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中國氯堿工業(yè)始于上世紀(jì)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(biāo)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(jié)構(gòu)的重新布局，各氯堿企業(yè)都在盡力爭取在預(yù)定時間點之前完成“雙碳”任務(wù)。

　　在碳中和背景之下的供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革會為氯堿行業(yè)內(nèi)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(nèi)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(biāo)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(zhuǎn)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(xué)的MDI產(chǎn)量為世界第一，萬華化學(xué)收購的東南電化和萬華化學(xué)(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(yīng)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(zhuǎn)型之見解

　　氯堿行業(yè)發(fā)展至今已經(jīng)成為技術(shù)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(yīng)該從兩方面著眼：

　　01 充分發(fā)揮氯元素在新能源領(lǐng)域和新材料領(lǐng)域的作用，開拓更加廣闊的下游應(yīng)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(shù)，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(dǎo)氯堿行業(yè)的發(fā)展，首先就要深究數(shù)字孿生的內(nèi)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(luò)

　　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(shè)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(yù)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(jié)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(shè)備預(yù)測分析，基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對核心設(shè)備，比如重型空壓機的歷史數(shù)據(jù)進行回測分析，建立設(shè)備的機器學(xué)習(xí)模型，來預(yù)測設(shè)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(zhǔn)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(diào)取查閱相關(guān)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(guān)。通過操作員仿真培訓(xùn)系統(tǒng)可以快速提高操作人員的操作能力和應(yīng)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(xùn)的基礎(chǔ)。

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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?qū)ν饨邮蘸洼敵?、對?nèi)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(shè)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(nèi)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(jié)合氯堿產(chǎn)業(yè)鏈指出具體實際應(yīng)用。

AVEVA橫跨資產(chǎn)建設(shè)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(shè)計、裝置改造和操作分析等應(yīng)用。AVEVA PRO/II Simulation 對乙烯法制氯乙烯單體流程執(zhí)行嚴(yán)格的質(zhì)量和能量平衡計算。

　　■ 詳細工程設(shè)計

　　在氯堿行業(yè)的工程設(shè)計領(lǐng)域，主要有化八院、化一院、上海化學(xué)工程設(shè)計院、天津市化工設(shè)計院、錦西化工設(shè)計院、天津渤?；ぴO(shè)計院、福州化工設(shè)計院等工程公司和設(shè)計院。目前實力最強兩家工程公司都已經(jīng)使用AVEVA的設(shè)計軟件和數(shù)字化交付平臺用于新建氯堿裝置的設(shè)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(jié)構(gòu)化、規(guī)范化的編碼和描述，可以與二三維設(shè)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(shè)計系統(tǒng)中直接供設(shè)計建模使用。軟件在設(shè)計時考慮了業(yè)務(wù)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(shù)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(xùn)

　　AVEVA Operator Training Simulator操作員仿真培訓(xùn)系統(tǒng)以工藝機理模型為基礎(chǔ)，幫助氯堿企業(yè)的操作員具備扎實的操作能力和應(yīng)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(xùn)系統(tǒng)賦能員工。AVEVA的操作員仿真培訓(xùn)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(fēng)口，實現(xiàn)產(chǎn)能增速，加快占領(lǐng)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(lǐng)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(diào)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(xí)慣，造成工藝指標(biāo)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(yīng)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(nèi)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(zhì)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(yán)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(biāo)準(zhǔn)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(yán)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(shè)備預(yù)測維護

　　設(shè)備預(yù)測性維護利用大數(shù)據(jù)和機器學(xué)習(xí)(ML)的技術(shù)來分析生產(chǎn)數(shù)據(jù)，學(xué)習(xí)設(shè)備正常運營的模式，然后當(dāng)設(shè)備的運行狀況與歷史設(shè)備運行準(zhǔn)則不相符合的時候進行報警。AVEVAPredictive A nalytics(PRiSM)設(shè)備預(yù)測性分析技術(shù)可以對氯堿企業(yè)的靜設(shè)備和動設(shè)備如壓縮機、泵設(shè)備、精餾塔、換熱器等進行預(yù)測和分析。

　　■ 價值鏈優(yōu)化

　　AVEVA Unified Supply Chain (Spiral)一體化供應(yīng)鏈管理是面向流程行業(yè)供應(yīng)鏈管理的唯一一款真正意義上的一體化平臺。Spiral從設(shè)計之初就采用一體化的全新設(shè)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(luò)，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(biāo)準(zhǔn)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(diào)度，排產(chǎn)調(diào)度和計劃使用的是同一種拓撲結(jié)構(gòu)。現(xiàn)代化的軟件架構(gòu)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(diào)度。

　　結(jié)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(nèi)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(jié)構(gòu)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(shù)達到瓶頸、國際大形勢驅(qū)動、國內(nèi)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(lǐng)域中最全面的解決方案供應(yīng)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(fēng)而起，便可扶搖直上九萬里。