مقاله استفاده از مهندسی ارزش در مدیریت مصرف انرژی پتروشیمی آبادان

بخشی از مقاله

استفاده از مهندسی ارزش

در مدیریت مصرف انرژي پتروشیمی آبادان

چکیده

موضوع این مقاله کاربرد مهندسی ارزش در مصرف نفت،گاز و پتروشیمی است و هدف آن، تعریف و بررسی مفاهیم مهندسی ارزش، شدت انرژي و ممیزي انرژي در این صنایع و بررسی چگونگی کاربرد مهندسی ارزش در بهینه سازي و مدیریت مصرف انرژي صنایع نفت، گاز و پتروشیمی با بررسی موردي پتروشیمی آبادان می باشد. در این راستا به بیان نحوه پیاده سازي مهندسی ارزش در قدیمی ترین مجتمع پتروشیمی کشور می پردازد. پس از آن نتایج حاصل از مهندسی ارزش در این مجتمع که به تصویب راهکارهاي بهینه سازي مصرف انرژي نظیر خاموش کردن فلر دائمی این مجتمع و کاهش مصرف گاز سوخت، استفاده از گرماي محصول واحد هاي اولفین و وي سی ام براي تولید برق، استفاده از گرماي دودکشها جهت تولید آب گرم و تجدید طراحی کولینگ تاور این مجتمع منجر گردیده را بیان می نماید. در این مقاله سعی شده است، مخاطبان با چگونگی استفاده از مهندسی ارزش در مدیریت انرژي و تبدیل یک مجتمع پتروشیمی پر مصرف و پر هزینه به یک صنعت سودده و کارا آشنا گردند.

کلمات کلیدي : مهندسی ارزش ، مدیریت مصرف انرژي ، پتروشیمی آبادان

.1 مقدمه

اهمیت موضوع بهینه سازي مصرف انرژي در صنایع کشور علاوه بر حفظ و صیانت از ذخایر ملی و سالم سازي و حفظ محیط زیست، کاهش سهم هزینه هاي انرژي در قیمت تمام شده محصولات تولیدي را نیز به همراه دارد. کاهش مصرف انرژي خود ضمن افزایش بازدهی استفاده از انرژي، منجر به قیمت تمام شده پایین تر، تولید بیشتر و در نتیجه سود بیشتر و ایجاد مزیت رقابتی براي تولیدات، در بازارهاي جهانی خواهد شد.

بر اساس گزارش ترازنامه انرژي سال 1388 وزارت نیرو، هدر رفت انرژي واحدهاي پتروشیمی جهان در این سال 0/31 میلیون تن معادل نفت خام بوده است.[1] البته این مقدار فقط بخشی از اتلاف انرژي است که در فرآیند آنها صورت می پذیرد و چنانچه سایر تلفات را به آن بیافزاییم عددي بسیار

بزرگ تر و قابل توجه تر خواهد شد. آمار منتشره توسط وزارت نیرو نیز حداقل پتانسیل صرفه جویی در یک کارخانه پتروشیمی را 226694 (معادل متر مکعب نفت کوره در سال) که معادل %5 مصرف این مجتمع بوده را اعلام می نماید هرچند به طور قطع این میزان در کل کشور بسیار بالاتر می باشد.

در ابتداي دهه 80 وزارت صنایع و وزارت نفت براي افزایش بهره وري در صنایع اقدام به اجراي برنامه هاي تشویقی براي صنایعی که اقدام به ممیزي انرژي کنند نمودند. اما با توجه به بهاي بسیار ارزان انرژي در آن سالها، بسیاري از این مطالعات توجیه اقتصادي پیدا نکرد و به اجرا در نیامدند. پس از اجراي قانون هدفمند سازي یارانه ها و افزایش بهاي حامل هاي انرژي، این بار شرکت ها به ناچار به این مطالعات رجوع نمودند و در این راستا از زمستان
1389 بسیاري از صنایع، اجراي پروژه هاي بهینه سازي مصرف انرژي را در دستور کار خود قرار دادند.

شرکت پتروشیمی آبادان در سال 1345 تاسیس و مجتمع آن در سال 1346 توسط شرکت لاماس طراحی، ساخته و در سال 1348رسماً به بهره برداري رسید. از آنجا که تا قبل از بحران انرژي در دهه 70 میلادي، مساله انرژي اهمیت چندانی در طراحی فرآیندهاي شیمیایی نداشت و در طراحی هاصرفاً به مسایل فرآیندي پرداخته می شد، مصرف بهینه انرژي محلی از اعراب نداشت، پتروشیمی آبادان نیز از این قاعده مستثنی نبود. لذا مصرف انرژي در طراحی این مجتمع بهینه در نظر گرفته نشده است و طراحی اولیه آن، بازدهی انرژي پایینی دارد.

طبق برنامه حمایتی وزارت نفت، در سال 1381 ممیزي انرژي در این مجتمع انجام گرفت، اما این مطالعات فقط بر سه سیستم تولید بخار، سیستم توزیع بخار و جمع آوري کندانس و سیستم مشعل تمرکز نموده بود[3] اما به دلیل بهاي اندك انرژي، توجیه اقتصادي نداشته و اجرا نگردید. پس از اجراي قانون هدفمند سازي یارانه ها، این شرکت با تشکیل کمیته انرژي، گزارش فوق را بازخوانی نمود و در مطالعات اولیه این اسناد، میزان صرفه جویی قابل دسترسی از اجراي این روشها بسیار اندك و کمتر از %1 هزینه انرژي مجتمع برآورد و گزارش گردید. در حالیکه نسبت هزینه هاي انرژي به سود عملیاتی این مجتمع، قبل از اجراي قانون در حدود %25 و با افزایش بهاي حاملهاي انرژي پس از هدفمندي یارانه ها، این نسبت به نزدیک %65 رسیده است. لذا اجراي پروژه هاي گزارش ممیزي انرژي سال 1382 به تنهایی نمی توانست کمک زیادي به بهبود اوضاع شرکت در بحران جدید نماید. انجام ممیزي دوباره نیز مستلزم زمان و هزینه زیادي بود. لذا چنین نتیجه گرفته شد که حل این مشکل باروش هاي معمول صرفاًو فنی، در زمان کوتاه قابل اجرا نیست و بایستی از روشهاي خلاقانه براي رسیدن به بالاترین راندمان، در کوتاه ترین زمان ممکن استفاده می شد. زمان فاکتور بسیار مهمی بود و ارجاع کار به شرکتهاي مشاور و انجام تشریفات آن به زماننسبتاً زیادي نیاز داشت. پیچیدگی کار نیز به حدي بود که تشخیص و اولویت بندي کار به سادگی ممکن نبود. لذا در انتهاي سال 1389 پس از بررسی روش هاي مختلف، تصمیم به اجراي مهندسی ارزش براي بهینه سازي مصرف انرژي در پتروشیمی آبادان گرفته شد و در اردیبهشت ماه سال 1390 این مهم با مدیریت مهندسی و توسعه و پژوهش، به انجام رسید که در این مقاله به ذکر فعالیت هاي انجام شده و نتایج حاصل از آن پرداخته می شود. نگارنده امیدوار است تجربیات حاصل از این پروژه بتواند مورد استفاده دیگر مجتمع هاي پتروشیمی و پالایشگاهی کشور و حتی مورد بهره برداري سایر صنایع قرار گیرد.

.2 مهندسی ارزش3

آقاي مایلز مبتکر و بنیانگذار مهندسی ارزش بارها عنوان می نماید، »هیچ چیز آنقدر کامل نیست که نتوان آن را بهبود داد. در صورت بکار گیري یک فرآیند کامل توسط تیمی که به واسطه تخصص و کارایی بالا براي مفاهیم و ایده هاي ابتکاري انتخاب شده است، احتمال عدم بهبود ارزش طرح یا محصول اندك خواهد بود.[4]« مهندسی ارزش عبارت است از »به کارگیري نظام مند روشهاي مشخص، خلاقانه و بر پایه کار تیمی که هدف از آن، شناسایی و حذف هزینه هاي غیر ضروري و افزایش کیفیت و کارایی یک محصول یا خدمت در طول عمر آن است.[5]« به عبارت دیگر »مهندسی ارزش را می توان به عنوان یک روش سیستماتیک و منحصربفرد براي بررسی عملکرد یک سیستم بکار برد. در این روش به دلیل آنکه به عملکرد بهینه توجه می شود صرفاًنه به کاهش هزینه ها، از سایر روش هاي صرفه جویی متفاوت و قابل قبول تر است. بصورتی که با این تکنیک، ضمن کاهش هزینه می توان در بسیاري از موارد موجب بهبود اجرا، بهبود کیفیت، قابلیت اطمینان، ایمنی، حفظ منابع، کاهش زمان، حذف کارکردهاي غیر ضروري گردید و عملکرد و هزینه هاي نگهداري سیستم را ساده و بهینه نمود.[6]«

مطالعات مهندسی ارزش از نرخ بازگشت سرمایه بالایی برخوردارند. به عنوان مثال، »در یک دوره 10ساله(از 1997 تا (2006 در مطالعات ارزش در بزرگراههاي فدرال آمریکا همواره نرخ بازگشت سرمایه بالاي106 (تا حداکثر(325 گزارش شده و هزینه صرفه جویی شده بیش از 12 میلیارد دلار برآورد شده است.[7]«

براي اجرا و پیاده سازي مهندسی ارزش برنامه هاي کاري متفاوتی ارائه شده است. برنامه کاري مهندسی ارزش، ارائه رویکردها و عملکرد لازم براي نیل به پاسخ بهتر و مؤثرتر براي مساله است معمولاًو برنامه مهندسی ارزش ازمدل پیشنهادي انجمن مهندسی ارزش(شکل شماره(1 که به هفت فاز مختلف، شامل فازهاي عمومی، اطلاعات، عملکرد، خلاقیت، ارزیابی، بررسی و توسعه و در نهایت فاز توصیه و اجرا تقسیم می گردد، پیروي می کند. در ادامه به شرح مختصر هر بخش و نحوه اجراي هرقسمت آن در پروژه »مهندسی ارزش در بهینه سازي مصرف انرژي پتروشیمی آبادان« ذکر می گردد.

شکل شماره -1 مدل پیشنهادي انجمن مهندسی ارزش براي اجراي مهندسی ارزش

.3 شدت انرژي4

دکتر اله مراد سیف در تعریف جامعی، شدت انرژي را بدین صورت تعریف می نماید: »شدت انرژي به میزان انرژي مصرف شده براي کسب میزان و یا ارزش مشخصی از ستانده گفته می شود. تحلیل گران از این شاخص در سطوح تجمیعی5 مختلفی استفاده می کنند. برخی از این شاخص ها که در سطح اقتصاد به کار گرفته می شوند، به نسبت انرژي به ستانده اشاره دارند و شدت انرژي را در پنج بخش اصلی اقتصاد، یعنی بخش هاي صنعتی، مسکونی، تجاري، حمل و نقل و کشاورزي منعکس می کنند. کاربرد معیار شدت انرژي در زیر بخش هاي صنعتی نیز مطالعه تغییرات در کارآیی تجهیزات تولیدي و یا یک فرآیند تولیدي خاص را ممکن می کند]«٨.[ شدت انرژي در سطح یک صنعت و یا یک فرآیند تولیدي خاص، بر حسب واحدهاي فیزیکی محاسبه می شود. مقدار فیزیکی شدت انرژي، حاصل تقسیم میزان انرژي صرف شده به محصول تولید شده(مثلا ژول بر کیلوگرم) می باشد و در هر فرآیند داراي واحدهایی متناسب با آن صنعت می باشد. لازم به ذکر است برخی از محققان و بعضی از منابع، بجاي استفاده از اصطلاح شدت انرژي از عنوان »شاخص مصرف انرژي« استفاده می نمایند که از نظر معنا و تعریف تفاوت چندانی با یکدیگر ندارند.

بر اساس ویرایش اول استاندارد 69648 مؤسسه استانداردو تحقیقات صنعتی ایران، شدت انرزي براي تولید پلی وینیل کلراید را 5/71 گیگاژول بر تن اعلام شده است اما محاسبه شدت انرژي مصرفی در پتروشیمی آبادان عددي حدود 20 گیگاژول بر تن را مشخص کرد که این عدد با استاندارد تفاوت بسیار دارد و این خود باعث شد، تا اجراي هرچه سریعتر مهندسی ارزش بصورت یک الزام حیاتی، مطرح و اجرا گردد.

.4 ممیزي انرژي7

مطابق با تعریف سازمان بهینه سازي مصرف سوخت، ممیزي انرژي »یک روش مناسب براي تعیین فرصت هاي صرفه جویی انرژي در سازمان است.

ممیزي انرژي به بررسی وضعیت انرژي پرداخته و توصیه هایی براي بهبود مصرف و کارایی انرژي در بخش هاي مختلف یک سیستم ارائه می دهد.

حیطه عملیات ممیزي انرژي بسیار گسترده و متنوع بوده که می تواند یک ساختمان، کارخانه و یا یک فرآیند خاص را شامل شود]«٩.[

ممیزي انرژي به بررسی کلیه انرژي هاي مصرف شده به همراه تجهیزات مصرف کننده انرژي در یک سیستم مشخص پرداخته، میزان مصرف انرژي در تمام تجهیزات و وسایل گرمایشی و سرمایشی و سهم آنها از کل انرژي مصرفی آن سیستم را مشخص می کند. همچنین برآورد پتانسیل هاي صرفه جویی انرژي، هزینه هاي مورد نیاز و دوره بازگشت سرمایه براي هر یک از برنامه هاي توصیه شده و بررسی راهبردهاي مدیریت انرژي از جمله سیستم هاي بازنگري و ارزیابی مصرف انرژي و اعمال آنها در فرآیندهاي مختلف از سایر کاربردهاي ممیزي انرژي در صنایع می باشد.[9]

توجه به این نکته در بررسی هاي مصرف انرژي صنایع راهگشا خواهد بود که، »ممیزي انرژي در هریک از واحدهاي صنعتی ضمن شناخت وضعیت مصرف انرژي به ارائه راهکارهاي مناسب براي افزایش راندمان انرژي می پردازد. ممیزي کارخانه هاي مختلف حاکی از آن است که راهکارهاي متفاوتی براي صرفه جویی انرژي وجود دارد که میزان پتانسیل آن را نیز مشخص می نماید.«[2] در اینجا به اهمیت مهندسی ارزش براي یافتن بهترین راهکارهاي بهینه سازي انرژي نیز می توان اشاره نمود.

.5 اجراي مهندسی ارزش در مدیریت مصرف انرژي پتروشیمی آبادان

در این پروژه براي اولین بار مهندسی ارزش در پتروشیمی آبادان پیاده گردید، اجراي آن به صورتکاملاً کلاسیک و مطلبق با مدل پیشنهادي انجمن مهندسی ارزش به انجام رسید. در ادامه، پس از توضیحی مختصر براي هر فاز، اقدامات انجام شده در آن فاز شرح داده می شود.

.3-1 فاز عمومی

»در فاز عمومی معمولا با سازمان دهی نیروي انسانی، مشخص نمودن تصمیم گیرنده، انتخاب محدوده کار، تخصیص عملکرد به هر کدام از اجزا و جهت دهی به کار گروهی سامان داده می شوند.[7]«

در این پروژه تیمی 7 نفره، مرکب از مهندسی فرآیند، برق، مکانیک و ساختمان از مهندسی کارخانه و دو نماینده از مدیریت طرح توسعه به عنوان مدیر تیم و نماینده اي از امور مالی شرکت تعیین و مشخص گردیدند. این تیم اختیار تام گرفت تا به بررسی جامع موضوع بهینه سازي انرژي بپردازد و نتایج را جهت تصویب نهایی به مدیریت اعلام نماید. در اولین نشست، جهت حداکثر بهره برداري از امکانات موجود و براي دستیابی به یک برنامه جامع، تصمیم گرفته شد از مشارکت تعداد بیشتري از کارشناسان براي اخذ پیشنهادها استفاده نماید. به همین منظور از تمامی مسوولین و معاونین 12 واحد مجتمع، مهندسان خدمات فنی و مسوولین تعمیرات نواحی مجتمع براي این منظور دعوت به عمل آمد. در جلسه اي که با حضور ایشان انجام شد، با استفاده از متد طوفان فکري سعی شد بیشترین ایده هاي کاهش مصرف انرژي ابراز و ثبت گردد.

حاصل این جلسه خلاقانه ارائه 32 طرح بود. این طرحها بر طبق تخصص اعضاي تیم بین ایشان تقسیم شد تا در جلسه هفته بعد تیم مهندسی ارزش در خصوص آنها تصمیماتی اتخاذ گردد. در جلسه مذکور، ابتدا طرح هاي پیشنهادي طرح گردیدند و به بحث و بررسی این طرح ها پرداخته شد. در نتیجه این بحثها، 7 طرح در طرحهاي دیگر ادغام گردید، 8 طرح با مبناي فرهنگی به کمیته فرهنگ عمومی ارجاع شد، 11 طرح کوچک استفاده از دودکشها، احداث نیروگاه، استفاده از گاز فلر400 و افزودن مواد روانکننده به راکتورهاي واحد 700 به جهت کاهش انرژي و... به دلیل نیاز آنها به بررسی هاي آزمایشگاهی و میزان اندك ارزش ایجاد شده، به کمیته انرژي ارجاع گردید نهایتاًو 6 طرح شامل استفاده از گرماي گاز اتیلن تولیدي واحد 600،

استفاده از گرماي وي سی ام تولیدي واحد600، استفاده از انرژي گاز فلر واحد500، استفاده از انرژي گاز فلر واحد1000، کاهش مصرف برق در پمپ هاي کولینگ تاور، کاهش مصرف برق در فن هاي کولینگ تاور در تیم مهندسی ارزش تصویب گردید.

.3-2 فاز اطلاعات

»در فاز اطلاعات مساله به اشکال خاص تجزیه می شود. از کلی گویی پرهیز می گردد تا تمامی اطلاعات بصورت دقیق و معنی دار جمع آوري گردد تا به تصمیم گیري کمک نماید.[7]« با تقسیم پروژه ها بین اعضا این فاز در مدت 4 روز به اجرا در آمد.

.3-3 فاز عملکرد

»فاز عملکرد را قلب مهندسی ارزش می دانند و مشتمل بر کلیه تلاش هایی است که براي ارزش صورت می گیرد. هر عملکرد به دو نوع اصلی وفرعی تعریف می شوند. عمل بصورت ترکیب دو کلمه فعل واسم بیان می گردد. فعل بیانگر عملی است که جزء مورد نظر انجام می دهد و اسم بیانگر شیء مورد عمل ویا آن چیزي است که عمل روي آن صورت می گیرد مثل اداره امور، گرفتن نبض، کاهش هزینه و... .[7]«

در این فاز ، ضمن آموزش چگونگی ترسیم نمودارهاي عملکرد، با همکاري و همفکري اعضاي تیم مهندسی ارزش، نمودارهاي FAST8 براي پروژه هاي تصویب شده ترسیم گردید. نمودار FAST عملکرد کوره VCM بصورت شکل شماره2 به عنوان نمونه اي از این نمودارها در ادامه ارائه می گردد.

شکل شماره -2 نمودار FAST کوره VCM واحد 600

.3-4 فاز خلاقیت

»درفاز خلاقیت، روشهاي خلق ایده هاي جدید بکارگرفته می شود. این روش براي خلق انبوهی از ایده ها در رابطه با محصولات، فرآیندها، روش ها و...

براي رسیدن به عملکرد و یا عملکردهاي تعریف شده بکار می رود.[7]«

تیم مهندسی ارزش با استفاده از تکنیک »طوفان مغزي9« و تمرکز بر نمودارهاي FAST فاز عملکرد، به ایجاد ایده هاي خلاقانه مختلفی براي بهینه سازي هر کدام از پروژه ها پرداخت. استفاده از نوعی کاتالیست براي کاهش دماي واکنش، استفاده از مبدل هایی براي تولید آب گرم یا بخار براي تولید برق، استفاده از حرارت گازهاي خارج شده از واحد براي گرم کردن گازهاي ورودي ایده هایی بود که براي دو طرح استفاده از گرماي محصول واحدهاي400و600 مطرح گردید و براي دو طرح استفاده از حرارت گاز فلرهاي 500 و 1000 ایده هاي تولید برق در توربینهاي گازي، تولید برق در موتورهاي گازسوز، استفاده از این گاز در موتورهاي دو سوختی و استفاده از این گازها بجاي گاز شهري در بویلرهاي مجتمع طرح شد. درمورد طرح هاي کاهش مصرف برق در پمپ هاي کولینگ تاور، استفاده از کنترل دور و خرید پروانه هاي کوچکتر پیشنهاد شد و براي فن هاي کولینگ تاور فقط استفاده از کنترل دور مطرح شد که علاوه بر کاهش هزینه از مزایاي کاهش مصرف آب و کنترلکاملاً خودکار کولینگ تاور نیز برخوردار است.

.3-5 فاز ارزیابی

»درفازارزیابی، ذهن قضاوت گرا به فعالیت وادار می شود. عقاید وایده هایی که درفاز خلاقیت ایجاد گردید تصفیه، اصلاح وترکیب می گردد تا پیشنهاد مورد نظرحاصل شود.[7]« در این مرحله طرحهاي حاصل از مرحله خلاقیت به صورت هاي زیر مورد بررسی قرار گرفت و نتایج ذیل حاصل شد. .3-5-1 استفاده از گرماي محصول واحدهاي400 و 600

براي ارزیابی سه پیشنهاد رسیده از فاز خلاقیت، از تکنیک انتخاب »تحلیل مقایسه زوجی10« استفاده گردید فاکتورهاي انتخابی براي استفاده از این تحلیل، »میزان سرمایه گذاري«، »دسترسی به تکنولوژي ساخت«، »زمان قابل تصور براي اجراي پروژه« بود. بهترین انتخاب در شرایط فعلی که از تحلیل مقایسه زوجی حاصل شد، استفاده از این گرما براي تولید بخار سوپرهیت و تولید برق از این بخار انتخاب شد. در فاز بررسی و توسعه عنوان خواهد گردید که اجراي این پروژه ها ارزش افزوده بالاتري نیز دارند. همچنین موارد زیر درخصوص پیشنهادهاي رسیده به تصویب تیم مهندسی ارزش رسید.

ایده استفاده از کاتالیست یا بهره گیري از روشی که بتوان واکنش را در دماي پایین تر به انجام رساند، هرچند ایده بسیار ارزشمندي است که ممکن است به خلق یک تکنولوژي نیز منجر شود اما به دلیل آنکه انجام این کار به مطالعات و تحقیقات پایه اي نیاز دارد که در قالب این پروژه امکان بررسی آن وجود نداشت، بررسی این مساله به واحد مهندسی و توسعه و پژوهش ارجاع گردید. استفاده از گرماي محصول براي گرم کردن گاز ورودي، یک ایده نوآورانه و قابل توجه دیگري بود که مانند مورد قبل، براي بررسی بیشتر به اداره مهندسی و توسعه ارجاع گردید. استفاده از مبدل در این پروژه