KEV管理體系在煉化企業(yè)能源管理上的應(yīng)用

潘偉杰

（福建聯(lián)合石油化工有限公司，福建泉州 362800）

“十三五”以來，國家對石化企業(yè)節(jié)能減排的要求越來越嚴(yán)格，合理控制能源費(fèi)用是降低石化企業(yè)運(yùn)營成本的重要手段。據(jù)統(tǒng)計，原油加工能力為1 000萬t/a的煉化一體化企業(yè)，一年的能源費(fèi)用可達(dá)35億元以上，占企業(yè)變動成本的78%左右，占公司總經(jīng)營費(fèi)用的35%。能源費(fèi)用中，燃料費(fèi)用占總費(fèi)用的84%，電與蒸汽各占8%左右。文章結(jié)合某石化公司的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，介紹KEV（Key Energy Variables，關(guān)鍵能源變量）管理體系在該公司能源管理上的應(yīng)用情況。

某石化公司KEV管理系統(tǒng)采用PDCA模式[1]，如圖1所示。計劃（Plan）為召集全廠技術(shù)管理人員，評審全廠生產(chǎn)情況和用能情況，識別并設(shè)置主要影響能耗的KEV指標(biāo)；執(zhí)行（Do）主要包括能源工程師與IT工程師協(xié)作，建立KEV監(jiān)控表并推廣使用，實(shí)現(xiàn)各KEV實(shí)時監(jiān)控并評價機(jī)會損失（能源費(fèi)用節(jié)省）情況，同時技術(shù)管理人員指導(dǎo)操作人員進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整；檢查（Check）主要是每月通過KEV監(jiān)控表讀取優(yōu)化操作機(jī)會損失減少量，作為各班組優(yōu)化操作競賽的依據(jù)，并關(guān)注全廠KEV運(yùn)行情況，形成KEV周報反饋生產(chǎn)部各業(yè)務(wù)團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)完成率；調(diào)整（Adjust）主要包括定期回顧各KEV的歷史運(yùn)行情況，識別是否有新增、更改或刪除的KEV指標(biāo)，并調(diào)整KEV的目標(biāo)值以確保目標(biāo)值具有挑戰(zhàn)性，最終形成KEV管理程序納入公司能源管理體系，確保KEV管理的有效性和可持續(xù)性。

圖1 KEV管理的PDCA模式

1 關(guān)鍵能源變量的選取與設(shè)置

1.1 KEV選取應(yīng)遵循的原則

以不影響裝置安全運(yùn)行、環(huán)保、產(chǎn)品質(zhì)量為前提，要求KEV具有：

1）可控性：在許可范圍內(nèi)，指標(biāo)簡明且操作人員易實(shí)施；

2）有效性：與能源使用相關(guān)的，最終實(shí)現(xiàn)能源效率的提升和節(jié)能；指標(biāo)選取方向是以最大化效果為前提，能以20%的工作量實(shí)現(xiàn)可控能源80%的有效管理，力爭實(shí)現(xiàn)（20/80）原則；

3）適用性：KEV考核能夠適用于不同工況、不同負(fù)荷。如“回流比”相比“回流量”更適合作為KEV指標(biāo)。

1.2 KEV的設(shè)置

充分識別各裝置的關(guān)鍵能源變量是建立KEV指標(biāo)管理體系的前提，需要公司管理層高度關(guān)注，充分發(fā)動技術(shù)管理人員和班組操作人員去挖掘、識別。經(jīng)過充分討論，分析歷史數(shù)據(jù)趨勢，確定指標(biāo)優(yōu)化控制措施；對于較為復(fù)雜和結(jié)論不確定的指標(biāo)需要采取審慎的態(tài)度，經(jīng)充分溝通和討論后再穩(wěn)妥推進(jìn)；對于和多個分部/車間相關(guān)的指標(biāo)，需要能源工程師與相關(guān)方充分溝通，以對公司總體節(jié)能降耗有利的方向設(shè)置KEV指標(biāo)。

KEV的設(shè)置可根據(jù)全廠生產(chǎn)情況實(shí)時進(jìn)行識別、調(diào)整。原油加工能力在1 000萬 t/a以上的煉油化工一體化企業(yè)，KEV指標(biāo)一般在100～200個，一般從5個方面考慮：

1）促進(jìn)加熱爐/鍋爐的節(jié)能，可設(shè)置氧含量、排煙溫度、鍋爐的排污率等相關(guān)參數(shù)作為KEV。加熱爐能耗一般占全廠能耗的50%以上，煉廠常見裝置加熱爐燃料消耗占裝置能耗的比例為：常減壓蒸餾裝置一般為82%～92%，焦化裝置約為90%，連續(xù)重整裝置約為82%[2]；化工裝置如乙烯裝置，裂解爐的能耗占裝置能耗的70%～85%[3]。因此，加熱爐的優(yōu)化操作對煉化裝置的節(jié)能降耗有著舉足輕重的作用。將氧含量設(shè)為KEV，可以激勵班組人員優(yōu)化調(diào)節(jié)“三門一板”，升級優(yōu)化燃燒器性能和開展加熱爐體查漏堵漏，降低排煙氧含量提高能效。加熱爐/鍋爐的排煙溫度的優(yōu)化控制則要求操作人員調(diào)整空氣預(yù)熱器熱空氣旁路、爐膛負(fù)壓等參數(shù)，空氣預(yù)熱器/對流段爐管按時吹灰。沒有空氣預(yù)熱器的加熱爐因?yàn)榕艧煖囟鹊目煽匦暂^低，一般不設(shè)為KEV。如果產(chǎn)汽、鍋爐給水等流量計的準(zhǔn)確度較高，也可設(shè)置鍋爐排污率作為KEV。

2）促進(jìn)分離系統(tǒng)節(jié)能，可設(shè)置精餾系統(tǒng)、萃取精餾系統(tǒng)和汽提塔的相關(guān)參數(shù)作為KEV，如回流比/采出比、溶劑比、靈敏點(diǎn)溫度等。分離過程的能耗占化學(xué)工業(yè)用能的40%左右，其中95%是在蒸餾過程[4]。在保證產(chǎn)品合格的前提下，通過優(yōu)化回流/采出比，靈敏點(diǎn)溫度（或塔頂、塔釜溫度等），可以有效減少塔釜熱負(fù)荷，節(jié)約塔釜重沸器蒸汽或重沸爐燃料的消耗，同時還可以降低回流泵的負(fù)荷。如果分離系統(tǒng)配備了準(zhǔn)確的塔底/塔頂組分在線分析儀表，也可考慮將組分在線分析數(shù)值作為關(guān)鍵能源變量/或關(guān)鍵毛利變量。如圖2，煉廠干氣回收C2裝置的淺冷油吸收塔系統(tǒng)需通過對吸收劑比、吸收劑溫度和靈敏點(diǎn)溫度等參數(shù)的優(yōu)化控制，實(shí)現(xiàn)塔釜C2收率最大化（塔頂在線分析中C2含量盡可能低）和節(jié)能最大化（滿足產(chǎn)品指標(biāo)要求下塔釜在線分析中甲烷含量盡可能高）。可在班組的關(guān)鍵能源變量KEV監(jiān)控表中加入“塔頂C2含量”和“塔釜甲烷含量”兩個指標(biāo)，比較機(jī)會損失，指導(dǎo)班組操作。

3）促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，可將燃料氣用量、燃料氣管網(wǎng)中LPG補(bǔ)入量設(shè)為KEV。煉化企業(yè)的能源種類較多，如自產(chǎn)燃燒氣和燃料油、外購LNG、蒸汽和電等，每種能源的價格差別較大。以油氣混燒的加熱爐為例，調(diào)節(jié)難度大、燃燒器清理維護(hù)難，多燒燃料油會增加操作員的工作量，但由于低硫焦油的價值低，代替高價外補(bǔ)LNG/LPG可以有效降低能源費(fèi)用。由于燃料油流量計準(zhǔn)確度較低，可將爐前燃料氣流量設(shè)為KEV。同時為防止各爐燒油量提升過多引起自產(chǎn)燃料氣過剩，可將LNG/LPG補(bǔ)入流量在KEV監(jiān)控表顯示以提示相關(guān)班組和生產(chǎn)調(diào)度，當(dāng)補(bǔ)入量小于2 t/h時不再計算費(fèi)用節(jié)約量。

4）促進(jìn)全廠蒸汽網(wǎng)絡(luò)或裝置間換熱網(wǎng)絡(luò)等的優(yōu)化。設(shè)置全廠減溫減壓閥流量/開度、蒸汽放空閥流量/開度作為KEV，主要是促進(jìn)生產(chǎn)調(diào)度和公用車間對不同等級產(chǎn)汽鍋爐和蒸汽透平負(fù)荷及時優(yōu)化調(diào)整，實(shí)現(xiàn)全廠蒸汽管網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行；裝置間熱供料的物料溫度可以設(shè)為KEV，激勵操作員通過提高直供料比例，及時調(diào)整空冷/水冷量來提高熱供料溫度等手段，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

5）促進(jìn)大型機(jī)組/機(jī)泵等優(yōu)化運(yùn)行。對于蒸汽透平機(jī)組或帶調(diào)速裝置的電動壓縮機(jī)組，可將壓縮機(jī)防喘振流量或防喘振閥開度設(shè)為KEV，工況變化時及時調(diào)整降低功耗；將循環(huán)水冷水溫度設(shè)為KEV，促進(jìn)操作人員及時關(guān)停部分風(fēng)機(jī)來降低公用工程電耗；同理可將生產(chǎn)裝置的部分參數(shù)設(shè)為KEV，如常減壓裝置初頂回流溫度等。

圖2 干氣回收C2裝置的淺冷油吸收塔流程

2 KEV監(jiān)控、及時調(diào)整和管理

2.1 KEV監(jiān)控表的建立和使用

我國的煉化企業(yè)已基本建立了實(shí)時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，用以監(jiān)控關(guān)鍵裝置的KPI[5]。因此，KEV監(jiān)控宜采用具有讀取實(shí)時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)功能的EXCEL形式，這樣對IT硬件設(shè)施的要求不高，只需通過普通的PC端就能實(shí)現(xiàn)對KEV監(jiān)控表的編輯更新、統(tǒng)計分析和狀態(tài)監(jiān)控。企業(yè)現(xiàn)有的實(shí)時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)不僅涵蓋了主要裝置和設(shè)施的主要工藝參數(shù)的DCS實(shí)時值，還保存至少1年的歷史數(shù)據(jù)。如圖3所示，通過KEV監(jiān)控表就可監(jiān)控各KEV實(shí)時狀態(tài)，讀取各班組節(jié)約能源費(fèi)用（機(jī)會損失）。以“溶脫F101氧含量”為例，當(dāng)氧含量＜4.5時狀態(tài)為良好，狀態(tài)表現(xiàn)顯示綠色；當(dāng)氧含量≥4.5，但≤目標(biāo)值5，狀態(tài)表現(xiàn)為提醒，黃色；當(dāng)氧含量＞5，狀態(tài)表現(xiàn)為報警，紅色；機(jī)會損失“-97”，表示通過操作人員的精心調(diào)整，節(jié)約能源費(fèi)用97元/小時。通過“間隔時間段取數(shù)保存”按鈕可以將所設(shè)時間段各班組操作調(diào)整的機(jī)會損失保存。通過“參數(shù)更新”按鍵，能源管理工程師可以將各KEV最新的目標(biāo)值上傳至實(shí)時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，全廠各PC端使用的KEV監(jiān)控表就可以同步實(shí)現(xiàn)目標(biāo)值更新。

2.2 KEV機(jī)會損失公式的設(shè)置

每個KEV都需設(shè)置機(jī)會損失公式，以量化各KEV優(yōu)化操作可節(jié)約的能源費(fèi)用。設(shè)置機(jī)會損失公式就是以KEV目標(biāo)值為基準(zhǔn)，根據(jù)運(yùn)行數(shù)值與目標(biāo)值偏差產(chǎn)生的能源變化量及能源價格系數(shù)計算節(jié)約的能源費(fèi)用，機(jī)會損失為負(fù)值表示節(jié)約了能源費(fèi)用，為正值表示增加了能源費(fèi)用。對于運(yùn)算符為“＜”的KEV指標(biāo)如加熱爐氧含量，表示與目標(biāo)值相比越小越節(jié)能，代入機(jī)會損失公式，若DCS實(shí)測值小于目標(biāo)值則機(jī)會損失為負(fù)數(shù)，表示相對目標(biāo)值基準(zhǔn)下節(jié)約了能源費(fèi)用，否則為正數(shù)則表示增加了能源費(fèi)用；對于運(yùn)算符為“＞”的KEV指標(biāo)如“C20201塔釜甲烷含量”在線分析含量，表示與目標(biāo)值相比越大越節(jié)能，代入機(jī)會損失公式，若DCS實(shí)測值大于目標(biāo)值則機(jī)會損失為負(fù)數(shù)，表示相對目標(biāo)值基準(zhǔn)下節(jié)約了能源費(fèi)用，否則為正數(shù)代表增加了能源費(fèi)用。對于加熱爐的氧含量和排煙溫度的KEV，可參考加熱爐反平衡熱效率公式來設(shè)置機(jī)會損失公式；對于燃料結(jié)構(gòu)優(yōu)化的KEV，如油氣混燒加熱爐的燃料氣流量，可以LNG與焦油的價差為系數(shù)設(shè)置機(jī)會損失公式；回流比或溶劑比等可根據(jù)蒸汽單耗和參數(shù)的歷史值，利用數(shù)值計算法作曲線擬合近似得到機(jī)會損失公式。

圖3 煉油三聯(lián)合KEV監(jiān)控表示例

2.3 KEV目標(biāo)值的設(shè)置和管理

KEV的目標(biāo)值是指標(biāo)是否完成的“合格線”，是KEV競賽班組機(jī)會損失計算的“基準(zhǔn)”，因此需要確保目標(biāo)值設(shè)置合理。某石化由能源工程師主導(dǎo)每兩月的目標(biāo)值回顧與更新，以保證KEV目標(biāo)值的挑戰(zhàn)性。原則上以前一個月的裝置正常運(yùn)行時段KEV歷史數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對KEV求平均值，并利用標(biāo)準(zhǔn)偏差公式求出KEV標(biāo)準(zhǔn)偏差，對于實(shí)際值越小越節(jié)能的KEV，目標(biāo)值為平均值＋標(biāo)準(zhǔn)偏差，反之為平均值—標(biāo)準(zhǔn)偏差；標(biāo)準(zhǔn)偏差公式如式（1）。對于油氣混燒加熱爐的燃料氣流量，能源工程師可按全廠燃料計劃設(shè)置目標(biāo)值。如果生產(chǎn)裝置因工況或負(fù)荷出現(xiàn)變化，KEV運(yùn)行數(shù)值偏離目標(biāo)值達(dá)48小時以上，業(yè)務(wù)團(tuán)隊(duì)無法通過操作調(diào)整消除偏差，可由工藝工程師提出對KEV目標(biāo)值臨時修改；同時工藝工程師也可根據(jù)裝置實(shí)際情況，決定是否設(shè)置KEV操作的上/下限，如根據(jù)空氣預(yù)熱器的露點(diǎn)腐蝕溫度設(shè)置排煙溫度操作下限[6]等。

其中代表所采用的樣本X1，X2，...，Xn的均值。

2.4 KEV運(yùn)行情況反饋

能源工程師每周回顧各KEV運(yùn)行情況，統(tǒng)計各業(yè)務(wù)團(tuán)隊(duì)/裝置的KEV合格率，發(fā)布KEV周報。生產(chǎn)部各業(yè)務(wù)團(tuán)隊(duì)分析KEV指標(biāo)偏離的原因并制定改進(jìn)措施，組織班組操作人員應(yīng)用KEV系統(tǒng)，優(yōu)化調(diào)整生產(chǎn)操作，控制各KEV在指標(biāo)范圍內(nèi)，工藝工程師指導(dǎo)班組操作優(yōu)化調(diào)整，評定班組KEV表現(xiàn)等。同時組織季度KEV勞動競賽，以機(jī)會損失評定競賽名次，對優(yōu)勝班組予以獎勵。工藝工程師每月通過KEV監(jiān)控表讀取每個班組的KEV表現(xiàn)（機(jī)會損失），評定班組KEV 運(yùn)行績效。期間因裝置停工、儀表失靈等情況導(dǎo)致KEV表現(xiàn)異常，工藝工程師可對該時間段KEV考核成績進(jìn)行修正或剔除；如果有班組不當(dāng)操作產(chǎn)生嚴(yán)重后果，業(yè)務(wù)團(tuán)隊(duì)經(jīng)理有權(quán)取消該班組競賽成績。

2.5 KEV的程序化管理

為保持KEV管理的有效性和持續(xù)性，建立KEV管理程序，明確能源管理、生產(chǎn)部各業(yè)務(wù)團(tuán)隊(duì)、技術(shù)與規(guī)劃部工藝工程師和IT工程師等各方職責(zé)和管理原則。KEV目標(biāo)值的修改、指標(biāo)的增加或刪除需經(jīng)過OA（協(xié)同辦公系統(tǒng)）由工藝工程和能源管理雙方確認(rèn)，審批后由能源工程師通過KEV監(jiān)控表實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)更新。

3 運(yùn)行效果

某石化通過KEV管理體系有效促進(jìn)了班組節(jié)能操作水平的提升，經(jīng)測算每月可通過優(yōu)化操作節(jié)約能源費(fèi)用約410萬元。同時以較少的人力物力實(shí)現(xiàn)公司、車間和班組各層級對節(jié)能指標(biāo)的有效管理。

4 結(jié)論

煉化企業(yè)的節(jié)能減排可通過生產(chǎn)運(yùn)行優(yōu)化和項(xiàng)目改造兩種手段，而KEV管理體系建立投資少見效快。節(jié)能管理人員可從加熱爐/鍋爐操作優(yōu)化、分離系統(tǒng)操作優(yōu)化、能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化、全廠蒸汽網(wǎng)絡(luò)和裝置換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化以及機(jī)組運(yùn)行優(yōu)化5大方面識別KEV，開發(fā)KEV自動監(jiān)控系統(tǒng)，指導(dǎo)操作員節(jié)能優(yōu)化操作，并量化、提升能效降低能源費(fèi)用，同時提升管理效率。