石油石化作為能源生產(chǎn)大戶，同時也是耗能大戶，其節(jié)能成為了國家關(guān)注焦點。據(jù)工信部發(fā)布的數(shù)據(jù)，2013年度中國石油和化工行業(yè)能耗量高達5×108 t標準煤以上，占全國能耗總量13%[1]。而據(jù)中國化工節(jié)能協(xié)會統(tǒng)計，2013年度石油石化行業(yè)的工業(yè)增加值能耗比上年下降1.98%，僅完成“十二五”節(jié)能目標任務的30%，并未達到目標進度要求，多數(shù)產(chǎn)品單位綜合能耗下降速度減緩，煉油和電石等重點產(chǎn)品的單位綜合能耗甚至出現(xiàn)了反彈[2]。由于石油石化工藝流程十分復雜，單元操作耦合程度高，耗能裝置眾多且各有其自身特點，生產(chǎn)流程運行的穩(wěn)定性要求特別高，因此，單一的節(jié)能技術(shù)或裝備往往不能滿足新形勢下的節(jié)能要求，而從全系統(tǒng)角度對石油石化行業(yè)進行整體節(jié)能診斷與改造方案設計，已成為業(yè)內(nèi)共同認可的必經(jīng)之路。本文以湖南山水節(jié)能科技股份有限公司多年來流程工業(yè)節(jié)能裝備與技術(shù)的研發(fā)和節(jié)能改造成果為基礎，首次提出一種創(chuàng)新的系統(tǒng)節(jié)能理論，闡述其若干系統(tǒng)節(jié)能的觀點，并以第二屆中國石油石化節(jié)能減排技術(shù)交流大會報道的最新行業(yè)節(jié)能實踐為例介紹該系統(tǒng)節(jié)能理論在石油石化行業(yè)中的應用。

1、MOAR系統(tǒng)節(jié)能理論

湖南山水節(jié)能科技股份有限公司以瞿英杰為首的專家團隊通過對國內(nèi)外眾多節(jié)能技術(shù)資料及情報整理剖析，并結(jié)合20余年開展的上百項流程工業(yè)節(jié)能工程的梳理分析，提出流程工業(yè)系統(tǒng)節(jié)能可歸納為下述四條基本途徑：

a) 管理系統(tǒng)運行(Management of System Working)。即以協(xié)調(diào)和提高全系統(tǒng)能效作為系統(tǒng)調(diào)度質(zhì)量指標，通過現(xiàn)場歷史和實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析處理，由節(jié)能運營中心的專家系統(tǒng)提出調(diào)度方案，DCS(Distributed Control System，分布式控制系統(tǒng))系統(tǒng)及操作工根據(jù)調(diào)度決策完成工況調(diào)整，使整個生產(chǎn)系統(tǒng)處于最佳能效狀態(tài)運行;

b) 優(yōu)化工藝需求(Optimization of Process Demand)。這一途徑要求全面深刻地理解生產(chǎn)工藝實際要求，精確調(diào)整系統(tǒng)中用能單元需求(如換熱器用循環(huán)水冷卻水流量等)，在安全穩(wěn)定的前提下最大化杜絕冗余浪費;

c) 調(diào)整能量供給(Adjustment of Energy Feed)。流程工業(yè)中生產(chǎn)介質(zhì)的動量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞及反應過程，離不開風機、水泵和壓縮機等諸多動力設備供給的機械能及熱工設備供給的熱能，因此在優(yōu)化工藝需求的基礎上需相應調(diào)整能量供給以提高工藝流程需求與供給系統(tǒng)之間的匹配性，最終減少能量供給的過剩;

d) 提升元件能效(Rise of Component Efficiency)。對系統(tǒng)中的各個用能元件，力求提高元件本身的能效指標，可在原來用能元件基礎上進行結(jié)構(gòu)、材料和工況點的優(yōu)化設計，也可更換新的高效元件。

上述四條節(jié)能基本途徑的英文翻譯分別以字母M、O、A和R開頭，故共同組成“MOAR”系統(tǒng)節(jié)能理論。根據(jù)瞿英杰等人對32項石化行業(yè)工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)節(jié)能改造工程的能效統(tǒng)計，管理系統(tǒng)運行、優(yōu)化工藝需求、調(diào)整能量供給和提升元件能效這四大節(jié)能法則平均分別可貢獻6.8%、15.2%、7.3%和12.5%的系統(tǒng)能效提升率，32個節(jié)能改造工程的系統(tǒng)能效整體提升可達40%以上。

MOAR系統(tǒng)節(jié)能理論以流程工業(yè)系統(tǒng)最終需求為約束條件，是包含流體輸送機械、管網(wǎng)系統(tǒng)、調(diào)節(jié)設備、換熱設備、末端工藝設備和自動控制系統(tǒng)的全系統(tǒng)優(yōu)化的實現(xiàn)方法和思想體系。同時，MOAR系統(tǒng)節(jié)能理論的應用也依賴于各種具體工程技術(shù)的作用，并隨著各領域節(jié)能技術(shù)進步而不斷地自我豐富和發(fā)展。

2、MOAR理論在石油石化節(jié)能中的應用

2015年1月中國石油學會組織中國石油、中國石化、中國海洋石油、陜西延長石油等企事業(yè)單位和有關(guān)高校、科研院所及各大節(jié)能服務公司在福州市召開了第二屆中國石油石化節(jié)能減排技術(shù)交流大會暨節(jié)能減排新技術(shù)新裝備展示會，并出版了會議論文集。本次大會共收錄研究論文共計288篇，介紹的節(jié)能技術(shù)、裝備與方法累計1 000項余。按照MOAR理論“管理系統(tǒng)運行(M)”“優(yōu)化工藝需求(O)”“調(diào)整能量供給(A)”和“提升元件能效(R)”四個法則分類，各個法則下對應的論文篇數(shù)及占全部論文篇數(shù)的比例見表1，由于部分論文同時涉及兩項及以上MOAR理論的法則，故表1中4個法則對應論文的篇數(shù)相加之和大于總篇數(shù)，占比之和也相應地大于100%。

使用提升元件能效這一MOAR理論法則的論文篇數(shù)最多，占比高達43.75%，接近論文總數(shù)一半，這是因為通過提升元件能效的方式來實現(xiàn)節(jié)能目的，一方面效果最直接最顯著，另一方面則對系統(tǒng)內(nèi)其它元件的影響較為有限，改造量小，投資見效快;占比第二的是管理系統(tǒng)運行，論文篇數(shù)為108篇，可見石油石化行業(yè)，尤其是油田和煉廠等生產(chǎn)企業(yè)，已充分認識到日常系統(tǒng)管理的重要性，管理也是系統(tǒng)節(jié)能必不可少的組成部分;應用優(yōu)化工藝需求和調(diào)整能量供給這兩大MOAR法則的論文數(shù)量大體相當，約占總篇數(shù)的25%左右，其節(jié)能意義也非同小可。

下面根據(jù)會議論文集的報道，結(jié)合具體實例介紹每個MOAR理論法則在石油石化節(jié)能中的成功應用案例。

2.1管理系統(tǒng)運行法則

中國石油蘭州石化公司劉輝高工[3]介紹了蘭州石化EMS(Energy Management System，能量管理系統(tǒng))的建立與實踐經(jīng)驗。EMS是一種信息化的企業(yè)能源管理平臺，包含了動力系統(tǒng)離線模型、在線模擬優(yōu)化工具及基于網(wǎng)頁B/S(Browser/Server，瀏覽器/服務器模式)架構(gòu)的系統(tǒng)框架這三大層級，其主要節(jié)能思路是利用企業(yè)現(xiàn)有設備建立全廠裝置和公用系統(tǒng)的能耗在線采集模型，從而分析與監(jiān)測能源使用狀況和節(jié)能技術(shù)實施效果，在此基礎上實施整體在線節(jié)能優(yōu)化方案以達到生產(chǎn)操作和節(jié)能效果的最優(yōu)化。蘭州石化EMS系統(tǒng)的投用，不但實現(xiàn)了對重點耗能設備與裝置的監(jiān)管，且借助流程模擬優(yōu)化軟件工具對全公司能源動力配置進行了實時高效調(diào)整，提高了調(diào)度水平，并最終實現(xiàn)了公司總體用能的目標管理，達到了系統(tǒng)節(jié)能“優(yōu)化—核查—核實—改進—再優(yōu)化”的良性循環(huán)。

2.2優(yōu)化工藝需求法則

催化裂化(FCC)作為一種石油煉制過程，是石油二次加工的主要方法之一，F(xiàn)CC裝置總能耗往往占據(jù)煉油系統(tǒng)總加工能耗30%以上。中石油四川石化王瑞等[4]介紹了新建的2.5Mt/a重油FCC裝置余熱鍋爐的節(jié)能改造實踐經(jīng)驗，其核心思想是通過優(yōu)化工藝需求參數(shù)來實現(xiàn)余熱鍋爐單元節(jié)能。具體改造措施如下：

a) 再生煙氣流程工藝需求優(yōu)化。取消低壓余熱鍋爐和爐膛下部燃料補燃器的燃料氣體供給，充分利用溫度高達515℃再生煙氣的熱能來生產(chǎn)中壓蒸汽(4.0MPa，420℃)供蒸汽輪機和熱力管網(wǎng)使用;

b) 除氧水流程工藝需求優(yōu)化。增設連續(xù)排污擴容器以便汽水分離器利用排放污水的氣化潛熱進行除氧以節(jié)約1.2MPa過熱蒸汽的用量，并增設中壓余熱鍋爐省煤器給水預熱器，將進入低溫省煤器的給水溫度提高至煙氣露點溫度以上，在減少給水加熱耗能的同時避免了省煤器管壁的露點腐蝕;

c) 中壓蒸汽流程工藝需求優(yōu)化。通過蒸汽運行流程的優(yōu)化最大限度回收低溫蒸汽的熱能以節(jié)約高溫蒸汽用量，同時在低溫蒸汽與高溫過熱器之間設置減溫水孔閥以控制余熱鍋爐過熱蒸汽出口溫度，從而保證蒸汽品質(zhì)。四川石化FCC裝置余熱鍋爐系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)改造后，經(jīng)測算，余熱鍋爐單元的4.0MPa中壓蒸汽增產(chǎn)、1.2MPa蒸汽增產(chǎn)、機組省電和鍋爐節(jié)約燃料氣產(chǎn)生的經(jīng)濟效益分別為4026×104元/a、1300×104元/a、60×104元/a和2576×104元/a，總計高達將近8000×104元/a，可見取得了非常顯著的經(jīng)濟效益提升。

2.3調(diào)整能量供給法則

延遲焦化是目前世界渣油深度加工的主要方法之一，處理能力占渣油處理能力的1/3，其主要工藝特點可歸納為“既結(jié)焦又不結(jié)焦，既連續(xù)生產(chǎn)又不連續(xù)生產(chǎn)”和高溫高壓?？烧J為，有溫度變化和燃料消耗的工藝就存在能量供給調(diào)整的需要，并存在節(jié)能減排空間。錦州石化公司王季軍[5]總結(jié)了延遲焦化工藝的能量供給調(diào)整經(jīng)驗，包括蒸汽供給調(diào)整、燃料瓦斯供給調(diào)整和水、電、汽等公用工程調(diào)整等方面。以焦炭塔蒸汽供給調(diào)整為例，為獲得液體收率的最大化，需調(diào)整蒸汽供給和操作壓力：a) 通過加熱爐出爐溫度的控制和注汽位置的優(yōu)化動態(tài)調(diào)節(jié)裂解反應和縮合反應的溫度區(qū)間，達到“充分裂解、快速聚合”的效果，并密切關(guān)注管線和設備的保溫;b) 適當降低焦炭塔操作壓力，減少塔內(nèi)焦的阻力，縮短烴類在塔內(nèi)的停留時間，減少二次裂化以提高液收并減少氣收和石油焦的產(chǎn)量。

2.4提升元件能效法則

中國石油管道公司中原輸油氣分公司李楠[6]總結(jié)了天然氣長輸管道的能效提升舉措：

a) 合理選擇壓縮機及原動機。優(yōu)先選用易于控制和維護的離心式壓縮機，并因地制宜選擇原動機種類：對電力供應充足且電價低廉的地區(qū)，適宜采用電動機作為原動機;而對遠離電網(wǎng)的邊遠地區(qū)，則應該選用燃氣輪機;

b) 采用高壓和富氣輸送等先進工藝以降低氣體流速，減少摩擦，提高輸送效率;

c) 通過管壁內(nèi)涂層減阻處理減少輸送沿程摩擦阻力，并通過工藝管路優(yōu)化減少不必要的閥門和彎頭來降低局部摩擦阻力損失;

d) 回收燃氣輪機壓氣站的余熱用于生活用水加熱，并通過換熱來減少管線冰堵和降低氣體摩擦損失;

e) 定期維護壓縮機并盡量減少天然氣的放空和泄漏。

3、結(jié)語

通過石油石化行業(yè)大量成功節(jié)能改造案例的總結(jié)和分析，可看到MOAR理論既能有效指導節(jié)能技改思路和方法的展開，又能緊密結(jié)合具體的裝置特點和工藝情況，通過一系列操作性強且卓有成效的節(jié)能改造舉措來實現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能的最優(yōu)效果。同時，隨著MOAR理論研究與應用的不斷深入和加強，未來也有望擴展至鋼鐵和冶金等其它流程工業(yè)節(jié)能領域，為中國流程工業(yè)節(jié)能做出更大貢獻。