当代石油石化—炼化企业全厂能量系统优化节能技术研究与应用实践

２０１１年第１１期总第２０３期1?炼化企业的用能现状

我国经济的快速发展带动我国石油消费的迅速增长，持续增长的需求和相对稳定的产量使我国石油供应缺口越来越大。炼化企业在自身生产过程中需要将其生产原料总量的5%～7%作为能源消耗[1]，因此在高原油价格下“节能亦利润”、“节能亦生存和发展”已成为炼油企业要面对的问题，能耗高低已成为体现炼化企业竞争力的关键因素之一。

我国炼化企业的工艺相对复杂，装置规模普遍偏小，企业用能水平参差不齐，与世界领先水平相比，炼油能耗尚存在一定的差距，节能潜力较大；同时，炼化企业针对全局的节能优化相对重视不够，在企业扩能改造的同时，能量系统并没有进行同步适应性改进，导致用能系统虽然能够满足工艺需求，但能量系统中不合理、缺乏柔性的环节较多，装置与装置及装置与系统间不

匹配，有的“大马拉小车”，也有“脖子大肚子小”[2]；利用炼厂气进行燃气发电的节能机组技术及热电联产技术应用不多[3]；能耗管理存在着许多薄弱环节等，致使炼油能耗偏高。

近年来，我国炼化企业结合油品质量升级进程，不断地进行结构调整和技术升级改造，利用炼厂油品质量升级改造的机会，坚持从源头抓起，在规划设计阶段，着手全厂用能优化，实现过程扩能与用能系统优化同步进行，不仅投资少，而且效果显著，从本质上实现了炼厂节能降耗，减少碳排放。

收稿日期：2011-11-15。

作者简介：王北星，高级工程师，1982年毕业于成都科技大学化学工程专业，长期从事石油化工的节能工作，曾获得省部级科技进步奖，已发表多篇论文。

王北星田涛

（中国石化节能技术服务中心，北京100029）

陈清林

张冰剑

（中山大学化学与化学工程学院，广州510275）

炼化企业全厂能量系统优化节能技术

研究与应用实践

摘?要：简要介绍了炼化企业开展全厂能量系统优化工作的方法思路和实施策略，针对炼化企

业物流、能流转化及利用特点，阐述了综合考虑单元过程与设备、工艺装置、公用工程系统、罐区储运、低温热利用、蒸汽动力系统等全厂能量系统的集成优化方法及其实际应用过程。以某公司炼油全厂用能优化为案例，通过综合应用流程模拟、夹点分析、过程能量集成等手段对该企业实施全局用能优化，实现炼油能耗降低5个单位。

关键词：能量系统过程系统优化单元设备能量结构模型节能技术服务全局优化

２０１１年第１１期总第２０３期

2?炼化企业用能系统优化技术及实施策略2.1?炼化企业用能特点

炼化企业的能源消耗构成主要包括燃料气和燃料油、煤、催化裂化烧焦、电、蒸汽和水等，根据炼化企业加工流程不同各种能耗在总能耗中所占比例不尽相同。一般而言，加热炉燃料消耗量最大，约占30%～40%；其次为催化烧焦，约占10%～40%；耗电量约占20%～30%；蒸汽消耗约占10%～20%。炼化工艺过程是物料变化和能量变化同时进行的过程，其中借助能量的推动力作用实现从原料到产品的物料转化。以原油蒸馏过程为例，原油在分离设备中进行分离的过程是加热炉、分馏塔和换热器输入能量共同驱动的结果，从原油到产品的演变过程也是能源完成转换、利用和回收的演变过程，能流与物流相互交叉，部分物流有时既是产品载体又是能量载体。

过程能量系统是所有完成能量转换、利用和回收环节功能的系统集合，包括热回收换热网络子系统、蒸汽、动力、冷却、冷冻等公用工程子系统，它担负着生产过程物流的加热、冷却、驱动机泵的动力供应、工艺和加热用蒸汽等任务，对炼化生产特别是生产中的能源消耗起着十分重要的作用[4]。过程能量系统与核心工艺过程的联系与相互作用如图1所示。如何选择设备（包括换热器、加热器、冷却器、蒸发器、锅炉、透平、热泵等）及其相互的联接以构成合理的系统，满足工艺生产过程对各类形式能量的需求是过程能量集成优化的任务，即如何构造一个满足工艺要求的能量系统使其设备投资和能源消耗等的总费用目标最小。有时优化的目标还包括更多的内容，如能量系统的柔性、系统可控性、对环境排放的影响等多目标因素[5]。

图1 能量系统与工艺过程的联系

2.2?节能途径

通过以上炼化过程用能特点分析可以看出，过程能量系统存在着多种设备和多个环节，从降低能源消耗的角度，炼化企业实现节能的途径包括以下几个方面。

1）总流程优化

全厂总加工流程安排与能量系统优化密切相关。加工总流程关系不落实、不合理或者不优

化，全局能量综合优化方案就难以形成与实施。通过总流程设计优化，如加工工艺选择、工艺装置匹配、流程设计、平面布置设计等，可为后续的热联合、低温热利用、公用工程系统优化等创造条件，同时取得物料与能量效益。

2）工艺过程改进

改进工艺过程是炼化企业节能降耗的重要手段。通过改进工艺降低总用能和过程

损耗，可

２０１１年第１１期总第２０３期从源头实现节能降耗。主要包括：采用新型催化剂和助剂等提高目的产品收率，开发新工艺，提高装置操作柔性等。例如减压深拔工艺，在充分考虑装置构成及原油加工能力配套前提下，配合全厂物料平衡提高蜡油收率，消除渣油处理量瓶颈；MTBE装置反应蒸馏工艺，通过反应和分离过程耦合，提高物料转化率，降低过程能耗。

3）单元设备及操作优化

炼化过程设备主要包括机泵、反应器、塔器、换热器、加热炉等，通过采用单元强化手段提高单元设备的能量利用效率。加热炉采取强化燃烧、控制过剩空气、减少表面散热损失、加强烟气余热回收、控制燃料硫含量、降低排烟温度等措施提高能效；反应器通过组合强化改善传热传质效果，提高反应效率；换热器采用各种强化管，提高换热系数；机泵设备按照工艺条件合理匹配，并应用各种调速技术和耦合技术减少负荷浪费。

优化工艺过程和设备操作条件（即操作优化）通常不需要大的投资却可得到良好的节能效果。常用的操作优化措施包括：优化过汽化率，降低加热炉负荷；优化蒸馏过程回流比；氢油比控制调整；汽提蒸汽量合理控制；催化裂化提升管松动蒸汽控制；延迟焦化循环比控制；分馏塔中段取热优化和换热网络优化匹配等。

4）热联合及低温热回收利用

装置间热联合是在多个装置之间进行冷、热流的优化匹配，避免单个装置内大温差换热限制和中间物流重复冷却加热带来的热量损失，同时节省上游冷却负荷和下游加热负荷，从源头消除低温热的产生。热联合包括热进出料和装置间热集成。

热进出料是上下游相连接的装置物料在上游装置不经过冷却，直接进入下游加工装置。炼化企业可以实施的热供料包括减压渣油热出料供焦化、减压蜡油热出料供催化、催化柴油和焦化蜡油热出料至加氢等。装置间热集成是指将一个装置的热物流输送至另一个装置作为加热工艺介质的热源，以充分利用高温位热量达到降低燃料费用的目的。例如催化油浆加热常减压初底油，提高原油换热终温，减少常压炉热负荷，节省燃料；催化裂化主分馏塔顶循直接作为气体分馏装置分馏塔再沸器热源，减少气分装置蒸汽消耗

等，也可以通过循环热媒水的方式，在催化裂化主分馏塔取热，将升温后的热媒水作为气体分馏装置分馏塔再沸器热源。

低温余热利用并非简单地根据现有可利用余热逐一寻找用户。与装置间热联合一样，低温余热利用也是一个大系统优化匹配问题，不能单独、孤立地进行。低温余热利用原则包括：①系统全局考虑；②既考虑“量”又考虑“质”；③以技术经济优化作为目标。基于工艺装置优化与装置间热联合，以及全面的热源、热阱统计，提出全局范围内优化的低温余热回收利用方案，包括同级利用与升级利用，其中需充分权衡回收方案的投资与节能效益。

5）储运系统优化

储运系统是炼化企业重要的低温热阱，大量的低温余热可以通过储运系统予以回收利用。因此，储运系统的合理用能对炼化企业节能具有重要意义。储运系统节能降耗主要遵循以下原则：①储量最小化，包括原油、中间产品和成品罐，从降低工艺总用能的角度实现储运系统节能降耗；②储运参数最优化，从源头实现最小维温加热负荷；③选择适宜的加热方式，包括蒸汽改用热媒水、进罐管线上采用热媒水管壳式换热器、出罐口和泵入口采用抽吸式加热器，保证送油粘度要求等。

6）水系统优化

水系统主要包括新鲜水、除盐水、凝结水和循环水系统等。水系统节能改进措施主要包括用水结构优化、循环水串级利用、提高循环水浓缩倍数、采用水夹点技术实现水的梯级利用、强化凝结水回收等。

7）供配电系统

炼化企业电力系统节能首先需要优化物料传输，减少不必要的物料输送，停开或少开机泵节省电力，主要手段包括直供料、油品在线调合、热联合减少空冷电耗等。其次，提高电网功率因数，采用节能设备和技术，提高能量转换过程效率。最后，在新的电力平衡和需求格局下合理安排外购电力，根据外购电力价格和炼厂蒸汽动力系统确定合理的外购电量。

8）蒸汽系统优化

炼化企业蒸汽系统能量消耗占全厂能耗的

２０１１年第１１期总第２０３期

主要部分。由于炼化企业加工流程特点，其蒸汽动力系统具有多等级参数、多燃料来源、多产（汽）供（汽）需求和多周期条件等特点。蒸汽动力系统的节能优化主要涉及以下方面：①优化供汽系统，实行热电联供，根据生产条件变化，优化锅炉、热力机组以及供汽管线运行；②回收乏汽、采用除氧节汽技术，节约蒸汽；对间接使用蒸汽的管线、设备，安装适当的疏水器，回收利用凝结水；③分级供汽，充分利用蒸汽能级，在允许条件下使蒸汽参数最低化；④优化蒸汽管网运行，合理调整流量，做好保温排凝。2.3?能量系统优化节能技术的发展

过程能量系统优化节能技术是过程系统技术的一部分，它建立在应用数学、计算机科学和最优化技术最新发展的基础上，以模型化模拟、系统分析和综合集成为手段达到系统设计、操作和优化控制的目标；按照过程用能原理描述和表达全局与各子系统之间的关系，给出实现子系统优化的策略方法，通过分步协调实现子系统基础上的全局优化。炼化企业过程能量系统优化节能方法包括夹点技术、数学规划方法和“三环节”能量分析与综合优化方法，以及上述方法之间的集成应用，并从单工艺装置用能优化向系统用能优化发展[2]。近年来国内外对过程系统节能技术进行了广泛研究和开发，形成了全过程能量综合优化的复合方法，逐渐成为过程系统能量综合优化的主要方向。夹点技术主要用于换热网络系统的优化和合成，并逐步在水网络、氢网络和全厂能量系统优化中得到应用；数学规划方法广泛用于石化企业物料和能量优化的研究，包括生产计划和调度、热联合、换热网络、蒸汽动力系统等；基于过程系统“三环节”能量结构模型的优化方法将过程用能系统划分为能量转换、能量利用和能量回收3个不同功能的环节，通过能量变化规律的演化线索，概括出能量平衡的模型，把能量平衡的概念从单纯的进出双方数量上的守恒发展到对工艺过程中能量变化全程和规律的系统研究[6]。3?过程能量系统优化节能技术实施案例介绍

过程能量系统优化节能技术具有投资少、见效快的特点，结合企业扩能改造项目实施全厂用

能系统优化通常能带来可观的经济效益。按照过程能量系统优化节能技术的方法和思路，研究了某公司炼油全厂用能系统优化，结合该公司2000万吨/年炼油扩能改造项目，在全厂综合用能分析基础上，通过单元过程与设备、局部子系统及系统全局的分解协调优化，取得了显著的节能效果。3.1?实施过程及策略

通过对该炼厂炼油全程用能过程的综合分析，可以发现实施全过程能量系统优化存在的潜力和难点。在装置加工能力方面，大多数装置单套加工能力普遍偏小，例如一次加工能力虽然达到1 350万吨/年，但却是4套较小规模常减压装置加工能力的总和。在单元设备方面，空气预热设计流程原因造成加热炉排烟温度普遍偏高，热效率偏低；部分机泵因设计材质选择原因，耐温耐腐蚀性较差，制约了装置用能效率的提高。在工艺过程方面，催化裂化和延迟焦化的解吸塔可通过设置中间再沸器及调整再沸器热源节省高温位热量，提高原料油换热终温或多产蒸汽。在装置子系统方面，部分工艺流程不合理，常减压装置设计未考虑过汽化油直接抽出，且装置低压蒸汽产量与原油换热终温之间未能优化权衡；柴油加氢及加氢裂化装置仍采用冷高分流程；连续重整预加氢反应产物存在重复冷却升温等。在系统全局方面，炼油全厂用能缺乏整体考虑，如工艺分馏过程大多采用再沸炉，尤其是大范围热联合及低温热回收综合利用考虑不够，原油和馏分油罐区采用1.0 MPa蒸汽加热维温；新建两台410 t/h CFB锅炉及50 MW抽凝机组采用低压加热流程，耗用汽轮机抽出的10~20 t/h超低压蒸汽加热凝结水等。基于炼油2 000万吨/年扩容改造及相应的加工流程规划，工艺装置用能、装置或工段之间的热量集成，以及全厂范围的低温热回收利用等方面尚存在进一步改进的潜力，工程实施对改善提高全厂用能水平有重大意义。

因此，在炼厂能量系统优化改造中，基于全厂综合用能分析，结合2 000万吨/年改扩建工程，按照过程系统能量综合优化方法所揭示的过程工业能量综合优化的相关内容及其之间的相互关系进行协同优化，综合优化的相关工作内容、层次及工作步骤包括工艺装置优化、装置间物流流

２０１１年第１１期总第２０３期程优化及热联合、储运系统优化、低温热利用优化、蒸汽动力系统优化以及资源优化利用等，重点考虑工艺装置用能改进、大范围热联合以及低温位热量的有效利用和蒸汽动力系统优化。

首先，优化各工艺装置的能量利用环节，降低过程工艺总用能与过程

损耗。对反应过程进

行必要的工艺路线优选、工艺参数优化以及反应设备强化；对于分馏过程通过模拟计算，在物料和能量同时优化的前提下，通过塔板数-回流比-分离精度之间的权衡，优化取热分配和各塔段内回流比，并考虑在部分用能瓶颈塔段采用新型高效塔盘或高效规整填料，提高分馏效率、降低工艺过程耗能。工艺装置优化尽可能降低核心工艺过程所需要的能量。

其次，工艺装置或工段间热联合。结合自控、平面布置、开停工、事故处理、产品质量、操作弹性、总加工流程规划和装置进料构成进行上下游装置进料物流流程优化调整，常减压、催化、加氢、焦化等装置之间物料流程改进，不同工艺装置或工段之间的物料直接换热、直接热进、出料，减少上下游装置重复的冷却和加热。采用热联合取决于在多种原料、多个产品方案下热联合流程的弹性、可操作性和可控制性，最后通过经济权衡来决定取舍。

第三，储运系统用能优化改进，包括：①罐容最小化，结合热进出料直供，省去中间储罐；②储运参数最优化；③加热、维温方式改进；④储存温度、储存时间、保温设计等优化。

第四，低温热优化利用。工艺物流余热的回收涉及换热网络优化设计，对每个调整换热台位进行优化选型，新增换热器尽可能采用强化传热技术，在深入挖掘低温位热量用户基础上，充分利用全厂低温位热源，同时由于余热分布散、热阱不集中，因此余热利用不能局限在局部，必须大系统实施。

第五，蒸汽动力系统是全局能量综合优化经济效益的最终体现者，在工艺用能、热联合、低温热回收利用优化后，全厂蒸汽的产耗会形成新的平衡格局。蒸汽动力优化内容主要涉及：①优化改进联产系统（CFB锅炉，抽、凝机组）；②蒸汽管网改进，包括结构、参数、保温、压力等

级、疏水方式、设备等；③与全厂节能改进配合的蒸汽产、用平衡，柔性改进，工艺过程节汽及产汽优化，低温热回收替代蒸汽，包括新建机组的低加流程改进等；④新的蒸汽系统格局下的凝结水回收；⑤自发汽新鲜水、除盐水、除氧水预热等。

最后，从全局角度考虑炼油资源的综合优化利用，如炼厂气平衡及优化利用，H 2、C 2、C 3等资源平衡及综合回收利用等，提高资源利用效率。3.2?节能效果

本次炼厂能量系统优化改造针对主要炼油工艺装置改进、装置间热联合、低温热合理利用、储运和蒸汽动力系统优化改造，通过能量平衡分析和

分析发现用能的薄弱环节，指出改进的潜

力，提出少投资或不投资的改进措施22项，部分投资措施44项和投资较大及专项改造措施6项。项目节能效果及技术经济指标分别见表1和表2。

表1

某公司炼油全厂能量系统优化改造项目节能量统计

* 注：包括建设期1年。

表2

某公司炼油全厂能量系统优化改造项目主要经济指标

（下转第32页）

２０１１年第１１期总第２０３期

项目期中的控制和评估。

公司价值评估大致有成本法、市场法和现值法等。其中现值法NPV指由一系列未来现金净流量折现价值之和来表述公司价值，现金流量等于每年营业利润加上折旧。该方法由于没有考虑权益资本的扣除，以营业利润为基础计算现金净流量进而确定公司的价值往往有失公允。如何有效地评估公司并据此衡量其经营业绩，需要一些新的财务指标来加以衡量。在一些经济发达国家，基于“经济利润”理念的经济增加值EVA指标得到广泛的应用。高盛、CS第一波士顿等投资银行的分析家和基金经理对EVA指标普遍欢迎和认同，认为用未来预期EVA解释公司股票价格比每股收益或净资产收益率好，希望根据EVA投资赚取超额收益；麦肯锡、毕马威等管理、会计咨询公司也提供EVA 咨询服务；IBM、西门子等采用EVA考核公司的绩效。EVA已成为西方资本市场和富有竞争力的资本运作绩效评估的一个重要指标。

参考文献

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究，2003（3）

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估中的应用[J]. 当代经济研究，2005（4）

[7] 汪平. 中级财务管理[M]. 上海：上海财经大学出版社，

2004

（编辑张文长）

（上接第17页）

热联合方面主要包括：3#催化裂化装置油浆加热4#常减压初底油，提高原油换热终温；渣油加氢、1#和2#延迟焦化、2#和3#催化裂化、柴油加氢、加氢裂化等装置实施热进料。低温热利用方面主要包括建立两套低温热媒系统：回收润滑油装置、4#常减压和新建常减压等低温余热供罐区维温与管线伴热，回收热量990×104 kcal/h；回收2#常减压、3#柴油加氢、1#和2#延迟焦化、2#催化裂化等装置的低温余热供CFB锅炉给水预热，回收热量3 150×104 kcal/h。蒸汽动力系统包括机组低加热源改进、动力驱动源优化、凝结水回收和管网改造等，同时对锅炉和汽轮机发汽量、汽电比和电力外购量进行优化。

从表2的项目技术经济指标可以看出，无论在降低成本还是节约能源方面，本项目均具有明显的经济效益和社会效益，且无产品市场风险，税后投资回收期仅3.97年（包括建设期1年）。

参考文献

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版社，1989

（编辑王丽敏）

Abstracts of Selected Articles （Ⅰ）

The Future Road of China’s Refining and Petrochemical Industry

Cao Xianghong

(China Petrochemical Corporation, Beijing 100728, China)

Abstract: The article analyzes that the future of China’s refining and petrochemical industry will be full of hope and challenges and expound that future world petroleum demand will increase continuously, petroleum production will reach to the peak and world will enter into post-petroleum era. It also points out the future road of China’s refining and petrochemical industry development: refining development road of economics of scale, hydrogenation type, co-refining with oil, coal and gas as well as maximum of transportation fuel yield; the road of partial replacement of petroleum by biomass and coal; petrochemical development road of materials diversification and high value-added products; road of green and low-carbon development; technology-driven development road; and international cooperative development road.

Keywords: China’s refining and petrochemical industry, challenge, future, peak, development The Status of Sino-American Shale Gas Resources Evaluation and Its Enlightenment

Yin Pengfei, Liu Guangdi, Liu Chenglin, Liu Wenping and Li Haohan (China University of Petroleum, Beijing, Beijing 102249, China)

Abstract: The article discusses the successful experience of USA shale gas and compares it with the development status of China’s shale gas, expounds on the basic situation and development trends of China’s shale gas exploration & development, analyzes the resources potential and distribution characteristics of China’s shale gas and puts forward several suggestions suitable for China’s shale gas development.

Keywords: shale gas, development trends, resources potential, energy revolution

The Research on Refining Enterprise All-Factory Energy System Optimization

Energy-Saving Technology and Its Application Practice

Wang Beixing and Tian Tao

(Sinopec Energy-Saving Technical Service Center, Beijing 100029, China)

Chen Qinglin and Zhang Bingjian

(Sun Yat-Sen University School of Chemistry and Chemical Engineering, Guangzhou,

Guangdong Province 510275, China)

Abstract: TThe article briefly introduces the method thinking and implementation tactics for refining enterprises to promote all-factory energy system optimization work. In the light of the characteristics of conversion and utilization of refining-chemical enterprise material and energy circulation, it expounds on the integrated optimization method comprehensively considering all-factory energy system such as unit process and equipment, technological installation, public utilities, tank zone and storage & transportation, low-temperature heat utilization, vapor power system and so on. Using an all-factory energy use optimization scheme of a certain company as an example, by implementing global energy use optimization comprehensively using measures such as flow simulation,

（Ⅱ）bite analysis and process energy integration an so on, refining energy consumption reduces for 5 units.

Keywords:energy system, process system optimization, unit equipment, energy structure model, energy-saving technical service, global optimization

A Simple Discussion on the Management Experience of International EPCC Projects

Jiang Shiqiang, Wang Zhiwen and Cai Tao

(Sinopec Group Zhongyuan Petroleum Exploration Bureau General Engineering & Construction

Corporation, Puyang, Henan Province 457001, China)

Abstract: In the light of working practice of the Sudan Block 6 Light Oil Pipeline Project construction, the article summarizes some management experience for international EPCC projects from the following 4 aspects such as design, procurement, construction and compensation.

Keywords: international engineering project, EPCC, project management

The Study on Total Factor Energy Efficiency of Petrochemical

Industry under Carbon Emission Constraint

Jiang Ye

(North China Electric Power University Economic Management Institute,

Baoding, Hebei Province 071003, China)

Tian Tao

(Sinopec Group Economics & Development Research Institute, Beijing 100029, China) Abstract: Total factor energy efficiency under carbon dioxide emission constraint of petrochemical industry was calculated using Malmquist-Luenberger (ML) index model and direction distance function. The total factor ML index energy efficiency was decomposed into technical progress index (TECH), pure technical efficiency change (EFFCH) and scale efficiency change (SECH) to analyze the contribution of these three factors to the total ML index change. On this basis, the further reason of the total ML index change was studied by the effect reason such as average enterprise size, industry concentration, R&D input and so on using panel data model.

Keywords: petrochemical industry, carbon emission, energy efficiency, direction distance function

The Research on the Relationship between EVA and NPV

Shi Dawei

(Sinopec Shanghai Engineering Co., Ltd., Shanghai 200120, China)

Abstract: The article analyzes the intension of EVA and NPV and compares the same and difference of the two concepts. Both EVA and NPV embody the goal of shareholders assets maximum, the difference is, EVA index is suitable for investment scheme selection and EVA is more suitable for being performance evaluation index.

Keywords:EVA, NPV, investment scheme, performance evaluation

Abstracts of Selected Articles