浅谈石化行业仪表节能工作的开展--控制网



浅谈石化行业仪表节能工作的开展
企业：控制网 日期：2009-05-19
领域：仪器仪表 点击数：1765








王发明（1973-）

男，山东东营，1995年毕业于西北工业大学自控专业，现任工程师、注册监理师、注册投资咨询师，一直致力于电仪自控、工艺实验研究及项目前期开发等工作。

摘要：当前节能成为我国经济发展中的重要部分。随着我国节能工作的发展，各行各业节能意识不断增强。从仪表设计、选型、安装、维护、研究开发等方面融入节能理念，必然会成为今后仪表工作发展的一个方向，将会给企业带来潜在的巨大经济效益。本文阐述了仪表节能的途径和效果。

关键词：仪表；节能；途径；效果

Abstract: Snergy saving is very important in the economic development of China now. Energy 
saving consciousness of people from all walks of life is inceasingly improving with 
development of energy saving work in our country. Energy saving consciousness is integrated 
into instrument design, choice, installation,maintenanceresearch, and so on. This will be a 
main development direction for  future instrument applications, and willgive companies the 
potential economic benefits. This paper describes the ways and effect of energy saving of 
instrument.

Key words: instrument; energy saving; ways; effect

    我国是世界上第二大能源消费国，能源消费增长速度连续4年超过GDP的增长速度。且我国也是世界上单位产能能耗最高的国家之一，每千克标准煤创造的GDP仅为0.36美元，世界均值为1.86美元，日本为5.58美元，约是我国的15倍[8]。因此，我国节能势在必行，节能潜力是巨大的。

    目前对许多大中型石化企业来说，一般注重工艺节能、设备节能，而仪表节能往往被忽视。笔者认为节能工作应贯穿石化各个专业，需要多个专业的协调及努力才能达到节能最优及节能最大化。本文就仪表节能工作进行一些简单讨论，以期能对实际工作起到总结、引导作用。

1 仪表节能概念

    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，可分为直接节能和间接节能[9]。仪表节能的概念也是近几年才被人们提及，国内尚没有统一明确的定义。由于节能实际内涵极为广泛，我们可以认为在仪表方面展开的有关的节省资源、资源利用最大化的工作都可认为是仪表节能。

2 仪表节能途径及节能量

    根据笔者多年从事仪表的实际经验来看，仪表节能主要应从设计、选型、安装、维修维护、研究开发等几个方面进行。这几个方面实际上相互交叉，没有明显的界限，如设计中包括选型、安装，而选型、安装中贯彻设计思路、影响维修维护，维修维护中则包括有设计、选型、安装等因素，研究开发以之前的设计、维修维护等为基础，又反过来影响设计、选型、安装、维修维护。

    节能量是指一定时期内节约和少用的能源数量，也就是在完成相同的工作量（产品、产值、投资），达到相同目的的前提下所少消耗的能源量。节能量可根据形成节能量的各种因素分别计算，如直接节能量，间接节能量，也可计算结构节能量及某项技术措施的节能量等。节能量与单位能量的价格相乘便能计算出节能经济效益。节能量一般可采用以下三种方法计算[9]：

    以单耗降低为依据计算节能量：

    以效率提高为依据计算节能量： 

    以合理节能率为依据计算节能量： 

    式中：—节能量，eq—技术措施前单耗，eh—技术措施后单耗，Gh—技术措施后产量、工作量，Eh—技术措施后耗能量，ηq—技术措施前效益，ηh—技术措施后效率，—节能率。

3 仪表节能措施举例及效果

3.1 仪表设计选型节能

    在一个石化项目的工艺流程设计过程中，仪表设计是其一项辅助性工作，但是仪表设计却是仪表节能的开始和关键。

    设计节能举例:

    (1) 设计中仪表设置节能。石化行业中仪表设计时不必在所有换热器循环水入口都设置温度计，只在循环水进水总管上设置（现场的或远传的）温度计即可，因为循环进水温度是一定的，只是在各换热器出口温度存在差异。其它像供风、供汽等公用工程都可参照这一做法。当工程规模较大时，节省上百支温度计轻而易举，假设可减少200支温度计，每支按平均150元计算，仅温度计节约3万元，减少投资的效果是显著的，这种做法是直接节能的表现；再如在压力控制要求不高（调节精度±5%～±10%）的场合，可优先考虑采用自力式调节阀进行控制，它无须配套测量调节回路及运行时无须外加驱动能源，仅能源（假如以气源计）费用每年可节省0.8Nm3/h×8000h×0.15元/Nm3=960元。可见，在工艺自控流图中仪表设置的设计直接影响到工程投资及运行节能情况。

    (2) 仪表选型节能。拿流量仪表来说，其压力损失是一种隐形能耗，在实际运行中的能量消耗是不容忽视的。在保证工艺精度要求下，我们可首选结构上或技术上节能的流量仪表，例如在测量脏污流体时选用差压式仪表可首选楔形流量计，其原理结构决定了压损要比孔板小（如图1[5]所示），参照标准孔板功率公式W=（ΔωqV）/η[6]就能计算出楔形孔板的节能效果，单台V形流量计年可节约耗能费达10万元以上[10]。再如锥形流量计在β值相同的情况下，其压损仅是孔板的1/3～1/5，均速管流量计压损仅为差压信号的2%～15%，其运行费用仅为标准孔板流量的1.2%～1.5%，在大管径情况下，它们具有很大的节能潜力，在仪表设计时可优先考虑。

   (3) 控制方案及控制系统节能。在石化行业中，炉子、风机、压缩机等都是大耗能设备，优化这些设备的控制方案，将会产生较大的节能效益。就拿炉子来说，它是石化行业的耗能大户，其运行的稳定性、运行效率对节能来说意义重大。通过选取合理的测温点及改造炉膛压力取压方式、加之与之相配套的控制方案，采用DCS从硬件、软件两方面入手，可实现加热炉的平衡、优化运行，一般可提高加热炉效率0.5%～3%，对节能降耗起到很大的作用，年可节能百万元以上[1]。

    在文献[2]中，中国石化北京燕山分公司炼油厂对催化裂化装置主风机组及烟机的控制系统的重新设计，改变了过去卡件坏、系统稳定性差、调节精度低等诸多问题，明显减少了生产装置的开工次数及大幅度波动，实现经济效益2394万元以上，这说明控制方案及调节系统的选择至关重要。扬子石化股份公司在加氢裂化装置分馏系统上应用了先进的多变量预测控制技术，显著提高了两塔运行参数的平稳性，降低了操作人员操作难度，年节能达127.4万元，是优化控制方案的成功运用[12]；从文献［10］中看出，在常减压装置上采用集散控制系统较常规仪表控制系统通过提高加热炉及换热器传热效益，燃料单耗可降低1Kg/t原油，对于150万吨/年原油加工能力，则每年可节约燃料1000t，节能300万元以上。

    设计方案、设计选型非常关键，是节能最关键的一步。实际上，在设计的每个细节都有节能的潜力。例如可在测量精度一样的前提下，选择较小的测量量程来获得较高的仪表测量准确度；在留有适当裕量的前提下，选择合适的Cv值调节阀，同一流量下使调节阀开度较大，减少调节阀节流损失的能量等。

    仪表设计节能在目前有关石油化工自动控制设计手册中基本不单列或无此项内容。笔者认为仪表设计、选型节能应是一项包含理论、应用、经验在内具有丰富内容的课题，有关部门应加大搜集节能设计、选型方面的资料及成熟可靠经验，在今后的著书立说中有所体现和表达。

3.2 安装节能

    所谓仪表安装就是把各个独立的部件即仪表本体、管线、电缆、附属设备等按设计要求组成回路或系统，完成检测或调节任务。仪表安装节能就是在仪表安装过程中减少材料消耗或采取一定的安装技术减少运行费用及维修维护费用。仪表安装时首先作好图低自审，制定切实可行、具有直接节能或间接节能措施的施工技术方案[7]。仪表安装的好坏，直接关系到石化装置运行与维修维护费用。

    下面就仪表安装节能举例。

    (1) 减少直接材料消耗及运行能耗的安装；比如现场压力表及差压（或压力）变送器安装时，一般采用引压管方式取压，在安装时应注意尽量缩短引压管长度，差压引压管尽量减小两引压管间距。这样做的目的，一般可以减少引压及保温材料费用，重要的一方面是可以减小开工时的热量损失，增加测量参数的实时性，减少测量滞后，提高节能及产品质量；又如炼化装置的压力控制、料位控制现场引压管线由于测量物料较重易凝堵，通常加设有伴热线。冬季为防止仪表失灵引发事故，伴热线常开。在安装时应在蒸汽管线单独设置仪表伴热图2-b阀，不与工艺伴热混用图2-a，可避免工艺与仪表伴热的不同步性造成伴热蒸汽量的波动，避免频繁调节伴热阀造成热量的损失。

    (2) 技术“创造性”安装[13]；如在石化行业中由于部分被测介质凝点较高，就需要对引压管进行保温，一般做法是在引压管上缠绕蒸汽加温管，通过二者之间的热交换，避免引压管中被测介质凝固。这样的做法将会造成以下问题：一方面高温的蒸汽伴热管与被保温的低温管线是两根管线之间的“线”接触来“传导”温度，高温蒸汽的很大部分处于自由空间，热能浪费很大；另一方面，蒸汽的温度较固定，由于被测介质性质的差异性，使得介质照样冻结或气化，影响了压力表的正确显示，而且增加了伴热管线费用及后期的运行费用。针对这些问题，可在安装时可打破“横平、竖直”常规，做一些小的“发明”就能达到节能的目的，也可将需伴热的压力表引压管做成与设备一定的角度，改变“横平”的传统做法（如图2所示，倾斜角度可变），且尽量缩短引压管长度。这样当上面的介质温度降低后，其密度增大，可依靠重力下流，而下面设备中的介质上流，不断的进行循环，倾斜角度不同，循环速度不同，从面实现介质的自保温，无需外部蒸汽保温；基于此原理，也可使压力变送器或差压变送器的引压管高于取压点安装，大部分也可实现“自保温”。这样，即可保证仪表长周期正确运行，而且节能效果显著。

    (3) 其它节能安装；如在施工过程中合理布局，尽量减少管（缆）弯路、转折点，减少敷设电缆数量，降低各种动力源的压力损失等措施达到节能目的。

3.3 维修维护节能

    现代工业生产中，自动化程度越来越高，相应的自动化仪表使用量也越来越大。要想石化装置长期稳定地运行，仪表的长期稳定工作就必不可少，仪表的使用维修维护对节能就显得格外重要。通过清理、更换小部件等维护维修手段使不良设备运行正常达到节能是显而易见的，在此笔者就石化行业蒸汽及净化风的情况着重举例。

    (1) 仪表蒸汽伴热在石化行业非常普遍，伴热用蒸汽疏水器在整个蒸汽系统中是个小配件，但它对系统的经济运行影响很大。从笔者多年从事仪表维修的经验来看，应将疏水器的运行情况纳入仪表维修维护日记，着重关注疏水器回水管温度变化。当温度太热表明有窜汽现象，以仪表伴热用的热静力式疏水器为例，假设不良疏水器在0.5MPa的压力下跑汽，就相当于3mm直径孔的跑汽量，一年要损失蒸汽168t，折算成燃料煤23.52t，仅一个疏水器就造成近2.35多万元的能源损耗。设想一下，一个中型石化项目近百台疏水器要损失多少燃料？整个工厂又要损失多少燃料呢？当回水管道不热则表明疏水器不动作，维修人员应及时进行在线检修。确保疏水器的良好运行所节约的能源比其投资高出几十倍甚至上百倍，因此在日常的维修维护中要更好地跟踪监视仪表疏水器的工作情况有重要的节能意义。

    (2) 假设由于工业大气腐蚀等原因造成仪表净化风供风管道上一Φ1mm的小孔漏气，那么我们计算一下泄漏量，取气体流速为V=20m/s（一般在15～30m/s），压力为0.6MPa(G)，泄漏量： ，这几乎相当于一台调阀的实际耗气量，泄漏量与泄漏孔半径之比的平方（R2/R1）2成正比增长。当装置中气源管路有松动或卡套式接头处略有漏风，其长期运行必将造成净化风的极大浪费，因此在维修维护过程中注意这一点，往往会“举手之劳” “收益非浅”。

3.4 仪表操作节能

    在仪表日常操作过程中，加强运行参数的监控，处处贯彻节能的思想，便可发现在满足工艺要求的前提下，节能处处可挖。下面举例说明。

    (1) 严格操作规程实际就是节能的保证。如引压管带隔离液的差压式变送器，三阀组有严格的投运及停运步骤，操作不当一方面可能使隔离液流失，引起变送器传感器损坏，造成较大的经济损失，另一方面可能给工艺带来错误的操作信息，造成工艺装置操作不稳，甚至酿成事故；我公司就发生过因差压计内一侧隔离液在仪表维修时放空造成了虚假液位，引起油品冒罐事故，造成经济损失15万余元。

    (2) 根据公司具体情况调整仪表设备的操作实现节能。如调整净化风露点节能，在一般净化风系统中，都采用冷冻加吸附塔的运行模式，这样会得到露点品质较高的净化风。此模式的缺点是未充分考虑压缩风露点与环境温度的变化之间的关系，无论是在夏季还是在冬季都产出露点-60℃的压缩风，这势必造成一定的电能浪费。我们完全可根据季节的变化，采取一定的措施，只要满足生产需要及运行安全，不过高的控制净化风的露点就能达到节能。中石化济南分公司通过夏季运行时停运吸附塔，只运行冷冻机组，净化风的压力露点控制在10℃左右，可保证全厂的安全用风要求。冬季运行时可根据天气温度的变化停运行冷冻机组，单独运行干燥塔，可保证净化风的露点控制在-60℃左右。净化风这种运行方式年节能达60多万元[3]。这是一种有效的操作节能方式，既能保证生产的安全用风，也能达到节能的目的。

3.5 研究开发节能

    目前，仪表种类繁多，各有特点。至目前为止，还没有一种仪表可应用在任何环境都是最优的。因此，设计适应性强、无阻力、非接触的节能型仪表及先进控制技术是时代发展对每一位从事石化仪表研究开发人员的要求。

    (1) 节能仪表研究开发

    举例来说流量仪表的种类繁多，相对于孔板流量计来说，V形流量计及均速管流量计有着较显著的节能效果。但V形流量计具有价格高、吊装困难等不足，不论是计算、制造、安装、使用等，V形流量计尚缺少规范和数据；均速管流量计当直管段长度无法满足时，其准确度也难以高于±2%～3%。因此，对节能仪表需进一步加深研究力度，获取数据资料，对其进行技术改进或理论技术创新，使其趋近于“完美”的节能仪表，真正实现在石化行业上大规模、大范围应用。

    (2) 先进控制技术的研究开发

    在目前石化行业中控制算法基本是以PID为主，复杂控制方案中90%用的还是PID。而模型预测控制、内模控制、模糊控制等先进控制大多处于理论研究。因此，开发针对石化行业的专用实时控制技术及控制策略，改善控制系统的动态性能，提高燃料利用率，优化装置用能，这就要求仪表技术人员具备较高的理论水平及实际的石化行业控制经验。各种文献中这点论述较多，在此不过多阐述。

3.6 仪表管理节能[8]

    2006年8月23日，国务院发布《国务院关于加强节能工作的决定》，将“合同能源管理”确定为节能领域重点推广模式。这预示着中国节能服务产业化步伐将加速。合同能源管理是一种以节省的能源费用来支付节能项目全部成本的节能投资方式。节能项目由节能公司实施，节能公司以分享节能项目实施后产生的节能效益来获得利润。这为仪表管理节能模式的发展及运作指明了方向。这里仅以强化仪表日常管理及ERP系统为例说明一下：

    (1) 强化仪表日常管理

    石化公司首先要杜绝仪表的“跑、冒、滴、漏”的情况，要做好这点主要的控制点应该是在仪表设计、选型、安装的时候都要严格把关，维护要及时到位。另外一个方面就是仪表的易损件的更换和采购，必须要做到有严格的管理制度，什么样的东西才算是报废，怎么处理，耗材主要是集中处理的掌握等，其次日常维护的油、胶带、工具、线缆等的保管也是控制的关键。

    (2) 加强石化行业企业资源计划(ERP)系统的推广力度

     ERP是一种现代企业的先进管理方法，采用ERP系统，可将工艺节能、设备节能、仪表节能、电气节能等有效的结合起来，实现资源最优化，将使企业获得最大的经济效益。

4 结束语

    在石化行业中，一般认为工艺节能、设备节能首当其冲，但仪表节能的作用同样不可忽视。仪表节能贯彻在仪表控制方案、设备选型、安装、维修维护、管理等各个环节，注重每一个细节，都有可能带来明显的节能效果，重视仪表节能工作的开展，提高仪表人员节能意识，为石化行业的节能工作添砖增瓦。虽然仪表节能工作是长期的、艰巨的，但这是时代赋与我们每个从事自控专业技术人员的责任和义务。


参考文献

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