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中國氯堿工業(yè)始于上世紀20年代末。1929年，愛國實業(yè)家吳蘊初先生在上海建立了天原電化廠，從此揭開了我國氯堿工業(yè)發(fā)展的序幕。到新中國建立前，我國共有10個氯堿廠(點)。
經(jīng)過90余年的發(fā)展，我國氯堿行業(yè)不斷發(fā)展壯大。據(jù)中國氯堿工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，截至2020年底我國燒堿生產(chǎn)企業(yè)共158家，總產(chǎn)能已達4470萬噸;聚氯乙烯(PVC)生產(chǎn)企業(yè)共70家，總產(chǎn)能達2664萬噸。行業(yè)兩個主要產(chǎn)品產(chǎn)能占世界總產(chǎn)能均達到45%。
在此“雙碳”目標下，能源改革成為重點之一。氯堿行業(yè)作為高能耗行業(yè)，將會出現(xiàn)產(chǎn)能結構的重新布局，各氯堿企業(yè)都在盡力爭取在預定時間點之前完成“雙碳”任務。
在碳中和背景之下的供給側結構性改革會為氯堿行業(yè)內的龍頭企業(yè)帶來發(fā)展機遇，低效和產(chǎn)能落后的“玩家”或由于政策壓力而淘汰出局。
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傳統(tǒng)氯堿產(chǎn)業(yè)鏈上氯元素是由電解鹽水得到的Cl2來提供，主要廠商有：新疆中泰、新疆天業(yè)、陜西北元、天津大沽、內蒙君正、宜賓天原、鴻達興業(yè)、甘肅金川、上海氯堿等。
在“雙碳”目標要求下，新能源行業(yè)迎來更多的發(fā)展機遇。而其中太陽能的轉化利用離不開多晶硅生產(chǎn)的太陽能電池板。多晶硅第一梯隊廠商是：保利協(xié)鑫、通威股份、新特能源、大全新能源和東方希望。
TDI、MDI等是新材料聚氨酯的主要原料，Cl2又是MDI、TDI的生產(chǎn)原料之一。目前萬華化學的MDI產(chǎn)量為世界第一，萬華化學收購的東南電化和萬華化學(寧波)氯堿有限公司的電解得到的Cl2用于MDI和TDI的生產(chǎn)。
電解生成的燒堿(氫氧化鈉)下游應用涵蓋氧化鋁、造紙、紡織、水處理等，其中氧化鋁需求最大，消費占比維持在30%左右。
氯堿行業(yè)數(shù)字化轉型之見解
氯堿行業(yè)發(fā)展至今已經(jīng)成為技術成熟、產(chǎn)銷較為穩(wěn)定、市場逐漸飽和的行業(yè)。龍頭企業(yè)如何能在激烈的市場競爭中繼續(xù)保持優(yōu)勢，新晉玩家如何逆流而上，筆者覺得應該從兩方面著眼：
01 充分發(fā)揮氯元素在新能源領域和新材料領域的作用，開拓更加廣闊的下游應用，此為開源。
02 在產(chǎn)能無法繼續(xù)擴充的情況下，通過上線先進的數(shù)字化技術，實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)的節(jié)能降耗，此為節(jié)流。
不過無論開源亦或是節(jié)流，在如今數(shù)字化浪潮之下都需要具有“數(shù)字化的思維”來發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，這樣才能做到“步步為營，決勝千里”，實現(xiàn)生產(chǎn)運營的精智績效。
在數(shù)字化浪潮中尤以“數(shù)字孿生”的概念熱度最高。如何利用數(shù)字孿生來指導氯堿行業(yè)的發(fā)展，首先就要深究數(shù)字孿生的內涵。筆者認為無外乎兩種類型的數(shù)字孿生。
圖片源于網(wǎng)絡
01 其一：為形。數(shù)字化工廠在外形上須與真實的物理工廠保持一致，大到精制氯乙烯單體所用精餾塔、換熱器等大型設備，小到螺絲釘都可以做到1：1還原外形和尺寸。
02 其二：為神。數(shù)字化工廠神韻體現(xiàn)在能優(yōu)化實際生產(chǎn)并具有一定的預測性，具體包含兩點：
■1：實時在線優(yōu)化，基于“第一性原理”，對生產(chǎn)工藝精確模擬，凝結核心工藝，實現(xiàn)模擬計算值與實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)保持統(tǒng)一，從而優(yōu)化生產(chǎn)操作。
■2：設備預測分析，基于大數(shù)據(jù)分析技術，對核心設備，比如重型空壓機的歷史數(shù)據(jù)進行回測分析，建立設備的機器學習模型，來預測設備未來狀況。
從資產(chǎn)生命周期角度對于氯堿行業(yè)進行分析，“形”一般出現(xiàn)在工程階段，“神”一般都是在生產(chǎn)運營階段。在這兩個階段之間分別對于資產(chǎn)和人員都需要有一處銜接來實現(xiàn)工程階段向運營階段的平穩(wěn)過渡。
對氯堿行業(yè)的資產(chǎn)來說：工程階段得到的各類交付物，比如模型、圖紙、表單等需要完整全面，保證新的氯堿裝置有準確完整的“出生”信息，并已數(shù)字化的方式移交，這樣在運營階段才可以方便的調取查閱相關資產(chǎn)信息。因此從資產(chǎn)的角度來說，氯堿業(yè)主需要有資產(chǎn)信息管理平臺，工程公司需要向業(yè)主進行數(shù)字化交付。
對氯堿行業(yè)的人員來說：氯堿企業(yè)裝置越早實現(xiàn)開車，越快實現(xiàn)滿負荷生產(chǎn)就越能夠獲得直接的經(jīng)濟效益。而這與操作人員的經(jīng)驗和水平直接相關。通過操作員仿真培訓系統(tǒng)可以快速提高操作人員的操作能力和應對緊急情況的能力。在工程階段得到的工藝機理模型和三維模型可以作為培訓的基礎。
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在這數(shù)據(jù)為王的時代，氯堿企業(yè)的生產(chǎn)也需要一個能夠對外接收和輸出、對內分析和展示的實時數(shù)據(jù)庫，作為氯堿企業(yè)“安穩(wěn)長滿優(yōu)”生產(chǎn)的底座和基石。
對于在不同地區(qū)都有產(chǎn)業(yè)的集團級企業(yè)來說，要想實現(xiàn)“數(shù)字化運營管理“，需在已經(jīng)成型的數(shù)字孿生工廠之上架設一體化運營中心平臺，集團管理者能夠通過此平臺享受數(shù)字化帶來的生產(chǎn)安全保障與企業(yè)綜合效益提升。
AVEVA劍維軟件的產(chǎn)品以數(shù)字孿生為內核
賦能氯堿企業(yè)實現(xiàn)精智績效
針對以上數(shù)字化發(fā)展的分析討論，筆者會從資產(chǎn)全生命周期角度結合氯堿產(chǎn)業(yè)鏈指出具體實際應用。
AVEVA橫跨資產(chǎn)建設與生產(chǎn)運營全生命周期解決方案
氯堿行業(yè)上下游產(chǎn)業(yè)鏈
氯堿行業(yè)上下游產(chǎn)業(yè)鏈
■ 流程模擬計算
AVEVA PRO/II Simulation是一款專業(yè)的流程模擬工具，它提供了一套綜合性的流程模擬解決方案，用于工藝設計、裝置改造和操作分析等應用。AVEVA PRO/II Simulation 對乙烯法制氯乙烯單體流程執(zhí)行嚴格的質量和能量平衡計算。
■ 詳細工程設計
在氯堿行業(yè)的工程設計領域，主要有化八院、化一院、上?；瘜W工程設計院、天津市化工設計院、錦西化工設計院、天津渤海化工設計院、福州化工設計院等工程公司和設計院。目前實力最強兩家工程公司都已經(jīng)使用AVEVA的設計軟件和數(shù)字化交付平臺用于新建氯堿裝置的設計和數(shù)字化交付。
■ 采購計劃施工
在氯堿項目執(zhí)行階段，AVEVA ERM可以提供靈活的為氯堿企業(yè)級及氯堿項目級的物資定義編碼，提供結構化、規(guī)范化的編碼和描述，可以與二三維設計系統(tǒng)集成，保證了編碼的前后一致性。還可以編制并管理管道等級，這些等級可以發(fā)布到二、三維設計系統(tǒng)中直接供設計建模使用。軟件在設計時考慮了業(yè)務環(huán)節(jié)及歷史數(shù)據(jù)的重用性，提供多種便捷的操作技術和手段，提高了編碼管理的效率，有利于節(jié)省氯堿項目在執(zhí)行期間的成本。
■ 操作員仿真培訓
AVEVA Operator Training Simulator操作員仿真培訓系統(tǒng)以工藝機理模型為基礎，幫助氯堿企業(yè)的操作員具備扎實的操作能力和應急處理能力，有利于氯堿企業(yè)實現(xiàn)安全穩(wěn)定運營。阿拉伯石化公司(Petrokemya)在2011年就為他們的氯乙烯裝置上線了AVEVA的操作員仿真培訓系統(tǒng)賦能員工。AVEVA的操作員仿真培訓系統(tǒng)可以幫助多晶硅行業(yè)的企業(yè)快速培養(yǎng)裝置“老手”，抓住市場風口，實現(xiàn)產(chǎn)能增速，加快占領市場。
■ 資產(chǎn)信息管理
目前新建的氯堿裝置(燒堿、PVC)大多都上線了資產(chǎn)信息管理平臺，用于氯堿生產(chǎn)的運營和維護，其中氯堿行業(yè)龍頭企業(yè)已部署PI System。多晶硅行業(yè)領先企業(yè)也在新建的生產(chǎn)裝置上計劃部署AVEVA Asset Information Management資產(chǎn)信息管理平臺。
氯堿裝置運營期
■ 先進過程控制
氯堿生產(chǎn)系統(tǒng)是一個多變量之間存在耦合的工藝系統(tǒng)，裝置的生產(chǎn)操作主要還是以人工操作為主。對于生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的干擾因素，存在調節(jié)幅度與要求不匹配、操作不及時等情況;另外由于不同的操作班組有不同的操作方法和操作習慣，造成工藝指標波動較大，裝置運行不穩(wěn)定等問題。
離子膜燒堿裝置通過上線APC可以在二次鹽水工序樹脂塔再生過程及電解過程應用后，減少了樹脂塔再生次數(shù),實現(xiàn)了電解槽槽溫的自動控制、降低電解槽電耗，穩(wěn)定了堿液濃度并實現(xiàn)卡邊控制，實現(xiàn)經(jīng)濟效益提升。
乙烯法制氯乙烯(VCM)單體的操作過程，APC不僅減少了操作人員的操作強度，提高了裝置的運行穩(wěn)定性和自動化程度，而且節(jié)約了物料成本，降低了能耗，實現(xiàn)了經(jīng)濟效益的提升。
在電石法制氯乙烯中產(chǎn)生的電石渣可以用于水泥的生產(chǎn)。AVEVA APC系統(tǒng)已經(jīng)在國內西部、華北等地區(qū)的多條水泥生產(chǎn)線上部署運行，幫助水泥企業(yè)獲得了顯著的經(jīng)濟效益，獲得了業(yè)主的一致好評。
在燒堿下游的造紙行業(yè)，APC可以在蒸煮器(連續(xù)/間歇)、回收鍋爐、蒸發(fā)器、氧脫木素裝置、生物質鍋爐等裝置發(fā)揮作用，實現(xiàn)提高產(chǎn)量，降低能耗，穩(wěn)定操作的作用。
■ 實時在線優(yōu)化
基于嚴格在線建模的AVEVA Process Optimization(ROMeo)優(yōu)化平臺是專門針對生產(chǎn)過程的在線優(yōu)化標準軟件產(chǎn)品，是目前在優(yōu)化市場專業(yè)的、市場占有率高且客戶信任度大的實時在線優(yōu)化解決方案。通過ROMeo平臺對氯乙烯裝置建立嚴格在線機理模型，使裝置始終在優(yōu)化操作點上運行，實現(xiàn)生產(chǎn)經(jīng)濟效益最大化。
■ 設備預測維護
設備預測性維護利用大數(shù)據(jù)和機器學習(ML)的技術來分析生產(chǎn)數(shù)據(jù)，學習設備正常運營的模式，然后當設備的運行狀況與歷史設備運行準則不相符合的時候進行報警。AVEVAPredictive A nalytics(PRiSM)設備預測性分析技術可以對氯堿企業(yè)的靜設備和動設備如壓縮機、泵設備、精餾塔、換熱器等進行預測和分析。
■ 價值鏈優(yōu)化
AVEVA Unified Supply Chain (Spiral)一體化供應鏈管理是面向流程行業(yè)供應鏈管理的唯一一款真正意義上的一體化平臺。Spiral從設計之初就采用一體化的全新設計理念，目的在于對原料管理、單廠運營和多廠多網(wǎng)點網(wǎng)絡，進行計劃優(yōu)化、排產(chǎn)和流程裝置監(jiān)測時候，能夠更加便捷、標準和迅速。針對乙烯法制氯乙烯單體的流程，可以通過快速搭建從石油加工到PVC聚合的全流程視圖進行全廠級的生產(chǎn)計劃和排產(chǎn)調度，排產(chǎn)調度和計劃使用的是同一種拓撲結構?，F(xiàn)代化的軟件架構可以非常方便的部署在企業(yè)的云端，利用云端算力進行快速計劃優(yōu)化和排產(chǎn)調度。
結語
●中國氯堿行業(yè)的發(fā)展歷程也是中國從弱小走向強大的發(fā)展歷程的寫照，從起初“裝置少，規(guī)模小”到如今國內總產(chǎn)能占據(jù)世界總產(chǎn)能的接近一半的水平。而在我國“多煤、貧油、少氣”的能源結構下，其中80%的氯乙烯單體都是通過乙炔法工藝路線獲得。如今“雙碳”戰(zhàn)略要求之下，氯堿行業(yè)的變革會更加迅速。在產(chǎn)能出現(xiàn)過剩、技術達到瓶頸、國際大形勢驅動、國內市場供需變化等因素的影響下，氯堿行業(yè)勢必會面臨新的挑戰(zhàn)。AVEVA劍維軟件作為在工業(yè)數(shù)字化軟件領域中最全面的解決方案供應商愿攜手氯堿行業(yè)上下游企業(yè)在數(shù)字化的浪潮中先拔頭籌掌握先機。
“道雖邇，不行不至”。數(shù)字化的星星之火已呈燎原之勢，若隔岸觀“火”勢必錯失先機;若乘風而起，便可扶搖直上九萬里。
