油储运、炼制、石化深加工等工艺技术，还与工程热力学、传热学、空气动力学、燃烧学、电工基础理论、电子技术与电气化、自控技术与控制论、新材料与材料力学、环境与生态学、信息技术等学科紧密相关。节能技术政策是在特定区域和时期内节能技术应达到的目标、水平和途径的政策规定，根据节能法规和产业政策，从合理利用和节约能源的角度出发，能源管理部门提出在当前及今后一段时期内，对企业的工艺、技术和装备进行分类、分期指导，一般按当前、近期和长远，分为科研、示范、推广和淘汰等几类。它是在节能技术方面国家实施宏观控制的一项主要政策措施。1984年，制定了第一部《节能技术政策大纲》，提出了工业、交通、商业、城市、农村的节能技术政策。在总结1984年以来的节能经验的基础上，1996年国家计委，国家经贸委和国家科委联合颁发了《中国节能技术政策大纲》，主要内容包括：能源资源优化配置和利用、工业窑炉、锅炉及其他用能设备更新改造，提高供热系统效率，工业窑炉余热利用，回收工业生产中放散可燃气体，能源替代技术，开发推广节能新材料，加强计量、控制和科学管理，建立省能型综合运输体系，重视建筑节能，城乡民用能源管理，主要耗能行业工艺节能。中国石油天然气集团公司结合具体分析情况，积极组织编写《中国节能技术政策大纲中国石油天然气集团公司实施细则》，该细则以《中国节能技术政策大纲》为依据，结合国家和行业现行有关节能法规和标准，细化中国石油天然气集团公司节能领域的技术内容，阐明今后一段时期内节能技术应达到的目标、水平和选择的措施和途径；推广适合我国国情的国外先进技术及经十多年节能工作证明属技术成熟、效益好、见效快的节能技术，限制、淘汰效益低的落后工艺技术和设备。由于该细则细化了石油集团节能技术措施及节能技术指标，可操作性强，是中国石油天然气集团公司指导节能基建、技改和科研工作，制定年度节能计划和中长期节能规划和重要依据。三、石化企业节能技术发展历程企业节能要以能级匹配、有效用能、最小不可逆性和减少损失等为指导思想，采取措施消除明显的浪费。如堵塞“跑、冒、滴、漏”；对现有设备和工艺进行改造；对能源的生产、加工、储运、使用等各环节进行全面的技术改造。从发展趋势来看，节能通常要经历3种发展趋势：一是从注重单体设备节能扩展到系统节能；二是从传统的经验管理发展到现代化科学管理，；三是由部门专一的纵向管理发展到职能部门参加的纵横管理系统。石化企业的节能工作也是从无到有、从点到面、由浅入深，逐步发展起来的。从20世纪80年代初到现在，石化企业的节能技术的发展主要经历了三个阶段：(1)六五期间至七五期间的初步开展阶段，主要是对单体设备、单项工艺进行节能技术改造并研制出一些高效的专用耗能设备。不仅注意提高单体设备的运行效率，而且注重提高整体系统的经济运行水平。（2）八五期间的系统提高和阶段配套发展阶段，综合考虑各耗能系统及节能技术之间的相互关系，大面积推广先进成熟的节能工艺和节能技术装备，引入火用分析技术，实行能量梯级利用，大力回收利用余热余压。（3）九五期间的重点攻关阶段，针对节能中的重点问题和关键技术，开发科研攻关，如中国石化集团公司组织了“夹点分析与能量集成系统节能技术”、“过程系统模拟与优化”等多个课题的攻关研究，开展了提高系统能源利用效率的技术改造和提高装置操作水平岗位培训。进行的开发后期系统改造及节能降耗技术研究，高压大容量电机调速技术，以及节油代油、高效换热及清洁燃烧技术。第二节公司节能规划一、五年规划1、改造低效用能工艺设备，采用节能型的生产方法，工艺流程和装备我们对齐鲁石化进行了节能普查，结果表明，机、泵、炉等主要用能设备中，约有1/4在低效下运行。结合生产工艺、应用节能新技术、新工艺、新设备和新材料，改造老旧工艺设备不仅是当务之急，也是一项长期任务。改进操作，提高技术水平技术操作水平的高低是影响能源消耗的一个重要因素，工业锅炉、加热炉的热工操作尤其如此，改进操作，进行技术攻关，使热工设备在最佳工况下运行，便可取得明显的效果。大力回收利用放空可燃气体近年来，炼化企业回收利用火炬气取得显著成效。通过采用火炬自动点火装置等技术和设备，中国石油天然气集团公司所属炼化企业已有40多个火炬基本熄灭。年回收利用放空可燃气效益大约为4亿元人民币，同时又可改善环境。目前齐鲁石化仍有少数火炬还在燃烧，公司节能潜力是很大的，限期抓紧做好熄灭火炬的工作，是齐鲁石化公司节能规划的重要举措。实现能量梯级利用能量梯级利用包括两个方面：一是合理用能符合“按质用能”的原则，在保证经常性的前提下，尽是缩小供需能级差，以减少耗能过程的不可逆损失。二是充分有效地利用能量，即要符合“能尽其用”的原则，包括采取必要的先进技术，以获取能量的最佳工程效用。能量梯级利用一般遵循先动力利用后工艺利用，先高温热机后低温热机作功；先工业利用高、中温余热，后生活利用低温余热。按照能量系统优化利用的原则，对能耗调换装置、企业进行整体改造，实现梯级用能、合理用能，是齐鲁石化公司节能规划的一重要方法。大力回收利用余能资源能量利用过程中总会有一部分能量要损失掉，在损失的能量中，可以回收利用，甚至多次重复利用的部分称为余能资源。余能资源包括余热资源和余压资源。余能利用主要有热利用和动力利用两种方式。热利用是把余能当作热源来使用，动力利用是利用气体，包括蒸汽、燃气、烟气等的余压、流体的余压或余低效能，通过气轮机、水轮机等动力机械，获得机械能。由于动力利用可获得机械能或电能等高品位的能量，在余能回收中越来越受重视，齐鲁石化公司可供利用的余能甚多，建议公司通过技术改造，大力回收余能资源余能回收利用应遵循三条原则，一是减少余能的产出，二是要优先考虑在本工序和本装置上利用；三是要综合考虑、全面规划、以选择最佳余能利用方案。6、加强绝热保温，减少热量散失加强用热设备及传输系统的绝热保温是节能的有效方法。建议采用新型保温技术和新型高效保温材料，对热力管道、输油管道、热工装置、油罐等实施保温更新。二、长期规划为了应对新世纪经济全球化、市场一体化前提下日益激烈的市场竞争，并求得在知识经济时代的持续稳定发展，齐鲁石化公司应积极调整战略定位，制定长期节能规划。1、重组、联合、收购战略通过兼并、联合、收购中小企业，扩大公司的整体规模和运营能力，获得全球竞争优势；进行产业结构的优化调整，实施资产转移和推陈出新战略措施，调整自身定位，发展核心优势业务、高附加值低能耗业务和具有增长潜力的新兴业务。2、注重可持续发展战略提高能源和资源的利用率，降低能源消耗和生产过程对环境的影响；大力推进新产品和新工艺开发；通过对环境、社会的积极影响，提高公司品牌形象，增强产品的长期竞争优势。3、应用低成本战略主要措施是：通过并购重组产生规模效应和互补协同效应；通过剥离不良资产，塑造核心优势业务；管理机构向扁平化和市场化方向发展，合理调整机构设置，减员增效；注重投资项目的管理，提高资金使用效率；遵循效益最佳化、成本最低化的原则，通过收购、出售、交换等方式，提高产业集中度，降低流通成本，提高运营效率。4、注重人才培养，技术创新对于新老员工进行定期的技术培训；吸引高层次专业人才；科研机构的设置向专业化、全球化方向发展；重视研究开发、应用开发与营销相结合；积极开发具有发展前景的新产品、新工艺和新技术。第二章公司能量平衡及汇总石化过程用能分析方法石油化工过程是一个复杂的过程，它不仅包括了“三传一反”单元操作过程，而且每一个单元操作都与其它单元操作相互关联和制约。“三传一反”单元操作过程又不是简单的叠加，往往是相互交叉、渗透，对这样复杂的石油化工过程，简单的按单元操作进行热力学分析就显得单调和不足。因此，需要寻找一个能够剖析复杂工艺过程用能规律的分析方法。大多数石油化工过程都属于热加工过程。为了达到工艺操作的条件，必须加压升温，加工后的产品又需要冷却，以便输送。为了减少加热负荷，人们已着手从需要冷却的产品物流中回收能量。随着能源危机及能源价格的波动、上涨，人们已开始认识到节能的重要性，过程用能是否合理，质量是否匹配，要求人们提出一套科学地反映能量变化规律，工程上实用的用能分析方法。一、石油化工用能特点按照能量变化线索研究工艺过程，石油化工过程用能有下述三大特点：1．用能的主要形式是热、流动功和蒸汽，而热、功和蒸汽又是由电和燃料转化而来的。一般是通过转换设备，如炉、机、泵等实现能量转换的。2．转换设备提供的热、功、蒸汽等形式的能量进入工艺核心环节（塔、反应器等），连同回收循环能量一起推动工艺过程完成后，除部分能量转入到产品中外，其余均进入能量回收系统。3．能量在工艺核心环节完成其使命后，质量下降，但尚有较高的温度和压力，在很大程度上可以通过换热设备、换功设备（如透平）等回收利用。由于受工程和经济条件约束，回收不能彻底，最终还是有一部分能量通过冷却、散热等渠道排放到环境中。这部分能量损失和转换环节的能量损失一起构成了装置数量上的能耗。因此，石油化工过程用能存在三大环节，即将一次能源转换为工艺过程能够直接利用的能量形式的能量转换和传输环节、完成工艺核心过程的能量使用环节及从工艺利用环节排出能量中进一步回收利用的能量回收环节。基于上述用能特点，华贲提出的用能分析三环节模式系统地解决了炼油装置能量平衡的方法问题。用能分析三环节模型见图2-1，由于模型是在炼油过程用能分析中发展起来的，考虑石油化工特点，需作以下改进。二、用能分析三环节模型的改进用能分析三环节模型的突出特点是，按照能量变化规律而不是物料变化规律对过程用能进行分析研究；不计原料化学能，把原料和产品化学能的差异放在热力学能耗中处理；把过程分为能量转换和传输、工艺利用和能量回收三个环节，分别考察能量使用的数量和质量变化情况。这对于炼油行业是一种科学、实用的简化方法，并被炼厂能量平衡实践所证明。对于石油化工过程，原料和产品都为高分子的碳氢化合物，只是结构和种类不同，都含有很高的化学能，体现在过程的化学反应中。因此，将原料和产品化学能的差异，通过反应热计入热力学能耗中。即使对于原料和燃料能耗有时难以分开的情况下，仍可沿用上述方法。对过程用能进行分析，这时三环节模型主要EUO非工艺流体有效动力,EUD利用环节散热ERE放热反应热,EAR吸热反应热图2-1工艺用能三环节模式图2-2石油化工过程能量平衡改进模型是对消耗的燃料动力能耗进行分析，原料化学能仅在汇总为装置能耗时计入。因此，结合石化过程的特点，对原用能分析三环节模型提出以下改进意见，使之适用于石油化工过程用能分析。改进后的用能分析三环节模型如图2-2所示。1、用能分析计算基准基于炼油行业习惯，早期的用能分析三环节模型是以单位原料为计算基准进行能量平衡计算的，究其原因，主要是炼油企业主要原料单一，而产品分布较广，采用单位原料作为计算基准比较方便。而石油化工则往往是多种原料，产品比较单一明确，习惯上，以目的产品为计算基准比较方便。而对于多种原料和多种产品的情况，又以单位时间为计算基准比较方便。用能分析的计算基准应根据不同行业的具体特点选取不同的计算基准。原则为：选单一性的原料或产品较实用方便，结合上级主要部门的意见，尊重本行业的习惯，使其在同行业中具有可比性。2、关于非工艺流体的机泵有效动力非工艺流体机泵指装置用水、风及其它非工艺流体的机泵。这些机泵有的设在装置内部，大多则设在公用系统中，若干装置共用。这部分能量实际上难以进入能量平衡体系。为处理问题方便，早期分析模型将这部分机泵耗能视为本装置的动力消耗，按其单位产品(水、风)的水泵指标折成电能计入装置消耗中，然后把这部分消耗按其转换效率不同分为无效动力和有效动力。无效动力与其它工艺机泵无效动力一起自转换环节排出，有效动力则视为有效供能进入工艺利用环节。由于非工艺流体的机泵有效动力实际上不进入利用环节，为真实地反映过程用能的关系，应将这部分有效动力自转换环节直接引到回收环节排弃，绕过工艺利用环节，并将这部分有效动力记作WUO。这样就把非工艺流体的机泵也作为转换环节设备，其有效动力计入环节转换效率，但不进入利用环节，避免了对有效供能EU、工艺总用能EN及待回收能EO的影响。3、能量使用环节的设备散热工艺利用环节是装置用能的核心环节，设备散热是不可避免的，且占相当的比重。图2-1所示的用能分析模型把工艺使用环节设备散热归入到待回收能中，引入回收环节，与能量回收设备散热一起排出回收环节。由于散热的不可逆性，工艺利用设备的散热不会也不可能跑到回收环节去待回收，只能在能量利用环节内部加强保温加以减少。因此应将工艺利用环节设备散热在用能分析模型中单列一项，直接由利用环节排出，并记作WUD。4、关于原料的化学能石油化工过程均属烃类物质的加工过程，其原料和产品均含较高的化学能。加工过程的能耗与原料的化学能相比较小，而用能分析的目的在于揭示加工过程的能量使用的规律及其合理性。原料和产品化学能的差异大都体现在过程的化学反应热中，放在装置的热力学能耗中体现。而对于习惯上计原料化学能的化肥行业，可把装置能耗视为燃动能耗和原料能耗两部分组成，其中燃动能耗才是过程使用和消耗的能量，应采用上述用能分析模型进行分析，考察其使用过程的特性及规律。而对于原料化学能仅在汇总为全装置一次能耗中体现。即燃动能耗和原料物理能进入平衡体系，把原料化学能放在装置能耗中。5、反应放热应计入工艺总用能工艺总用能是装置用能的一个主要分析评价指标，它是指装置工艺设备使用能量的总数量，体现了装置设计和操作水平，但由于用能分析三环节模型不计原料化学能，仅把原料物理能计入平衡体系。在有化学反应的情况下，应仔细分析。对于吸热反应，反应热来源于外界供入能和循环回收的能量，已经计入工艺总用能。对于放热反应来说，其反应热来源于原料的化学能，在有效供入能和循环回收的能量之外，而原料的化学能按规定又不进入能量平衡体系。实际上放热反应热往往起到提高反应物温度推动过程进行的作用，若放热反应热利用得好，可以直接减少能量的供入。因此，在有放热反应的分析体系中，反应热应视为供入体系的能量，在利用环节作为入方能量计入，记作ERE，且应把反应热视为工艺总用能的一部分。而工艺总用能则由三部分组成：EN=EU+ER+ERE （2-1）当过程为吸热反应时，视ERE=0。式中ER为回收循环能。6、对一些特殊设备的处理原则用能分析法的核心是把过程用能分为三大环节，而各个环节又都有不同的特点。根据三大环节模型的特点和规律，装置中某些特殊设备可能存在一种设备而分属两个甚至三个环节的情况，制氢转化炉即为一例。对此可按设备各组成部分的功能不同进行划分。即燃料燃烧及热量传递属转换环节。原料转化的转化炉管可视为反应设备工艺使用环节，转化气带出热降温回收的废热锅炉又属回收环节，视为待回收能的回收利用，而烟气热的回收利用仍属转换环节。因此，在处理这类设备时，应视其功能不同而划归相应的环节。三、用能分析三环节模型中的平衡关系及评价指标由图2-1和2-2所示能量平衡和火用平衡关系，可以找出其平衡及制约关系，再根据项目参数内容及设备平衡结果，就可很方便地汇总出装置能量平衡和平衡结果，为诊断用能问题奠定数据基础。1、能量平衡关系及评价指标（1）体系能量平衡关系式EP＝（EW+ET+EUD+EJ）+（EE+EB）（2-3）其中，净能耗为EA＝EW+ET+EUD+EJ（2-4）（2）能量转换和传输环节能量平衡关系式EP＝EB＋EU＋EUO+EW（2-5）转换和传输环节有效供出能为EU＝EP－EB－EUO－EW（2-6）（3）能量工艺利用环节能量平衡关系式EU+ERE+ER=ETT+EUD+EO+EAR（2-7）其中体系工艺总用能为EN＝EU＋ER＋ERE（2-8）待回收能为EO＝EN－ET－EUD－EAR（2-9）（4）能量回收环节的能量平衡关系式EO＋EUO＝EJ＋EE＋ER（2-10）待回收能为：EO＝EJ＋EE＋ER－EUO（2-11）上述两式的计算结果应相同。如果不同，应找出原因，予以修正。回收环节排弃能可按正式得出：EJ＝EO－ER－EE+EUO（2-12）水、压缩空气折电及空冷风机等有效动力在回收环节中作为其它排弃能排弃。机泵有效动力可放入其它排弃能项。回收环节排弃能由冷却排弃能EJC、散热排弃能EJD、物流排弃能EJM和其它排弃能EJO组成。所以：EJ＝EJC＋EJD＋EJO＋EJM（2-13）一般可由上式能平衡数据，对回收环节排弃能实测数据进行校核。EJD＝EJ－EJC－EJO－EJM（2-14）（5）装置能耗EC装置能耗一般可直接由实物消耗按照其统一折算指标进行计算，也可由上式根据能量平衡数据进行汇总折算：EC＝EA＋△EM＋EIC（2-15）△EM＝∑（±Eiζi）（2-16）（6）评价指标1）能量转换和传输效率ηU=(EU+EB+EUO)/EP*100%（2-17）2)装置工艺总用能EN3）工艺利用环节能量效率ηP=(1－EUD/EN)*100%（2-18）4)能量回收利用率ηR＝（ER＋EE）/（EO＋EUO）*100%（2-19）5）装置能源利用率ηC＝（EU＋EUO＋EB）/EPC*100%（2-20）式中，EPC为供入装置一次能源消耗（不包括装置输出能）EPC＝EP＋ΔEM（2-21）其中，ΔEM为能源修正项；EIC为原料在基准温度下的化学能；Ei为第i种能源入载能工质供入能量。2、平衡关系及其评价指标（1）体系平衡关系，由于DT＝EXTT＋EXAR－EXRE，故EXP＝DT+(EXE+EXB)+(DJU+DJP+DJR)+(DKU+DKP+DKR)（2-22）上式右侧第一项为热力学耗,是理论上体系的最小耗；第二项是输出和转供出体系的，属于耗；第三项是在三个环节中排弃于环境的，称为排弃DJ＝DJU＋DJP＋DJR（2-23）第四项是三个环节中过程不可逆过程引起的过程损，称为体系的过程损DK＝DKU＋DKP＋DKR（2-24）而把体系过程损、排弃和热力学耗三项归在一起，称为过程净损DA＝DK＋DJ＋DT（2-25）或DA＝EXP－EXE－EXB（2-25，）（2）能量转换环节平衡关系EXP＝EXB＋EXU＋EXUO＋DJU+DKU（2-26）供出有效为EXU＝EXP－EXB－EXUO－DJU－DKU（2-27）（3）能量工艺利用环节平衡关系EXU＋EXR＋EXRE＝DJP＋EXAR＋EXO＋DKP（2-28）供入利用环节的总值（即工艺总用）EXN＝EXU＋EXR＋EXRE（2-29）其中待回收为EXO＝EXN－DT－DJP－DKP－EXRE（2-30）（4）能量回收环节平衡关系EXO＋EXUO＝EXE＋DJR＋EXR＋DKR（2-31）待回收可从出方正面加和求出，并注意应与上式结果吻合。EXO＝DJR＋EXE＋EXR＋DKR－EXUO（2-32）回收环节排弃为DJR＝EXO－EXE－EXR－DKR＋EXUO（2-33）在平衡计算中，由于数据的计算精度和计算误差，不可能做到完全“平衡”，因此，在数据合理的前提下，允许出现少量不平衡。一般不超过装置净损的2%，否则应返回检查，直至符合要求为止。不平衡项可单独出现，也可一并放在排弃中。（5）装置耗，反映装置能耗的质量情况DC＝DA＋△EXM＋EXIC（2-34）△EXM＝∑（±EiXiζxi）（2-35）(6)评价指标1）转换和传输环节效率ηXU＝(EXU+EXB+EXUO)/EXP×100%＝[1－(DJU+DKU)/EXP)×100%（2-36）2）能量工艺使用环节效率ηXP＝(EXO+DT)/EXN×100%＝[1-(DKP＋DJP)/EXN]×100%（2-37）能量的工艺使用环节效率是一个重要的评价指标。工艺环节能量数量保持，但质量下降，效率则体现了能量工艺使用环节能量降质和外部散失的程度。此外，工艺利用环节总能EXN也是一个很重要的评价指标，是能量工艺使用环节的数量，反映了总用能的品位和质量。3）能量回收环节回收率ηXR＝（EXR＋EXE）/（EXO＋EXUO）×100（2-38）3．能量平衡、平衡结果表示能量平衡结果可以用能流图的形式表示出来，从而形象、直观、清晰地表明能量变化的来龙去脉，全面评价分析和改进。第二节主要耗能设备的能量平衡设备是构成石油化工生产装置的基础，装置能量平衡和平衡测试与分析通常是从设备开始的。在设备能量平衡和平衡测试的基础上，按照上一节提出的用能分析三环节模式进行汇总，从局部到总体进行分析和综合，再从总体看局部用能的合理性，做出切实的评价，并指出节能的方向和具体改进措施，这就是进行用能分析的主要目的。因此首先进行设备能量平衡和平衡分析。一、测试工况及测试范围1、测试工况;装置处理量满足全年的全厂物料平衡；操作方案具有代表性；操作平稳，能代表装置的操作水平，具有一定的先进性。2．测试范围测试范围是装置内所有涉及能量使用和变化的设备，即用能三环节的设备，按单元操作设备归类为泵、压缩机、加热炉、再生器、透平机械、塔、反应器和冷换设备等。二、机泵设备的能量平衡1．机泵效率汇总机泵是实现石油化工流体输送的一种重要过程设备，其作用为提高流体的压力能使流体获得流动功，以驱动流体流动或保证流体在需要的压力等级下操作。机泵能量平衡的目的在于调查其效率情况，核定出有效功和无效损失部分。因此机泵的有效功是指机组消耗的电能中经过机泵转入到流体中的能量。2．机泵效率分析与讨论由实践经验可知离心泵一般效率为0.5~0.9，往复泵一般为0.72~0.93，齿轮泵一般为0.60~0.90，螺杆泵一般为0.80~0.90。压缩机一般效率为0.7以上。效率越高，能量损失越小。3．机泵效率偏低的原因及改进措施机泵效率普遍很低的原因主要在于以下几点：由于泵与电机不匹配，出现大马拉小车的现象；选型不当，富裕量过大或生产工艺变化，使实际工作负载远离额定负荷，运行效率太低；很多使用场合采用挡板或阀门来调节机泵的流量，节流功率损耗非常大；输送管道装配不尽合理，管道阻力很大以及管理制度不够完善等等。由此可见，机泵设备存在巨大的节能潜力。具体措施有：将效率低的机泵更换电动机使之与泵的有效功率相匹配，提高机泵本身效率；合理选型配套，使机泵的运行压力和流量接近额定压力和额定流量，并使运行时的工况点经常保持在高效区；对于工艺上要求流量变化较大的机泵采用调速控制方式，减少节流损失。在泵的使用过程中还应从如下方面来提高机泵效率：减少轴承磨损，及时加润滑油（脂），及时更换不合格的轴承；轴封尽量采用机械密封，若用填料密封，填料松紧应适当；减少圆盘摩擦损失，防止叶轮盘锈蚀，输送介质应清洁等等。三、工业炉设备能量平衡工业炉是石油化工过程又一类基本的单元操作过程，是由燃料的化学能转变为热能并传递给工艺物流的过程设备，它包括石油化工过程中的加热炉、转化炉、裂解炉等。加热炉是石油化工装置和炼油装置向工艺原料提供热能的设备。加热炉由于工艺过程的差异，进出炉的参数（T，P，相态）均有不同。一般来说，炉出口的工艺物流温度都在沸点以上，因而出口往往为气液两相状态。加热炉能量平衡及效率确定有正平衡和反平衡两种方法。正平衡计算要求根据相平衡原理，由有关图表算出物流的汽化率，从而确定气液两相状态的加热负荷。并与反平衡相互校核。反应炉如制氢转化炉、裂解炉等，原则上可采用同加热炉相同的方法进行能量和平衡，不同之处为这些炉子不光是由燃气传热给工艺物流，而是传热同时在炉管内进行化学反应。此时按照有关工艺计算方法确定炉管内工艺物流升温热及反应热。同时把烟气余热回收放在炉系统中考虑。而把工艺反应物的热能回收按照用能分析三环节模型分析，划归能量回收环节，不在此考虑。齐鲁石化全公司共有锅炉40余台，在一常装置有两台常压炉和一台减压炉，炉效率分别为76.2%、73.4%、72.14%。提高热效率可减少燃料用量，根据经验数据，燃油加热炉的热效率应达至90%以上，节能潜力较大，提高热效率的方法有控制好燃烧，把烟气中的氧含量降低到一定限度；搞好空气预热降低排烟温度。由调查可知，加热炉的效率仅有35%，供入加热炉的燃料大部分在燃烧、传热过程中损失了。要减少燃烧过程的损，首先应用低品位的热源预热空气和燃料油至较高温度，这相当于用低品位的热源代替高品位化学能，从而减少了燃料用量。传热过程的损是由于传热温差造成的，温差越大，损越大。因此，为减少温差，应提高原油入炉温度，还可采用新型炉管。另外，炉管要定期清焦，减少传热损。四、催化裂化再生器能量平衡催化裂化再生器按功能为能量转换设备，具有与加热炉相同的功能和作用，但由于其用能项目和特点与加热炉不同，在此单独进行能量及平衡计算。由调查可知，再生器效率比加热炉高，主要是催化剂循环取热温位较高。减少再生器损的途径有：减少生焦率，避免燃烧损，而热量又受再生器热平衡制约，多生焦的热又要设法取出，能级也低。在生焦率一定的条件下，提高有效供热的能级，取热利用朝高温位发展；提高再生器系统温度也可减少损。五、工艺用能设备能量平衡工艺用能设备包括塔（分馏塔、吸收塔和萃取塔等）、反应器和容器等三大类。工艺能量利用环节设备是组成工艺装置或过程的核心过程。装置的能量使用是围绕这个环节进行的。塔类设备是石油化工厂广泛使用的一种混合物的分离设备，其过程多属于物理变化过程，如分馏、吸收、萃取等。分馏过程是借助混合物组分沸点不同，在分馏塔上使轻组分不断加热汽化，重组分不断冷凝冷却，达到分离出纯组分的目的；气体吸收是另一种重要的分离操作，它是利用气体混合物中各组成在溶剂中的溶解度不同而分离气体混合物的操作；液－液萃取是利用原料液中组分在萃取剂中溶解度的差异，而达到分离的目的。塔的能量平衡分为供入能量（原料带入、蒸汽带入、加热或塔底再沸器供热）、产品带出能量的回流取热，能量及设备的散热损失等，平衡还要考虑分离及过程损的计算。由调查可知，常减压塔损均较大，精馏塔是由于非平衡物流在塔板上混合而造成的损和塔板压降造成的损。要减少这两部分损失，可在满足产品分离条件下尽量减少回流比，增加塔下段取热，减少塔上段取热，采用高效填料代替变通塔板，用真空泵代替蒸汽喷射泵节能等方法。六、能量回收利用设备能量平衡能量回收设备是纯粹为回收能量以减少装置供入能量而设置的设备。如果用后能量不加以回收利用，能耗之高是惊人的。能量回收利用是节能的重要方面，首先要做好回收环节能量和平衡工作以便发现潜力，加以改进。能量回收环节包括冷换设备和动力回收设备。1、冷换设备冷换设备是石油化工厂广泛使用的一类设备，包括换热器、冷却器、冷凝器，使用目的与工艺设备不同，不是完成加工过程，而是从加工过程中排出的能量中回收利用，多用于物料的加热。由调查可知，效率普遍较低，说明目前换热网络匹配不好，找到合适的热阱，优化换热网络是提高效率，减少能耗的关键。2、动力回收设备动力回收设备是从工艺排出物流中回收物流动力的设备，主要包括液力透平和气体膨胀透平。有两种功回收方式：一种是直接带动工艺机泵运转，以透平取代电机；另一方式是用膨胀透平，带动发电机组做功发电，并入电网。无论哪种情况都可把透平和后部设备作为一个机组处理。第三章公司能耗分析及节能潜力分析第一节公司能耗分析齐鲁石化公司在节能管理和节能新技术应用上取得了较大的成绩，明显的能源浪费已不存在。但由于以下原因，还有巨大的节能潜力：（1）对能量只从数量角度去认识，缺乏能质即的概念。致使在转换、使用、回收过程中效率很低，如许多换热器传热温差大，使用较多减温减压器等，大量高质能被降级利用、变为低温热而排入环境。（2）同时，除了的无谓浪费外，设计中缺乏在耗和投资之间权衡的意识和技术经济优化的设计观点和技术手段，多凭经验，难以达到优化设计。另外，装置是在能源和设备价格比较低的经济条件下设计的，强调节省投资，而较少顾及能耗。如各分馏塔板数都较少，回流比很大，再沸器热负荷就很高；换热设备和换热量较小，而加热炉燃料消耗就很大。（3）由于历史的局限，设计中对能量的利用多是分散、孤立考虑的，缺乏系统的观念，也没有采用能量综合系统优化的设计思想、观念和技术。因此能量利用、回收的效率都很低，很少有热集成的安排。许多低温热阱采用高温热源供热。而许多中、低温热源却被直接排弃，能量未能逐级、多次利用；各种功热联产、能量升级技术基本上未被采用；能量利用没有从系统全局优化出发统筹安排和协调考虑。（4）单元操作过程和设备技术本身相对较陈旧、落后，设计水平相对较低。如分馏大都是板式塔，塔板形式也较陈旧，分离效率不高；换热器设计保守，传热系数很低，也没有采用任何强化技术等等。要进一步回收有效资源，必须进行能量综合优化，因为能量综合系统优化技术是统率全局的，牵动面较大，一些措施常常有既节省投资又降低能耗的效果。另一方面，单元设备技术及其优化设计只有在系统优化的统率下才能发挥最佳的效果，这已为大量的事例所证明。再者，由于缺乏竞争机制、知识更新、体制等各种因素，各层次的技术人员对工艺和单元设备的新技术发展比较注意，知之较多；而对系统技术及其新发展，知之甚少。所以，抓住系统技术这个纲，才能把节能降耗、增进效益的潜力充分挖掘出来。随着技术进步的加速，经济发展中技术因素的比例不断增加，许多石油化工过程经过几十年的努力，工艺技术（方法路线、催化剂等），设备技术已相对成熟稳定，降低投资和操作费用的竞争便转到能量综合及系统技术方面来。以量大面广、能量密集的管式裂解制乙烯及大型合成氨为例，近20年来能耗几乎降低了一倍，其中绝大部分是能量综合技术的贡献。如裂解制乙烯过程，在利用环节有毫秒炉技术缩短反应时间、提高转化率，降低单位产品的工艺总用能；各分离塔结合采用高效填料优化回流比、降低再沸器热和塔顶冷凝器的负荷，分离顺序也不断有所优化改进。如Lummus公司的前脱甲烷流程、SW公司的前脱丙烷流程等等，均使多项工艺总用能大大降低。在能量回收环节，裂解炉辐射段出口高温反应产物急冷段和深冷分离段都采用了大系统热集成优化匹配技术，热量和冷量都经过多次利用，传热温差和损都越来越少。在能量转换环节，采用了燃气轮机功热联产技术、裂解炉对流段烟气热能也实行了多级热联供，使转换效率大大提高。不同公司的能量综合方案也各有特色，并可因顾客具体条件而变换组合。在国际技术市场的激烈竞争中，各公司还纷纷以采用了哪些能量综合技术相竞争，已经形成的局面是：谁的能量综合技术运用得好，系统优化水平高，谁的方案应有的投资和能耗费用就低，谁就更有竞争力。因此，建议公司结合三大改造，有计划、有步骤地调整企业结构，有目标的开展能量综合优化工作，进一步推动公司节能工作。第二节公司节能潜力分析节能就是应用技术上可行、经济上合理、环境和社会可以接受的方法来有效地利用能源。所以节能并不意味着少用能源，其实质是充分有效地发挥能源的作用，使用同样数量的能源，可以提供更多的有效能，从而生产出更多、更好的产品，创造出更多的产值和利润。节能潜力有两种涵义，一是节能总潜力，二是可实现的节能潜力。节能总潜力为一技术极限值，取决于现有的技术以及根据热力学计算的理论极限值。可实现的节能潜力是指技术成熟、经济合理、预计在一定时期内可实现的节能量，其取决于技术、投资、社会、环境和其他政策等因素。我们在此讨论的是第二种涵义的节能潜力，即可实现的节能潜力。下面分别从几个用能大户来讨论公司的节能潜力。一、炼油厂节能潜力炼油厂的技术进步始终是公司技术进步的重点。经过“九五”期间的炼油改造，公司的原油加工能力已经达到了850万吨/年，其中可加工进口含硫及高硫原油600万吨/年。“九五”期间公司加工进口原油的数量有了大幅度的提高，1996年仅有3万吨，2000年提高到353万吨，增幅超过100倍。随着进口原油的增加和采取了一系列提高轻质油收率的技术措施，使轻质油收率从1996年的54.03%提高到2000的70.16%，提高了16.13%。同时加工损失也有所降低。炼厂的产品主要是两大部分。一类是公司内部互供的化工原料，如供乙烯裂解用的石脑油和轻柴油、供二化造气用的减压渣油、供橡胶厂的碳四等；另一类是商品油料和沥青。“九五”期间炼厂的技术进步和技术改造主要集中在优化乙烯原料和提高商品燃料的质量上，并不断开发和采用新技术，节能降耗，提高了公司整体效益。但是差距还是存在的，主要体现在两个方面，一是技术经济指标落后，生产水平不高，轻质油收率、综合商品率均低于国外一般水平，加工损失率、综合能耗高于国外一般水平，与国内先进水平相比也有一定的差距。从炼油厂2000年的实际完成情况来看，轻质油收率、加工损失率、综合商品收率、炼油实际能耗和单位能因数能耗均未达到中石化集团公司主要经济技术指标的平均水平。炼油实际能耗排在第20位，单位能因数能耗排在第16位。可见，在同行业中与先进水平相比差距还是很大的。二是汽柴油的质量指标与国际先进水平差距较大。这些差距表明，炼油厂具有很大的节能潜力。下面从用能的三个环节对炼油厂的节能潜力进行分析。在能量传输环节中，直接损失占装置净能耗的比例为24.80%。这一部分主要是锅炉排烟和锅炉排污，说明提高炉子热效率有一定的潜力。可以设置烟气余热回收锅炉产生高压蒸汽，这样即可减少传热过程火用损，又能利用高压蒸汽驱动蒸汽透平，还可以配备烟气轮机，烟机在高温下膨胀，不仅可以回收压能，而且在膨胀过程中还可将部分热焓转换为功，使能量得到合理利用；能量传输环节中无效动力损失为4.75%，偏大，说明机泵效率偏低，存在“大马拉小车”的现象，有一定的节能潜力。对于负载度过低的机泵，应更换机泵和电机，使机械机泵在高效区工作，对于负载不定的机泵可以采用变频调速装置，节约机泵的电耗，降低无效动力损失。在工艺用能环节的主要能耗是散热损失，占装置总能耗的比重不大，但能量的品位却大为降低，如何降低该环节的散热损失也是今后节能降耗的关键。从表中可以看出，能量回收环节占总能耗的58.01%，其中主要形式是冷却排弃能，占装置总能耗的39.29%，利用回收潜力较大。但大部分温度较低，回收很难，可以采用装置内优化换热流程，使冷热流合理匹配，尽量减少水冷和空冷；或全厂统一考虑建立配套的回收系统，应用低温热回收技术，如热泵、制冷、低温发电等，提高能量的回收率。二、烯烃厂节能潜力烯烃厂总供入能2552893.56MJ/h，占全公司总供入能的22.79%，是除炼油厂之外最大的用能大户。从烯烃厂各环节能耗比例来看，烯烃厂能量传输环节损失占净能耗的比例为22.54%，说明烯烃厂在此环节节能潜力很大，主要是蒸汽管网保温及炉子保温方面尚待加强；工艺利用环节损失能占净能耗的比例为0.27%，其中，装置散热损失占3.18%，偏高，也有待于进一步加强保温工作；能量回收环节占总能耗的76.97%，节能潜力巨大，是烯烃厂节能的关键所在。烯烃厂全厂各主要装置能耗比例差别很大，裂解装置能耗占全厂总能耗的66.48%，辅助系统能耗占全厂总能耗的16.88%，芳烃装置能耗占全厂总能耗的16.45%，苯酐装置占0.19%，因此，烯烃厂节能重要应在裂解装置和动力系统上。裂解装置节能途径为采用新型烧嘴，降低空气过剩率，应用燃气透平，利用裂解炉自身过热超高压蒸汽、减少传热过程火用损等。三、第二化肥厂节能潜力分析第二化肥厂的主要生产特点是高温高压，部分生产介质压缩分离的温差大，相应增加了能耗量。因此，全厂能源消耗大，加之多年来油田气一直供量不足，合成氨－尿素系统长期低负荷运行，使厂节能降耗存在具大潜力。全厂各环节能耗占净能耗中能量回收环节的冷却排弃能最大，因此，为了减少冷却排弃能，全厂各装置之间必须进行高度热联合，充分利用低温位热，减少蒸汽用量，也就是减少燃料用量。其次，装置的散热损失较高，特别是能量回收环节必须加强冷换设备及管线的保温。转换环节直接损失也比较大，主要是加热炉排烟散热损失和排污。因此加热炉有必要加强保温、预热空气、减少排污量等措施。另外，提高装置的负荷率，能有效降低装置的能耗、物耗。通过以上分析可以看得出，公司节能潜力很大。应用各种节能技术，提升产业的技术水平，也会使节能潜力进一步增加。应用变频调速技术提高装置用电效率，会取得很好的节能效果。燃气轮机功热联产技术。石化过程用热参数在200~400℃，主要由炉子产热，效率低，同时过程还需要大量动力或电力。采用燃气轮机与加热炉联合系统，可大大提高能源利用率。此技术目前国内尚在起步阶段，而且国产的燃气轮机质量还不过关，必须引进国外技术。这是一项具有广阔前景的节能技术。过程系统与换热网络的优化，采用夹点技术、热经济分析、过程能量集成技术，对石化过程系统进行能量综合和优化改造，可以大幅度降低能耗，同时可以减少废热的排放，经济效益特别显著。热泵技术回收余热会取得很好的效果。过程工业中在装置进行工艺和换热网络优化后，仍有许多低温余热排放于环境。回收低温余热的重要方法之一是采用吸收式制冷或热泵技术，进行余热制冷、空调或供热。特别是溴化锂制冷和溴化锂吸收式热泵技术，在燕山石化公司橡胶厂回收低温余热已经中试成功。它不仅回收了低温余热、改善了环境，提高能源利用率，而且可以改善生产和居民的生活条件，应用前景十分广阔。公司节能的基本途径第一节合理用能的基本原则节能问题涉及面广，它既有能源政策、能源管理方面的问题，又有工艺、设备、控制、材料以及其它的节能技术问题。就节能技术而论，各行业有其各自的特点和具体情况，可以提出许多节能措施，然而节能的基本原则则有共同之处。其中最重要的就是，必须遵守合理用能的基本原则。只有合理用能，才能获得高的能量有效利用率，达到节能的目的。下面简述合理用能的基本原则及节能的具体途径和措施。最小外部损失原则外部损失，即有形损失，包括由废气、废渣、冷却水、各种中间物或产品带走能量造成的损失；跑，冒，滴，漏造成的损失；保温和保冷不良造成的散热和散冷损失等。虽然这些外部损失的能量能级不太高，但它们都是由投入系统的高级能源因过程的不可逆性转化而来的。所以在设计和生产中，应力求使排出系统而未利用的余热降低到最低的限度，做到能量的充分利用。具体措施是：堵塞漏洞，减少余热排放，余热回收。（1）减少跑、冒、滴、漏。跑、冒、滴、漏造成的损失，不容忽视。例如，每小时泄漏423K的饱和蒸汽15㎏，相当于每年损失标准煤1.64×104㎏＝16.4t（2）减少废弃物和污染物的排放量，减少可燃气体和有用气体的放空。这样，既可降低能耗，又可改善环境。例如，通过改善水处理，改进水质，从而减少锅炉的排污量，排污率每降低2%，燃料可以节约0.4%左右。另外，从合成氨装置释放气中回收氨等。（3）减少散热和散冷损失等。设备、管道保温和保冷不良，由于系统和环境的热交换而造成散热和散冷损失。例如，某厂测得1m不保温的蒸汽管道，一年损失蒸汽为16t，一个不保温的直径500mm的阀门，一年损失蒸汽12t，一个不保温的直径400mm的法兰，一年损失蒸汽4.2t。可见，保温是一项重要的节能措施，要加强保温工作。另外，要选择新型的保温材料和最佳的保温层厚度。（4）余热的回收利用。首先要调查余热的数量、质量及稳定性，看余热回收是否必要和用途，在此基础上确定余热回收的方法。大致做法是：高温（或高压）及中温余热用于产生蒸汽及发电，低温余热（473K以下）则利用热泵提高其温度。例如，石化装置许多化学反应都是放热反应，放出的热量不仅数量大而且温度较高，是一种宝贵的余热资源，此项余热可以通过设置废热锅炉产生高压蒸汽，然后将高压蒸汽通过蒸汽透平作功或发电，最后背压蒸汽作为工艺用汽或加热使用。另外，石化生产中，许多操作过程，如精馏、蒸发、干燥等，都存在着余热温度与用热温度相差不大的情况，因而采用热泵蒸发、热泵精馏技术来利用余热是合理的。随着低沸点工质的应用，也可以用低温余热发电。如正在研究氟里昂、透平蒸汽动力循环，其热源可用0.2~0.4Mpa，393~403K的蒸汽、高温热水（353-363K）、低温烟气（373-573K）。据报道，其理论热效率为8%-14%，每106kJ/h的热量的发电量为23.9-35.8kW二、最佳推动力原则从能量利用的观点看，一切石油化工过程都是能量的传递和转化过程，都是在一定的热力学势差（如温度差、压力差、电位差、化学位差等）推动下进行。过程进行的速率与推动力成正比，没有热力学势差，就没有推动力的过程，实际上是无法实现的。由于任何热力学势差都是不可逆因素，都会导致过程的火用损失。能量利用的中心环节是，在技术和经济条件许可的前提下，采取各种措施，寻求过程进行的最佳推动力，以提高能量的有效利用率。(1)按需供能，按质用能。正确使用能源是能量有效利用的首要问题，它的基本原则是按需供能，按质用能。按需供能是按用户所需要能量的能级要求，选择适当的输入能量。不要供给过高质量的能量，否则就是浪费。按质用能是按输入能量的能级来使用能量，而不要大幅度降级使用，否则也是浪费。按需供能和按质用能两者的核心都是尽量避免能量的无功降级，实现能级匹配。例如，高参数的蒸汽用于驱动高压透平；中参数的蒸汽用于驱动中压透平；低参数的蒸汽作为工艺或加热用汽。对热量也要按能级高低使用，用高温热源加热高温物料；用中温热源加热中温物料；用低温热源加热低温物料。盲目地用高参数蒸汽加热物料就是一种浪费。(2)能量的多次梯级利用。石油化工过程的能源，主要是高能级的电能和石化燃料。为了防止能量的无功降级，应根据用户对输入能的不同能级要求，使能源的能级逐次下降，对能量进行梯级利用，只有系统无法再使用的低温余热才加以废弃，做到能尽其用。多效蒸发和多效蒸馏，是通过不同的载能工质传递蒸发潜热，使热能得到多次利用。在多效蒸发中，通过加压或抽真空使各个蒸发器的沸点不同，就可以将前一蒸发器的干净蒸汽，作为后一蒸发器的加热蒸汽，由于利用了二次蒸汽的余热而降低了新鲜蒸汽的耗量。在多效蒸馏中，通过加压或抽真空使精馏塔的沸点不同，就可以利用高压塔塔顶蒸汽的冷凝热，供低压塔再沸器加热用，从而降低了蒸汽的消耗。(3)适当减少过程的推动力传统的设计方法，往往追求推动力来强化过程，这样虽然可以减少设备投资费用，但却增加了过程的火用损，从而增加了长期运行的能耗费用。这种做法在能源充足、价格相对低廉的条件下是可行的，但从节能的观点分析却是不合理的。适当地减少推动力，若不增大设备而又能保证必要的过程速率，就得设法降低过程的阻力，这就需要研制新型、高效的化工设备。例如，传热过程采用板式换热器、热管换热器、高效换热器等。另外在操作管理设备的维修上，要注意防垢、防腐，保持运行中热阻不增大，这样也可以避免因实际推动所导致能耗的增加。对于放热化学反应，传统的利用余热方法是用反应放出的热量加热入口，以维持反应所需要的温度，称之为“自热”维持，如图4-1A所示。由于传热温差太大，反应热降为低温热，不但无法进一步加以利用，反而要消耗冷却水将余热移走。如图4-1B所示，若增加一个换热器，使入塔气预热，这样既能减少传热温差，又可以“自热”维持，而且出塔气温度随之提高后，还可以用来预热锅炉给水，反应热得到了进一步的利用。再如图4-1C所示，将反应热在释放的温位下，即不降级的情况下作为热源输出，通过废热锅炉产生蒸汽供工艺用或驱动汽轮机作功，然后再将反应后的气体加热反应前的气体，用以“自热”维持。中型合成氨厂合成塔带中置式锅炉流程正是如此，这是当前化学反应过程节能的重要措施之一。图4-1自热维持梯级降温和梯级制冷，可以减少传热温差，减少损。由于在相同的温差下，损与传热温差成反比，所以在制冷过程中实行梯级制冷意义更大。在气液吸收、精馏和液液萃取过程中，相互接触的两相（气液或液液相）流量比是决定这些过程能耗的重要因素。对一定的分离系统，两相流量比越大，则过程推动力越大，所需传质设备越少，因而设备投资少，但能耗和运行费用却增加了，因此存在一个最佳流量比。这里，仅讨论如何适当减少传质过程的推动力，即适当减少两相流量比的措施。在气液吸收和液液萃取过程中，采用逆流传质和分段传质可以使过程在较小的传质推动力下进行。适当减少机械能传递过程的推动力也是降低能耗的措施。另外，降低流体流动的流速，减少摩擦损，如氨合成塔由立式改为卧式，降低了触媒层高度，增加了流体的通道面积，合成气循环压缩机的功耗可以大为降低。减少摩擦损还可以通过缩短流程来实现。三、能量优化利用原则在化工生产中，原料与产品通常在常温常压下存放，而反应过程常在高温或高压下进行。因而原料、中间物与产品需反复进行升压、降压、加热、冷却、增湿和减湿。除了输入一次能源外，化工过程中还有各种二次能源如化学反应和物理变化的热效应可以利用，这就构成了复杂的用能系统：一次能源与二次能源、热量与冷量、电能、高压流体的机械能等共存的系统。因此，各种形式能量的相互匹配、综合利用，使之各尽其能就具有特别重要的意义。例如，用燃料燃烧的热能在锅炉中产生蒸汽，蒸汽用于加热工艺物料，而工艺物料的显热或潜热，又要冷却（通常是水冷），这样不仅余热未利用，反面需要消耗冷却剂，增加能耗。如果采用热电联产，将高压蒸汽先通过蒸汽透平作功或发电，然后用背压蒸汽作为工艺蒸汽或热源加热工艺物料；生产过程中放出的热量也按能级高低回收利用，以减少外供能源，这就构成了按能量能级高低综合利用的系统，称为总能系统。该系统，能量的有形损失和不可逆损耗将大为减少，从而将会达到相当高的能量有效利用率。综上所述，最小外部损失原则、最佳推动力原则和能量优化利用原则是节能的基本指导原则，最终实施还要取决于技术经济的总评价。第二节公司节能的基本途径一个企业的能耗水平是由错综复杂的多种因素影响决定的，如自然条件、经济体制、经济因素、管理水平、政策倾向、社会因素、技术水平等。我们将这些因素归结为三个方面，即结构节能、管理节能和技术节能。一、结构节能结构节能主要是指节约由于经济结构不合理所引起的能源浪费。经济结构包括产业结构、产品结构、企业结构、地区结构等。（1）产业结构不同行业，不同产品，对能源的依赖程度是很不相同的，有些耗能高，有些耗能低。在石化企业内部也是这样。在今后的发展中，应增加省能型工业的比重，减少耗能型工业的比重。（2）产品结构随着产业结构向省能型的方向发展，产品结构也应努力向高附加值、低能耗的方向发展。在化学工业中，西方八十年代开始着重发展耗能少、附加值高的精细化工产品，1985年精细化工率占化学工业产值的53%-63%，到九十年代一般在60%以上；而我国只有35%。石油化工，精细化工，生物化工，医药工业及化工新型材料等能耗低而附加值高的行业应大幅度增长。（3）企业结构调整生产规模结构是节能降耗的重要途径。在齐鲁石化内部应有计划、有步骤地调整企业的组织结构，新建分厂应当有经济规模的限制，能耗较高，经济效益较差，缺乏竞争力的小分厂应关、停、并、转。（4）地区结构地区结构的调整主要是指资源的优化配置，调整部分耗能型工业的地区结构。二、管理节能管理节能主要有两个层次的管理：宏观调控层次和企业经营管理层次。宏观调控层次是指国家完善法制建设和制订与贯彻合理的经济政策。对于齐鲁石化内部应注重第二个层次的管理，即企业经营管理层次。（1）建立健全能源管理机构为了落实节能工作，必须有相对稳定的节能管理班子，去管理和监督能源的分配、计量、使用，制定节能计划，提出具体的节能措施，并进行节能技术培训。（2）建立企业的能源管理制度。对各种设备及工艺流程，要制定操作规程；对各种类产品，制定能耗定额；对节约能源和浪费能源，有相应的奖惩制度；等等。（3）合理组织生产应当根据原料、能源、任务的实际情况，确定开多少设备，以确保设备的合理负荷率；合理利用各种不同品位、质量的能源，根据生产工艺对能源的要求，分配使用能源；协调各工序之间的生产能力及供能和用能环节等。（4）加强计量管理没有健全的能量计量，就难以对能源的消费进行正确的统计和核算，更难以推动能量平衡、定额管理、经济核算和计划预算等一系列科学管理工作的深入开展。因此，企业必须完善计量手段，建立健全仪表维护检修制度，强化节能监测。三、技术节能1．工艺节能工艺技术中首先是化学反应器，其次是分离工程。化学反应器又取决于两方面因素：催化剂和化学反应工程。（1）催化剂催化剂是化学工艺中的养分物质。现有的化学工艺约有80%是采用催化剂的，而在新的即将投入工业生产的工艺中，约有90%是采用催化剂的。同样地，催化剂也是工业节能中的关键物质。这是因为，一种新的催化剂可以形成一种新的更有效的工艺过程，使反应率大幅度提高，温度和压力条件下降，单位产品能耗显著下降。另外，通过提高催化剂的选择性，减少了副产品，既节省原料消耗，又降低了分离过程的负荷和能耗。化学反应工程绝大多数反应过程都伴随有流体流动、传热传质的过程，每种过程都有阻力。为了克服阻力推动过程进行，就需要消耗能量。若能减少阻力，就可降低能耗。另外，一般的反应都有明显的热效应，对吸热反应有合理供热的问题，而对放热反应有合理利用的问题。分离工程化工中已经应用了的分离方法很多，如精馏、吸收、萃取、结晶、膜分离等，每一类方法中还包含有许多种方法，各种方法的能耗是不同的，需要加以选择。例如，大型氨厂中气体脱除CO2的方法有两大类：化学吸收法和物理吸收法。目前一般采用热碳酸钾溶液或一乙醇胺溶液的化学吸收法。该方法吸收液再生时需耗大量的热量。近年来，国外大力发展高效率的物理吸收法，形成了聚乙二醇二甲醚法和碳酸丙烯酯法，其优点是，只要减压就能解析出CO2，使吸收剂再生，省去化学吸收法中溶剂再生的热量消耗。该方法可在氨厂中应用。改进工艺方法和设备例如炼焦厂使用落后的湿熄焦方式和先进的干法熄焦方式相比，1万吨焦炭就多损失500吨左右标准煤。精馏塔由板式塔改为规整填料塔，可以降低塔的压降，减少塔底与塔顶的温差，提高生产能力，减少回流比，减少动力消耗。用膨胀机代替节流阀，利用工艺气体的压力降作功或制冷，也是一项节能措施。例如，在年产0.3Mt大型乙烯装置脱甲烷塔塔顶，将富甲烷尾气节流阀改为膨胀机，可节能约530kW，占制冷总能耗的3%-4%，同时回收280kW的压缩功。助剂更新也很重要，例如，在橡胶塑炼中用0.1%的塑解剂就可节电30%。2．化工单元操作设备节能化工单元操作设备种类很多，包括输送机械（泵、压缩机等），换热设备（锅炉、加热炉、换热器、冷却器等），蒸发设备、塔设备（精馏、吸收、萃取、结晶等）、干燥设备等，每一类设备有其特有的节能方式。（1）、流体输送机械对可变负荷的设备，采用调速控制。（2）换热设备换热设备的节能方法有：加强设备保温，防止结垢，传热温差合理，强化传热；对锅炉和加热炉还有控制过量空气，提高燃烧特性，预热燃烧空气，回收烟气余热；采用高效率设备，如热管换热器等。（3）蒸发设备节能措施有：预热原料，多次蒸发，热泵蒸发等。塔设备塔设备的节能途径有：减少回流比，预热进料，塔顶热的利用，使用串联塔，采用热泵，采用中间再沸器和中间冷凝器等。干燥设备控制和减少过量空气，余热回收，排气的再循环，热泵干燥等。3．化工过程系统节能化工过程系统节能是指从系统合理用能的角度，对生产过程中与能量的转换、回收、利用等有关的整个系统所进行的节能工作。从原料到产品的化工过程，始终伴随着能量的供应、转换、利用、回收、排弃等环节，例如预热原料，进行反应，冷却产物，气体的压缩和液体的泵压等。这不仅要求提供动力和不同温度下的热量，而且又有不同温度的热量排出。根据外供的和过程本身放出的能量的品位，匹配过程所需的动力和不同温度的热量；根据工艺过程对能量的需求和热回收系统的优化合成，对公用事业提供动力、加热公用工程量和冷却公用工程量。以前的节能工作主要着眼于局部，但系统各部件之间是有着有机的联系。随着过程系统工程和热力学分析两大理论的发展及其相互结合与渗透，产生了过程系统节能的理论和方法，把节能工作推上了一个新的高度。过程系统节能方法的研究始于70年代中期，80年代在理论上逐渐成熟，方法上逐渐完善，并在工业实践中取得了巨大的经济效益。用一个石油化工企业的一个例子可以说明该方法的优越性：一个由乙烯厂及其下游产品构成的联合企业，如果每个分厂自选优化节能改造，需投资220万英镑，年效益为144万英镑，投资回收期18个月。而整个企业整体优化节能改造，需投资330万英镑，可得到266万英镑的年效益，投资回收期15个月。过去的老厂设计因为没有这些理论作指导，往往浪费很大，因此采用过程系统节能方法，很容易取得显著的节能与经济效益。4．控制节能控制节能包括两个方面：一是节能需要操作控制；另一是通过操作控制节能。节能需要操作控制，以加强仪表计量工作为主，做好生产现场的能量衡算和用能分析，为节能提供基本条件。特别是节能改造之后，回收利用了各种余热，物流与物流、设备与设备等之间的相互联系和相互影响加强了，使得生产操作的弹性缩小，更要求采用控制系统进行操作。另外，搞好生产运行中的节能，必须加强操作控制。例如产品纯度准确控制不够是引起过程能量损失的一个主要原因。若产品不合格将蒙受很大的损失，所以一些设备留有很大的设计实际裕度，使产品的纯度高于所需的纯度，大大增加了能耗。再者，在生产过程中，各种参数的波动是不可避免的，如原料的成分、气温、产量、蒸汽需求量等等，若生产优化条件能随着这些参数的变化相应变化，将能取得很大的节能效果。计算机使得这种优化控制成为了可能。例如，80年代美国Lummus公司为南斯拉夫45万吨乙烯厂提供开环在线优化指导系统，以利润/公斤原料为目标，可使利润增加7.2%，蒸汽消耗下降26%，原料消耗下降11.4%。控制节能投资小、潜力大、效果好，目前已引起中石化的足够重视。各厂已陆续上了DCS控制系统，计算机优化控制不仅使产品质量明显提高，而且能耗有所下降。特别是由国外引进的一些模拟优化操作软件，会明显改善操作水平，降低产品能耗。随着科技的迅猛发展，计算机优化控制会有更大发展。齐鲁石化公司应进一步抓住机遇，通过技术改造来提高计算机优化控制水平，应用控制节能来进一步节约能源。第三节生产装置节能改进的具体措施齐鲁石化公司已经完成了生产装置和各厂的能量平衡和火用平衡及节能潜力分析，现在的工作是结合工艺过程的具体条件，提出改进的具体措施以达到节能降耗的目的。三环节模型从宏观上指出能量使用的平衡和制约关系，装置使用能量贯穿于整个过程中，能量品位降低，最后达到过程不能再回收利用的时候再损失于环境，形成能量数量上的消耗。由火用平衡模型可以看出，能量贬值和损失是在三个不同环节中逐步发生的。根据用能分析模型，石油化工装置节能改进是有规律可循的。对装置进行节能改进时，应先进行工艺能量使用和回收环节的改进，当两者的改进确定后再考虑转换环节的改进。一、改进工艺条件，降低工艺总用能工艺总用能是衡量装置用能水平的重要指标，它是把原料变化到过程要求的条件下所需要能量的数量。一般来说，工艺总用能可分为热、蒸汽和流动功三种形式，即用热工艺总用能、用汽总用能和动力工艺总用能。降低用热工艺总用能（1）改进流程采用新的节能型工艺流程是降低用热工艺总用能的一个重要方面。如炼油厂可采用常减压蒸馏装置，把初馏塔、常压塔的过气化油直接抽出，绕过加热提温设备，避免了过气化油的反复加热气化和冷凝，减少加热炉的热负荷和初馏塔底油的换热负荷，从而减少带入用能设备（分馏塔）的能量，使工艺总用能减少。初馏塔出侧线也起到类似的节能作用。某炼油厂原油蒸馏装置把初馏塔的过气化油以初馏塔出侧线形式直接送往常压塔，减少加热炉和换热负荷约2000kW，工艺总用能减少21.8MJ/t。（2）改进催化剂使反应温度和压力降低。（3）减小塔的压降采用新型塔盘或采用新型填料减小塔的压降，即降低闪蒸温度和加热炉出口温度，从而减少了工艺总用能，对于吸收传质设备而言，压降减小，也意味着动力消耗减少，提高分离精度。（4）减小回炼比、回流比塔的回流比大小直接与工艺总用能有关，尽量减小回流比，使工艺总用能减小。对于反应过程，工