QC案例：降低制氧系統(tǒng)氧壓電單耗

◆寶鋼股份能環(huán)部動力分廠制氧運(yùn)行一區(qū)甲班JK小組＊ / 文

一、課題選擇

制氧設(shè)備通過消耗電、工業(yè)水、蒸汽等產(chǎn)生供用戶使用的氧、氮、氬產(chǎn)品。在制氧成本系統(tǒng)中，公用設(shè)施耗電占到整個變動成本的90%以上，用電占比最大。為了控制成本，分廠把制氧電耗、氧壓電單耗、中壓氮電單耗、高壓氮電單耗等能源消耗列為分廠的重要能耗源管控體系。其中氧壓電單耗是指每壓送1標(biāo)準(zhǔn)立方米氧氣所消耗的用電量，用單位kwh/nm3表示（通常壓送1標(biāo)準(zhǔn)立方米氧氣用電量約為0.17度）。

日常生產(chǎn)中，我們發(fā)現(xiàn)制氧系統(tǒng)氧壓電單耗波動較大，其波動值為0.155～0.185kwh/nm3，因此小組調(diào)查了2015年8～12月分廠氧壓電單耗情況，其平均值達(dá)到0.1715kwh/nm3，高于分廠重要能耗源體系氧壓電單耗小于0.1702kwh/nm3的要求。因此，小組選擇課題《降低制氧系統(tǒng)氧壓電單耗》。

二、現(xiàn)狀調(diào)查及目標(biāo)設(shè)定

小組首先調(diào)查了2015年8～12月份分廠氧壓電單耗數(shù)據(jù)情況，得出在此期間分廠氧壓電單耗＜0.1702kwh/nm3的天數(shù)共有62天。隨后小組調(diào)查了同期分廠高壓氧壓送總量及氧壓機(jī)用電量情況，得出該時間段分廠高壓氧壓送總量為289719knm3，總用電量為49713×103kwh。小組繼續(xù)對該時間段氧壓機(jī)壓送總量進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)查取證，得出8～12月分廠各臺氧壓機(jī)實際壓送量與額定壓送量之間差值等數(shù)據(jù)。根據(jù)統(tǒng)計匯總，小組得出2015年8～12月氧壓機(jī)實際壓送總量小于額定壓送總量，壓送差值為20910knm3，差值率占到6.73%，這是造成氧壓電單耗高的主要因素。最后小組對氧壓機(jī)壓送量差值進(jìn)行分析（見圖1）。

由圖1得知，引起“壓送量差值大”的主要原因是“管網(wǎng)壓力波動大”，這項要素占到76.7%，因此是造成氧壓電單耗高的主要原因。

目標(biāo)設(shè)定依據(jù)：

1．必須達(dá)到“氧壓電單耗＜0.1702kwh/nm3”指標(biāo)。

2．小組根據(jù)現(xiàn)狀調(diào)查得出：氧壓電單耗有低于0.1702kwh/nm3的記錄。

3．根據(jù)調(diào)查結(jié)果，管網(wǎng)壓力波動大因素占76.7%，若對管網(wǎng)波動進(jìn)行80%調(diào)控，則氧壓機(jī)壓送量差值率降至6.73%－6.73%×76.7%×80%＝2.60%，氧壓機(jī)電單耗則可降至49713×103kwh/〔310629knm3×（1-2.60%）〕=0.164kwh/nm3。

圖1 2015年8～12月氧壓機(jī)壓送差值調(diào)查

根據(jù)調(diào)查結(jié)果，若針對管網(wǎng)進(jìn)行有效調(diào)控，就能有效降低氧壓電單耗。以此為依據(jù)，設(shè)定課題目標(biāo)為：將氧壓電單耗從原來的0.1715kwh/nm3下降至0.168kwh/nm3。

三、原因分析

小組成員針對“管網(wǎng)壓力波動大”展開“頭腦風(fēng)暴”會議，并運(yùn)用中央集中型關(guān)聯(lián)圖找到七個末端因素：（1）3號氧壓機(jī)效率低；（2）接線端子松動；（3）氧氣送出閥故障；（4）氧壓機(jī)旁通閥調(diào)整方法單一；（5）氧壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)量有富余；（6）氧氣置換時間未細(xì)化；（7）振動傳感器型號不匹配。

四、要因確認(rèn)

根據(jù)原因分析，小組首先制定了要因確認(rèn)表（見表1），并根據(jù)要因確認(rèn)表逐一展開分析。

要因確認(rèn)1：3號氧壓機(jī)效率低

小組成員分別對制氧分廠8臺氧壓機(jī)在滿負(fù)荷工作時的壓送量進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)：除6號氧壓機(jī)改造外，只有3號氧壓機(jī)在滿負(fù)荷時壓送量未達(dá)到要求，其壓送量只有14298 nm3/h。隨后小組成員又對3號氧壓機(jī)在滿負(fù)荷狀態(tài)下的壓送量進(jìn)一步統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)前一年12月份，3號氧壓機(jī)的平均壓送量也只有15000nm3/h左右。

表1 要因確認(rèn)表

因3號氧壓機(jī)未達(dá)到流量標(biāo)準(zhǔn)，2015年8～12月3號氧壓機(jī)實際壓送量較額定壓送量少了7311knm3，占壓送總差值20910knm3的比例為34.9%。

結(jié)論：要因。

要因確認(rèn)2：氧壓機(jī)接線端松動

小組翻閱2015年8～12月期間氧壓機(jī)故障記錄，統(tǒng)計因“回路接線松動”引起氧壓機(jī)異常次數(shù)為0次。同時對現(xiàn)場盤、繼電器盤及PCU盤檢查，均無松動情況，滿足生產(chǎn)條件。

結(jié)論：非要因。

要因確認(rèn)3：氧氣送出閥故障

小組對2016年8～12月低壓氧氣管網(wǎng)壓力進(jìn)行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)除10月13日因為氧氣送出閥故障造成氧壓機(jī)卸載30分鐘，小于每月60分鐘的標(biāo)準(zhǔn)，其余均正常。小組對此故障造成的氧氣壓送量損失進(jìn)行計算，得出在此期間氧氣壓送量減少15knm3，占問題癥結(jié)的影響比例很小，所以排除。

結(jié)論：非要因。

要因確認(rèn)4：氧壓機(jī)旁通閥調(diào)整單一

小組對管網(wǎng)調(diào)整方法進(jìn)行統(tǒng)計并設(shè)計了調(diào)查表。調(diào)查發(fā)現(xiàn)：2015年8～12月，我們?nèi)坎捎昧?號氧壓機(jī)單臺模式的旁通閥調(diào)整方式進(jìn)行調(diào)整。5號氧壓機(jī)單臺模式的調(diào)整方式相當(dāng)于小流量時啟動氧壓機(jī)，會造成氧壓電單耗上升，小組依據(jù)《生產(chǎn)管理月報表》中流量≤10km3/h時的公式得出數(shù)據(jù)：氧壓日單耗增加值=增加小流量氧壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時的電單耗-原氧壓電單耗=573.456/3230.16-504.866/2990.153=0.009kwh/nm3。

結(jié)論：要因。

要因確認(rèn)5：氧氣置換時間未細(xì)化

根據(jù)工藝標(biāo)準(zhǔn)，氧壓機(jī)排出側(cè)放空閥開度50%，氧氣純度置換總時間在20分鐘。小組調(diào)查了2015年12月氧壓機(jī)在啟動時氧氣置換時間。氧壓機(jī)正常啟動后，置換時間在3分鐘時純度就已經(jīng)合格，因此氧壓機(jī)純度置換合格時間均設(shè)置成20分鐘，并不合理，說明氧壓機(jī)純度置換時間根據(jù)不同情況需要進(jìn)一步細(xì)化。

結(jié)論：要因。

要因確認(rèn)6：氧壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)量有富余

小組成員對分廠“重要能耗源指標(biāo)——氧壓電單耗”進(jìn)行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)2015年12月3日氧壓電單耗達(dá)到0.21 kwh/nm3，電單耗遠(yuǎn)高于控制值。隨后小組成員對該日氧壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，1號氧壓機(jī)在5:30～23:00這段時間內(nèi)平均壓送量只有5000nm3/h，時間為17小時，氧壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)量為5臺。這意味著1號氧壓機(jī)少壓送的量=18000-5000 =13000nm3/h；日壓送量減少13h×17knm3/h＝221knm3。小組查閱《生產(chǎn)管理月表》當(dāng)日氧氣壓送總送量為2784.6knm3，得出當(dāng)日壓送損失量占當(dāng)日總量的7.9%。同時，小組計算出壓送損失量每增加1%，中壓氧電單耗將上升0.002kwh/knm3。

1號氧壓機(jī)少壓送13000nm3/h的量，差不多相當(dāng)于一臺小型氧壓機(jī)量3/4的量?？紤]到管網(wǎng)的緩沖余量，這時停止一臺氧壓機(jī)，運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)量由5臺改為4臺完全可行，說明氧壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)量有富余。

結(jié)論：要因。

要因確認(rèn)7：氧壓機(jī)振動傳感器型號不匹配

小組翻閱2015年8～11月期間氧壓機(jī)故障記錄，統(tǒng)計因“振動高”引起氧壓機(jī)跳機(jī)次數(shù)為2次，造成的壓送差值占問題癥結(jié)的影響比例很小。同時，12月將氧壓機(jī)振動傳感器型號進(jìn)行改型后，之后氧壓機(jī)振動穩(wěn)定，未發(fā)生異常。

結(jié)論：非要因。

綜上所述，小組通過要因確認(rèn)，最終確定四個要因：3號氧壓機(jī)效率低、氧壓機(jī)旁通閥調(diào)整單一、氧氣置換時間未細(xì)化、氧壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)量有富余。

五、對策制定及實施

小組在制訂對策前對“氧壓機(jī)氧氣置換時間未細(xì)化”進(jìn)行優(yōu)選。通過圖2可知：（1）氧壓機(jī)在熱備用狀態(tài)時氧壓機(jī)內(nèi)部始終保持約19kpa的正壓；（2）1～4號氧壓機(jī)起動直接用氧氣起動，因此無需進(jìn)行長時間純度置換。

小組成員討論決定，通過現(xiàn)場實際操作、試驗找出最合理對應(yīng)值：熱備用狀態(tài)下啟動氧壓機(jī)，氧氣置換時間只要3分鐘；氧壓機(jī)在檢修或氮運(yùn)轉(zhuǎn)后的啟動操作，氧壓機(jī)氧氣置換時間為15分鐘。

圖2 氧壓機(jī)管路簡圖

對策實施一：提高3號氧壓機(jī)效率

通過與點(diǎn)檢溝通，我們將增加浸泡時間和增加循環(huán)流程、增加壓縮空氣壓力三項方案加入到清洗方案中。通過第一次的高壓水槍清洗將中間冷卻器靠近外部的管束結(jié)垢溶解清除，再通過第二次浸泡使靠近內(nèi)部的管束結(jié)垢與酸洗溶液更充分的接觸，以達(dá)到溶解分離結(jié)垢的效果。重點(diǎn)明確中間冷卻器的浸泡時間為6小時以上，增加高壓沖洗次數(shù)為2次以上，以及增加“浸泡-沖洗-再浸泡-再沖洗”的循環(huán)過程，最后將吹掃壓縮空氣壓力提升至5.5kg。

1月21～30日，小組隨后按新方案對3號氧壓機(jī)中間冷卻器進(jìn)行清洗。完成冷卻器清洗后，小組成員進(jìn)行效果檢查，3號氧壓機(jī)壓送量為19443nm3/h，同時各級排氣溫度都明顯降低。為確保實施效果，小組成員檢查了3號氧壓機(jī)30天的壓送情況：在2016年2月5日～3月7日，3號氧壓機(jī)平均壓送量達(dá)到 19500nm3/h，目標(biāo)完成。

對策實施二：氧壓機(jī)氧氣置換時間細(xì)化

小組在2016年1月16日完成了氧壓機(jī)氧氣置換時間參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值的制定，于當(dāng)日將參數(shù)表交作業(yè)區(qū)。操作中，我們只要確定氧壓機(jī)屬于何種狀態(tài)，在對應(yīng)狀態(tài)進(jìn)行規(guī)定時間置換就能使氧壓機(jī)氧氣送出純度達(dá)到合格范圍，達(dá)到減少啟動時間的目標(biāo)。隨后，作業(yè)區(qū)四個班組完成氧壓機(jī)純度置換新規(guī)程的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)后，開始進(jìn)行實際操作。通過該措施的實施，將氧壓機(jī)啟動時氧氣放空閥開度由“100%→開至50%”變更為“100%→開至85%（100%是全閉）”，這樣氧氣放空置換時間就大大節(jié)省了。小組成員檢查了1月18～26日1～5號氧壓機(jī)氧氣置換情況：氧壓機(jī)氧氣置換時間由原來20分鐘降至氮運(yùn)轉(zhuǎn)的15分鐘、熱備用狀態(tài)下的3分鐘，目標(biāo)完成。

對策實施三：1～5號氧壓機(jī)旁通閥共同參與調(diào)整

小組對1～5號氧壓機(jī)旁通閥聯(lián)合控制進(jìn)行確定，并制定邏輯關(guān)系。1～5號氧壓機(jī)邏輯關(guān)系：

（1）1～5號氧壓機(jī)導(dǎo)葉PIC－2051自動，強(qiáng)制不得高于30%。

（2）1～5號氧壓機(jī)功率調(diào)節(jié)閥EIC－2095自動。

（3）1～5號氧壓機(jī)出口壓力調(diào)節(jié)閥PIC－2052投自動。

（4）1～5號氧壓機(jī)旁通閥100%全閉。

（5）設(shè)定低壓氧母管放空閥PIC10壓力在2040MMH2O投自動。

（6）設(shè)定新增氧壓機(jī)負(fù)載調(diào)節(jié)在PIC2051在1980MMH2O投自動。

（7）1～5號氧壓機(jī)導(dǎo)葉PIC－2051、氧壓機(jī)功率調(diào)節(jié)閥EIC－2095、氧壓機(jī)出口壓力調(diào)節(jié)閥PIC－2052、低壓氧母管放空閥PIC10全部自動時，先由導(dǎo)葉進(jìn)行負(fù)荷跟蹤，然后由功率、出口壓力、進(jìn)口壓力進(jìn)行選項，最終需跟蹤低選的結(jié)果；高限值，比低選大5%，最后由新增氧壓機(jī)負(fù)載調(diào)節(jié)器PIC2051進(jìn)行各臺氧壓機(jī)的旁通閥統(tǒng)一調(diào)整。

小組于2月3日將“1～5號氧壓機(jī)旁通閥調(diào)整”方案上報作業(yè)區(qū)，經(jīng)作業(yè)區(qū)同意后交分廠技術(shù)組審核，當(dāng)日以技術(shù)通知單形式下發(fā)。根據(jù)驗證結(jié)果，2月5～12日全部采用氧壓機(jī)旁通閥共同參與的調(diào)整方式且氧壓機(jī)負(fù)載調(diào)節(jié)閥＞70%達(dá)到100%，目標(biāo)完成。

對策實施四：減少氧壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)量

2016年1月20日，為更好的跟蹤氧壓機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，及時對一區(qū)氧壓機(jī)組進(jìn)行調(diào)整，由作業(yè)區(qū)牽頭與小組成員共同制定一區(qū)、二區(qū)聯(lián)絡(luò)體制，并由分廠審核通過于1月21日正式下發(fā)文件。

當(dāng)日，由小組牽頭，對氧壓機(jī)在何種情況下停機(jī)作出明確規(guī)定，同時制定方案，并交分廠技術(shù)組審核，于21日以技術(shù)通知單形式下發(fā)。1月22日11時，1號控制室發(fā)現(xiàn)高壓氧管網(wǎng)壓力有上升趨勢，壓力達(dá)到2490kpa，同時2號控制室反映8號氧壓機(jī)旁通閥開啟，壓送量在29000nm3/h并有進(jìn)一步下降趨勢。11時30分 1號氧壓機(jī)壓送量4700nm3/h時，小組組員與動力調(diào)度聯(lián)系外部用量情況，確認(rèn)使用量下降后，11時45分停止運(yùn)行中的5號氧壓機(jī)。

小組檢查了5號氧壓機(jī)停止后1號氧壓機(jī)壓送量情況。檢查結(jié)果為1號氧壓機(jī)全量18000nm3/h壓送；23日2時使用量增加后恢復(fù)2號氧壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

方案實施后證實：在氧氣使用量減少的情況下，通過停止一臺小型氧壓機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，使得1號氧壓機(jī)能夠保持在壓送量18000nm3/h以上運(yùn)行，目標(biāo)完成。

六、效果檢查

1.成效

小組首先對2015年8月～2016年6月制氧系統(tǒng)氧壓機(jī)電單耗等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計對比。

統(tǒng)計結(jié)果顯示：通過此次活動，2016年4～6月氧壓電單耗平均降至0.160kwh/nm3，比實施前降低了6.7%（見表2），完成氧壓電單耗小于0.168kwh/nm3的目標(biāo)值。

2.問題癥結(jié)對比

對策實施后，小組對2016年4月～6月氧壓機(jī)總送量差值進(jìn)行統(tǒng)計。統(tǒng)計結(jié)果顯示：氧壓機(jī)壓送量總差值率由6.76%降至0.45%。小組繼續(xù)對2016年4～6月氧壓機(jī)壓送量差值進(jìn)行統(tǒng)計，并繪制成排列圖（見圖3）。結(jié)果顯示：通過活動實施后，“管網(wǎng)壓力波動”從原來的76.7%降至14.7%，由A類因素降至非A類因素。

3.無形效益

（1）通過活動，小組提升了氧氣管網(wǎng)的調(diào)控能力，降低了氧壓機(jī)電單耗，達(dá)到了預(yù)期的效果。

（2）激發(fā)了小組成員的工作熱情和上進(jìn)心，所在班組獲2015年度寶鋼優(yōu)秀自主管理小組：分廠“三比二賽”勞動競賽班組；小組成員施少峰在2016年2季度被評為“三比二賽”勞動競賽最佳實踐者、小組成員陸麟獲2016年公司制氧氣體操作比賽一等獎。

（3)此次活動項目改進(jìn)中，小組成員綜合運(yùn)用多種改進(jìn)方法，找出了問題的根本原因并解決之。制氧系統(tǒng)氧壓電單耗由原來的0.1715kwh/nm3降至實施后的0.160kwh/nm3，年度直接經(jīng)濟(jì)效益近120萬元。

表2 2015年8月～2016年6月氧壓機(jī)單耗統(tǒng)計表

圖3 2016年4～6月氧壓機(jī)壓送差值調(diào)查

為了確保本次活動的成果，我們將在活動中產(chǎn)生的一些有效措施進(jìn)行了總結(jié)，經(jīng)分廠相關(guān)流程審核，納入制氧分廠相關(guān)管理制度，并于2016年6月1日起正式執(zhí)行。

小組經(jīng)上海市質(zhì)量協(xié)會推薦參加評選，榮獲“2017年全國優(yōu)秀質(zhì)量管理小組”稱號。