基于經(jīng)濟分析的煤制烯烴聚合裝置設備全壽命周期管理

張鵬超

（中煤鄂爾多斯能源化工有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

煤制烯烴工藝是由原料煤制成合格甲醇，甲醇經(jīng)過MTO裝置、烯烴分離裝置產(chǎn)出乙烯、丙烯液體產(chǎn)品，經(jīng)罐區(qū)輸送至聚合裝置，經(jīng)過原料精制、反應、造粒等工藝單元，產(chǎn)出合格的顆粒產(chǎn)品。煤制烯烴聚合裝置采用氣相流化床工藝，產(chǎn)品廣泛應用于膜料、注塑料、滾塑料。聚合裝置設備種類繁多，數(shù)量龐大，反應器、脫氣倉、循環(huán)冷卻器等設備質(zhì)量高、尺寸大，是典型的非標設備，設計、制造要求高，現(xiàn)場安裝技術(shù)難度大。循環(huán)氣壓縮機、擠壓造粒機組、排放氣回收壓縮機是聚合裝置核心轉(zhuǎn)動設備，投資造價高，安全性、可靠性、穩(wěn)定性是長周期滿負荷穩(wěn)定運行的重要保障。煤制烯烴是典型的連續(xù)生產(chǎn)工藝，關(guān)鍵設備長周期、穩(wěn)定運行可以有效降低生產(chǎn)運行成本。

1 聚合典型設備簡介

聚合裝置所用設備分為動設備、靜設備，動設備包括泵、壓縮機、風機、擠壓造粒設備、干燥設備、篩分設備、輸送設備、計量設備、制冷設備、攪拌設備，靜設備按用途可分為反應設備、換熱設備、分離設備、儲存設備、過濾設備等。

1.1 主要的動設備

泵類設備包括容積式泵、動力式泵，聚合裝置用丙烯進料泵流量大、揚程高，所需采購費用高，其他泵類設備所需采購費用相對較低。隔膜計量泵主要用于輸送聚合反應用的各類助劑，采用變頻電機驅(qū)動，提高運行效能。螺桿泵是典型的轉(zhuǎn)子式容積泵，單級螺桿泵因其具有流量均勻、自吸能力強、效率高等特點，用于輸送聚合反應用催化劑，保證反應運行穩(wěn)定。循環(huán)氣壓縮機是聚合裝置反應系統(tǒng)的心臟，建立反應系統(tǒng)氣相循環(huán)，保持反應氣相流速，維持聚合反應運行負荷。該壓縮機采用單級懸臂式離心壓縮機，核心部件是具有三維線型的半開式葉輪，大直徑葉輪可以滿足高流量反應氣相循環(huán)要求。聚合裝置回收單元核心設備為排放氣壓縮機，用于回收隨反應器粉料帶出的反應氣相，降低反應原料消耗，是重要的節(jié)能設備，對降低運行成本具有重要意義。排放氣壓縮機選用迷宮往復式壓縮機，具有壓比高、產(chǎn)品成熟、性能穩(wěn)定等特點，在壓縮機各段之間設有冷卻器，提高壓縮機熱效率。擠壓造粒設備屬于塑料加工專用設備，將塑料粉末及添加劑的混合物在一定溫度下進行熔融混煉、擠壓造粒，將塑料粉末加工成為易于包裝運輸?shù)念w粒產(chǎn)品，通過添加劑對塑料的性能進行改良。該設備制造難度大、精度高、成本高，生產(chǎn)能力大、能耗水平高，是聚合裝置的重點耗能設備。大修時與工藝開、停車銜接緊密，需要在裝置停工前預留大量的粉料配合首次開車或檢修后的試運行。擠壓造粒機組是聚合裝置的關(guān)鍵生產(chǎn)設備，除主機外，還需要篩分、輸送、干燥等輔助設備組成連續(xù)的顆粒產(chǎn)品生產(chǎn)線，由生產(chǎn)制造廠商對輔助設備進行配套供應，降低設備采購合同風險。擠壓造粒機組、循環(huán)氣壓縮機、排放氣壓縮機等是聚合裝置的關(guān)鍵設備，可供選擇的生產(chǎn)制造廠商有限，供貨市場存在寡頭壟斷，在進行設備采購招標前，需要進行大量的市場調(diào)研，以較為合理的價格采購，對于實現(xiàn)項目的費用目標、進度目標意義重大。

1.2 主要的靜設備

反應器是聚合裝置的核心設備，系統(tǒng)內(nèi)氣相在催化劑的作用下進行聚合反應生成樹脂粉料，粉料在出料系統(tǒng)密相輸送的作用下輸送至脫氣倉，脫出的氣相送至回收單元，經(jīng)過脫氣的粉料在重力作用下進入擠壓造粒系統(tǒng)。反應器、脫氣倉是典型的非標準設備，設備尺寸巨大，完整的設備無法實現(xiàn)遠距離運輸，在項目現(xiàn)場設置專門建造廠房，由生產(chǎn)制造商進行前期預制后，將預制件運送至建造廠房制成可短距離運輸?shù)拇笮徒M件，經(jīng)現(xiàn)場組裝焊接而成。大型非標準設備制造工序多，工藝邏輯清晰明確，制造與安裝同步進行，需要投入大量的人力、機械資源，嚴控安全、質(zhì)量、進度，加強組織協(xié)調(diào)，實現(xiàn)設備建造目標。

2 設備建設期的經(jīng)濟分析

煤制烯烴項目設備購置費用約占項目總投資的30%，在建設項目投資中占有極高的比重，設備購置費用的投入對降低項目投資具有重要意義。

2.1 科學進行設備選型

項目建設主要設備選型工作在項目可行性研究階段開展，應對主要設備分類和匯總，簡述關(guān)鍵設備選擇依據(jù)，結(jié)合工藝技術(shù)方案進行關(guān)鍵設備方案比選，針對成熟可靠、安全實用、投資造價、運行周期和費用等方面進行考察，簡述大型超限設備概況，超限內(nèi)容和解決方法。引進進口設備時，明確引進設備的理由、范圍、方式和參考價格，項目可行性研究報告中的主要設備規(guī)格、參數(shù)應該滿足預訂貨的要求，滿足進口設備技術(shù)談判需要。

2.2 合理安排設備采購時機

在進行設備采購決策時，應綜合考慮項目施工進度計劃、設備供貨周期、風險因素等影響，合理安排設備采購時機，降低資金成本費用。如設備采購資金為10000萬元，項目投資綜合資金成本為8%，延遲投入一年投資，可以節(jié)省資金成本費用800萬元，降低長期借款還款年份的利息償還額度。

2.3 降低設備投資造價

設備購置費用是構(gòu)成工程費用的重要部分，降低設備購置費用對節(jié)約建設投資具有積極意義。在實施采購工作前，進行充分的市場調(diào)研，發(fā)掘潛在設備供應商，避免單一來源采購帶來的價格弊端。優(yōu)先采用公開招標方式進行設備采購，以較為合理的價格采購設備，對于單體造價較低的設備采購，按設備類型、規(guī)格型號集中采購，減少合同管理工作量，降低招標成本。擠壓造粒機組是聚合裝置中投資造價最高的設備，是典型成套設備，具有組成設備多、單機功率大、占地面積大、制造安裝精度高等特點，主機包括驅(qū)動電機、減速機、給料設備、連續(xù)混煉機、熔融泵、換網(wǎng)器、切粒機、干燥器、分級篩等，輔機包括液壓油系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、導熱油系統(tǒng)等，需要供貨商協(xié)調(diào)不同的生產(chǎn)制造廠商完成整套設備供貨。擠壓造粒機組供貨市場長期被國外供貨商壟斷，隨著國內(nèi)制造業(yè)的發(fā)展，近年來，國內(nèi)也由具備大型擠壓造粒機組的生產(chǎn)制造能力，占有一定市場份額。國產(chǎn)擠壓造粒機組出廠貨價較之低10%～20%，節(jié)省國際運輸費、國際運輸保險費、關(guān)稅、增值稅、外貿(mào)手續(xù)費、銀行財務費等費用，顯著降低設備購置費用。在進行設備選型時，應考慮設備投資對運行期現(xiàn)金流的影響，節(jié)省設備投資費用，減少長期借款數(shù)額，降低項目運營期的還本付息壓力，為項目運營初期預留足夠的凈現(xiàn)金流量，提高項目財務生存能力。

2.4 設備制造進度

設備制造包括合同簽訂、材料供應、加工制造、質(zhì)量檢驗、產(chǎn)品運輸、進廠驗收等環(huán)節(jié)，對于現(xiàn)場加工的設備，如現(xiàn)場加工制作的大型儲罐、塔類設備、反應類設備等，制定明確的施工進度目標、質(zhì)量目標，編制加工制造進度計劃、質(zhì)量檢驗計劃，保質(zhì)保量完成設備加工制造任務。編制重要設備加工制造進度計劃圖，采用雙代號時標網(wǎng)絡計劃圖，掌握關(guān)鍵線路進度，合理投入資源控制施工進度，采用先進工藝、先進設備、優(yōu)化施工組織、增加人力投入等方式，及時糾正進度偏差。對于制造廠自行在工廠內(nèi)加工制造的設備，提前謀劃超限設備運輸措施，確保正常開展運輸工作。對關(guān)鍵設備進行設備工程監(jiān)理，保證過程質(zhì)量、成品質(zhì)量、制造進度滿足合同條款，符合國家法律法規(guī)、行業(yè)標準規(guī)范要求。采取措施加強供貨商的監(jiān)督管理，加強現(xiàn)場安裝制造進度管控，制定關(guān)鍵設備重要節(jié)點提前滯后獎懲措施，激勵制造單位合理安排施工進度。設備工程進度直接影響項目建設進度，提前完成項目建設，可提前回收項目投資，降低資金使用成本，為投資者帶來回報。

2.5 設備試運行

設備試運行是檢驗設備性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對于需要現(xiàn)場組裝的設備，是檢驗現(xiàn)場裝配質(zhì)量復現(xiàn)設計要求精度的重要手段，也是培養(yǎng)設備操作人員、維護人員的良好時機。制定科學可行的試車方案，精心組織試車工作，明確參與試車人員職責分工，制定應急處置措施，發(fā)現(xiàn)設備可能存在的缺陷隱患，保證設備運行期的可靠性。設備試運行需要大量資源，合理安排試運行時機，組織工藝系統(tǒng)設備聯(lián)動試運行，減少試運行原輔料需求，降低設備試運行成本，檢驗設備運行穩(wěn)定性和可操作性。

3 設備使用運行的經(jīng)濟分析

現(xiàn)代設備具有自動化控制水平高、專業(yè)化強的特點，兼顧運行維護成本低、能效高的要求，減少設備運行能效損失。設備應便于維護檢修，易損件少、方便更換，易于通過維修恢復設備使用性能，延長設備使用壽命。

3.1 設備運行負荷

設備的運行效率與負荷密切相關(guān)，設備在設計的額定負荷下運行效率最高、能量損失最小，在較低負荷或較高負荷下運行時，設備運行能效低，會因為與設計工況的偏離，造成設備軸承、密封等部件承受額外的作用力，引起設備的提前損壞，誘發(fā)設備事故。在運行過程中頻繁調(diào)整負荷的設備，配置變頻電機，提高設備能效。

3.2 加強使用管理

現(xiàn)代設備管理興起了大量的先進設備管理手段，可通過振動、溫度等機械性能參數(shù)的連續(xù)觀測記錄，判斷設備運行狀態(tài)，設置機械運行參數(shù)聯(lián)鎖，當參數(shù)嚴重偏離設計值時，聯(lián)鎖停止正在運行的設備，避免嚴重損壞設備。嚴格按照生產(chǎn)制造廠的使用說明書要求，進行設備的維護保養(yǎng)，擠壓造粒機組需要定期停機，進行維護保養(yǎng)，主要工作有設備加油加脂，傳動部位檢查，篩網(wǎng)清理等，在運行中有故障征兆時，可以開展有針對性的技術(shù)檢查。有計劃地進行排放氣壓縮機年度停車檢修，更換填料、機械密封等易損件，更換潤滑油、清理油箱等。循環(huán)氣壓縮機是典型的長周期運行設備，一個大檢修周期進行一次檢修，檢查軸承、轉(zhuǎn)子、葉輪等磨損情況，更換干氣密封、油封等易損件。聚合裝置其他設對工藝長周期運行影響較小，按照使用說明書進行維護保養(yǎng)即可。

3.3 維修策略

工藝系統(tǒng)非關(guān)鍵設備可考慮采用故障維修策略，即設備出現(xiàn)故障征兆時進行維修，延長設備運行時間，降低維修成本。在工藝系統(tǒng)重要設備上安裝狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)測設備運行狀態(tài)，精準判斷故障情況，開展針對性較強的預防性維修。大型設備維修工作包括制定檢修計劃、采購備件、確定維修隊伍等。充分考慮設備運行狀態(tài)，調(diào)研同類設備檢修情況，結(jié)合設備使用說明書推薦的易損件更換周期，合理制定檢修計劃。擠壓造粒機組、排放氣壓縮機、循環(huán)氣壓縮機備件費用高，確定恰當?shù)馁徺I備件時機，避免提前占用流動資金，增加備件保管費用。如設備備件費用為1000萬元，企業(yè)資金成本5%，延遲投入一年可以節(jié)約資金成本50萬元。在經(jīng)濟效益較好的年度購買備件，發(fā)揮經(jīng)營成本抵扣所得稅作用。擠壓造粒機組是典型的專用設備，隨著應用的日趨成熟，市場上有部分檢修公司具備維修能力，采用公開招標的方式擇優(yōu)選擇維修力量，降低檢修人力成本。

3.4 更新改造

隨著設備運行使用時間的延續(xù)，在役設備出現(xiàn)技術(shù)落后的情況，需要通過技術(shù)更新改造來提高設備技術(shù)壽命。技術(shù)改造一方面是隨著行業(yè)發(fā)展技術(shù)更新替代、淘汰落后產(chǎn)能的要求，也是用戶提高設備自身效能、降低運行成本的需要。設備技術(shù)改造應充分利用現(xiàn)有設備設施，降低技術(shù)改造成本，減少設備改造工期，盡早回收改造投資費用。

3.5 報廢管理

項目運營期結(jié)束或設備達到設計使用壽命年限時，應對設備進行報廢處理，回收設備殘值或余值，報廢所得低于設備殘值或余值時，考慮不足部分的抵稅作用。對于報廢的壓力容器，應破壞設備的使用性能，杜絕流入市場。

4 設備全壽命周期經(jīng)濟分析

在滿足工程項目技術(shù)要求的前提下，綜合考慮投資購置、運行成本、維改造等費用，合理計量自動化水平、技術(shù)先進、運行周期、可維修性、可靠性、安全性等效益，計算設備的效果費用比，當設備效果相差加大時，計算增量效果與增量費用比，選擇比值高的設備作為購置對象，提高設備管理經(jīng)濟效益。

5 結(jié)語

煤制烯烴聚合裝置設備全壽命周期管理涉及知識面廣，前期投資大，使用維護要求高，檢修周期長、費用高，投資、運行、維護階段管理側(cè)重不同，在統(tǒng)籌考慮的基礎上，做好階段重點工作，提高設備管理活動經(jīng)濟效益。