化工双碳之三： 从精益角度消除能源浪费

化工企业能源管理是一项综合性的技术管理，涉及到原料、公用工程、工艺、设备、机电各个方面，能源消耗及能源效率是生产各个方面的综合结果，所以能源效率也体现了一个化工企业的整体技术能力。

能耗与能效指标也受到其他生产指标显著影响，包括产品质量、产量、物耗这些生产关键考核指标。例如，提高产量，会增加能源消耗，但此时降低产品能源单耗；提高产品质量（纯度等），则增加能源单耗；降低物耗（如通过强化反应或强化原料回收），会增加能源单耗。所以化工企业能源管理难度大，即使安排了专职的能源管理员或者将能源管理工作归入设备设施部或者安环部等生产管理部门，但是能源管理最终都沦落为简单的月度能源消耗统计，应对外部检查，对提高能源使用效率或者降低能源成本没有帮助。

 

 

在"化工双碳之二：国际化工公司的减碳经验"介绍的体系、方法和工具，只适合于技术与管理都非常优秀的化工企业，绝大部分国内化工企业用不上那些能源管理体系、方法和工具。那么，有没有一种适合于绝大部分化工企业的能源管理以及提升能效的工具和方法？答案是肯定的，那就是应用精益生产中八大浪费理论来消除能源浪费、降低能源成本。

精益的八大浪费理论直接直观，简单易懂，效果明显。应用八大浪费理论来提高化工企业能源效率，相关人员无需复杂的专业技术、无需掌握数据分析，所以这是一种适合绝大部分化工企业的能源管理方法。

多年前，我在麦肯锡咨询公司的《资源有效性运营》一书中看到将精益理论应用于流程行业能源效率提升，眼前一亮，很有启发。后来，我无论在乙方还是在甲方能源管理中，首先对公司骨干进行精益培训介绍能源八大浪费识别方法，然后发动精益骨干应用该方法识别自己区域中的能源八大浪费现象，再形成节能改善点以及节能项目进行实施整改。

一、精益生产中的八大浪费理论

精益思想的五个原则：价值、价值流、流动、拉动、尽善尽美。精益思想的关键出发点是价值，而价值只能由最终客户来确定：客户愿意花钱买单的功能以及服务才有价值。

与价值相反的便是“浪费”，浪费专指消耗了资源而不创造价值的一切活动。丰田公司的大野耐一先生（1912—1990）提出生产中常见的七种浪费：在需要纠正的错误；生产了无需求的产品；由此造成的库存和积压；不必要的工序；员工的盲目走动；货物从一地到另一地的盲目搬运；由于上道工序发送传递不及时，使做下一道工序的人只能等待；以及商品和服务不能满足客户要求。七大浪费是丰田生产体系（Toyota Production System,TPS)中的重要模块。

后人在七大浪费的基础上又增加一项：员工技能（Skill），变成了现在的八大浪费。要直接记住这八种浪费的名称，并不容易，可以将这八个名称缩写成两个英语人名来记忆：TIM WOODS。八个字母分别代表八大浪费的英文名称，详细如下：

丰田生产方式中的八大浪费是从人（员工）、机（设备）、料（物料、产品）的角度提出，如何将它们应用能源管理呢？

 

二、运用八大浪费理论识别化工生产中的能源浪费

麦肯锡咨询公司（McKinsey&Company)的专家写了一本《资源有效性运营》，介绍了运用五大核心方法提高流程工业的资源利用效率，包括原料利用率和能源利用率，五大方法包括：精益理论、理论极限、时效利润、三圈联动、长效循环。

这本书中文版由我的前老板傅源女士翻译，Amazon Kindle上有电子版。我第一次读完这本书对我有很大触动，读此书之前，我的化工能效提升方法论更多是基于B公司的多年工作经验（即《Managing CO2 Emissions in the Chemical Industry》一书中的方法），几乎都是基于工艺以及设备技术提升为主的技术节能方法。

《资源有效性运营》一书里面大部分介绍管理方法，较少涉及纯技术方法。书中第三章“精益理论”重点介绍了应用精益理念提高流程工业的资源效率，并给了一些案例，很有启发。

但这些举例对化工行业的针对性不强。我应用这个方法，将我在项目中遇到的化工生产中常见的能源浪费重新列举了一些案例，整理如下：

1.过度生产：

锅炉蒸汽、压缩空气产量过大导致放散

循环水流量过大，水温变化远低于正常值

泵、风机等动力设备选型过大，运行处于低负荷、低效状态

2.等候

生产停止了，泵与风机在空转

 

皮带机等待堆取料机上料

3.输送/搬运

循环水管路阀门开度小或有不必要的阀门，阻力大

压缩空气管道和设备漏气

蒸汽疏水阀蒸汽泄露，冷凝水不回收

蒸汽管道或者低温水管道的保温损坏或无保温

管道尺寸选型偏小，流体在管道上压力损失过大

4.过度加工

锅炉压力、蒸汽管网压力设定过高

压缩空气压力、冷冻水温度超出工艺需求

可用蒸汽加热，却使用电加热

加热或者冷却工艺物料，温度超出工艺需求

精馏提纯的产品纯度远高于客户要求

5.库存

需要低温或者高压存储的物料储量过多，例如液氧、液氮、液氨

需要低温保存的物料，例如低温储罐

不必要的中间缓冲储罐

6.返工和废弃

产品不合格导致增加次品或者废品

前段步骤处理不完全，导致后续步骤负荷增加

交替的冷却与加热步骤，例如反应器气相产物先冷凝再加热蒸馏

 

7.动作

蒸汽、循环水用量不随产量、工艺条件调节

安装了变频器，却工频运行

有自控阀门，却手动模式控制

燃烧系统安装了测氧仪，却不调整风量

8.员工能力

没有发动员工通过自主改善的方式实施生产节能

员工没有直接参与节能措施的制定

我将最常见的、损失较大的能源浪费在PPT中均作了加粗处理。读者可以根据自己企业公用工程生产以及主工艺生产的实际情况，对上面进行增加删除调整，形成适合自己企业的能源八大浪费检查表。消除这些能源浪费，均不需要进行大的技术改造，大部分只需调整参数以及增加或优化自控便可以实现，例如过度生产类、过度加工类以及动作类。

例如，普遍的泵选型偏大，大马拉小车。机泵在设计选型和制造阶段，层层加码，层层加余量，导致机泵的额定流量与扬程等参数远超过实际需要，能源损失在节流阀以及控制阀上。

例如，公用工程车间供应蒸汽、压缩空气、冷冻水无需过度供应，只要不影响生产需求即可。例如，压缩空气的设定压力尽量降低，从7bar降低6bar可以降低空压机7-10%的电耗。 冷冻水供应温度应尽量提高，只要在用户侧保留适当调节余量便可。例如，精馏产品纯度的控制，只要满足客户需求、质量控制指标便可，即卡边。如果产品质量要求纯度要求99.9%，就没有必要精馏到99.95%。在高纯度精馏时，能源消耗随纯度提高急剧提高。例如，现场电机安装了大量变频器，但是这些变频器只是工频运行，并没有作为控制回路的一个执行器动态调整运行频率。

三、结论

运用精益八大浪费理论识别化工企业生产中的能源八大浪费现象，形成节能改善点以及节能项目。这些节能措施直接直观，通常大部分只需简单的操作以及小型的改造可以实现，通常可以实现企业5%左右的能源总成本降低。简单易行，效益大。

化工企业可以结合《能源管理体系—要求及使用指南》（GB/T 23331-2020），运用PDCA管理循环，每年制定能源管理目标时，组织各个区域员工识别能源八大浪费，形成每年的能效提升措施，实现企业能源效率的持续改进。当然，先进优秀的化工企业不应满足于基础的能源管理方法，应向国际先进学习。

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