石油石化作为能源生产大户，同时也是耗能大户，其节能成为了国家关注焦点。据工信部发布的数据，2013年度中国石油和化工行业能耗量高达5×108 t标准煤以上，占全国能耗总量13%[1]。而据中国化工节能协会统计，2013年度石油石化行业的工业增加值能耗比上年下降1.98%，仅完成“十二五”节能目标任务的30%，并未达到目标进度要求，多数产品单位综合能耗下降速度减缓，炼油和电石等重点产品的单位综合能耗甚至出现了反弹[2]。由于石油石化工艺流程十分复杂，单元操作耦合程度高，耗能装置众多且各有其自身特点，生产流程运行的稳定性要求特别高，因此，单一的节能技术或装备往往不能满足新形势下的节能要求，而从全系统角度对石油石化行业进行整体节能诊断与改造方案设计，已成为业内共同认可的必经之路。本文以湖南山水节能科技股份有限公司多年来流程工业节能装备与技术的研发和节能改造成果为基础，首次提出一种创新的系统节能理论，阐述其若干系统节能的观点，并以第二届中国石油石化节能减排技术交流大会报道的最新行业节能实践为例介绍该系统节能理论在石油石化行业中的应用。
1、MOAR系统节能理论
湖南山水节能科技股份有限公司以瞿英杰为首的专家团队通过对国内外众多节能技术资料及情报整理剖析，并结合20余年开展的上百项流程工业节能工程的梳理分析，提出流程工业系统节能可归纳为下述四条基本途径：
a) 管理系统运行(Management of System Working)。即以协调和提高全系统能效作为系统调度质量指标，通过现场历史和实时监测数据的分析处理，由节能运营中心的专家系统提出调度方案，DCS(Distributed Control System，分布式控制系统)系统及操作工根据调度决策完成工况调整，使整个生产系统处于最佳能效状态运行;
b) 优化工艺需求(Optimization of Process Demand)。这一途径要求全面深刻地理解生产工艺实际要求，精确调整系统中用能单元需求(如换热器用循环水冷却水流量等)，在安全稳定的前提下最大化杜绝冗余浪费;
c) 调整能量供给(Adjustment of Energy Feed)。流程工业中生产介质的动量传递、热量传递和质量传递及反应过程，离不开风机、水泵和压缩机等诸多动力设备供给的机械能及热工设备供给的热能，因此在优化工艺需求的基础上需相应调整能量供给以提高工艺流程需求与供给系统之间的匹配性，最终减少能量供给的过剩;
d) 提升元件能效(Rise of Component Efficiency)。对系统中的各个用能元件，力求提高元件本身的能效指标，可在原来用能元件基础上进行结构、材料和工况点的优化设计，也可更换新的高效元件。
上述四条节能基本途径的英文翻译分别以字母M、O、A和R开头，故共同组成“MOAR”系统节能理论。根据瞿英杰等人对32项石化行业工业循环冷却水系统节能改造工程的能效统计，管理系统运行、优化工艺需求、调整能量供给和提升元件能效这四大节能法则平均分别可贡献6.8%、15.2%、7.3%和12.5%的系统能效提升率，32个节能改造工程的系统能效整体提升可达40%以上。
MOAR系统节能理论以流程工业系统最终需求为约束条件，是包含流体输送机械、管网系统、调节设备、换热设备、末端工艺设备和自动控制系统的全系统优化的实现方法和思想体系。同时，MOAR系统节能理论的应用也依赖于各种具体工程技术的作用，并随着各领域节能技术进步而不断地自我丰富和发展。
2、MOAR理论在石油石化节能中的应用
2015年1月中国石油学会组织中国石油、中国石化、中国海洋石油、陕西延长石油等企事业单位和有关高校、科研院所及各大节能服务公司在福州市召开了第二届中国石油石化节能减排技术交流大会暨节能减排新技术新装备展示会，并出版了会议论文集。本次大会共收录研究论文共计288篇，介绍的节能技术、装备与方法累计1 000项余。按照MOAR理论“管理系统运行(M)”“优化工艺需求(O)”“调整能量供给(A)”和“提升元件能效(R)”四个法则分类，各个法则下对应的论文篇数及占全部论文篇数的比例见表1，由于部分论文同时涉及两项及以上MOAR理论的法则，故表1中4个法则对应论文的篇数相加之和大于总篇数，占比之和也相应地大于100%。
使用提升元件能效这一MOAR理论法则的论文篇数最多，占比高达43.75%，接近论文总数一半，这是因为通过提升元件能效的方式来实现节能目的，一方面效果最直接最显著，另一方面则对系统内其它元件的影响较为有限，改造量小，投资见效快;占比第二的是管理系统运行，论文篇数为108篇，可见石油石化行业，尤其是油田和炼厂等生产企业，已充分认识到日常系统管理的重要性，管理也是系统节能必不可少的组成部分;应用优化工艺需求和调整能量供给这两大MOAR法则的论文数量大体相当，约占总篇数的25%左右，其节能意义也非同小可。
下面根据会议论文集的报道，结合具体实例介绍每个MOAR理论法则在石油石化节能中的成功应用案例。
2.1管理系统运行法则
中国石油兰州石化公司刘辉高工[3]介绍了兰州石化EMS(Energy Management System，能量管理系统)的建立与实践经验。EMS是一种信息化的企业能源管理平台，包含了动力系统离线模型、在线模拟优化工具及基于网页B/S(Browser/Server，浏览器/服务器模式)架构的系统框架这三大层级，其主要节能思路是利用企业现有设备建立全厂装置和公用系统的能耗在线采集模型，从而分析与监测能源使用状况和节能技术实施效果，在此基础上实施整体在线节能优化方案以达到生产操作和节能效果的最优化。兰州石化EMS系统的投用，不但实现了对重点耗能设备与装置的监管，且借助流程模拟优化软件工具对全公司能源动力配置进行了实时高效调整，提高了调度水平，并最终实现了公司总体用能的目标管理，达到了系统节能“优化—核查—核实—改进—再优化”的良性循环。
2.2优化工艺需求法则
催化裂化(FCC)作为一种石油炼制过程，是石油二次加工的主要方法之一，FCC装置总能耗往往占据炼油系统总加工能耗30%以上。中石油四川石化王瑞等[4]介绍了新建的2.5Mt/a重油FCC装置余热锅炉的节能改造实践经验，其核心思想是通过优化工艺需求参数来实现余热锅炉单元节能。具体改造措施如下：
a) 再生烟气流程工艺需求优化。取消低压余热锅炉和炉膛下部燃料补燃器的燃料气体供给，充分利用温度高达515℃再生烟气的热能来生产中压蒸汽(4.0MPa，420℃)供蒸汽轮机和热力管网使用;
b) 除氧水流程工艺需求优化。增设连续排污扩容器以便汽水分离器利用排放污水的气化潜热进行除氧以节约1.2MPa过热蒸汽的用量，并增设中压余热锅炉省煤器给水预热器，将进入低温省煤器的给水温度提高至烟气露点温度以上，在减少给水加热耗能的同时避免了省煤器管壁的露点腐蚀;
c) 中压蒸汽流程工艺需求优化。通过蒸汽运行流程的优化最大限度回收低温蒸汽的热能以节约高温蒸汽用量，同时在低温蒸汽与高温过热器之间设置减温水孔阀以控制余热锅炉过热蒸汽出口温度，从而保证蒸汽品质。四川石化FCC装置余热锅炉系统节能技术改造后，经测算，余热锅炉单元的4.0MPa中压蒸汽增产、1.2MPa蒸汽增产、机组省电和锅炉节约燃料气产生的经济效益分别为4026×104元/a、1300×104元/a、60×104元/a和2576×104元/a，总计高达将近8000×104元/a，可见取得了非常显著的经济效益提升。
2.3调整能量供给法则
延迟焦化是目前世界渣油深度加工的主要方法之一，处理能力占渣油处理能力的1/3，其主要工艺特点可归纳为“既结焦又不结焦，既连续生产又不连续生产”和高温高压。可认为，有温度变化和燃料消耗的工艺就存在能量供给调整的需要，并存在节能减排空间。锦州石化公司王季军[5]总结了延迟焦化工艺的能量供给调整经验，包括蒸汽供给调整、燃料瓦斯供给调整和水、电、汽等公用工程调整等方面。以焦炭塔蒸汽供给调整为例，为获得液体收率的最大化，需调整蒸汽供给和操作压力：a) 通过加热炉出炉温度的控制和注汽位置的优化动态调节裂解反应和缩合反应的温度区间，达到“充分裂解、快速聚合”的效果，并密切关注管线和设备的保温;b) 适当降低焦炭塔操作压力，减少塔内焦的阻力，缩短烃类在塔内的停留时间，减少二次裂化以提高液收并减少气收和石油焦的产量。
2.4提升元件能效法则
中国石油管道公司中原输油气分公司李楠[6]总结了天然气长输管道的能效提升举措：
a) 合理选择压缩机及原动机。优先选用易于控制和维护的离心式压缩机，并因地制宜选择原动机种类：对电力供应充足且电价低廉的地区，适宜采用电动机作为原动机;而对远离电网的边远地区，则应该选用燃气轮机;
b) 采用高压和富气输送等先进工艺以降低气体流速，减少摩擦，提高输送效率;
c) 通过管壁内涂层减阻处理减少输送沿程摩擦阻力，并通过工艺管路优化减少不必要的阀门和弯头来降低局部摩擦阻力损失;
d) 回收燃气轮机压气站的余热用于生活用水加热，并通过换热来减少管线冰堵和降低气体摩擦损失;
e) 定期维护压缩机并尽量减少天然气的放空和泄漏。
3、结语
通过石油石化行业大量成功节能改造案例的总结和分析，可看到MOAR理论既能有效指导节能技改思路和方法的展开，又能紧密结合具体的装置特点和工艺情况，通过一系列操作性强且卓有成效的节能改造举措来实现系统节能的最优效果。同时，随着MOAR理论研究与应用的不断深入和加强，未来也有望扩展至钢铁和冶金等其它流程工业节能领域，为中国流程工业节能做出更大贡献。
