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综合能源管理——贯穿生命周期的解决方案
2012年31期 发行日期:2012-08-14

  尽管世界各国在能源上存在着一定的不平衡现象,同时在能源应用上也不尽相同,但全球对于能源有着相对统一的共识,即各类能源在短期内并不会大幅增加。因此,制造业领域的大多数公司都正在积极努力地降低能源消耗,他们主要的关注目标是CO2排放以及能源安全和支出。
  当前,也有不少生产基地已经或者准备开始应用一些能源排放管理。但有限的尝试只能产生一定的临时的正面效果,要持续改进就需要建立一项目标明确和具有系统性的综合性工程。为了真正有效的进行能源管理,其解决方案必须包括贯穿于整个生命周期的4个关键领域(见图1):
  (1)合理的设计和投资,以提高装置效率;
  (2)智能的操作,以保持工艺过程的高效;
  (3)自动化控制,通过控制流程降低能源消耗;
  (4)及时维护,使设备维持在设计性能水平。
  这些范围涵盖了组织当中的不同的人以及不同的时间范畴。设计工作通常只发生在工程的初期或随后的资金计划中;操作和自动化控制是持续性的,对工厂的最好的管理能不断提高能效;而维护是阶段性的,通常发生在装置停车的时候,但有的时候也会在装置运行时进行。

一、有效的设计

  设计阶段所做的决策很大程度上决定了一个工艺单元的最终能源效率。对技术、主要设备、热回收操作等的选择将持续影响工艺单元的整个生命周期,尤其是一旦整个流程开始运行,将决定可能达到的最大效率。
  对各种选择的评估将花费一定的时间和资金,因此在设计阶段最重要的步骤是抛开其他资源,使能源效率能在工艺设计的早期就考虑到。如果等到大多数方案已经确定的设计阶段的后期才考虑能源效率,通常会导致一系列的调整。尽管这些调整可能是有利的,但是会影响到整个工程计划的进度。
  工艺设计中提升能源效率最常用的方法是夹点技术。典型的解决方案是扩大热交换面积,但这样通常会使压降升高。然而,通过另外一种创造性的和彻底的技术不仅能改进液压装置,同时能更好的回收热。如在设计预热系统单元时,原来的设计(如图2所示)因原料进料而产生的压降较高,而改进的设计中在进料后续添加了新的交换器(如图3所示),这一改进能在不改变主要设备的情况下使单位粗产量最大提升10%。单独就节省的能源而言,改进所需的资金不出3年即可收回。
  即使在如转产这种规模相对较小的项目中,在规划阶段认真审查设计并寻求节约能源的途径也是值得的。能源损失分析对没有接受过夹点技术培训的工艺工程师而言,是一项能较快执行的评估方法,它能很简单地将能源损失归类为是来自于公用工程冷却还是损失到了周围的环境中,从而能够根据不同的类型采取不同的捕集热的方法。

二、更好地监控操作

  工艺操作者的任务是安全运行操作单元,同时满足产量和质量的要求,他们也能影响和提升能源效率。首要第一步是详细、实时地测量和记录能源消耗,而在很多情况下,如果仅仅是对能源消耗进行实施监控,并不能给操作者在改进时机的选择上提供任何的参考和指导。当生产率、原料性能或产品质量变化很大时,提供当前工艺条件下的理论能源消耗目标至关重要,这样操作人员才能抓中机会进行改进。
  实时监控和记录能源消耗,只有在满足以下条件的情况下才能达到节约能源的目标:
  (1)对每一种类型的能源和公用工程的能源消耗都必须详细地追踪;
  (2)跟踪和记录必须是实时的,以便一旦有情况发生能立即做出反应;
  (3)必须将实际能源消耗与目标能源消耗相联系,而目标能源消耗主要根据产量、进料、产品质量、转换率等工艺条件而定。

三、自动化提升效率

  通过自动化达到能源效率最简单的途径之一就是检查影响能源消耗的常规控制回路的性能。例如在燃油熔炉中的汽/油比,分联箱或独立热交换器的蒸汽压力控制,装置集气管压力控制等。通常,只要这些性能没有影响收率或者最终的产品质量,就不会受到工艺控制人员的关注。对这些回路进行标识并周期性的进行关注,能在不影响整个工艺的情况下提升能源效率。
  能获得持续收益的另外一个操作是当满足所有加工目标时,检查控制结构找到降低能源消耗的途径。例如,现在很多工厂蒸馏塔回流比的控制主要依赖于进料流率而不是维持回流稳定。对再沸器负荷进行简单的控制,使热输入量随着塔处理量发生变化,可能适合于一些塔器。在大多数工厂,通过操作和工艺控制人员的协作,能找到这种时机。

四、及时的维护

  不断变化的蒸汽性能和流速使了解交换器的潜在性能变得困难。简单的追踪所有的传热系数是不够的。很多装置目前依赖于实时的监控来详细追踪热交换器的污垢情况,这对何时清洗设备是非常有效的。

  除了以上4个关键因素,在工艺装置中,每个人和每个职位的运作在确保安全达到生产目标中也都发挥了一定的作用,每一个人都有相同的机会来影响能源效率。尽管如此,人们必须了解他们所处的角色,获得如何达到目的的目标和指令,以及要求的时间和资源。
  综合的能源管理项目能使装置生命周期的每一个阶段以及每个人都达到高效,同时获持续的提升和改进。(吴军  编译)

 

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