造船企業(yè)能源管理和節(jié)能技術(shù)探討與實(shí)踐

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.