引言环氧丙烷是非常重要的有机化合物原料，第三大丙烯类衍生物。环氧丙烷为无色醚味液体，低沸点、易燃。与水部分混溶，与乙醇、乙醚混溶，与戊烷、戊烯、环戊烷、环戊烯、二氯甲烷形成二元共沸混合物。环氧丙烷在生产过程中，电力、蒸汽、丙烯、石灰、氯气等能源物料随着生产负荷、外界气温、蒸汽焓值等外界条件的影响，环氧丙烷为变动值，相当于设备折旧、人员工资等固定成本费用，对以上变动成本影响因素的分析和掌握更有利于生产装置调整优化生产模式，控制总成本费用。生产装置的消耗数据是装置运行状况的直接体现。通过对消耗数据的统计分析，可以探究装置的运行规律，用于指导实际生产，降低单位产品的能源物料消耗量，实现经济效益的最大化。以环氧丙烷装置历史生产数据为基础，利用SPSS软件，对其进行统计，根据实际情况做出定量和定性分析，提出能源物料消耗的模型，延伸至成本模型，并对模型的应用进行探讨。1环氧丙烷装置简介某公司现有6万t/a环氧丙烷装置，采用氯醇化法生产工艺。氯气、丙烯、水进入氯醇反应器和丙烯回收反应器，再进入皂化塔，利用蒸汽加热反应，通过塔顶换热器冷凝生成粗环氧丙烷。粗环氧丙烷进入脱烃塔利用蒸汽加热，塔顶冷凝回流去除部分轻组分，塔釜得到纯度较高的环氧丙烷，后输送至精馏塔，利用蒸汽加热，塔顶冷凝回流后得到环氧丙烷。2变量选择及数据采集2.1变量的选择根据SPSS软件的使用要求，结合实际生产情况进行分析，确定数据分析的因变量和自变量。（1）因变量：选择环氧丙烷单位产品的装置电力消耗（Y1）、分摊电力消耗（Y2）、蒸汽消耗（Y3）、丙烯消耗（Y4）、石灰消耗（Y5）、氯气消耗（Y6）、自来水消耗（Y7）作为因变量。（2）自变量：根据生产情况和经验判断，选择可测量的产品产量（X1）、外界气温（X2）、蒸汽焓值（X3）作为自变量。为便于统计分析，将产品产量用装置负荷率代替，其为装置的日产量与装置产能之间的百分比值（装置产能按9万t/a，年运行8 000 h计算）；外界气温按日平均气温计算；蒸汽焓值按当月平均焓值计算。2.2数据的采集为了反应装置的真实生产情况，研究以天数为基准，选取2018年1月—12月的历史消耗数据，删除装置开车前后等不合理的数据，最终可用数据为246组，符合SPSS软件的使用要求。3装置消耗模型的建立3.1电力消耗模型的建立3.1.1相关性分析将因变量Y1与自变量X1、X2、X3代入SPSS软件，进行变量之间的相关性分析。相关系数如表1所示。装置电力消耗与外界气温的相关系数为0.700，P值为0，正相关性显著；蒸汽焓值和负荷率的相关系数分别为-0.601、-0.574，负相关性显著。影响装置电力消耗的因素重要程度依次为外界气温、蒸汽焓值、负荷率。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.03.014.T001表1相关系数表模型模型装置电力消耗产品产量外界气温蒸汽焓值装置电力消耗相关系数1-0.574**0.700**-0.601**显著性—0.0000.0000.000样本数量246246246246产品产量相关系数-0.574**10.005-0.014显著性0.000—0.9440.821样本数量246246246246外界气温相关系数0.700**0.0051-0.753**显著性0.0000.944—0.000样本数量246246246246蒸汽焓值相关系数-0.601**-0.014-0.753**1显著性0.0000.8210.000—样本数量246246246246注：**表示在0.01水平，相关性显著。3.1.2散点图分析将因变量Y1与自变量X1、X2、X3代入SPSS软件，分别绘制Y与X之间的散点图，装置电力消耗与外界气温、蒸汽焓值、装置负荷率散点图分别如图1~图3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.03.014.F001图1装置电力消耗与外界气温的散点图10.3969/j.issn.1004-7948.2022.03.014.F002图2装置电力消耗与蒸汽焓值的散点图10.3969/j.issn.1004-7948.2022.03.014.F003图3装置电力消耗与装置负荷率的散点图从以上散点图可以直观看出，装置电力消耗与外界气温、焓值以及装置负荷之间的对应关系：（1）装置电力消耗与外界气温的变化呈现线性关系，随着气温的升高，装置耗电量明显增加，两者之间为正相关。（2）装置电力消耗与蒸汽焓值之间为负相关，随着焓值的提高，电力消耗出现降低。（3）当装置负荷率小于98%(265 t/d)时，装置电力消耗随着负荷的升高快速降低，两者之间呈线性关系；装置负荷率在98%以上时，装置电力消耗反弹，说明装置电力消耗在装置负荷一定时，受到外界气温、人员操作等因素的影响更大，在150~260 t/d之间波动。3.1.3消耗模型的建立通过以上分析，可以建立装置电力消耗与产品产量、外界气温、蒸汽焓值之间的关系模型。将Y1与X1、X2、X3代入SPSS软件，进行线性回归分析，得出回归系数表，如表2所示。得出装置电力消耗的方程式为：Y1=1 984.489-1.939X1+2.185X2-0.588X3。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.03.014.T002表2回归系数表模型非标准化系数标准化系数TSig回归系数标准误差回归系数常数1 984.489351.167—5.6510.000产品产量-1.9390.087-0.579-22.3740.000外界气温2.1850.1530.56214.2890.000蒸汽焓值-0.5880.124-0.186-4.7270.0003.1.4消耗模型的检验对电力消耗模型分别进行拟合优度检验（R2检验）、F检验和t检验。（1）R2检验。由SPSS软件导出模型汇总表，如表3所示。可以得到R2值为0.838，说明方程中的Y有83.8%的数据可以由X解释，回归效果较好。预测变量（常量）：蒸汽焓值、产品产量、外界气温。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.03.014.T003表3模型汇总表RR2调整R2估计标准误差0.915a0.8380.83616.479 84（2）F检验。由SPSS软件导出方差分析表，如表4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.03.014.T004表4方差分析表模型平方和自由度均方FSig回归方差339 449.9293113 149.976416.6280.000b残量方差65 723.576242271.585——方差和405 173.504245———从输出的结果可以看出，95%的置信区间范围内，统计量F=416.628，满足概率统计值F ≥3.84的要求，相伴概率值小于0.001，说明Y与X之间确有线性关系，该方程模型有效。因变量为装置电力消耗，预测变量（常量）为蒸汽焓值、产品产量、外界气温。（3）t检验。由表2得出t值分别为-22.374，14.289、-4.727，相伴概率值为0，说明回归系数有显著差别，该回归模型有意义。3.2分摊电力消耗模型的建立分析分摊电力消耗时，R2=0.377，说明分摊电力消耗模型与实际生产的拟合度较差，回归模型无意义；与外界气温P值为0.019，说明装置运行过程中，压缩空气、循环水等公共装置运行状态相同，未随其他因素的变化进行调整。因此分摊电力在装置成本模型中宜用常量表示，选取90%~100%负荷时的均值为2.6。3.3蒸汽消耗模型的建立建立蒸汽消耗模型时，与蒸汽焓值P值为0.869，与外界气温P值为0.668，与装置负荷P值为0。说明蒸汽消耗与蒸汽焓值和外界气温相关性不显著。建立蒸汽消耗模型的方程式为：Y3=8.996-0.066X1。3.4丙烯消耗模型的建立分析丙烯消耗时，R2=0.004，说明丙烯消耗模型与实际生产的拟合度较差，回归模型无意义；与外界气温P值0.97，与产品产量P值0.345，与焓值P值0.652。因此丙烯在装置成本模型中宜用常量表示，选取90%~100%负荷时的均值为0.82。3.5石灰消耗模型的建立分析石灰消耗时，R2=0.074，说明石灰消耗模型与实际生产的拟合度较差，回归模型无意义；与外界气温P值0.005，与产品产量P值0.026，与焓值P值0.931。因此石灰在装置成本模型中宜用常量表示，选取90%~100%负荷时的均值为1.83。3.6氯气消耗模型的建立分析氯气消耗时，R2=0.006，说明氯气消耗模型与实际生产的拟合度较差，回归模型无意义；与外界气温P值0.787，与产品产量P值0.482，与焓值P值0.376。因此氯气在装置成本模型中宜用常量表示，选取90%~100%负荷时的均值为1.38。3.7自来水消耗模型的建立分析自来水消耗时，R2=0.041，说明自来水消耗模型与实际生产的拟合度较差，回归模型无意义；与外界气温P值0.201，与产品产量P值0.046，与焓值P值0.443。因此自来水在装置成本模型中宜用常量表示，选取90%~100%负荷时的均值为26.22。4关键成本模型建立设单位能源物料的价格为A，电力价格0.60元/kWh，蒸汽价格220元/t，则环氧丙烷单位产品的关键成本可表示为：Y=∑AiYi=3 171.373 4- 15.683 4X1+1.311X2- 0.352 8X3+0.82A1+1.83A2+1.38A3+26.22A4 （1）式中：X1——产品产量，%；X2——外界气温，℃；X3——蒸汽焓值，kJ/kg；A1——丙烯价格，元/t；A2——石灰价格，元/t；A3——氯气价格，元/t；A4——自来水价格，元/t。5模型验证选取2018年生产装置实际消耗数据，计算关键成本数据，与模型计算的关键成本数据对比如表5所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.03.014.T005表5模型计算数据与实际数据对比日期模型成本数据/元实际成本数据/元差值/%2018年1月7 441.897 452.04-0.142018年3月7 120.516 986.141.922018年5月7 531.737 408.081.672018年7月7 476.837 388.161.202018年9月8 273.348 217.190.682018年11月7 783.287 718.150.846结语对关键成本数据分析的结果建立模型，今后可以在以下几个方面得到应用：（1）在确定装置负荷指标的前提下，通过代入模型计算，得出装置蒸汽、电力的消耗计划指标，编制生产计划书等文件用于指导具体生产过程。（2）相对于设备、人员成本等固定成本，电力、蒸汽等波动较大，可归为变动成本。在已预测得出装置各项消耗量及指标的基础上，可根据外部市场的产品价格和装置的盈利目标，对装置的运行负荷进行调整，实现经济效益的最大化。（3）环氧丙烷影响电力消耗的重点为外界气温，应根据外界温度的变化，及时调整优化制冷机组等主要耗电设备的运行；蒸汽消耗的最大影响因素为装置的运行负荷在实现经济效益目标的前提下，应尽量保持装置高负荷运行。