統(tǒng)計(jì)分析在特大型煤制甲醇裝置中的應(yīng)用

高鑫，黃書華(中天合創(chuàng)能源有限責(zé)任公司化工分公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017300)

0 引言

統(tǒng)計(jì)學(xué)是一門數(shù)據(jù)學(xué)科，提供了一系列用于收集、處理、分析和解釋數(shù)據(jù)的方法，通過(guò)定量分析、定性分析，從數(shù)據(jù)中得出結(jié)論，為工作決策提供必要的理論和數(shù)據(jù)支撐。若要使煤炭能源得到清潔高效的利用，就要善于運(yùn)行科學(xué)的統(tǒng)計(jì)手段，開(kāi)展嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕y(tǒng)計(jì)分析工作，為煤化工裝置的高效運(yùn)行提供重要的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而做出科學(xué)的決策。本文以中天合創(chuàng)煤炭深加工示范項(xiàng)目為例，開(kāi)展統(tǒng)計(jì)分析在煤化工綠色低碳生產(chǎn)中的研究，提出存在的問(wèn)題并給出相應(yīng)對(duì)策。

1 煤制甲醇統(tǒng)計(jì)分析的必要性

與傳統(tǒng)油制烯烴相比，統(tǒng)計(jì)分析在煤制烯烴項(xiàng)目中的應(yīng)用處于起步階段，而煤制甲醇是煤制烯烴的重要環(huán)節(jié)。研究統(tǒng)計(jì)分析在煤制甲醇中的應(yīng)用，對(duì)推動(dòng)煤炭清潔高效利用、實(shí)現(xiàn)煤化工綠色低碳發(fā)展尤為重要[1]。

2 能源統(tǒng)計(jì)的內(nèi)容

中天合創(chuàng)作為全國(guó)最大的煤炭深加工示范項(xiàng)目，以煤為原料生產(chǎn)聚烯烴產(chǎn)品，其核心生產(chǎn)部門甲醇部由空分、煤氣化、凈化、甲醇合成、硫回收五個(gè)裝置組成。MTO級(jí)甲醇設(shè)計(jì)產(chǎn)量為360萬(wàn)噸/年，原料煤消耗為511萬(wàn)噸/年。日常能源統(tǒng)計(jì)工作中應(yīng)用描述統(tǒng)計(jì)、推斷統(tǒng)計(jì)等方法，對(duì)生產(chǎn)裝置投入的原料煤、化工三劑、水、電、氣、汽、風(fēng)，生產(chǎn)的MTO級(jí)甲醇及副產(chǎn)的硫磺、蒸汽等數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、加工處理，探索各裝置間的生產(chǎn)規(guī)律與平衡關(guān)系，分析、預(yù)測(cè)單位MTO級(jí)甲醇綜合能耗、單位MTO級(jí)甲醇耗煤等生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)。為生產(chǎn)裝置節(jié)能降耗、降本增效提供數(shù)據(jù)支撐，從而實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)工作與煤化工綠色低碳生產(chǎn)工作的深度融合。

3 數(shù)據(jù)挖掘與統(tǒng)計(jì)分析的應(yīng)用

數(shù)據(jù)挖掘是通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系和特征進(jìn)行整理，進(jìn)而解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程。一切理論的支撐都需要用數(shù)據(jù)說(shuō)話，通過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可以了解裝置生產(chǎn)基本情況。為滿足優(yōu)化調(diào)整的管理需求，需要挖掘統(tǒng)計(jì)分析的潛在價(jià)值，以實(shí)現(xiàn)煤化工綠色低碳發(fā)展，適應(yīng)能源化工企業(yè)在碳達(dá)峰、碳中和時(shí)代背景。

3.1 回歸分析、相關(guān)分析在目標(biāo)產(chǎn)量中的應(yīng)用

“某月生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)計(jì)劃”中，計(jì)劃使用熱值為24 277.94 kJ原料煤，生產(chǎn)MTO級(jí)甲醇39.8萬(wàn)噸。

3.1.1 通過(guò)回歸分析預(yù)警目標(biāo)產(chǎn)量

CTM裝置生產(chǎn)MTO級(jí)甲醇產(chǎn)量目標(biāo)的完成程度，直接影響公司的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)情況。截至當(dāng)月11日CTM裝置生產(chǎn)MTO級(jí)甲醇14萬(wàn)噸，實(shí)時(shí)通過(guò)一元線性回歸模型實(shí)時(shí)分析預(yù)測(cè)MTO級(jí)甲醇生產(chǎn)進(jìn)度。

所謂一元線性回歸模型Y=β0+β1X+ε，用來(lái)描述因變量和自變量和誤差項(xiàng)的依賴程度，其中β0、β1為模型的參數(shù)；ε為誤差是個(gè)隨機(jī)變量[2]；Y為因變量，是期望的月度產(chǎn)量；β0為當(dāng)前進(jìn)度14萬(wàn)噸；β1為當(dāng)月剩余運(yùn)行天數(shù)20天；X為自變量，是日產(chǎn)量(約1.26萬(wàn)噸)。

若不考慮突發(fā)情況，經(jīng)推導(dǎo)該月預(yù)計(jì)生產(chǎn)39.2萬(wàn)噸MTO級(jí)甲醇，小于目標(biāo)產(chǎn)量39.8萬(wàn)噸。通過(guò)回歸分析預(yù)警到該裝置只有提高日產(chǎn)量，才能滿足下游裝置生產(chǎn)需求，才能達(dá)到裝置高效生產(chǎn)的經(jīng)營(yíng)目標(biāo)。為找到制約產(chǎn)量的影響因素，通過(guò)跟蹤原料煤倉(cāng)煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)月原料煤煤質(zhì)分析中平均熱值23 352.87 kJ，平均灰分19.76%，平均水分12.72%，初步判斷原料煤熱值低是導(dǎo)致產(chǎn)量低的原因。

3.1.2 通過(guò)相關(guān)分析查找增產(chǎn)降耗方法

能源統(tǒng)計(jì)中變量與變量之間存在著相關(guān)關(guān)系，變量間的相關(guān)程度可分為完全相關(guān)、不完全相關(guān)和不相關(guān)，相關(guān)方向可分為正相關(guān)和負(fù)相關(guān)。

(1)為充分了解原料煤熱值與MTO級(jí)甲醇產(chǎn)量之間的關(guān)系，現(xiàn)對(duì)兩組不同統(tǒng)計(jì)周期的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，兩組數(shù)據(jù)分別在各自相同運(yùn)行條件下采集，數(shù)據(jù)資料中3月某日統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的運(yùn)行工況均為10臺(tái)氣化爐運(yùn)行，1月、5月日平均值統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的運(yùn)行工況均為11臺(tái)氣化爐運(yùn)行，下面通過(guò)圖表對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化展示，如圖1所示。

圖1 原料煤熱值與MTO級(jí)甲醇產(chǎn)量、單位MTO級(jí)甲醇耗煤的關(guān)系趨勢(shì)圖

由圖1資料可以看出，無(wú)論是日生產(chǎn)數(shù)據(jù)還是月平均生產(chǎn)數(shù)據(jù)，無(wú)論是10臺(tái)氣化爐運(yùn)行還是11臺(tái)氣化爐運(yùn)行，原料煤熱值與MTO級(jí)甲醇產(chǎn)量呈現(xiàn)正相關(guān)，熱值越高M(jìn)TO級(jí)甲醇產(chǎn)量越高。

將圖1數(shù)據(jù)進(jìn)行環(huán)比平均推算，原料煤熱值由22 603.60 kJ提升至24 277.94 kJ，熱值每增加418.59 kJ，MTO級(jí)甲醇產(chǎn)量每天增加604 t，若全月熱值穩(wěn)定在24 277.94 kJ，MTO級(jí)甲醇產(chǎn)量將增加約18 736噸/月，有利于裝置綠色低碳生產(chǎn)。根據(jù)當(dāng)前市場(chǎng)條件下MTO級(jí)甲醇2 660元/噸，變動(dòng)成本1 336元/噸測(cè)算(原料煤價(jià)格按照當(dāng)月均價(jià)測(cè)算，即忽略原料煤價(jià)格波動(dòng)影響)，熱值每增加418.59 kJ，MTO級(jí)甲醇產(chǎn)量增加可增效約2 000萬(wàn)元/月。

(2)為充分了解原料煤熱值與降低能耗總量的關(guān)系，在(1)同樣工況、同樣日期條件下，采集原料煤熱值與單位MTO級(jí)甲醇耗煤相關(guān)數(shù)據(jù)，如圖1所示。

由圖1資料可以看出，原料煤熱值與單位MTO級(jí)甲醇耗煤呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。假定目標(biāo)產(chǎn)量不變，熱值越高單位MTO級(jí)甲醇耗煤越低，相當(dāng)于能耗總量越低，由于原料煤消耗占總能源消耗的94.7%，同樣導(dǎo)致單位MTO級(jí)甲醇綜合能耗降低，所以提高原料煤的熱值有利于降低能耗總量。

3.2 異常數(shù)據(jù)分析在數(shù)據(jù)平衡中的應(yīng)用

統(tǒng)計(jì)工作的準(zhǔn)確性依托于計(jì)量器具的精準(zhǔn)性和完備性，計(jì)量器具缺失或失真都會(huì)導(dǎo)致統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可靠性降低。CTM裝置用于結(jié)算能源產(chǎn)耗的計(jì)量表有340余塊，無(wú)表統(tǒng)計(jì)點(diǎn)有50余項(xiàng)，且計(jì)量表后存在放空的情況，統(tǒng)計(jì)介質(zhì)間有著錯(cuò)綜復(fù)雜的統(tǒng)計(jì)關(guān)系。

當(dāng)供收雙方出現(xiàn)計(jì)量數(shù)據(jù)差異時(shí)，會(huì)采用統(tǒng)計(jì)平衡的方法對(duì)差量進(jìn)行處理。統(tǒng)計(jì)平衡規(guī)則原則上以產(chǎn)出方為準(zhǔn)，特殊情況除外。CTM裝置產(chǎn)品MTO級(jí)甲醇的供需流程為，上游CTM裝置生產(chǎn)MTO級(jí)甲醇送下游MTO裝置消耗，通過(guò)甲醇罐區(qū)調(diào)節(jié)余量，如圖2所示。CTM裝置生產(chǎn)MTO級(jí)甲醇的流量計(jì)為孔板流量計(jì)，下游裝置消耗MTO級(jí)甲醇的流量計(jì)為質(zhì)量流量計(jì)，計(jì)量管理上認(rèn)定質(zhì)量流量計(jì)精度較孔板流量計(jì)精確度高。所以企業(yè)認(rèn)定MTO級(jí)甲醇產(chǎn)量結(jié)算的方法為：通過(guò)下游裝置MTO級(jí)甲醇消耗量及罐存變化量倒推MTO級(jí)甲醇產(chǎn)量，未設(shè)置甲醇儲(chǔ)罐的儲(chǔ)耗。

圖2 MTO級(jí)甲醇供需流程示意圖

MTO級(jí)甲醇結(jié)算量的多少對(duì)CTM裝置各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的影響很大，為保證CTM裝置MTO級(jí)甲醇產(chǎn)量計(jì)量、統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確無(wú)誤，本文收集整理了同等生產(chǎn)負(fù)荷下供需雙方的數(shù)據(jù)，并對(duì)MTO級(jí)甲醇產(chǎn)、耗、存數(shù)據(jù)變化情況進(jìn)行橫向、縱向?qū)Ρ?，通過(guò)異常數(shù)據(jù)分析監(jiān)督計(jì)量表運(yùn)行情況，如表1所示。

由表1資料可以看出，在生產(chǎn)負(fù)荷穩(wěn)定的情況下，3月9日—15日平衡量大幅增大。供出方對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)提出質(zhì)疑，開(kāi)展異常數(shù)據(jù)分析，通過(guò)計(jì)量表校驗(yàn)、相關(guān)指標(biāo)核算比對(duì)，最終發(fā)現(xiàn)下游裝置計(jì)量表出現(xiàn)異常計(jì)量。通過(guò)表1數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，CTM裝置找回MTO級(jí)甲醇1 752 t，折合效益232萬(wàn)元。實(shí)踐證明，通過(guò)異常數(shù)據(jù)分析可以監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，也可以促使能源結(jié)算雙方主動(dòng)監(jiān)督計(jì)量表的運(yùn)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的癥結(jié)所在，降低統(tǒng)計(jì)問(wèn)題的發(fā)生。

表1 MTO級(jí)甲醇平衡統(tǒng)計(jì)表

4 存在的問(wèn)題

(1)無(wú)表估量影響數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。受原始設(shè)計(jì)中計(jì)量器具不完備等因素的影響，在統(tǒng)計(jì)工作中“七分統(tǒng)計(jì)，三分估算”的現(xiàn)象依舊存在，這一現(xiàn)象增加了能源供需差異分析及制定能源節(jié)約措施的難度。

(2)數(shù)據(jù)平衡處理影響統(tǒng)計(jì)分析質(zhì)量。統(tǒng)計(jì)平衡手段的應(yīng)用，一方面，一定程度粉飾了計(jì)量器具的準(zhǔn)確性問(wèn)題，統(tǒng)計(jì)工作者難以判斷出能耗波動(dòng)到底是計(jì)量器具的準(zhǔn)確性存在問(wèn)題還是職工操作水平存在問(wèn)題。另一方面，平衡后的數(shù)據(jù)與原始計(jì)量表顯示的數(shù)據(jù)之間的差量往往是不穩(wěn)定的，而且統(tǒng)計(jì)平衡后的數(shù)據(jù)存在滯后性，統(tǒng)計(jì)者不能隨時(shí)了解到平衡后能耗物耗變化情況，不利于裝置生產(chǎn)消耗的過(guò)程控制。

5 建議

(1)由于計(jì)量器具的安裝精度、計(jì)量器具的配備率會(huì)影響統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)用價(jià)值，進(jìn)而影響對(duì)生產(chǎn)裝置實(shí)際運(yùn)行情況、實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)情況的判斷，所以新建裝置要充分考慮、規(guī)避上述問(wèn)題。

(2)正確認(rèn)識(shí)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和是推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)在需求[3]，提高對(duì)能源統(tǒng)計(jì)分析的重視程度，將“重視日常管理、加強(qiáng)動(dòng)態(tài)管控”的管理理念落到實(shí)處，實(shí)時(shí)關(guān)注日常統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，深入分析能源消耗、生產(chǎn)平衡量、計(jì)量表運(yùn)行等情況，深入挖掘數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的潛在優(yōu)勢(shì)，充分利用統(tǒng)計(jì)工作的可預(yù)測(cè)性，為節(jié)能降耗提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，全面提升整體統(tǒng)計(jì)核算水平。

6 結(jié)語(yǔ)

在煤化工生產(chǎn)領(lǐng)域中，統(tǒng)計(jì)分析是推動(dòng)煤化工節(jié)能降耗、綠色低碳生產(chǎn)的重要工具之一。通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，找到了原料煤熱值低等制約CTM裝置綠色低碳生產(chǎn)的因素，為管理者合理評(píng)估裝置運(yùn)行情況提供數(shù)據(jù)支撐，進(jìn)而不斷提高CTM裝置綠色低碳生產(chǎn)能力，產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟(jì)效益，極大地助力了CTM裝置綠色低碳發(fā)展。