煉化企業(yè)能源管理數(shù)字化探索與實踐

張向農(nóng)

（中國石化能源管理與環(huán)境保護部，北京 100035）

關鍵字：能源管理 節(jié)能減排 煉化企業(yè) 數(shù)字化

“四個革命，一個合作”能源安全戰(zhàn)略，是能源管理工作總遵循。黨的十九大報告在構(gòu)建清潔低碳新體系方面明確提出全面建設“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源，重塑產(chǎn)業(yè)鏈、供應鏈、價值鏈，增強發(fā)展新動力。發(fā)改委等7部委印發(fā)《重點用能單位節(jié)能管理辦法》，要求建設能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)，提升能源管理信息化水平。通過能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)建設，實現(xiàn)對燃料結(jié)構(gòu)和用能過程的實時監(jiān)管，倒逼企業(yè)優(yōu)化燃料結(jié)構(gòu)，減少能源消耗。在此背景下，通過建設能源管理系統(tǒng)推進能源管理從計劃、監(jiān)控、統(tǒng)計到優(yōu)化的業(yè)務完整閉環(huán)，實現(xiàn)能流、能耗的動態(tài)監(jiān)控及能源集中統(tǒng)一管理和優(yōu)化利用，有效提升企業(yè)能源管理水平。

1 國內(nèi)外石化企業(yè)能源管理數(shù)字化現(xiàn)狀

實現(xiàn)能源管理信息化是企業(yè)適應數(shù)字化經(jīng)濟、信息化時代的必然要求，也是節(jié)能增效的主要手段之一，許多大型國際石油公司采用數(shù)字化技術(shù)對重點用能工藝、公用工程等進行建模和潛力分析，開展能效改進工作。

殼牌全球解決方案公司（SGS）推出亞太碳及能源管理方案，旨在在全球范圍內(nèi)提高能源使用效率并顯著降低CO2排放量。殼牌開發(fā)的碳及能源管理（CEM）項目以節(jié)能、控排、降成本為目標，建立能效評估模型，指導用戶優(yōu)化操作進一步降低成本，提高經(jīng)濟效益。該能源管理系統(tǒng)主要功能有：①損失估定，即科學確定平衡規(guī)則，實現(xiàn)管網(wǎng)平衡，提高能源利用率；②缺口分析，即對被偶然遺忘、故意消除和仍需發(fā)展的數(shù)據(jù)進行記錄和分析，實現(xiàn)數(shù)據(jù)連續(xù)性；③實時優(yōu)化，即對公用工程和工藝裝置進行實時優(yōu)化和優(yōu)化模型的實時修正，保證模型準確性。該能源管理系統(tǒng)在幫助企業(yè)削減能源消耗，減少排放方面發(fā)揮了積極作用，并被制造和加工行業(yè)中的眾多客戶所采納執(zhí)行。

阿克蘇諾貝爾公司（Akzo Nobel）從戰(zhàn)略層面統(tǒng)一對綠色低碳目標的認識，制定了企業(yè)能源管理信息化建設路線圖，歸納了能源管理業(yè)務模型和相關業(yè)務流程，定義了可持續(xù)發(fā)展KPI指數(shù)及衡量方法，可有效量化企業(yè)節(jié)能低碳變化。支持各級業(yè)務用戶的能源管控訴求及集團層面能效管理需求。管理方面以能源產(chǎn)生、輸配、消耗全價值鏈進行業(yè)務分析，識別實現(xiàn)能源優(yōu)化的領域并對相關業(yè)務和管理流程進行設計和優(yōu)化。該公司還設計了一套涵蓋外部、總部、板塊、工廠和過程的五級指標衡量體系，作為基準來衡量企業(yè)節(jié)能減排成效。技術(shù)層面建立能源管理平臺，一方面平臺集成了現(xiàn)有ERP、MES中的能源計量、統(tǒng)計數(shù)據(jù)；另一方面針對各層面能源管理業(yè)務設計了業(yè)務處理功能和績效綜合展示儀表盤，實時監(jiān)控和展示企業(yè)能源管理情況，并對意外情況及時提出報警。

中國石油在信息化標準規(guī)劃中，為支持企業(yè)實現(xiàn)國資委要求的階段節(jié)能節(jié)水目標、加快資源節(jié)約型企業(yè)建設，規(guī)劃了節(jié)能節(jié)水管理系統(tǒng)并于2012年啟動項目建設，滿足集團總部、專業(yè)石化和地區(qū)公司三級用戶統(tǒng)一領導、分級管理、分級負責的體系要求，以及可研單位節(jié)能節(jié)水管理業(yè)務需求，實現(xiàn)全流程管理。該管理系統(tǒng)包含的核心功能有計劃管理、統(tǒng)計管理、能源審計管理、項目管理、監(jiān)測管理、技術(shù)管理、能評管理、隊伍管理、考核管理，以集團業(yè)務管理為主，滿足全局監(jiān)管要求。

2 中國石化煉化企業(yè)能源管理數(shù)字化實踐

2014年4月中國石化啟動能源管理信息系統(tǒng)建設方案編制工作，方案從信息系統(tǒng)建設和能源業(yè)務管理兩方面入手，重點調(diào)研煉化企業(yè)業(yè)務需求及對系統(tǒng)建設期望，并堅持在信息系統(tǒng)建設“六統(tǒng)一”原則下統(tǒng)一規(guī)劃，分步實施。第一步是建設覆蓋煉化企業(yè)能源供應、生產(chǎn)、輸送、轉(zhuǎn)換、消耗全過程的完整能源管理系統(tǒng)；第二步是以降低能源消耗、提高能源使用效率為目標，全面推廣能源在線優(yōu)化，提升能源管理系統(tǒng)效能；第三步是實現(xiàn)中國石化煉化企業(yè)能源整體在線優(yōu)化，節(jié)能效益最大化，達到世界一流水平。經(jīng)過近七年的系統(tǒng)建設，目前已經(jīng)建成覆蓋下屬所有煉化企業(yè)的能源管理平臺，取得了良好的效益和效果。

煉化企業(yè)能源管理工作涉及到計劃、運行、統(tǒng)計、評價、優(yōu)化全流程，其數(shù)字化過程也是全流程的，因此系統(tǒng)建設內(nèi)容涵蓋以上五個方面，詳見圖1。

圖1 能源管理系統(tǒng)功能架構(gòu)

能源計劃主要包括優(yōu)化的能源需求生產(chǎn)計劃、節(jié)能項目計劃、產(chǎn)能預測、用能預測計劃功能以及企業(yè)制定計劃后上報以及企業(yè)自身內(nèi)部計劃下達分解，以及其中的上報、審批、下達、調(diào)整等業(yè)務功能，對計劃進行全流程管理，提高計劃的科學性、準確性。

能源運行主要是完成能源運行數(shù)據(jù)的收集和確認以及能源運行狀態(tài)的監(jiān)控和維護，最終通過能源運行報表反映全公司能源產(chǎn)耗的全貌和具體情況，為能源優(yōu)化、能源統(tǒng)計提供數(shù)據(jù)支撐并作為優(yōu)化效果評價依據(jù)。能源運行監(jiān)控主要是通過各類分布 圖展示主要介質(zhì)和能耗數(shù)據(jù)分布情況，通過設置上下限監(jiān)控裝置是否運行正常，并對異常報警進行跟蹤處理。

能源統(tǒng)計是利用能源運行收集和確認的能源產(chǎn)耗數(shù)據(jù)對全廠的能源運行數(shù)據(jù)進行歸集和統(tǒng)計，形成統(tǒng)計報表，支撐ERP、總部、地方政府能源數(shù)據(jù)應用需求。

能源評價分析是在能源統(tǒng)計數(shù)據(jù)的基礎上，利用物料、質(zhì)量、設備等相關數(shù)據(jù)對能源產(chǎn)耗狀況進行分析評價，找出能源產(chǎn)耗存在的問題和可優(yōu)化空間。能源管理系統(tǒng)對能源指標的定義及規(guī)則進行標準化并在系統(tǒng)中完成建模，實現(xiàn)指標快速計算，橫向和縱向可比較,同時為企業(yè)對能源績效評價提供依據(jù)并形成能源指標體系。

能源優(yōu)化是技術(shù)節(jié)能的重要途經(jīng)之一，包含能源生產(chǎn)、輸送、消耗優(yōu)化三個環(huán)節(jié)，主要以蒸汽動力優(yōu)化（生產(chǎn)優(yōu)化）和蒸汽管網(wǎng)優(yōu)化（輸送優(yōu)化）為工作方向。蒸汽動力實時優(yōu)化以企業(yè)熱電系統(tǒng)實際運行成本最小化作為目標，建立企業(yè)鍋爐、汽輪機、減溫減壓器等設備機理模型，構(gòu)建企業(yè)熱電系統(tǒng)綜合模型，實現(xiàn)在線優(yōu)化。一是企業(yè)通過系統(tǒng)在線形成燃料配比方案，實現(xiàn)熱電系統(tǒng)的油、氣和煤炭等燃料的配置優(yōu)化，降低外購電力成本；二是根據(jù)熱電系統(tǒng)各設備性能曲線核算鍋爐、汽輪機等主要設備能效（每噸蒸汽燃料消耗、每千瓦時電燃料消耗），尋找最優(yōu)運行方式，提出鍋爐和汽機操作優(yōu)化方案。蒸汽管網(wǎng)優(yōu)化應用一是實現(xiàn)了蒸汽管網(wǎng)在線模擬，及時、全面、準確提供運行參數(shù)，幫助企業(yè)發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)“跑、冒、滴、漏”等薄弱環(huán)節(jié)，形成管網(wǎng)輸送優(yōu)化方案；二是企業(yè)通過評估蒸汽管網(wǎng)運行提出擴能改造規(guī)劃方案。通過蒸汽動力優(yōu)化實操和管網(wǎng)優(yōu)化改造建議進行改造，連續(xù)為企業(yè)節(jié)能降耗獲得顯著經(jīng)濟效益。

2.1 細化生產(chǎn)消耗數(shù)據(jù)，讓能源管理“說得清、說得細”

系統(tǒng)將能源運行數(shù)據(jù)最小支撐粒度細化到班，數(shù)據(jù)收集邊界細化到裝置甚至主要耗能設備邊界，能源統(tǒng)計支撐“班跟蹤、日歸并、旬平衡、月結(jié)算”的管理粒度，實現(xiàn)從公司到工廠、車間、裝置的能源產(chǎn)、存、轉(zhuǎn)、輸、耗數(shù)據(jù)說得清，能源計量、指標、不平衡量說得清等，支持能源統(tǒng)計、財務結(jié)算應用，滿足能源生產(chǎn)和消耗說得清、說得細的要求，同時提高能源統(tǒng)計和計算效率。

某煉化企業(yè)通過能流管理（計劃、運行、統(tǒng)計和分析）構(gòu)建能源工廠模型，對企業(yè)各類能源介質(zhì)的生產(chǎn)、存儲、轉(zhuǎn)換、輸送、消耗全過程數(shù)據(jù)量值進行采集、歸并和統(tǒng)計，利用能源管理系統(tǒng)將能源管理的觸角延伸到熱電廠和水廠裝置、班組，實現(xiàn)對能源全過程量值精確掌控，同時月度結(jié)算時間由原來的2天縮短到4—8小時。

2.2 提高能源監(jiān)管能力，讓能源管理“管得住、管得好”

以企業(yè)實際能源運行流程圖為基礎，結(jié)合實時數(shù)據(jù)和優(yōu)化數(shù)據(jù)，構(gòu)造能源運行的企業(yè)級全局監(jiān)控和預警流程圖，實現(xiàn)能源運行一個環(huán)節(jié)有異常、相關環(huán)節(jié)有響應的聯(lián)動機制，提高企業(yè)能源運行監(jiān)管能力，滿足政府重點耗能企業(yè)能耗在線監(jiān)測的要求。同時系統(tǒng)實現(xiàn)煉化生產(chǎn)、熱電生產(chǎn)和水務運行相關指標的核算，將考核指標監(jiān)控粒度細化到日，使企業(yè)能夠及時根據(jù)指標趨勢進行能源產(chǎn)耗評價和分析，為企業(yè)能源監(jiān)管和考核提供依據(jù)。

某煉化企業(yè)通過在能源管理系統(tǒng)能源運行監(jiān)控圖上設置各關鍵監(jiān)控位置的閾值，對全公司蒸汽運行異常預警，防患于未然；將能源管理系統(tǒng)蒸汽系統(tǒng)圖作為調(diào)度室的監(jiān)控屏，根據(jù)實際運行和優(yōu)化建議情況及時進行裝置運行方案的調(diào)整。某企業(yè)通過氫氣和瓦斯系統(tǒng)監(jiān)測與優(yōu)化調(diào)度管理平臺，實現(xiàn)企業(yè)對氫氣瓦斯系統(tǒng)的實時監(jiān)測和科學調(diào)度，提升氫氣和瓦斯監(jiān)管能力。

2.3 提升優(yōu)化增效空間，讓能源成本“省得下、省得多”

一是系統(tǒng)提供在線優(yōu)化功能。在線優(yōu)化是以企業(yè)實際熱電生產(chǎn)流程為依據(jù)，構(gòu)建熱電生產(chǎn)在線優(yōu)化模型，以熱電生產(chǎn)的運行參數(shù)、工藝參數(shù)等實時數(shù)據(jù)為基礎，在保證安全生產(chǎn)的基礎上，以熱電生產(chǎn)效益最大化為目標，及時提供熱電運行的最佳方案。

某煉化企業(yè)優(yōu)化煉油區(qū)域CFB鍋爐燃料結(jié)構(gòu)，依據(jù)燃料價格、鍋爐效率優(yōu)化燃料的煤焦比，降低燃料運行費用，根據(jù)冬季低壓汽用量多的特點優(yōu)化汽輪機組各級抽汽，提高機組效率及發(fā)電量。

某煉化企業(yè)優(yōu)化主廠區(qū)、乙烯站、煉油站供汽負荷，降低蒸汽損失率，提高蒸汽利用率，同時開展鍋爐運行參數(shù)優(yōu)化，優(yōu)化鍋爐給水溫度、煤風比、氧含量等運行參數(shù)，提高鍋爐運行效率。

二是系統(tǒng)提供管網(wǎng)優(yōu)化功能。管網(wǎng)優(yōu)化是通過評估優(yōu)化企業(yè)蒸汽管網(wǎng)運行，提高輸送效率減少蒸汽用量，逐步改善保溫減少損耗，并對蒸汽管網(wǎng)的擴能改造進行合理規(guī)劃，從而實現(xiàn)蒸汽運行節(jié)能 降耗。

某煉化企業(yè)通過搭建中低壓蒸汽管網(wǎng)數(shù)學模型，利用管網(wǎng)優(yōu)化平臺進行熱損評估，發(fā)現(xiàn)動力站至一催化、動力站至聚丙烯等管線保溫效率差，企業(yè)及時更換保溫材料，獲得了可觀經(jīng)濟效益；通過多組工況模擬計算，分析三加氫汽機用汽溫度低原因，切換供汽方案以提高三加氫做功能力。

2.4 梳理固化業(yè)務流程，讓能源管理“靠得上、靠得住”

結(jié)合企業(yè)能源管理實際對業(yè)務流程進行梳理和優(yōu)化，固化相關流程，涉及裝置、車間、工廠和公司等多個層面，涵蓋裝置操作、能源計量、能源統(tǒng)計、能源優(yōu)化等二十幾個崗位。企業(yè)通過系統(tǒng)將能源管理深入到車間班組，并制定能源管理系統(tǒng)運 行管理制度，按照業(yè)務流程明確各崗位職責，使能源管理更加規(guī)范、順暢、快捷。通過動態(tài)在線優(yōu)化，熱電生產(chǎn)過程從“憑經(jīng)驗、憑直覺”提升到“靠系統(tǒng)、靠數(shù)據(jù)”，全局優(yōu)化效益可觀。建議企業(yè)成立能源優(yōu)化小組，以動力優(yōu)化數(shù)據(jù)為指導，對全廠調(diào)度運行進行全局把控，實現(xiàn)了“真用、真優(yōu)化”，同時通過系統(tǒng)提供的優(yōu)化效益展示，提高熱電生產(chǎn)調(diào)度人員和裝置運行人員節(jié)能降耗意識，加快了企業(yè)能源管理中心建設，助推企業(yè)能源管理體系變革。

3 結(jié)論

通過能源管理系統(tǒng)建設實施，推進企業(yè)固化了國家標準GB/T 23331《能源管理體系要求》和能源統(tǒng)計監(jiān)測業(yè)務流程，實現(xiàn)能源產(chǎn)、存、轉(zhuǎn)、輸、耗全流程系統(tǒng)監(jiān)管,滿足國家和地方對重點用能單位能耗在線監(jiān)測管理的要求。能源產(chǎn)用平衡由“旬平衡”或者“月平衡”提升到“日平衡、班跟蹤”，滿足廠際結(jié)算到班組評比考核的管理要求，提升月結(jié)效率。能流管理在業(yè)務粒度、裝置邊界、管網(wǎng)平衡、裝置消耗等方面提高了企業(yè)精細化管理水平。