提高能源效率的一些简单方法

提高能源效率的一些简单方法

对生产过程中能量消耗的管理并非那么繁琐,这里就有一些简单策略的例子。

化工过程工业(CPI)已经对能源的有效使用迈出了巨大的一步。这些进步包括了:新型高产率催化剂、先进的设备、对生产过程优化的实时控制、资产维护项目与公司政策的修改。除以上这些复杂的措施以外,还有一些简单但常常需要高瞻远瞩的改变与举措,能够在能源效率上带来巨大的效益。

本文就此展开几种对操作单元有效且简单的改变,同时利于操作人员与工艺工程师能够降低能耗与制定规则来避免日常中的问题。

不必要的冷却系统

通常在化工厂或者精炼厂中,有些没有必要的冷却管线降低了能源有效利用率。

石油化工设备中,在蒸馏柱的给料管线中安装有空气冷却器(图1),其目的就是防止在非正常运作时,使得冷凝器过负荷运作。虽然,其设计的初衷如此,但就是正常情况下也一直运行着,这使得正常情况下塔釜的再沸器需要更大的能量来蒸发。

图1

所以,正常情况下,选择关掉空气冷却器可以降低再沸器大约30%的能耗,也可以为工厂一年节省超过一百万美元。这么做就是良好的开端,然而,流体在空气冷却器中的对流也有热量的损失,因此在它的周围装旁路(图1中绿色部分)就能消除这部分热的流失,这样一年能额外节约二十万美元。

这个例子让我们了解了生产过程中每个设备的作用。操作员常常不巧当的使用一些设备,而一旦这些不正确使用成了使用标准,那错误将会维持好几年。所以,良好的工程师需要接受训练,不断的进修课程教育,才能降低了设备的不正常使用。

泵的功率

在塑性化工厂中,高压定速电动泵由溢流阀控制,泵也随着它控制不断的提供压力与输送流体来满足生产的需要。

尽管溢流阀控制系统起到了操作的稳定性与保护泵防止关闭(会照成设备的损坏),但照成的代价就是不能有效利用能源,在正常输送过程中,泵虽有高输送量但却相对较低的压头,照成了流体的大量循环流动,因此需要了高耗能。

人们采取很多方法来降低泵的功耗,其中包括了不同转速的驱动器,高效能的泵与马达,调整或改变泵的叶轮,再或者就是在低输出量时用一个小的泵。但也由于各种理由,这些方法都就是不可实施的。然而,控制流体流量的系统,即在管线中安置节流阀能简单的解决这个问题。(图2,绿色部分)

图2

当节流阀安置在管线中以后,经过泵的流体量等于生产所需的量。这将明显小于由溢流阀控制的流量。节流过程中泵具有了背压也控制了流速,致使操作点往上弯处与左处偏离。(见图3)溢流阀还得安在管线中,防止泵的停止运作。当过程中需要量低于之前设置的最小进料流量就是需要打开溢流阀。

图3

因此,安装有节流阀,降低了10%泵的功耗率,由此每年能节省150000美元。唯一的花费也就就是安置节流阀与管线。

这个例子说明了,操作员与工程师需要高度重视,控制系统对于装置稳定性与安全性的考虑。但,更为重要的就是还要考虑到控制装置就是否对系统产生能量的损失。

维修状况的跟踪与通信

我们知道化工厂中,热交换器常常会坏掉,例如,作者Rossiter注意到有一个热交换器在清理好以后已经被闲置了超过三个月了,而事实上,清理只需要几个礼拜而已。在信息传递上,主观告诉工厂人员热交换器可以使用了,但工厂人员忙于其她事情而导致无法按时使用热交换器。因此,信息没有正常专递下去直到闲置的设备被人指出。

而在两个半月的时间里,热交换器的闲置导致了100,000美元的损失。

现在,对于热交换器的清理随着技术的进步与设备的优化,变的更加的复杂了,同时还要评估清理的间隔时间。但就是,无论清理方法多好或者清洗间隔多短,一旦信息传递失败都就是徒劳的了。

所以,需要优化系统来追踪维修工作的状况。只要一个简单的电子警报系统,就能提醒操作人员能够及时使用了。

优化蒸汽系统

蒸汽系统-包括锅炉、蒸汽配电线路、电动汽轮机,为能源的高效利用提供了一个很好的契机,我们可以从以下两个例子说明这一点。

预热脱气装置的供水

在炼油厂与化工厂中,蒸汽系统用于工艺加热。一般我们采用热敏脱气装置来驱赶锅炉供水当中溶解的气体。原则上来讲,这只需要消耗少量的蒸汽。然而,进水的温度通常比脱气装置中的饱与温度要低得多,因此,我们需要额外的大量蒸汽来预热进水,这将消耗总蒸汽量的10%甚至15%。为了解决这个问题,我们通常用废热处理工艺来预热供水。

在这个例子中,化工厂的脱气装置只能在室温下对回流冷凝水进行加热与软化补给水。在锅炉房里,还有水冷却的空气压缩机(如图4所示),其中一个正经历着冷却塔的漫长维修问题。

图4

在一系列的围绕如何替代冷却塔的方案中,作者之一Venkatesan注意到流向脱气装置的软化补给水的平均流量(115-150gpm)几乎与用于空气压缩机的冷却水量(120gpm)相当。基于这个发现,我们提出了一个新的方案,即沿着管道路线,将软化补给水引入空气压缩机,并用百叶窗将其与冷却塔隔离开来(图5)。新方案很快就被评估与采纳,管道的修改工作也在2个月内顺利完工。

图5

从空气压缩机当中出来的热量被回收利用来预热软水,每年能节省80000美元。而且这个方案的实施成本也非常低,它只需要对管道进行局部的修改。另外,改革之后,也不再需要对冷却塔进行维修或更换,明显降低了成本。

这个例子说明了一个简单的方案甚至能有一举多得的效果。它突显了创新性的重新部署现有设备的重要性。当然,当工艺被修改时,我们也有必要去检查每种设备的局限性与遵守恰当的管理方案。另外,实施节约蒸汽的策略,我们要考虑到化工厂整体蒸汽量的平衡,而不能纯粹专注于某个单一设备效率的提升。

蒸汽消耗的安全余量过高

图6

在欧洲生产日用品的化工厂中,两个蒸汽涡轮机驱动的大型空气压缩机与发电机单轴并排排列。第一个就是背压式汽轮机,用来把930psig的高压蒸汽降低成290psig的中压蒸汽。第二个就是抽汽凝汽式汽轮机,将中压蒸汽降低成73psig的低压蒸汽,剩下的中压蒸汽被提取到真空冷凝器中(图6)。

在最初的设计中,只有从背压式汽轮机当中排出的蒸汽才能被提取到抽汽凝汽式汽轮机