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      造船企業(yè)能源管理和節(jié)能技術(shù)探討與實(shí)踐

      2013-09-26 04:47:48王永良戴建恒
      關(guān)鍵詞:船廠能耗能源

      王永良,戴建恒

      (1.中船澄西船舶修造有限公司,江陰 214433;2.上海外高橋造船有限公司,上海 200137)

      0 引言

      “十二五”期間,國(guó)家把節(jié)能減排放在了戰(zhàn)略地位,作為調(diào)結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)方式的重要推手。經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展也伴隨著能源的快速消耗,統(tǒng)計(jì)顯示,中國(guó)的經(jīng)濟(jì)總量占世界的10%,消耗的能耗卻占到20%。節(jié)能降耗已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,轉(zhuǎn)變?cè)鲩L(zhǎng)方式,促進(jìn)綠色發(fā)展的重要途徑。造船企業(yè)是能源消耗大戶,規(guī)模以上的造船企業(yè)一年的能源費(fèi)用支出少則幾千萬(wàn),多達(dá)幾個(gè)億。通過(guò)管理和節(jié)能等技改措施,一年節(jié)約能源費(fèi)用將是十分可觀的。因此無(wú)論從國(guó)家宏觀層面還是船舶行業(yè),乃至船企本身,加強(qiáng)能源管理,推進(jìn)節(jié)能技術(shù)應(yīng)用,降低能耗都已勢(shì)在必行。

      1 國(guó)內(nèi)船舶企業(yè)能源管理現(xiàn)狀

      造船企業(yè)能源具有消耗能源種類多、能源使用的區(qū)域分布廣、使用能源的人多、隨機(jī)性大等特點(diǎn)。各類能源費(fèi)用所占比例分布大致如圖1所示。

      這些特點(diǎn)決定了造船企業(yè)能源管理的難度很大,不可能像汽車、化工、電子等企業(yè)一樣能夠完全依賴流水線節(jié)拍生產(chǎn)工藝而固化能耗。在造船企業(yè)中,一線工人的技能和作業(yè)習(xí)慣在很大程度上影響著能源消耗,而能源管理相對(duì)其它行業(yè)來(lái)講,管理模式都比較粗放。

      圖1 各類能源消耗比例圖

      盡管難度很大,但并不意味著沒有節(jié)能空間,國(guó)內(nèi)船舶企業(yè)與日本、韓國(guó)的先進(jìn)造船企業(yè)相比,單位產(chǎn)值能耗是日本、韓國(guó)船舶企業(yè)的幾倍,以國(guó)內(nèi)比較先進(jìn)船廠與一家中日合資船廠2010年數(shù)據(jù)為例進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果如表1所示。

      表1 2010年能耗產(chǎn)值數(shù)據(jù)對(duì)比表

      由此可見國(guó)內(nèi)船舶企業(yè)在節(jié)能管理的潛力巨大,能源管理提升的空間非常大。

      2 能源管理改善措施和節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

      生產(chǎn)工藝和中間產(chǎn)品質(zhì)量是能源消耗的主要因素。把國(guó)內(nèi)比較先進(jìn)的船廠與一家中日合資船廠的三大作業(yè)的相關(guān)指標(biāo)做一個(gè)比較,具體數(shù)據(jù)如表2所示。

      表2 三大作業(yè)指標(biāo)比較表

      從上面的分析數(shù)據(jù)可以看出,消耗了90%能源的三大作業(yè)的工藝、作業(yè)精度和產(chǎn)品質(zhì)量是造成能源消耗差距的主要原因,而且相互影響。切割精度和余量造成打磨工作量的上升,焊接質(zhì)量不高,造成返工打磨工作量上升。而統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示:焊接不合理率每上升1%,能耗將上升2%;沖砂打磨面積與能耗成正相關(guān)比例關(guān)系,打磨沖砂面積每上升1%,消耗的壓縮空氣上升1%;而切割余量每增加1%,后續(xù)消耗的打磨切割能耗上升3%。

      國(guó)內(nèi)船廠與日韓船廠看似一樣的主體工藝流程、生產(chǎn)布局和生產(chǎn)設(shè)施,但生產(chǎn)管理和工藝執(zhí)行的差異卻造成了能耗的巨大差距,要想趕上日韓船廠的能耗水平,必須從生產(chǎn)管理和工藝上入手。

      同時(shí)要對(duì)能源數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析,從能源的生產(chǎn)、輸送、分配、能源管網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)的使用能源設(shè)備、操作人員的素質(zhì)以及現(xiàn)場(chǎng)大量使用的動(dòng)能源接頭、皮帶等各環(huán)節(jié)都逐一進(jìn)行分析,有針對(duì)性地從管理上采取了一系列改善和強(qiáng)化管理措施,并推進(jìn)實(shí)施了一批技術(shù)改進(jìn)項(xiàng)目,下面將具體介紹采取的相關(guān)措施和取得的效果。

      2.1 強(qiáng)化管理夯實(shí)節(jié)能基礎(chǔ)

      1)采取動(dòng)能源申請(qǐng)供給制度,嚴(yán)格控制延時(shí)供能,根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃下達(dá)周動(dòng)能調(diào)度供應(yīng)計(jì)劃,設(shè)定供應(yīng)時(shí)間紅線。同時(shí)通過(guò)延長(zhǎng)時(shí)段加倍收取動(dòng)能費(fèi)用的經(jīng)濟(jì)杠桿引導(dǎo)節(jié)約能源。

      2)動(dòng)態(tài)管理MD契約基礎(chǔ)電量,降低基礎(chǔ)電費(fèi),船舶行業(yè)的特點(diǎn)是電力負(fù)荷波動(dòng)大,不均衡,采取動(dòng)態(tài)MD指標(biāo)管理,根據(jù)公司生產(chǎn)實(shí)際隔月申請(qǐng)調(diào)整基礎(chǔ)電量,同時(shí)合理分配和調(diào)節(jié)3臺(tái)主變的不同契約量,削峰填谷,實(shí)現(xiàn)最經(jīng)濟(jì)化。

      3)充分利用低谷電力,涂裝沖砂作業(yè)盡可能放在低谷時(shí)間段,涂裝沖砂車間是能耗大戶,其消耗的能源總費(fèi)用約占30%,電費(fèi)支出的50%左右,為此與涂裝協(xié)商調(diào)整作業(yè)安排,充分利用22:00~次日6:00區(qū)間的低谷電力,近可能減少平價(jià)時(shí)段沖砂,嚴(yán)格限制早上8:00~11:00和晚上18:00~21:00的峰價(jià)時(shí)段沖砂,每年可減少電費(fèi)支出500多萬(wàn)元。涂裝內(nèi)場(chǎng)用風(fēng)趨勢(shì)及電價(jià)峰谷曲線圖如圖2所示。

      圖2 涂裝內(nèi)場(chǎng)用風(fēng)負(fù)荷與電價(jià)峰谷曲線圖

      4)采取動(dòng)能源費(fèi)用模擬法人考核,把生產(chǎn)部門作為一個(gè)模擬獨(dú)立的經(jīng)濟(jì)實(shí)體,把能源費(fèi)用考核指標(biāo)下達(dá)到各部門,作為其成本支出的一部分納入各部門經(jīng)濟(jì)考核,實(shí)行能耗收費(fèi)。另外,對(duì)除濕機(jī)冷風(fēng)機(jī)等大功率設(shè)備安裝獨(dú)立計(jì)量電表,獨(dú)立計(jì)量考核。夏季每月節(jié)約的電量達(dá)100多萬(wàn)度。

      5)減少空載電力損耗,造船業(yè)是重工業(yè),全廠空載電力損耗是非常驚人的,經(jīng)過(guò)測(cè)試某廠平均空載損耗功率達(dá)3000kW,一年消耗電費(fèi)達(dá)800多萬(wàn)元,因此加強(qiáng)設(shè)備空載管理也是節(jié)約電力的重要抓手。

      6)動(dòng)力設(shè)施區(qū)域化管理及電子巡更系統(tǒng)的應(yīng)用,把動(dòng)力設(shè)施日常管理的責(zé)任按照區(qū)域化分解落實(shí)到生產(chǎn)部門,同時(shí)引進(jìn)電子巡更系統(tǒng)加強(qiáng)對(duì)動(dòng)能源巡檢人員的管控力度,從而大幅地消除了原本司空見慣的跑冒滴漏現(xiàn)象。

      7)對(duì)消耗柴油的油老虎,如移動(dòng)空壓機(jī)、高空作業(yè)車和大型液壓平板車實(shí)行單臺(tái)設(shè)備油料定額管理,并定額細(xì)化到設(shè)備本身,實(shí)行單臺(tái)定額管理,根據(jù)開動(dòng)臺(tái)時(shí)、運(yùn)行時(shí)間和運(yùn)輸里程考核單臺(tái)設(shè)備能耗。

      2.2 技術(shù)改進(jìn)挖掘節(jié)能潛力

      1)電容補(bǔ)償,提高功率因素,船廠的用電設(shè)備以感性負(fù)載為主,特別是電焊機(jī)、異步電機(jī)等數(shù)量非常龐大,局部區(qū)域的電網(wǎng)功率因素只有0.75左右,一臺(tái)1600kVA的變壓器的有效負(fù)載只有1200kW,功率因素補(bǔ)償?shù)?.9以上,有功功率可以增加240kW,提升幅度達(dá)20%。全廠視在功率不變情況下,可以節(jié)約8500kW的電力,一年可節(jié)約電費(fèi)達(dá)3000萬(wàn)元。

      2)船用施工照明推廣LED照明替代白熾燈,隨著LED技術(shù)的進(jìn)步和LED燈具的制造成本的下降,用LED光源燈具替代目前各船廠廣泛使用的36V白熾燈和220V高壓鈉燈逐步成為可能。LED光源燈具可以節(jié)約大約70%的電力,一盞36V、80W的LED燈具可以替代220V、250W的高壓鈉燈,同時(shí)燈具電壓從220V降到了36V安全電壓,電力節(jié)約的同時(shí),安全性也大幅改善。

      3)改善車間自然采光,運(yùn)用光控技術(shù)減少照明費(fèi)用,通過(guò)定期維護(hù)和廠房?jī)?yōu)化設(shè)計(jì),盡可能利用自然光來(lái)提高車間照度,減少照明支出。

      4)電子整流器替代電感式整流器,廠區(qū)路燈和高桿燈功率通常在250W以上,高桿燈上每個(gè)燈具功率在1000W以上,使用電感式整流器的路燈和高桿燈處于感性負(fù)載狀態(tài),實(shí)測(cè)功率因素只有0.7~0.75,而使用電子整流器的燈具功率因素可達(dá)0.9左右。一盞250W路燈,24小時(shí)耗電量,采用電感整流器耗電8度電,而采用電子整流器耗電只有5.1度電,節(jié)電率達(dá)36%。

      5)余熱回收利用,通過(guò)熱泵方式回收蒸汽鍋爐房和空壓站循環(huán)水等余熱資源,用于加熱洗浴用水,也可通過(guò)高效直接熱交換方式回收,用于液態(tài)二氧化碳、液氧和液化丙烷、LNG等液化工業(yè)氣體的氣化。

      6)壓縮空氣后處理工藝用余熱再生吸附干燥工藝替代冷凍干燥工藝,冷凍式干燥工藝處理的壓縮空氣露點(diǎn)溫度在5℃~10℃,剛好能滿足船用鋼板的沖砂和噴漆對(duì)露點(diǎn)的要求,但由于廠區(qū)管線長(zhǎng)和設(shè)備性能降低,管線末端壓縮空氣中經(jīng)常含水量過(guò)多,甚至需要長(zhǎng)時(shí)間排水,無(wú)法滿足生產(chǎn)需求。而吸附干燥處理的壓縮空氣露點(diǎn)溫度可達(dá)-40℃~-20℃,含水量只有冷凍干燥工藝的15%,大幅度提升了壓縮空氣品質(zhì),滿足了生產(chǎn)需求,壓力露點(diǎn)溫度與含水量的關(guān)系如圖3所示。

      圖3 壓力露點(diǎn)與含水量關(guān)系圖

      由于冷凍式干燥設(shè)備造價(jià)便宜,初期投資往往選擇冷凍式干燥工藝,但實(shí)際上盡管冷凍式干燥機(jī)的資成本小,但其運(yùn)行成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出余熱再生吸附干燥機(jī)。以1臺(tái)100m3/min,1.0MPa的冷凍干燥機(jī)與余熱再生吸附干燥機(jī)進(jìn)行綜合對(duì)比,初期投資多出10萬(wàn)元,但每年節(jié)約的電費(fèi)就達(dá)13多萬(wàn)元,一年即可收回成本,若按照15年計(jì)算,全部運(yùn)行費(fèi)用可以節(jié)省200多萬(wàn)元,而且還未計(jì)算空氣品質(zhì)提升帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益,具體數(shù)據(jù)如表3所示。

      表3 冷凍干燥與吸附干燥對(duì)比表

      7)中水回收再利用,船舶總裝廠污水基本以生活污水為主,經(jīng)生化處理后的污水水質(zhì)包括PH值、COD、BOD、含油量和固體物質(zhì)SS等各項(xiàng)排放污水指標(biāo)都非常好,大大低于城市污水處理排放標(biāo)準(zhǔn),只要稍加處理即可滿足城市雜用水標(biāo)準(zhǔn),用于空壓站冷卻循環(huán)水、廁所沖水、壓載水、綠化等??梢源蠓?jié)約自來(lái)水消耗量。

      8)優(yōu)化能源結(jié)構(gòu),使用綠色低價(jià)能源,船舶行業(yè)使用的切割氣體主要有乙炔、丙烷、液化石油氣、天然氣等,積極引進(jìn)使用管道天然氣,降低燃?xì)赓M(fèi)用。市政管道天然氣的單價(jià)只有丙烷的50%,乙炔的30%。實(shí)踐也證明天然氣的熱值和火焰溫度完全能夠滿足船用鋼板切割要求。

      9)合理調(diào)控氣體管網(wǎng)壓力,管網(wǎng)的壓力與能源的消耗有密切的關(guān)系,壓力每上升1kPa,耗量將上升2%,合理的管網(wǎng)輸送壓力應(yīng)該根據(jù)末端使用點(diǎn)的需求壓力加上根據(jù)管線的長(zhǎng)度加上管線的壓力損失,盡可能地降低壓力,分區(qū)域設(shè)定不同的供應(yīng)壓力。管網(wǎng)壓力的優(yōu)化調(diào)控,取得了立竿見影的效果,各類氣體耗量都有明顯不同程度的降低,最大的氧氣耗量下降了10%以上。

      10)用插卡式快速接頭替代螺紋接口接頭,動(dòng)力接頭是關(guān)系動(dòng)能消耗和動(dòng)能使用安全的重要環(huán)節(jié),其數(shù)量非常龐大,使用點(diǎn)分布很廣,原來(lái)船廠普遍使用螺紋接口接頭,螺紋接頭容易生銹導(dǎo)致密封不嚴(yán),而且由于螺紋不容易擰緊,容易松動(dòng),接頭處漏氣現(xiàn)象非常普遍,安全隱患也隨之增加。更換成插卡式接頭后,現(xiàn)場(chǎng)接頭跑冒滴漏現(xiàn)象有了徹底改觀,原來(lái)固定式氣包上司空見慣的咝咝漏氣聲基本上得到消除。

      11)淘汰活塞式空壓機(jī)等高耗能設(shè)備,造船廠的能源費(fèi)用60%是電力,而其中50%的電消耗在空壓機(jī)上,因此對(duì)于空壓機(jī)本身的能效非常關(guān)鍵,空壓機(jī)能效每提升3%,公司總能耗就可以降低1%。

      12)二氧化碳焊機(jī)送絲機(jī)的違章接管在船廠都非常普遍,送絲機(jī)上的電磁閥基本不起作用,不管焊機(jī)是否處于工作狀態(tài),二氧化碳始終處于排放狀態(tài),這種違章接管造成大量二氧化碳被空放浪費(fèi),也造成安全隱患,多個(gè)船廠都發(fā)生過(guò)因二氧化碳窒息死亡事故,原因是送絲機(jī)接頭設(shè)計(jì)不合理,工人偷懶跳開電磁閥,另外其材質(zhì)是黃銅,容易被偷,接頭缺損普遍。為此,優(yōu)化了接頭結(jié)構(gòu),更換了接頭材質(zhì),投入費(fèi)用才十幾萬(wàn)元,每年可減少18000多噸二氧化碳,年度減少費(fèi)用支出近1200萬(wàn)元,也消除了安全隱患。

      13)二氧化碳站采用空溫式汽化器替代電加熱汽化器,不同季節(jié)采用不同方式,在氣溫高于5℃時(shí)全部采用空溫式氣化方式,在氣溫低于5℃時(shí),適當(dāng)開啟電加熱進(jìn)行補(bǔ)充,實(shí)現(xiàn)最低運(yùn)行能耗。

      14)能源計(jì)量系統(tǒng)的完善與管理,夯實(shí)能源管理技術(shù)基礎(chǔ),通過(guò)計(jì)量提取和分析能源運(yùn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù),確定需要改善的重點(diǎn)和問(wèn)題所在,制訂改善方案,提升能源管理水平。

      5 結(jié)論與展望

      某國(guó)內(nèi)先進(jìn)船廠各項(xiàng)能源統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,隨著上述各項(xiàng)管理改善措施地落實(shí)和技術(shù)改進(jìn)項(xiàng)目的推進(jìn),節(jié)能效果也逐步顯現(xiàn),2012年的能耗指標(biāo)較2010年有了較大程度的下降,噸投鋼量耗二氧化碳下降了39.8%,噸投鋼量耗電下降了5.76%,噸投鋼量外付動(dòng)能費(fèi)、萬(wàn)元產(chǎn)值外付動(dòng)能費(fèi)和萬(wàn)元產(chǎn)值綜合能耗指標(biāo)分別較2010年下降了9.1%、10.2%和38.9%。

      能源管理水平是企業(yè)精益化管理的重要組成部分,精益化水平的高低可以比較明顯的體現(xiàn)在能源消耗指標(biāo)上,精益生產(chǎn)好則能耗低。文章提出的生產(chǎn)工藝改進(jìn)既是精益生產(chǎn)的需要,也是降低能耗的需要。中間產(chǎn)品一次性合格率高則能耗會(huì)大大降低。提出的技改措施,已經(jīng)在實(shí)踐中得到了很好的應(yīng)用,且需要持續(xù)不斷的改進(jìn)。提出的7項(xiàng)強(qiáng)化管理辦法,具有操作性,可以結(jié)合實(shí)際不斷研究和改進(jìn)。

      [1]張明華.精益造船模式研究[M].北京: 中國(guó)經(jīng)濟(jì)出版社, 2005.

      [2]賈振航, 姚偉, 高紅編.企業(yè)節(jié)能技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2009.

      [3]湯學(xué)忠.動(dòng)力工程師手冊(cè)[M].北京: 機(jī)械工業(yè)出版社.1999.

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