能源中心,是指采用自动化、信息化技术和集中管理模式建立的管控一体化的系统性能源管控系统。能源中心的雏形最早始于20世纪60年代的日本和西德,其钢铁企业利用模拟仪表形成能源数据采集与监控系统来分别满足能源介质生产和分配的需要。随着计算机技术、控制技术的发展,能源中心技术也突飞猛进,国内第一家能源中心于1982年在宝钢集团有限公司建成,并取得了很好的应用效果。与钢铁企业相比,国内的石油石化企业大多数还没有建立起真正意义上的能源中心。
国家“十二五”规划提出,坚持把建设资源节约型、环境友好型社会作为加快转变经济发展方式的重要着力点。做为能源消耗大户之一的石化企业,在深入贯彻节约资源和保护环境基本国策、降低温室气体排放强度、发展循环经济、推广低碳技术等方面担负着重要的责任。而且随着能源成本在炼化企业操作成本中的比例逐步加大,通过建立能源中心,在一个工作平台上实现高度集成的信息管理和过程自动化控制,快速构建一个职能集中、集中监控、流程简化、运转高效的能源管理系统(EMS),满足工艺过程节能减排管控需求,实现企业节能减排目标,已成为炼化企业实施能源管理和能效改进的重要手段,以及体现现代企业能源管理水平的重要标志。
1.能源中心应用现状
依托信息化和自动化技术,建立一个集能源检测、分析、诊断和控制于一体的能源中心管理系统,实现对能源生产、输送和消耗环节的集中管理和动态监控,已成为当今国际大型石油公司进行能源管理和能效改进的重要手段。如BP公司通过应用Montage系统,并与专家咨询团队共同确定节能目标和具体措施,实现了能源成本的显著下降;埃克森美孚化学公司建立全球能源管理系统(GEMS),使装置做到了能够识别和捕捉提高能效、实现节约的各种机会,使公司炼油厂和化工厂的能效提高了15%~20%。
国内炼化企业在能源管理方面也做出了一些有效的尝试,并取得了显著的节能效果。如克拉玛依石化建立了包括热电联产系统、电气系统、蒸汽系统、燃料气系统、氢气系统和水系统的公用工程优化模型,并开展用能评价和节能潜力分析,研究制定能量系统优化方案。同时实现了公用工程操作实时优化、计划优化和需求预测、能耗监视、能耗警戒、指标分析与能耗诊断等功能,该系统偏重于公用工程侧实时优化,系统正常运行后,提高了企业能源利用效率,能够针对不同的工况及时调整能源供应,保证了用能的优化,取得了十分显著的节能减排效果。中国石油锦州石化分公司、中国石油兰州石化分公司等也建立了相应的能源管理系统。通过能源管理系统的建设,提高了公用工程系统的调度水平,明确了生产过程中的能源利用瓶颈,实现了能源成本的显著下降。
2.炼化企业能源管理的目标
炼化企业属于高能耗、高排放生产企业,节能降耗的潜力很大。炼化企业能源设施分布在全厂各个工艺区,点多面广,水、电、蒸汽、燃料油、燃料气、催化烧焦、氮气、风等多种能源介质交互并存,传统的能源调度管理模式对能源的管理缺乏集中统一性,已不适应现代化大规模生产的能源调配需要。在国家十二五节能减排的大形势下炼化企业迫切需要建立一个管控一体化的能源管理中心,实现对企业能源生产、输配和消耗环节的集中管理和动态监控,在保障企业安全稳定生产的前提下,从管理和优化方面实现企业系统性节能降耗,降低生产成本,提高企业竞争力。
1)建立安全、稳定、高效的能源管理体系,提升能源管理水平。
炼化企业对能源的依赖度很高,其生产过程中对燃料、电力、氧气、氮气、蒸汽和水等能源介质的需求很大。种类多、数量大的能源介质如何统一平衡管理、平稳供应、合理使用是炼化企业要面对的一个十分重要的课题。因此,通过建立一个管控一体化的能源管理系统,实现能源安全、稳定、高效的管理,提升企业能源管理水平是非常必要的。
2)有效监控、及时发现能源系统故障,提升企业能源系统安全稳定运行水平。
炼化行业属于危险性较大的生产行业,其中能源管理部分又是炼化生产中事故高发的部分,各种易燃易爆、高温高压能源介质的生产、转换、消耗的过程以及能源设备的运行都需要严格的控制。因此,建立一个能源管理系统,实现能源产耗全过程监控,全面了解整个能源系统的运行状况,当有突发事件时,可以迅速了解事件的原因、事件的发生地点、事件的影响程度等,从而准确、迅速的做出应对措施,保证生产的安全稳定运行。
3)建立能源系统对生产工艺系统的有效支撑,提升能源数据的使用水平。
生产工艺的优化调整不仅仅包括工艺操作参数的调整和物流走向的优化,还包括建立在能源统计基础之上的用能优化。目前,大部分炼化企业的能源数据仅仅停留在统计阶段,能源统计数据只服务于企业能源的产销平衡和成本的核算,缺乏进一步的深化应用。通过建立炼化企业能源管理系统,对采集到的能源数据进行统计分析,深入挖掘,并与生产数据进行有效结合,提升能源数据的使用水平。
4)利用先进的数据分析技术和能源预测优化技术,提高用能节能水平。
炼化企业的节能降耗,除了依靠节能技术对设备进行改造降低能耗外,也可以基于先进的数据分析和预测优化技术,实现对企业能源的产耗预测和优化利用,在提高企业能源管理效率,保障企业能源系统安全稳定运行的基础上,改进和优化企业能源平衡,提高用能节能水平。
3.炼化企业能源中心管理系统方案架构
3.1 能源管理系统功能架构
针对炼化企业能源管理的目标,结合国际上能源管理最佳实践,进行能源管理系统的方案设计。方案充分考虑了炼化企业能源管理业务上存在的问题,能够应用信息系统解决问题,提高能源管理业务工作效率。能源管理系统功能架构图如图1所示。
图1 能源管理系统功能架构图
能源管理系统功能架构主要包括数据层、业务应用层和访问层。其中能源数据采集管理模块主要采集能源管理业务所需的能源产耗数据和能源设备运行参数,并对采集到的数据进行存储管理,是能源数据进一步利用的基础,数据来源主要有3个:直接采集、从其它系统抽取、手动录入;采集到的数据会在业务应用进行深入的加工和应用,对能源预测、能源计划、能源调度、能源实绩、用能过程监视、质量环保、公用工程优化、工艺优化以及资料管理等业务进行支持;用户可以通过访问能源统计分析模块,对各类统计数据进行查询和分析。能源管理系统各子模块功能见表1。
表1 子模块功能
3.2 能源管理系统数据流
能源管理系统数据流设计基于各子模块之间以及与其他系统问的数据传递进行设计,系统内包括源预测模块、工艺优化模块、公用工程优化模块、能源计划管理模块、能源调度管理模块、能源实绩管理模块、用能过程监视模块、能源质量管理模块、能源统计分析模块等9个模块,系统外包括与MES,ERP等系统间的数据传递。能源管理系统数据流如图2所示。
图2 能源管理系统数据流
能源实时产耗数据、装置运行参数、能源管网运行数据、能源介质采购价格、能源自产成本、能源质量数据、生产计划、检维修计划、考核指标等一些通过直接采集和从MES,ERP等系统抽取的数据,以及手工录入的其它数据,进入能源管理系统进行深入应用。各个子模块之间根据业务需求进行一些数据的交互,如能源预测模块的预测结果为能源计划的编制提供支持;能源计划管理模块生成的能源计划数据为能源调度管理提供支持,能源调度同时还需要用能过程监视模块提供的能源监测数据,质量环保管理模块提供的能源质量数据,以及公用工程优化模块提供的公用工程优化数据等。能源管理系统生成的一些数据,如能源统计数据、优化分析报告等可为MES,ERP等系统提供支持。
4.结束语
本文针对炼化企业能源管理的特点,对炼化企业能源中心管理系统方案进行研究,通过建立集成用能过程监控、能源调度指挥、能源供需计划编制、能源实绩数据管理、能源平衡决策等管控功能一体化的新型能源中心管理系统,并与企业生产营有效结合,达到节能降耗、降低成本、提高产品竞争力、保护资源和环境等目标,最终实现企业的可持续发展战略。
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本文标题:炼化企业能源中心管理系统方案研究
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