1、 1 节能原理、方法和能耗计算与评价 中国石化集团公司节能技术中心 2 目 录 1 石化工业用能特点及潜力 2 能耗计算与评价 3 节能原理与方法 4 能量平衡 5 节能新技术、新设备 6 石化工业的节能方向 7 基准能耗3 1 石化工业用能特点及潜力 1.1 用能量大，占加工成本比例大 以乙烯装置为例，国内装置能耗大部分在 750kg 标准油 /t， 2003 年国内乙烯总产量约 600 万吨，总能耗 450 万吨标准油，能耗费用近 60 亿元（ 2007 年国内乙烯总产量将达 1100 万吨 ，总能耗达 825 万吨标准油）。 炼油工业综合能耗量占原油加工量的 8%10%。 2003 年全
2、国原油加工量为 2.6 亿吨，耗能量约 2100万吨标油，费用约 320 亿元。平均能耗成本 (包括自产燃料等 )占总加工成本的 40%60%。 但目前加工成本计算中，将自产燃料形成的能耗未计入成本，造成了能耗成本占总加工成本比例不高的假象，将能耗成本淹没在巨大的产品销售中，大大弱化了能耗的影响及其节能工作的开展。 表 1 某炼油厂加工每吨原油的完全能耗费用 项 目 每吨原油的能源消耗量 能源价格 每吨原油能耗费用 /元 燃料 35kg 1371 元 /t 48.0 催化烧焦 25kg 1371 元 /t 34.3 电 67kWh 0.5 元 /kWh 33.5 1.0Mpa 蒸汽 0.086
3、t 80 元 /t 6.9 新鲜水 7.2t 1.8 元 /t 13.0 合计 135.7 4 表 2 计入自用燃料与动力后的炼油加工费 项 目 分项加工费 元 /吨 占百分比， % 辅助材料费 18.5 6.7 能耗费 135.7 49.0 工资及附加费 6.0 2.2 折旧费 57.6 20.8 修理费 24.3 8.8 其它制造费 7.9 2.9 管理费用 12.5 4.5 财务费用 4.8 1.7 销售费用 9.5 3.4 合计 276.8 100 表 3 不计自用燃料与动力费用的现状炼油加工费 项 目 分项加工费 元 /t 占百分比， % 辅助材料费 18.5 10.7 能耗费 31
4、.2 18.1 工资及附加费 6.0 3.5 折旧费 57.6 33.4 修理费 24.3 14.1 其它制造费 7.9 4.6 管理费用 12.5 7.3 财务费用 4.8 2.8 销售费 用 9.5 5.5 合计 172.3 100 5 表 4 2002 年中国石化集团公司炼油专业达标指标 序号 企业名称 轻油收率 % 综合商品率， % 加工损失 % 综合能耗 kgEo/t 原油途耗 % 完全费用 元 /t 集团公司 72.56 92.55 1.10 79.60 0.41 股份公司 72.5 92.45 1.08 79.40 0.40 196 1 燕山 70.00 92.40 1.15 9
5、4.00 0.40 193 2 天津 79.00 93.00 1.20 68.00 0.34 185 3 石家庄 76.00 90.50 1.05 88.00 0.35 192 4 沧州 71.00 90.65 1.15 87.50 0.40 190 5 上海 79.5 96.00 0.90 56.00 0.26 115 6 高桥 67.5 92.50 1.00 98.00 0.28 230 7 金陵 75.5 92.60 1.20 82.00 0.42 188 8 扬子 72.1 94.50 0.95 57.00 0.19 123 9 镇海 72.00 93.80 1.00 71.00 0.
6、20 153 10 安庆 71.50 93.50 1.10 86.00 0.70 200 11 福建 78.20 91.60 1.15 77.00 0.22 248 12 九江 64.20 90.50 1.10 81.00 0.75 188 13 济南 71.00 90.00 1.10 95.00 0.45 257 14 齐鲁 74.10 93.10 1.15 85.00 0.40 188 15 洛阳 76.5 90.60 1.03 87.00 0.50 164 16 武汉 68.2 93.00 0.95 73.00 0.55 220 17 荆门 68.00 91.50 1.20 120.00
7、 0.48 270 18 长岭 69.00 91.70 1.00 81.00 0.36 214 19 广州 78.00 94.00 0.95 64.50 0.17 170 20 茂名 74.00 92.00 1.20 76.00 0.19 155 21 胜利 71.00 90.00 1.25 110.00 0.00 315 22 河南 52.00 89.15 1.20 100.00 0.00 400 23 中原 79.95 90.25 1.20 93.00 0.07 220 24 北海 76.50 90.65 1.20 100.00 0.38 220 存续企业 25 巴陵 72.20 92.4
8、5 1.00 89.00 0.95 26 扬州 70.00 90.00 1.00 94.00 0.50 27 清江 73.00 91.00 1.20 92.00 28 杭州 72.50 92.00 1.10 85.00 0.45 29 青岛 78.00 91.50 1.05 81.00 0.50 30 泰州 35.40 91.85 1.30 31 西安 40.20 92.80 1.30 32 塔里木 44.50 83.70 1.30 6 某炼油厂的完全能耗费用及占炼油加工费的比例见表 13。该炼油厂综合能耗为 86.8kg 标油 /t,平均每 kg 标油能耗的费用为 1.56 元，全厂能量因数
9、为 6.626，单位能量因数能耗为 13.1 kg 标油 /(t.Ef)。从最具可比性的单位能量因数能耗来看，该炼油厂与国内能耗先进值 (11kg 标油 /(t.Ef)相比有较大的差距。若该炼油厂能耗达到国内先进水平，综合能耗将下降 13.9kg 标油 /t，使每吨原油的加工费下降 21.7 元，下降幅度几乎达到了每年修理费的水平。 由于该厂的单位能量因数能耗是全国平均水平，因此炼油企业的平均节能潜力为 20 元 /吨原油。 修正后的炼油加工费指标合理地反映了各项影响因素，能耗费用成为炼油加工成本的第一影响因素。 因此节能永远是石化企业挖潜增效，增强竞争力的一个主题。 1.2 加热冷却过程多
10、石化工业加工过程中，有非常多的冷、热物流（过程物流、公用工程物流等）需要换热。如乙烯装置 、炼油过程主要是通过物理的办法，按照各油品沸点的差别进行分离，即通过冷冷热热，就完成了加工过程。 以冷热物流相联系的换热网络优化（广义）技术，在石化工业大有用武之地。 1.3 涉及全过程，需要加强管理，需要全体人员参加 石化生产是连续、多工序、多层次的加工过程，从全厂发展规划、设计、生产运行、维护等过程均涉及能量的利用，可以说，加工全过程就是能量流的过程 ,节能绝不是一个部门或几个部门的事情。从反例来说明：如规划时不把一些可过程优化组合的装置放在一起，丧失了许多好的机会。如 FCC 过程有大量的低温余热
11、，而气体分馏装置可使用，如果把此二种装置布置很远，就难以实施该措施。有些厂的这二种装置相距 2 公里远。 能耗指标是一个高度综合性的指标，如果一个石化企业的能耗指标是先进的，则必然意味着规划、设计、运行、维护、管理等所有环节的高水平，缺一不可。 国内节能工作存在的一个重要问题是：重技术轻管理 。必须加强管理，提高所有人员的节能意识，激发节能积极性，才能真正将节能工作落到实处。 另外，企业不同的部门对能源的要求也不一样： 技术部门为了生产高质量产品，有时在探讨工艺过程中反而会提出增加能耗的建议； 生产部门重点是放 在生产方面，始终努力采用高生产效率的方式，而提高生产性的效果，几乎均与节能直接关连
12、； 生产计划部门为将库存压于最小程度，根据适时生产的方式而制定频繁更换作业内容的生产计划，而这种生产方式不利于节能的； 7 动力设备高效运转是动力管理部门的工作任务，但有时因过度追求节能，也会提出妨碍生产效率的要求。 日本节能的观点：生产工厂的使命是制造产品，因而努力推进能量有效利用的工作人员是难能可贵的后勤部队。与生产部门相比，推进节能的工作是种不显眼的苦差事，因而需要“厂领导的节能意识”，即应该针对节能作出的努力表示敬意并对所 取得的成果给予高度评价和鼓励。 1.4 本质上存在三环节过程 (a)过程用能的主要形式是热、流动功和蒸汽，它们一般是通过转换设备（如炉、机泵）等转换过来的。此环节称
13、为能量转换环节。 (b)转换设备提供的热、功、蒸汽等形式的能量进入工艺核心环节（塔、反应器），连同回收循环能量一起推动工艺过程完成后，除部分能量转入到产品中外，其余均进入能量回收系统。此环节称为工艺利用环节。 (c)能量在工艺核心环节完成其使命后，质量下降，但仍具有较高的压力和温度，可以通过换热设备、换功设备（液力透平）等回收利用。但受工程和经 济条件约束，回收不能到底，最终通过冷却、散热等排弃到环境中。此环节称为能量回收环节。 从三环节理论的节能：首先应选用或改进工艺过程，减少工艺用能；再考虑经济合理地回收；其不足部分再由转换设备提供。 1.5 目前还存在较大的节能潜力 目前有些装置的能耗水
14、分较大，装置实际能耗与统计能耗不一致，有时差别还比较大。如某企业相距一年的装置能耗相差一倍，而却没有采用过任何节能措施。 先进装置与落后装置的差距即是装置的节能潜力（见表 5）。 表 5 国内外主要炼油装置能耗对比 (不包括小企业 ) 序号 装置名称 先进能耗 国内一般或平均 国际先进 1 常减压 10.4 11.8 9.3 2 FCC 47 56 法国东日（ 1992） 37.2 3 RFCC 55 68 4 延迟焦化 21 27 5 加氢裂化 26 46 38（全循环） 6 炼厂单因能耗 11 13 国际先进 9.5-10.0 7 乙烯 585 750-800 400-450 相对来说，过
15、程组合即系统节能的潜力更大。 8 热联合 蒸汽动力系统 储运系统 低温余热的回收和利用 根据节能中心掌握的有关资料：目前对于 30 万吨 /年的乙烯装置或 500 万吨 年的炼油厂，设定投资回收期为年时，年节能效益一般在 5000 万元以上。 对某 300 万吨 /年炼油厂所做的节能规划，仅气体分馏装置和储运系统用低温余热代替 1.0MPa 蒸汽就达 40t/h,年效益 2500 万元。 2 能耗计算与评价 2.1 能耗计算 2.1.1 综合能耗量 综合能耗量是统计对象 (炼油装置、辅助系统或全厂 )在统计期内 ,消耗的各种能源的总和。其计算通式如下： E= MiRi+Q 式中： E统计对象综
16、合能耗量， kg/年（月、季）； Mi某种能源或耗能工质的实物消耗或输出量， t（ kWh） /年 （月、季）； Ri对应某种能源或耗能工质的能量换算系数， kg/t（ kWh）； Q与外界交换的有效能量折为一次能源的代数和， kg/年（月、季）。 向统计对象输入的实物消耗量和有效热量计为正值，输出时为负值。 实际上，此式数据单位还有其它形式，如 kg/h。 有效热量主要指不同统计对象之间的热进出料热量、烟气热量和低温余热的回收利用。 燃料消耗指生产过程消耗的各种燃料之和。如果原料或产品的一部分（如 PSA 尾气、分馏塔顶油气等）作为燃料提供能量，则必须计入能耗。 有关详细计算及规定见新修订的
17、炼油 厂能耗计算与评价方法 2003 年版。 2.1.2 单位综合能耗 单位综合能耗是统计对象在统计期内，以单位原油、原料油加工量或产品产量所表示的能耗量。 单位综合能耗的计算通式如下： e=E/G 9 式中： e统计对象的单位综合能耗， kg/t； E统计对象综合能耗量， kg/年（月、季）； G统计对象的原油加工量（或原料加工量、产品产量）， t/年（月、季）。 2.1.3 能耗大小对比需要注意的问题 从能耗计算公式可以看出，能耗计算结果取决于计入能耗的能耗工质种类与能量换算系数。不同的国家有不同的标准和方法， 因此，不同国家之间的同类装置、单元或全厂的实物消耗相同（国外，甚至一个公司有
18、2 种方法），但能耗可能差别较大，不能直接对比。 从今年开始，国内能耗对比时，将有三类不同的标准的能耗结果： （ 1）炼油厂能量消耗计算方法修订前； （ 2）炼油厂能量消耗计算方法修订后，从今年开始试运行； （ 3）石油化工设计能量消耗计算方法 SH/T3110-2001 已于 2002 年 5 月 1 日开始执行 。 2.1.4 能耗计算例题 某炼油装置的实物消耗及与装置界区外的物流关系见图 1。设蜡油、顶循、柴油、油浆的比热分别为 0.55,0.6,0.55,0.7 kcal/(kg. )，热损失为 5%。此题仅为说明能耗的计算，能耗数值无实际意义。 能耗计算见表 6。 图 1 某 装置实
19、物消耗及装置界区外的关系 新鲜水 10 t / h除盐水 30 t / h3. 5M Pa 蒸汽 10 t / h1. 0M Pa 蒸汽 40 t / h0. 5M Pa 蒸汽 4t / h循环水 25 00 t / h电 15 00 k W加热设备凝结水 5 0 t / h焦炭5t / h蜡油 4 00 t/ h 2 0 0 催化油浆 20 0t /h 3 3 0 30 0 分馏塔顶循2 00 t /h 1 3 0 10 0 柴油 12 0t /h 1 4 0 除盐水20 0 t/ h 90 25 塔顶油气催化裂化装置装置分界线10 表 6 某装置能耗计算举例 序 号 项目 原方法结果 kg
20、/h 新方法结果 kg/h 说明 1 新鲜水 10t/h 10*0.18=1.8 10*0.17=1.7 折算系数变化 2 除盐水 30t/h 30*2.3=69 30*2.3=69 3 循环水 2500t/h 2500*0.1=250 2500*0.1=250 4 凝结 水 50t/h 50*7.4=370 50*7.65=382.5 折算系数变化 5 3.5MPa 蒸汽 -10t/h -10*88=-880 -10*88=-880 6 1.0MPa 蒸汽 -40t/h -40*76=-3040 -40*76=-3040 7 0.5MPa 蒸汽 4t/h 4*66=264 4*66=264
21、8 电 1500kW 1500*0.3=450 1500*0.26=390 折算系数变化 9 焦炭 10t/h 5000*1=5000 5000*0.95=4750 折算系数变化 10 热进料 400t/h 40*(200-90)*0.55=2420 400*(200-90)*0.55=2420 11 热出料 120t/h -12*(140-80)*0.55*0.95 =-376 -12*(140-80)*0.55*0.95 =-376 柴油为热出料 12 热联合 -催化油浆 -20*(330-300)*0.7*0.95 =-399 -20*(330-300)*0.7*0.95 =-399 1
22、3 热联合 -顶循 -20*(130-100)*0.6*0.95 =-342 -20*(130-100)*0.6*0.95 *0.5=-171 温度低，按低温余热输出 14 低温余热输出 -20*(90-25)*1*0.6=-780 -20*(90-60)*1*0.5=-300 只计算 60以上热量，且折算系数变化 合计 装置合计消耗 (括号内为能耗 ) 3007.8kg标油 /h (7.52kg标油 /t 进料 ) 3361.2kg /h (8.40k g标油 /t 进料 ) 主要由焦炭和低温余热的变化引起 2.2 能耗评价 2.2.1 能耗评价指标 工艺装置： （ 1）单位进料或产品的综合能耗； （ 2）单位能量因数能耗（对联合装置） ; （ 3）基准能耗。 全厂： （ 1）加工每吨原油的综合能耗；
