孫麗麗

(中國石化工程建設有限公司，北京 100101)

石油化工是國民經(jīng)濟重要的支柱產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)品覆蓋面廣、行業(yè)關聯(lián)度高，對穩(wěn)定經(jīng)濟增長、提高人民生活質量、保障國防安全具有強大的支撐作用。我國煉化企業(yè)多建設于上世紀七八十年代，初期大多位于遠郊，隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化的迅速推進，煉廠與城市的距離越來越近，甚至一些原來遠離人口稠密區(qū)的煉廠也開始被居民區(qū)、學校等公共設施包圍，被動成為敏感區(qū)域的重點關注對象，正面形象受損、鄰避效應出現(xiàn)，正常生產(chǎn)、合理改造受到不同程度影響；安全環(huán)保標準日趨完善和嚴格，電動汽車為代表的新能源產(chǎn)業(yè)異軍突起，新一代信息技術與制造業(yè)的深度融合，都給煉化企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提出了嚴峻挑戰(zhàn)。安全可靠、清潔環(huán)保、智能互聯(lián)、優(yōu)化轉型等為目標的現(xiàn)代化提升的呼聲越來越高。

本文對實施現(xiàn)代化提升的必要性進行分析，從清潔生產(chǎn)技術采用、安全等方面，提出了“源頭消減＋過程控制＋末端治理”的全生命周期的現(xiàn)代化提升思路，并對某煉化企業(yè)基于該原則的現(xiàn)代化提升改造方案及效果進行介紹。

1 煉化企業(yè)現(xiàn)代化提升的必要性

改革開放后，我國煉化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展取得了長足進步，但行業(yè)整體大而不強，實施綠色低碳、智能高效的現(xiàn)代化提升重要且必要。

1.1 能源消費結構將發(fā)生根本性變化，產(chǎn)品需求增速放緩，部分產(chǎn)能過剩加劇，提質增效和轉型升級迫在眉睫

未來20年，我國處于油氣替代煤炭、非化石能源替代化石能源的雙重替代期和能源結構優(yōu)化的攻堅期。伴隨經(jīng)濟發(fā)展步入新常態(tài)，小康社會即將全面建成，受資源環(huán)境的制約和產(chǎn)業(yè)結構轉型升級的影響，成品油和石化產(chǎn)品需求增長放緩。而煉油能力將從2016年的7.5億噸/年增長到2020年的8.7億噸/年，產(chǎn)能過剩約1.1億噸/年；高性能的化工新材料和高端專用化學品國內自給率依然偏低，工程塑料、高端聚烯烴牌號等高附加值產(chǎn)品仍需大量進口，產(chǎn)品供需結構性矛盾突出[1-3]。市場需求倒逼煉化企業(yè)要制定合理的升級發(fā)展策略及實施路線圖，以快速響應外部環(huán)境的變化，提高企業(yè)的競爭力和抗風險能力。我國一次能源結構變化情況見圖1。

圖1 我國一次能源結構變化預測

1.2 新能源產(chǎn)業(yè)核心技術不斷突破，多元化競爭格局出現(xiàn)，石化產(chǎn)業(yè)市場競爭日趨白熱化，現(xiàn)代化提升是煉化企業(yè)降本增效、打造差異化競爭力的必由之路

2016年，我國共生產(chǎn)電動汽車51.7萬輛，成為全球第一大電動汽車產(chǎn)銷國，并連續(xù)兩年產(chǎn)銷量居世界第一。荷蘭等國家相繼提出禁止銷售燃油車的時間表，我國工信部也啟動了相關研究。在煉油行業(yè)以中國石化、中國石油、地煉為主的競爭格局下，多元化資本快速和大量涌入，新建了一批規(guī)模大、技術先進的煉化企業(yè)，使得本已過剩的產(chǎn)能態(tài)勢雪上加霜，競爭壓力愈來愈大[3-5]。煉化企業(yè)需要借助現(xiàn)代化提升來做好可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略儲備，重新尋找在市場競爭格局中存在的坐標。

1.3 成品油質量升級提速，高端石化產(chǎn)品需求旺盛，對煉化格局產(chǎn)生深遠影響，淘汰落后產(chǎn)能、優(yōu)化加工流程的現(xiàn)代化提升，能夠為煉化企業(yè)創(chuàng)造新的效益增長點

為減少機動車尾氣排放，有效治理霧霾，促進綠色發(fā)展，我國成品油質量升級持續(xù)加快。2000年以來，我國汽柴油質量標準不斷提高，明確在“十三五”期間成品油質量升級分為兩個階段實施:第一階段從2016年1月1日起，東部地區(qū)11省市全面供應國V標準車用汽柴油，第二階段從2017年1月1日起，全國全面供應符合國V標準的車用汽柴油，且在2019年起達到國VI階段標準。從國I升級到國V標準，硫含量是汽、柴油中變化幅度最大的指標，限值分別從800 ppm和2 000 ppm下降到不大于10 ppm(見表1，表2)；從國V到國VI，雖然硫含量沒有變化，但烯烴和芳烴含量限制更大，造成降烯烴和提高辛烷值的雙重壓力[6-7]。另外，石化產(chǎn)品品質的要求也在逐步提高，這些質量標準的升級，給煉化企業(yè)提出了淘汰落后產(chǎn)能、優(yōu)化產(chǎn)品結構、加大改造投入等新要求。

1.4 安全環(huán)保法規(guī)趨于完善和嚴格，企業(yè)與社會的深度交織產(chǎn)生的鄰避效應擴大，如何實現(xiàn)清潔環(huán)保、安全可靠成為煉化企業(yè)現(xiàn)代化提升的重要命題

石化工業(yè)在為國民經(jīng)濟提供能源和產(chǎn)品的同時，也消耗了大量能源并伴有三廢排放。據(jù)統(tǒng)計[8-9]，2016年全行業(yè)能耗總量達5.6億噸標煤，占工業(yè)能量總量的18%；CO2排放占工業(yè)排放總量的15%。生產(chǎn)排放的廢水、廢氣、廢渣總量分別位居全國工業(yè)行業(yè)第2位、第4位和第5位，COD、氨氮、NOx、SOx等也位居全國工業(yè)行業(yè)前列，節(jié)能減排形勢非常嚴峻。

為了進一步保護環(huán)境，國家相繼頒布了新的《環(huán)境保護法》《環(huán)境保護稅法》，包含“大氣十條”“水十條”“土十條”等法律法規(guī)和政策標準，煉化企業(yè)的發(fā)展面臨巨大挑戰(zhàn)。

同時，近年來安全生產(chǎn)形勢持續(xù)穩(wěn)定好轉，但基礎薄弱、文化體系欠缺的問題依然存在，尤其是近年來發(fā)生的重大火災及爆炸等安全事故，給從事易燃易爆行業(yè)的煉化企業(yè)敲響了警鐘，傳統(tǒng)煉化企業(yè)建廠歷史較早，安全風險更大，如何縮小與黨中央和國務院的要求、職工群眾期盼的差距，需要深入研究和積極探索。

表1 我國車用汽油質量升級指標對比

表2 我國車用柴油質量升級指標對比

1.5 互聯(lián)網(wǎng)＋、大數(shù)據(jù)、云計算正在改變流程工業(yè)的舊有模式，“兩化”深度融合，將是煉化企業(yè)提升運營管理水平、實現(xiàn)智能生產(chǎn)的重要抓手

以云計算、大數(shù)據(jù)為特征的第三代信息技術快速發(fā)展，網(wǎng)絡互聯(lián)趨向移動化和泛在化，信息處理趨向集中化和大數(shù)據(jù)化，信息服務趨向智能化和個性化，催生智能工廠的出現(xiàn)。智能煉化企業(yè)是一種新型生產(chǎn)模式[10]，在規(guī)劃決策優(yōu)化、計劃方案優(yōu)化、調度優(yōu)化和在線控制優(yōu)化四個層面，利用網(wǎng)絡通信等系統(tǒng)功能構建“人＋物”的智能網(wǎng)絡，使煉化企業(yè)生產(chǎn)具有計算、通信、控制、協(xié)作和自適應等智能化功能。

在中國制造2025的戰(zhàn)略下[11]，煉化企業(yè)智能化轉型的重要途徑之一，就是利用新一代信息技術，以及人工智能等與石化工廠的裝備、工藝、技術、管理有機結合起來，打造新動能、形成新模式，實現(xiàn)管控一體化，提高勞動生產(chǎn)率、降低成本、提升本質安全環(huán)保的可視化、智能化和平臺化，為煉化企業(yè)的現(xiàn)代化提供技術支撐。

2 煉化企業(yè)現(xiàn)代化提升的舉措

2.1 采用清潔生產(chǎn)技術，從源頭降低能源消耗、消減三廢排放，提升企業(yè)的綜合競爭力

清潔生產(chǎn)是指采用先進的工藝技術與設備等措施，從源頭消減污染，提高資源利用效率，減少或者避免污染物的產(chǎn)生和排放，以減輕或者消除對人類健康和環(huán)境的危害；清潔生產(chǎn)技術具有原料轉化率高及廢物產(chǎn)生量少等顯著優(yōu)勢[12]。輕油收率高、無低價值副產(chǎn)物、環(huán)境友好的渣油加氫技術[13]，耗氫量少、脫硫率高、辛烷值損失少的催化裂化汽油吸附脫硫S Zorb技術[14]等就是清潔生產(chǎn)技術的代表，在近年來油品質量升級、煉化企業(yè)提質增效等實施中扮演了重要的角色，應作為煉化企業(yè)實施綠色低碳現(xiàn)代化提升的重要措施。

合理的加工路線不僅使煉化企業(yè)能夠適應原料性質一定范圍內的變化，而且能夠科學利用有限資源，并實現(xiàn)清潔化生產(chǎn)。隨著原油重質化、劣質化加劇，以及煉油產(chǎn)能過剩、柴汽比快速下降和高端化學品需求增長，煉油廠加工流程正從燃料型、燃料―潤滑油型、燃料―瀝青型，逐漸向煉油―乙烯、煉油―乙烯―芳烴甚至煤―油―化路線進行調整，更好發(fā)揮一體化綜合優(yōu)勢和協(xié)同效應，助推煉化企業(yè)結構轉型和效益提升。提升過程中，應從單純實現(xiàn)原油“吃干榨凈”、追求高轉化率的思維中跳出來，結合企業(yè)狀況、產(chǎn)品結構、市場需求等信息，實施“一企一策”的針對性調整方案，如在降柴汽比壓力下，重油加工路線應從過去的脫碳向加氫的單一轉移改為多方向的組合加工方式轉變(如焦化＋RDS＋FCC路線、沸騰床＋焦化、溶劑脫瀝青＋漿態(tài)床等)，以實現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟效益和環(huán)保效益的最大化。

對于煉化企業(yè)，需延伸“基礎＋高端”的附加優(yōu)勢，提高大宗基礎產(chǎn)品的就地轉化率，推動產(chǎn)品向下游精細化發(fā)展，對于合成樹脂、合成橡膠等功能性材料和特性產(chǎn)品，要與終端客戶的緊密協(xié)作中，聚焦于特種彈性體等車用材料、無毒抗菌等包裝材料提高產(chǎn)品的高附加值，避免同質化競爭。

2.2 構建“能源規(guī)劃－能量集成－單元強化”的能量全局優(yōu)化方法體系，做好能量深度集成優(yōu)化方案，打造開放節(jié)能技術平臺，讓低溫熱發(fā)電等單項節(jié)能技術更好為系統(tǒng)服務

近年來，石化工業(yè)按照國家節(jié)能減排總體要求，采用新技術、新裝備，在單元過程強化和裝置能量集成節(jié)能等方面取得了巨大的成績，已進入國際先進水平之列[15]。面對全新的節(jié)能減排形勢和產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，煉化企業(yè)需從全局出發(fā)，做好能量優(yōu)化的頂層設計，以能量深度集成優(yōu)化(見圖2)為抓手，深入推進全流程綜合節(jié)能技術的應用，提升煉化企業(yè)的節(jié)能水平:①以PIMS等線性規(guī)劃軟件為工具，建立節(jié)能與總加工流程模型之間的函數(shù)關系，實現(xiàn)同步優(yōu)化和雙向提升；②將原料性質、工藝流程、裝置參數(shù)等作為輸入條件，建立從全局到裝置，再從裝置到單元的梯級系統(tǒng)能源規(guī)劃體系，實現(xiàn)不同層級的能量最優(yōu)化利用；③從總平面布置角度綜合考慮水等公用工程及輔助設施的合理配置，實現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)化；④充分利用煉化企業(yè)低溫、余壓資源“集成回收”，通過設置全廠性的利用系統(tǒng)，實現(xiàn)低階資源的“分布式利用”；⑤梳理研究季節(jié)性溫差對燃動系統(tǒng)的影響規(guī)律，實施復雜工況燃動系統(tǒng)優(yōu)化，降低波動。

2.3 加大安全環(huán)保投入，從全生命周期綜合考慮治理方案，建立從安全到環(huán)保、從職業(yè)健康到社區(qū)交流的責任關懷體系和管控一體化平臺，提升煉化企業(yè)的本質安全環(huán)保水平

圖2 能量深度集成優(yōu)化系統(tǒng)

轉變傳統(tǒng)安全環(huán)保思維模式。從“先污染、后治理”和“邊污染、邊治理”的傳統(tǒng)模式向“源頭消減＋過程控制＋末端治理”的協(xié)同治理模式轉變，強調全過程的安全可靠和清潔環(huán)保，做好車間、裝置、單元、設備的現(xiàn)狀排查，借助信息化技術分層級建立安全環(huán)保數(shù)據(jù)庫，提出針對性的治理計劃，并實施閉環(huán)管理，確保綠色低碳、安全生產(chǎn)為創(chuàng)造經(jīng)濟效益和社會效益發(fā)揮支撐作用。

加大先進技術應用力度。在環(huán)保治理方面，對于有組織廢氣，實施煤改氣的源頭消減，低氮燃燒器的過程控制，半干法雙循環(huán)煙氣凈化和干法脫硫的末端治理等綜合技術；對于無組織廢氣，罐區(qū)等VOCs排放實施網(wǎng)格化監(jiān)測及增設油氣回收實施，確保全覆蓋；對于廢水，利用外排污水實施生態(tài)水恢復工程和人工濕地建設，實現(xiàn)生態(tài)升級；對于固廢，通盤考慮所在區(qū)域廢物特點，實施資源化、減量化、無害化和規(guī)?；幚恚男袩捇髽I(yè)社會責任。建立LDAR(泄露檢測和修復技術)自動檢測平臺，實現(xiàn)檢測修復工作規(guī)范化和數(shù)字化，最大限度減少揮發(fā)性有機物(VOCs)逸散，改善大氣質量和確保企業(yè)生產(chǎn)安全。在安全監(jiān)管方面，建立應急救援管理、MSDS(化學品安全數(shù)據(jù)說明書)、風險識別和評估管理等三個系統(tǒng)，定期開展培訓及風險識別，實時監(jiān)控及處理，提升應急管理反應速度，確保風險處于可控狀態(tài)；借鑒國際先進經(jīng)驗，推進安全水平量化評估系統(tǒng)的建立及分析工作，提升本質安全和風險規(guī)避水平。

建立開放共享的責任關懷體系。將產(chǎn)品監(jiān)管、物流安全、能源管理等內容集成在管控一體化平臺上，增強企業(yè)社會責任意識，促進信息公開和透明，由被動、事后、補救、消極向主動、事前、預防、積極的格局轉變，使公眾通過參與、交流、體驗、互動來零距離感受煉化企業(yè)在綠色低碳現(xiàn)代化提升方面的努力與成果。

2.4 基于全廠智能化應用，以數(shù)字化、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)為基礎和核心，實現(xiàn)集成化、模型化、可視化、自動化等功能，提供智能決策支持

針對煉化企業(yè)特點，面向智能工廠設計、工程建設和生產(chǎn)制造全過程、全產(chǎn)業(yè)鏈、全生命周期，以“業(yè)務”為驅動，以“流程”為主線，圍繞提高企業(yè)價值創(chuàng)造能力，突出四個領域建設:全生產(chǎn)過程優(yōu)化―生產(chǎn)運行智能化；全生命周期管理―設備管理數(shù)字化；全業(yè)務領域覆蓋―全供應鏈以及企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營和管理信息化；全方位資源支撐―基礎設施云化、工廠全部無線網(wǎng)絡化和三維數(shù)字化。

促進企業(yè)深化質量管理與互聯(lián)網(wǎng)的融合，推動在線計量、在線監(jiān)測等全產(chǎn)業(yè)鏈質量控制，大力發(fā)展網(wǎng)絡化協(xié)同制造等新生產(chǎn)模式。支持企業(yè)利用互聯(lián)網(wǎng)采集并對接用戶個性化需求，開展基于個性化產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)、服務和商業(yè)模式創(chuàng)新，促進供給與需求精準匹配。實現(xiàn)從制造向“制造＋服務”轉型升級。

利用大數(shù)據(jù)、云儲存，建立數(shù)字化環(huán)保平臺，促進環(huán)保水平提升和技術發(fā)展，實現(xiàn)污染預警及環(huán)境風險排除。發(fā)揮信息技術對環(huán)保管理的支撐作用，提升環(huán)保實時監(jiān)測水平。借助智能工廠建設成果，開發(fā)“環(huán)保地圖”系統(tǒng)，實現(xiàn)廢水、廢氣、廢渣、噪聲等的全方位、全過程、可視化管理。采用大屏實時監(jiān)控方式，在多個地點24小時實時公開環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，增進社會各界對石化企業(yè)綠色低碳的了解和信任。

3 某煉化企業(yè)現(xiàn)代化提升的案例分析

某煉化企業(yè)成立于20世紀70年代，是我國重要的高品質清潔油品及化工品一體化生產(chǎn)基地，為國家建設和區(qū)域發(fā)展做出了積極貢獻。盡管該企業(yè)采取了很多行之有效的技改技措和管理優(yōu)化改進，但隨著經(jīng)濟發(fā)展方式的調整，所處區(qū)域敏感，生存發(fā)展面臨嚴峻壓力及挑戰(zhàn)。按照上述現(xiàn)代化提升思路，結合該企業(yè)具體現(xiàn)狀，提出該企業(yè)轉型升級的具體實施方案:①采用渣油加氫替代延遲焦化的清潔生產(chǎn)技術；②壓減柴汽比、增產(chǎn)航煤、碳四資源綜合利用等產(chǎn)品結構優(yōu)化轉型；③動力中心安全和環(huán)保隱患治理；④安全環(huán)保新舉措實施與完善；⑤公眾參與的良性互動；⑥智能工廠建設探索等。方案實施，能夠有效改善該企業(yè)的生產(chǎn)狀況，提高安全環(huán)保水準，促進企業(yè)與區(qū)域的長期和諧共存。提升方案實施前后的對比及分析如下:

3.1 安全狀況對比

采用某安全水平量化評估系統(tǒng)對該企業(yè)現(xiàn)代化提升方案實施前后的安全狀況進行評估，以安全水平量化評估手冊為評價標準，通過與相關管理人員交流、與基層員工面談、檢查文件和記錄、現(xiàn)場觀察等評估方式對公司的安全管理體系實施情況和安全管理績效進行了現(xiàn)場評估。

從圖3對比結果可以看出，方案實施后，安全管理評估要素得分增長5個百分點，裝置(設施)安全性評估要素得分增長10個百分點，安全狀況整體判級從4級提升至7級(最高級為10級)，實現(xiàn)了整體從良好向優(yōu)秀的跨越。

圖3 方案實施前后安全狀況評估對比

3.2 環(huán)保狀況對比

從圖4對比結果可以看出，對于有組織廢氣排放，加工路線調整后固體燃料石油焦取消，SOx和煙塵分別下降20%、10%，由于采用低氮燃燒等過程控制的環(huán)保治理措施，NOx下降將近20%。對于無組織廢氣排放，提升方案實施后，通過開展LDAR監(jiān)測等措施，工藝廢氣及密封點泄露等過程的VOCs無組織排放總量降低將近30%，效果非常明顯。

圖4 方案實施前后廢氣排放量對比

從圖5對比結果可以看出:方案實施后，COD、石油類、氨氮的排放量分別降低40%、30%及5%，滿足國家及地方排放標準要求，大幅降低了廢水污染物排放量。

圖5 方案實施前后廢水排放量對比

在固廢方面，采用漿態(tài)床渣油加氫工藝替代焦化方案后，動力中心不使用固體燃料，全廠減少鍋爐灰渣及石油焦，每年減少固廢約30萬噸，且徹底解決了石油焦異味問題。

3.3 現(xiàn)代化提升方案小結

采用上述現(xiàn)代化提升方案后，該企業(yè)的工藝流程先進，污染物排放有較大幅度的削減，安全程度有較大的提升，完全滿足國家及地方標準的要求，且在環(huán)保及安全標準要求繼續(xù)嚴苛的條件下，仍有一定的彈性余地，能夠與所在區(qū)域長期和諧共存。經(jīng)初步測算，稅后內部收益率達到17%以上，具有較好的經(jīng)濟效益及抗風險能力。

4 結語

煉化企業(yè)為國民經(jīng)濟發(fā)展和全面建設小康社會做出了歷史性貢獻，隨著能源消費結構變化、市場需求放緩、新能源異軍突起、競爭多元化格局加劇、安全環(huán)保標準日益嚴格，以及事故頻發(fā)的狀況，煉化企業(yè)的生存發(fā)展面臨嚴峻挑戰(zhàn)，實施現(xiàn)代化提升必要且緊迫。本文研究提出了“源頭消減＋過程控制＋末端治理”的全生命周期現(xiàn)代化提升思路，包括清潔生產(chǎn)技術采用、產(chǎn)品結構優(yōu)化調整、全局能量優(yōu)化、本質安全環(huán)保打造和智能工廠平臺構建等；并以某煉化企業(yè)為例，提出了漿態(tài)床渣油加氫替代焦化的工藝路線、壓減柴汽比、安全環(huán)保末端治理投入、智能工廠建設等針對性提升措施，在確保良好經(jīng)濟效益的狀況下，安全環(huán)保狀況明顯改善。本文對煉化企業(yè)清潔環(huán)保、安全可靠的現(xiàn)代化提升，生態(tài)文明和和諧共建示范區(qū)打造，差異化核心競爭力提升，以及與區(qū)域長期和諧共存提供了思路和技術支持。