孫仁金, 吳　金, 董康銀, 薛淑蓮, 李　慧, 陳志浩

(中國石油大學(xué) 工商管理學(xué)院, 北京 102249)

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聚乙烯生產(chǎn)生命周期成本評價

孫仁金, 吳金, 董康銀, 薛淑蓮, 李慧, 陳志浩

(中國石油大學(xué) 工商管理學(xué)院, 北京 102249)

摘要：聚乙烯作為一種廣泛應(yīng)用的通用樹脂類產(chǎn)品,其產(chǎn)量和消費量迅速增長,但生產(chǎn)過程中的高能耗和高污染所造成的環(huán)境和社會成本日益顯著。將聚乙烯生產(chǎn)成本分為內(nèi)部成本、外部成本2個單元,建立了1套聚乙烯生產(chǎn)生命周期成本計算模型。實證結(jié)果表明,20萬t產(chǎn)能聚乙烯生產(chǎn)裝置的生產(chǎn)生命周期成本為18.80億RMB,單位成本為9400RMB/t;內(nèi)部成本中,原材料采購費用最高,約占總費用的59%;外部成本中,原油開采費用最高,約占總費用的45%;內(nèi)部關(guān)鍵成本點是原材料采購,外部關(guān)鍵成本點是原油開采、乙烯生產(chǎn)和聚乙烯生產(chǎn)。該模型能夠快速有效地計算聚乙烯生產(chǎn)生命周期成本,可用于相關(guān)企業(yè)節(jié)能降耗的計算。

關(guān)鍵詞：聚乙烯; 生命周期成本; 成本評價; 關(guān)鍵成本點

聚乙烯(PE)是乙烯聚合制得的一種熱塑性樹脂,是聚合物中產(chǎn)量最大的品種,廣泛應(yīng)用于農(nóng)膜、地膜、包裝制品、管材、電線電纜等領(lǐng)域。中國是世界最大的聚乙烯消費國,2015年聚乙烯消費量達到1900萬t[1]。2014年末,我國聚乙烯產(chǎn)量全年累計達到1214.9萬t,較2013年增長11%。隨著環(huán)保意識增強和環(huán)保投入增加,聚乙烯生產(chǎn)過程中的能源消耗和環(huán)境成本引起了關(guān)注,使得對聚乙烯生產(chǎn)生命周期成本的評價和控制日益緊迫。

生命周期評價(LCA)是一種評價產(chǎn)品、工藝或活動,從原材料采集到產(chǎn)品生產(chǎn)、運輸、分配、使用以及最終處置,整個生命周期內(nèi)有關(guān)的環(huán)境負荷的方法[2]。生命周期成本分析(LCCA)是一種項目評價的經(jīng)濟方法。在這種方法中,由于擁有、運行、維護修理和最終處理的所有成本都被認為是決策相關(guān)成本。我國已有多種基礎(chǔ)材料的生命周期評價,但有關(guān)聚乙烯生命周期評價的研究卻很少。李蔓等[3]運用生命周期評價方法對聚乙烯生產(chǎn)相應(yīng)細節(jié)進行定量分析,得到了單位聚乙烯的能源消耗量和環(huán)境影響負荷。筆者在LCA方法的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了聚乙烯生產(chǎn)生命周期成本評價模型(LCCA),對聚乙烯生產(chǎn)生命周期內(nèi)外部成本進行了詳細的劃分和估算,并找出了關(guān)鍵成本點。

1聚乙烯生產(chǎn)生命周期的系統(tǒng)邊界及成本構(gòu)成

1.1聚乙烯生產(chǎn)工藝流程

聚乙烯生產(chǎn)工藝流程可分為產(chǎn)乙烯階段和產(chǎn)聚乙烯階段[4]。產(chǎn)乙烯階段包括原油蒸餾,輕烴、石腦油裂解,裂解氣分離和單體凈化;產(chǎn)聚乙烯階段主要包括聚合反應(yīng)、樹脂脫氣、造粒和氣力輸送、產(chǎn)品包裝。

1.2系統(tǒng)邊界

聚乙烯生產(chǎn)生命周期系統(tǒng)邊界由橫向和縱向2個序列組成,如圖1所示。按照生命周期理論,縱向的聚乙烯生產(chǎn)生命周期是在聚乙烯生產(chǎn)工藝流程的基礎(chǔ)上,加上原油開采、原油運輸以及回收處理,因此包括原油開采、原油運輸、聚乙烯生產(chǎn)和聚乙烯回收處理階段, 其中聚乙烯生產(chǎn)階段分為產(chǎn)乙烯階段和產(chǎn)聚乙烯階段;橫向生命周期包括建材開采、建材運輸、煉油廠建設(shè)和煉油廠廢棄4個階段。

1.3成本構(gòu)成

聚乙烯生產(chǎn)生命周期系統(tǒng)內(nèi)各階段成本由內(nèi)、外部成本共同組成。內(nèi)部成本主要是資源和能源消耗成本,外部成本指污染物排放造成的環(huán)境成本。聚乙烯生產(chǎn)生命周期中,對環(huán)境影響最大的因素是廢氣排放,主要包括CO2、SO2、NOX、HC、TSP、PM等。廢水、固體廢棄物排放、對土地等自然資源的使用、意外事故以及其他不可抗因素,本研究中假設(shè)其已被列入生產(chǎn)過程中的常規(guī)成本,現(xiàn)階段不予考慮。

2聚乙烯生產(chǎn)生命周期成本估算模型

按照LCA評價方法研究構(gòu)建聚乙烯生產(chǎn)生命周期成本估算模型(LCCA),包括內(nèi)部成本(IC)和外部成本(EC)模型。

2.1內(nèi)部成本估算模型

按照聚乙烯生產(chǎn)成本動因,可將內(nèi)部成本進一步分解為煉油廠建設(shè)內(nèi)部成本(IC1)、原油采購內(nèi)部成本(IC2)、原油運輸內(nèi)部成本(IC3)、乙烯生產(chǎn)內(nèi)部成本(IC4)和聚乙烯生產(chǎn)內(nèi)部成本(IC5)。

2.1.1煉油廠建設(shè)內(nèi)部成本(IC1)

煉油廠建設(shè)內(nèi)部成本IC1為煉油廠建設(shè)階段的初始投資額。

2.1.2原油采購內(nèi)部成本(IC2)

IC2的計算如式(1)所示。式(1)中,P2為國際原油階段均價,RMB;Q2為原油階段采購量,kt;In為聚乙烯相關(guān)環(huán)節(jié)成本分配系數(shù)。

IC2=P2Q2×In

(1)

2.1.3原油運輸內(nèi)部成本(IC3)

IC3的計算如式(2)所示。式(2)中,P3為成品油階段均價,RMB;Q3為單位距離燃料消耗量,kt;D3為總運輸距離,km;R為原油運輸途損率。

IC3=(P3Q3D3+IC2×R)×In

(2)

2.1.4乙烯生產(chǎn)內(nèi)部成本(IC4)

乙烯生產(chǎn)分為2個階段,原油蒸餾產(chǎn)裂解料階段和裂解料加工產(chǎn)乙烯階段。將石腦油作為乙烯生產(chǎn)主要裂解料,因此需將總成本費用分攤給石腦油。產(chǎn)品成本分攤方法選擇相對銷售價值分配法。原油蒸餾產(chǎn)裂解料階段和裂解料加工產(chǎn)乙烯階段各產(chǎn)品的成本分配系數(shù)可由式(3)計算。

(3)

式(3)中,Ix為原油蒸餾和裂解料加工各產(chǎn)品的成本分配系數(shù);Px為該環(huán)節(jié)各產(chǎn)品的銷售單價,RMB;Rx為該環(huán)節(jié)各產(chǎn)品的收率。

所以,裂解料和乙烯的生產(chǎn)成本分別可由式(4)、(5)計算。由此,IC4的計算如式(6)所示。

C裂解料=原油蒸餾產(chǎn)裂解料成本費用×I裂解料

(4)

C乙烯=裂解料加工產(chǎn)乙烯成本費用×I乙烯

(5)

IC4=C裂解料+C乙烯

(6)

2.1.5聚乙烯生產(chǎn)內(nèi)部成本(IC5)

在聚乙烯生產(chǎn)環(huán)節(jié),以乙烯為原料產(chǎn)聚乙烯收率在99%以上,因此不必對聚乙烯生成總成本費用進行分攤,即得式(7)。

IC5=聚乙烯生產(chǎn)成本費用

(7)

2.2外部成本估算模型

聚乙烯生產(chǎn)生命周期外部成本包括原油開采外部成本(EC1)、原油運輸外部成本(EC2)、乙烯生產(chǎn)外部成本(EC3)、聚乙烯生產(chǎn)外部成本(EC4)和聚乙烯回收處理外部成本(EC5)。

2.2.1原油開采外部成本(EC1)

EC1的計算如式(8)所示。式(8)中,Qi為第i項污染物的排放量,kg;EVi為對應(yīng)排放物環(huán)境價值,RMB;In為聚乙烯相關(guān)環(huán)節(jié)成本分配系數(shù)。

(8)

2.2.2原油運輸外部成本(EC2)

EC2的計算如式(9)所示。式(9)中,G1、G2為不同燃料單位載重單位里程燃料消耗量,kg;EFi為對應(yīng)排放物環(huán)境排放系數(shù);EVi為對應(yīng)排放物環(huán)境價值,RMB;In為聚乙烯相關(guān)環(huán)節(jié)成本分配系數(shù)。

(9)

2.2.3乙烯生產(chǎn)外部成本(EC3)

(10)

(11)

EC3=ECa+ECb

(12)

2.2.4聚乙烯生產(chǎn)外部成本(EC4)

EC4的計算如式(13)所示。

(13)

式(13)中,EVA為聚乙烯生產(chǎn)裝置第A項污染物的環(huán)境價值,RMB;QA為聚乙烯生產(chǎn)裝置第A項污染物的排放量,kt;EVB為聚乙烯生產(chǎn)燃煤發(fā)電第B項污染物的環(huán)境價值,RMB;QB為聚乙烯生產(chǎn)燃煤發(fā)電第B項污染物的排放量,kt。

2.2.5聚乙烯回收處理外部成本(EC5)

EC5的計算如式(14)所示。

(14)

式(14)中,EVk為聚乙烯回收處理環(huán)節(jié)第k項污染物的環(huán)境價值,RMB;Qk為聚乙烯回收處理環(huán)節(jié)第k項污染物的排放量,kt。

綜合上述聚乙烯生產(chǎn)全生命周期內(nèi)外部成本的分解,最終確定聚乙烯生產(chǎn)生命周期成本的計算模型如式(15)所示。

(15)

3聚乙烯生產(chǎn)生命周期成本估算模型的驗證

選取華中地區(qū)某煉化企業(yè)作為實證研究的目標(biāo)企業(yè),該企業(yè)1996年7月建成投產(chǎn),初始投資總額49.33億RMB,擁有8套各型煉化裝置,目前乙烯裝置年產(chǎn)乙烯18萬t,聚乙烯裝置年產(chǎn)聚乙烯20萬t,聚丙烯裝置年產(chǎn)聚丙烯6萬t。公司每年可為社會提供包括聚乙烯、聚丙烯、純苯、MTBE等在內(nèi)的13類化工產(chǎn)品45萬t。

3.1生命周期成本核算的驗證

3.1.1內(nèi)部成本核算

(1) 煉油廠建設(shè)內(nèi)部成本(IC1)

由于煉油廠生產(chǎn)的化工產(chǎn)品中乙烯、聚乙烯和聚丙烯占絕大多數(shù),為方便計算,其余少量化工產(chǎn)品忽略不計。如表1所示,按銷售百分比法計算各產(chǎn)品的成本分配系數(shù)分別為,I乙烯=32.7%,I聚乙烯=54.3%,I聚丙烯=13%。

煉油廠壽命周期為10年,按直線折舊法計提折舊,以固定資產(chǎn)殘值抵消廢棄處置費用,折算后煉油廠建設(shè)內(nèi)部成本為4.294億RMB。

(2) 原油采購內(nèi)部成本(IC2)

煉油廠所用原油50%為進口原油,50%為國產(chǎn)原油。進口原油價格按照2014年第4季度國際布倫特原油均價計算,國產(chǎn)原油價格按照價格處于國內(nèi)中上水平的勝利油田2014年1～3季度原油結(jié)算均價計算,原油需求量按照煉油廠聚乙烯裝置年產(chǎn)聚乙烯最大噸位數(shù)計算。

原油蒸餾產(chǎn)裂解料收率約為34%,裂解料裂解產(chǎn)乙烯收率約為31%,乙烯聚合產(chǎn)聚乙烯收率約為99%,年產(chǎn)20萬t聚乙烯須消耗原油191.67萬t。按照2種結(jié)算價格計算的原油采購成本為82.97億RMB。待確定相關(guān)環(huán)節(jié)具體成本分配系數(shù)后最終確定IC2。

(3) 原油運輸內(nèi)部成本(IC3)

各原油來源地距目標(biāo)煉油廠平均運輸里程為573km,目標(biāo)煉油廠以貨運載重汽車為主要運輸方式,單位里程載重柴油消耗量為0.0267kg。計算出原油運輸未分配的內(nèi)部成本為1.62億RMB,待確定相關(guān)成本分配系數(shù)后最終確定IC3。

(4) 乙烯生產(chǎn)內(nèi)部成本(IC4)

煉油廠常減壓裝置單位內(nèi)部成本為26.44RMB/t,乙烯生產(chǎn)裝置單位內(nèi)部成本為932RMB/t,因此191.67萬t原油加工量常減壓裝置運行內(nèi)部成本0.51億RMB,64萬t裂解料乙烯生產(chǎn)裝置總成本費用5.96億RMB。

由表2和表3可計算出裂解料石腦油和乙烯成本分配系數(shù)約為0.36,從而乙烯生產(chǎn)內(nèi)部成本(IC4)為2.33億RMB,并據(jù)此計算出IC2和IC3分別為10.75億RMB和0.21億RMB。

(5) 聚乙烯生產(chǎn)內(nèi)部成本

20萬t產(chǎn)能聚乙烯生產(chǎn)裝置過程費用即該環(huán)節(jié)內(nèi)部成本IC5為0.75億RMB。

由上述IC1、IC2、IC3、IC4、IC55部分內(nèi)部成本加和得到聚乙烯生產(chǎn)生命周期內(nèi)部成本約為18.33億RMB。

3.1.2外部成本核算驗證

考察聚乙烯生產(chǎn)生命周期各階段污染物排放對環(huán)境造成的影響,并將造成的影響折算成外部成本,主要污染物環(huán)境價值如表4所示。

(1) 原油開采外部成本(EC1)

考慮原油開采過程中的損耗,在需求量為191.67萬t的情況下按200萬t開采量計算總排放水平。根據(jù)原油開采環(huán)節(jié)主要排放物及排放量(如表5所示)計算得出原油開采環(huán)境成本EC1為0.21億RMB。

(2) 原油運輸外部成本(EC2)

該環(huán)節(jié)外部成本主要由柴油燃燒排放造成。根據(jù)柴油燃燒主要排放物及排放量和估算模型,如表6所示,原油運輸外部成本EC2為0.00113億RMB。

(3) 乙烯生產(chǎn)外部成本(EC3)

該環(huán)節(jié)需計算原油蒸餾和裂解料裂解2套裝置外部成本,除裝置運行外部成本外,還需考慮裝置消耗的電力在發(fā)電過程中的外部成本。因我國仍以燃煤發(fā)電為主,筆者以燃煤發(fā)電的污染物排放水平作為標(biāo)準(zhǔn)計算2套裝置消耗的電力在發(fā)電過程中的環(huán)境成本。據(jù)模型計算得出乙烯生產(chǎn)外部成本EC3為0.1754億RMB。

(4) 聚乙烯生產(chǎn)外部成本(EC4)

煉油廠聚乙烯裝置采用Unipol工藝,裝置主要能耗來源于電力,因此按照燃煤發(fā)電排放水平折算外部成本。聚乙烯生產(chǎn)環(huán)節(jié)燃煤發(fā)電排放統(tǒng)計如表7所示,計算得到聚乙烯生產(chǎn)外部成本EC4為0.0849億RMB。

(5) 聚乙烯回收處理外部成本(EC5)

目標(biāo)煉油廠尚未有聚乙烯廢棄物回收處理裝置,回收處理采用焚燒和集中填埋方式,計算該過程中的污染物排放水平?？紤]到我國目前的垃圾分類處理水平以及公民的環(huán)保意識水平,聚乙烯廢料回收率按10%計算,即年產(chǎn)量20萬t聚乙烯能夠回收處理2萬t,處理環(huán)節(jié)相關(guān)排放數(shù)據(jù)如表8所示。在聚乙烯回收處理環(huán)節(jié),按裝置年產(chǎn)能分配的廢棄物處理總量計算的外部成本EC5為0.0016億RMB。

由上述EC1、EC2、EC3、EC4、EC55部分外部成本加和得到聚乙烯生產(chǎn)生命周期外部成本約為0.47億RMB。

3.2聚乙烯生產(chǎn)生命周期成本構(gòu)成分析

通過驗證得到,目標(biāo)煉油廠年產(chǎn)20萬t聚乙烯的生產(chǎn)生命周期成本為18.80億RMB,單位成本為9400RMB/t。據(jù)此,分析其內(nèi)、外部成本構(gòu)成,找出關(guān)鍵成本點,結(jié)果如圖2所示。

由圖2(a)可以看出,聚乙烯生命周期內(nèi)部成本構(gòu)成中的關(guān)鍵成本點為原材料采購,可優(yōu)化點為乙烯生產(chǎn)和聚乙烯生產(chǎn);煉油廠建設(shè)因在規(guī)范的工程造價和嚴格的經(jīng)費預(yù)算監(jiān)督下,可優(yōu)化空間不大,作為不可抗成本點。

由圖2(b)可以看出,聚乙烯生命周期外部成本構(gòu)成中,原油運輸和回收利用外部成本基本忽略不計,所以,關(guān)鍵成本點為原油料采購、乙烯生產(chǎn)和聚乙烯生產(chǎn),原油運輸和回收利用外部成本可通過相關(guān)措施予以優(yōu)化。

4結(jié)論

(1) 聚乙烯生產(chǎn)生命周期階段劃分為橫向的煉油廠建設(shè)和縱向的聚乙烯生產(chǎn)兩個階段。

(2) 根據(jù)聚乙烯生產(chǎn)生命周期的階段劃分,分析確定了聚乙烯生產(chǎn)生命周期內(nèi)、外部成本構(gòu)成。構(gòu)成聚乙烯生產(chǎn)內(nèi)部成本動因的階段有煉油廠建設(shè)階段、原油采購階段、原油運輸階段、乙烯生產(chǎn)階段以及聚乙烯生產(chǎn)階段;構(gòu)成聚乙烯生產(chǎn)外部成本動因的階段有原油開采階段、原油運輸階段、乙烯生產(chǎn)階段、聚乙烯生產(chǎn)階段以及聚乙烯使用廢棄階段。

(3) 根據(jù)系統(tǒng)邊界和成本構(gòu)成,設(shè)計了聚乙烯生產(chǎn)生命周期內(nèi)外部成本估算模型。

(4) 通過實證研究,目標(biāo)煉油廠年產(chǎn)20萬t聚乙烯的生產(chǎn)生命周期成本為18.80億RMB,單位成本為9400RMB/t。內(nèi)部成本構(gòu)成中,原材料采購是關(guān)鍵成本點;外部成本構(gòu)成中,原材料采購、乙烯生產(chǎn)和聚乙烯生產(chǎn)是關(guān)鍵成本點。

參考文獻

[1] 陳麗,周志宇, 石俊學(xué),等. 國內(nèi)外聚乙烯生產(chǎn)和市場現(xiàn)狀[J]. 彈性體,2014,24(3):80-83.(CHENLi,ZHOUZhiyu,SHIJunxue,etal.Productionandmarketstatusofpolyethyleneathomeandabroad[J].Elastomerics, 2014,24(3):80-83.)

[2] 束慶,張旭. 生命周期評價和生命周期成本分析的整合方法研究[J]. 同濟大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版),2003,14(4):81-86.(SHUQing,ZHANGXu.Studyonthewaytointegratelifecycleassessmentandlifecyclecostanalysis[J].TongjiUniversityJournalSocialScienceSection, 2003,14(4):81-86.)

[3] 李蔓,王震,孫德智. 聚乙烯生產(chǎn)生命周期評價的研究[J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2009,32(5):191-195.(LIMan,WANGZhen,SUNDezhi.Studyonlifecycleassessmentofpolytheneproduction[J].EnvironmentalScience&Technology, 2009,32(5):191-195.)

[4] 張旭梅,劉飛. 產(chǎn)品生命周期成本概念及分析方法[J]. 工業(yè)工程與管理,2001,(3):26-29.(ZHANGXumei,LIUFei.Theconceptandanalyticalmethodofproductlifecyclecost[J].IndustrialEngineeringandManagement, 2001,(3):26-29.)

[5] 高春雨. 2013年國內(nèi)乙烯市場分析及2014年預(yù)測[J].煤炭加工與綜合利用,2014,(2):47-50+9.(GAOChunyu.Analysisondomesticethylenemarketin2013andforecastin2014[J].CoalProcessing&ComprehensiveUtilization, 2014,(2):47-50+9.)

[6] 戴兵,于麗平. 美國煉油行業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)對我國的啟示[J]. 價值工程,2011,22(16):125-125.(DAIBing,YUliping.PollutantemissionstandardsfortheU.S.refiningindustryandtheenlightenmenttoChina[J].ValueEngineering, 2011,22(16):125-125.)

[7] 魏學(xué)好,周浩. 中國火力發(fā)電行業(yè)減排污染物的環(huán)境價值標(biāo)準(zhǔn)估算[J]. 環(huán)境科學(xué)研究,2003,16(1):53-56.(WEIXuehao,ZHOUHao.EvaluatingtheenvironmentalvaluescheduleofpollutantsmitigatedinChinathermalpowerindustry[J].ResearchofEnvironmentalSciences,2003,16(1):53-56.)

[8] 郭鵬瑛. 印刷生產(chǎn)系統(tǒng)環(huán)境效益評價方法研究[D].遼寧:大連工業(yè)大學(xué),2011.

Life Cycle Cost Analysis of Polyethylene Production

SUN Renjin, WU Jin, DONG Kangyin, XUE Shulian, LI Hui, CHEN Zhihao

(School of Business Administration,China University of Petroleum, Beijing 102249, China)

Keywords：polyethylene;lifecyclecost;costassessment;keycosts

Abstract：Theproductionandconsumptionofpolyethylene,thewidlyusedresinproduct,arerapidlygrowing.Butthesurgeofenvironmentalandsocialcostscausedbyhighenergyconsumptionandpollutionduringitsproductionprocessisincreasinglysignificant.Thelifecyclecostassessmentmodelofthewholecostinvolvinginternalcostandexternalcostwassetup,whichcouldbesignificationinlifecyclecostassessment.Thecasestudyresultsshowedthatthelifecyclecostofpolyethyleneplantwithannualproductioncapacityof20×104twas1.88billionRMB,andtheunitcostwas9400RMB/t.Thecostofmaterialpurchasewasthehighestone,about59%oftheinternalcost,whilethemajorityoftheexternalcostwasthecostofcrudeoilexploitation,about45%.Theinternalkeycostwasmaterialpurchase,andtheexternalkeycostincludedthecrudeoilexploitation,ethyleneproductionandpolyethyleneproduction.Thismodelcouldbeusedtoquicklyandefficientlyimplementlifecyclecostofpolyethyleneplant,supportedfortheenergysavingofrelatedenterprises.

收稿日期：2014-04-13

基金項目：國家“十二五”科技計劃(2012BAE05B06)和國家自然科學(xué)基金(NSFC)(U1162204,21176254)項目資助

文章編號：1001-8719(2016)02-0401-06

中圖分類號：X820

文獻標(biāo)識碼：A

doi:10.3969/j.issn.1001-8719.2016.02.025

通訊聯(lián)系人： 孫仁金，男，教授，從事清潔能源與環(huán)境經(jīng)濟、可行性研究與項目經(jīng)濟評價和企業(yè)戰(zhàn)略與管控研究；E-mail:cup618@163.com