優(yōu)化化工生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)
作者：艾斯本公司亞太區(qū)業(yè)務(wù)顧問(wèn)及銷售運(yùn)營(yíng)副總裁 Rob Howard
艾斯本公司高級(jí)資深技術(shù)顧問(wèn)竺建敏博士
化工是日常生活的基礎(chǔ)。當(dāng)今世界正經(jīng)歷著工業(yè)化和城市化的飛速發(fā)展，化工產(chǎn)品的需求正在形成日益激烈的競(jìng)爭(zhēng)格局。為了應(yīng)對(duì)市場(chǎng)的波動(dòng)和嚴(yán)格的政府規(guī)章條例，化工產(chǎn)品生產(chǎn)廠商必須通過(guò)整合下游價(jià)值鏈以同時(shí)適應(yīng)本地及國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)。這就要求生產(chǎn)廠商具有高運(yùn)營(yíng)效率、快速響應(yīng)流程和卓越的技能，以從生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)中獲取更大的價(jià)值，滿足客戶需求。
為了保持盈利，許多大宗化工產(chǎn)品生產(chǎn)廠商專注于實(shí)施高效的運(yùn)營(yíng)措施，比如節(jié)省能源及使工廠裝置的產(chǎn)能最大化。生產(chǎn)廠商采用基于模型的決策支持系統(tǒng)，利用最前沿的技術(shù)，即可靈活地處理運(yùn)營(yíng)中遇到的問(wèn)題，獲得最直接的效益。通過(guò)使用強(qiáng)大的工具，生產(chǎn)廠商可以縮短代價(jià)較高的停工期、提高產(chǎn)能、改善產(chǎn)品質(zhì)量和優(yōu)化產(chǎn)品收率。
從大宗化工產(chǎn)品生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)效益最大化
大宗化工產(chǎn)品行業(yè)為能源密集型產(chǎn)業(yè)，如生產(chǎn)的產(chǎn)品包括氨、硫酸、氫氧化鈉、氯和乙烷等，其特點(diǎn)是產(chǎn)量高而利潤(rùn)低。這個(gè)行業(yè)成本中的約60%為用于化工產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程使用的原料或原材料。多數(shù)大宗化工產(chǎn)品作為中間產(chǎn)品，用于生產(chǎn)其它最終產(chǎn)品，如塑料容器或肥料等。大宗化工產(chǎn)品大體上分為四大類：有機(jī)化工產(chǎn)品，樹(shù)脂、合成橡膠及纖維類化工產(chǎn)品，無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品和農(nóng)業(yè)化工產(chǎn)品。
根據(jù)美國(guó)能源情報(bào)署（EIA）的預(yù)測(cè)，到2025年，大宗化工產(chǎn)品的裝運(yùn)量?jī)r(jià)值將上升到4290億美元。就這點(diǎn)而言，全球的化工產(chǎn)品行業(yè)在過(guò)去的十年中已經(jīng)得到了飛速的發(fā)展，尤其在像中國(guó)這樣的新興國(guó)家。許多行業(yè)專家預(yù)測(cè)在未來(lái)十年中前十名的化工企業(yè)至少有一半來(lái)自中國(guó)和中東。繁榮的頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)可降低原料成本，因此美國(guó)的化工行業(yè)也會(huì)保持相當(dāng)強(qiáng)勢(shì)。但是，激烈的競(jìng)爭(zhēng)使得歐洲許多化工廠面臨關(guān)閉威脅，其行業(yè)發(fā)展將持續(xù)低迷。
對(duì)于基礎(chǔ)化工產(chǎn)品生產(chǎn)廠商而言，降低成本是非常重要的，業(yè)內(nèi)的領(lǐng)先者已經(jīng)達(dá)成了共識(shí)，認(rèn)為技術(shù)可以顯著地幫助提高工廠整體的運(yùn)營(yíng)效率。比如，普華永道最近對(duì)近1800位高級(jí)管理人員完成了一項(xiàng)“突破創(chuàng)新與提升”的調(diào)查，來(lái)自12個(gè)國(guó)家的50多家化工企業(yè)參與了這項(xiàng)調(diào)查，95%的化工行業(yè)參與者表示可以預(yù)見(jiàn)到未來(lái)三年里他們所在的公司將會(huì)應(yīng)用創(chuàng)新的數(shù)字技術(shù)，50%的人期待著突破性或革命性的進(jìn)步。
采用精確模型支持生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)
優(yōu)化軟件上的投入可為生產(chǎn)和供應(yīng)鏈管理提升運(yùn)營(yíng)可靠性、降低成本、并產(chǎn)生更優(yōu)的運(yùn)營(yíng)效率。采用先進(jìn)的集成化軟件方案可幫助工作人員優(yōu)化生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，同時(shí)捕捉市場(chǎng)機(jī)遇。為了應(yīng)對(duì)運(yùn)營(yíng)中遇到的挑戰(zhàn)， aspenONE軟件包能提供集成化解決方案，用于解決工藝設(shè)計(jì)、計(jì)劃、調(diào)度和工廠運(yùn)營(yíng)全過(guò)程中的端對(duì)端的低效問(wèn)題。部署了這些創(chuàng)新軟件的生產(chǎn)廠商在一年內(nèi)一個(gè)廠就能夠創(chuàng)造數(shù)百萬(wàn)美元的效益，并且在幾個(gè)月內(nèi)而不需等待多年就可實(shí)現(xiàn)投資回報(bào)。艾斯本的解決方案為化工生產(chǎn)廠商帶來(lái)在產(chǎn)量、質(zhì)量、能源利用、運(yùn)營(yíng)成本和工藝靈活性等多方面的綜合效益。其技術(shù)包括：采用先進(jìn)過(guò)程控制系統(tǒng)（利用Aspen DMC3實(shí)現(xiàn)的aspenONE APC）來(lái)控制生產(chǎn)過(guò)程；采用生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（具有實(shí)時(shí)優(yōu)化功能——RTO的aspenONE MES，Aspen Infoplus.21，aspenONE Process Explorer）收集并分析工藝生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)；采用集成化模擬軟件（包含Aspen HYSYS以及在線模型的aspenONE Engineering）模擬生產(chǎn)過(guò)程；改善供應(yīng)鏈、同時(shí)用于工廠內(nèi)外供應(yīng)鏈管理優(yōu)化的軟件（aspenONE SCM）及提升過(guò)程工藝的軟件（采用aspenONE Engineering）。
對(duì)于工廠工程師來(lái)說(shuō)，面對(duì)運(yùn)營(yíng)問(wèn)題，能快速容易地找到根源是非常關(guān)鍵的。例如，采用Aspen Simulation Workbook (ASW)，工程師和操作員可以在他們所熟悉的Excel界面使用嚴(yán)格的流程模擬軟件。通過(guò)該軟件，工程師可以在不干擾工廠運(yùn)行的情況下確定變量的靈敏度，對(duì)不同工藝操作過(guò)程建立情境模擬，以處理生產(chǎn)過(guò)程中的不確定性。也可使用ASW來(lái)檢測(cè)設(shè)備性能（如換熱器、反應(yīng)器和塔），輕松確定最優(yōu)的維修保養(yǎng)安排。一家領(lǐng)先的拉丁美洲化工公司近期在乙醇胺工廠采用ASW，蒸汽使用量降低了15%。
建立模型
當(dāng)開(kāi)發(fā)基于模型的決策支持系統(tǒng)時(shí)，其關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)工廠數(shù)據(jù)可視化并可對(duì)過(guò)程工藝變量進(jìn)行預(yù)測(cè)。通過(guò)全方位的數(shù)據(jù)可視化，能知曉生產(chǎn)情況，即可對(duì)問(wèn)題根源產(chǎn)生獲得更深入的認(rèn)識(shí)。過(guò)程工藝模型對(duì)工廠運(yùn)營(yíng)而言是非常有價(jià)值的，如果模型足夠精細(xì)化，還可在與過(guò)程工藝數(shù)據(jù)相關(guān)的一定范圍內(nèi)可靠地預(yù)測(cè)工廠的真實(shí)性能。根據(jù)執(zhí)行環(huán)境不同，可自行對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以消除測(cè)量誤差，模型可以請(qǐng)求式、日程式或事件驅(qū)動(dòng)式運(yùn)行。
使用艾斯本的集成化工具，工藝工程師可以對(duì)工藝裝置建立模型，利用來(lái)自生產(chǎn)工程師的數(shù)據(jù)或工廠歷史數(shù)據(jù)驗(yàn)證該模型。該模型可以用來(lái)確定不同的工藝操作條件。為工藝裝置模型建立一個(gè)ASW界面，并將其在Excel中與工廠數(shù)據(jù)位號(hào)相關(guān)聯(lián)，化工生產(chǎn)工程師就可以利用這個(gè)模型確定不同的操作條件。下一步是在線運(yùn)行時(shí)調(diào)節(jié)模型。歷史數(shù)據(jù)將被記錄下來(lái)，這樣生產(chǎn)工程師能夠立即了解該模型在一段時(shí)間內(nèi)的變化。在采用實(shí)時(shí)優(yōu)化（RTO）對(duì)模型進(jìn)行每周七天、每天24小時(shí)不間斷的部署后，模型可每天自行校正，并把已優(yōu)化的設(shè)定值提供給控制系統(tǒng)。由此工廠可以達(dá)到并保持高出以往的性能，并解放了工藝工程師大量的時(shí)間。使用Aspen Custom Modeler可以簡(jiǎn)便地創(chuàng)建獨(dú)特而精確的過(guò)程工藝和設(shè)備模型，并能根據(jù)精度及簡(jiǎn)易性需求調(diào)整。該軟件可為模型生成自定義的表格和趨勢(shì)圖，因此能夠容易地展示對(duì)工程師有用的數(shù)據(jù)。
值得一提的是，艾斯本的實(shí)時(shí)優(yōu)化RTO技術(shù)已在中國(guó)石化的燕山石化乙烯全裝置全流程上獲得了成功的應(yīng)用。乙烯是一種重要的中間產(chǎn)品，優(yōu)化乙烯生產(chǎn)過(guò)程可以幫助石化企業(yè)提升競(jìng)爭(zhēng)力。
化工行業(yè)集成化軟件采用一致性的模型和數(shù)據(jù)，支持跨功能協(xié)同。通過(guò)裝置機(jī)理模型推動(dòng)工藝改進(jìn)和設(shè)計(jì)創(chuàng)新，企業(yè)可以：
模型帶來(lái)的卓越運(yùn)營(yíng)
隨著市場(chǎng)東移，化工企業(yè)持續(xù)面臨商品價(jià)格的波動(dòng)和日益激烈的競(jìng)爭(zhēng)。許多全球性的化工企業(yè)即便在供給和需求方面面臨著來(lái)自本地企業(yè)的強(qiáng)大競(jìng)爭(zhēng)，他們?nèi)耘ν卣剐聵I(yè)務(wù)。
需要采用整體性方法實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)優(yōu)化，應(yīng)對(duì)瓶頸問(wèn)題及克服運(yùn)營(yíng)方面的復(fù)雜性，以較低的成本生產(chǎn)高質(zhì)量的產(chǎn)品，并提高產(chǎn)量。更好的運(yùn)行策略可以縮減整體成本，該策略包括更優(yōu)的能源使用、公用資源成本優(yōu)化、運(yùn)營(yíng)工作流程的效率提升和維修保養(yǎng)成本降低，這些均能使生產(chǎn)廠商獲得更高的盈利。運(yùn)用領(lǐng)先技術(shù)建立在基于模型決策支持系統(tǒng)的大宗化工產(chǎn)品企業(yè)將提升端對(duì)端的生產(chǎn)性能，在不確定的市場(chǎng)中保持競(jìng)爭(zhēng)力。
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