摘要: 從能源計量和管理的角度，論述了煉鋼廠的能源計量管理系統(tǒng)的基本組成及功能。該系統(tǒng)的建立，將使煉鋼廠能源介質(zhì)的計量管理工作實現(xiàn)自動采集、瞬時監(jiān)測、故障報警、能流監(jiān)視；完成報表統(tǒng)計、離線輸入、成本分析、預(yù)測參考等功能。提高了計量管理工作的層次和力度，對煉鋼廠均衡、穩(wěn)定生產(chǎn)，盡量平衡公司管網(wǎng)的壓力和負荷，廠內(nèi)生產(chǎn)決策和安排、調(diào)度和調(diào)整，節(jié)約優(yōu)化用能，保證全廠整體利益都有重要的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞:能源，計量，管理，煉鋼廠，能源管理

鋼鐵企業(yè)是耗能大戶，不斷提高鋼鐵企業(yè)自身節(jié)能降耗水平是鋼鐵企業(yè)始終追求的目標。煉鋼廠是鋼鐵公司的重要組成部分，其能源的使用和發(fā)生狀況具有自身特點，對能源的計量、檢測及管理有較高的要求，其能源使用、回收的計量和管理水平又直接關(guān)系到公司整體能源網(wǎng)絡(luò)的合理平衡和有效運行，但目前我國各鋼鐵公司的煉鋼廠基本沒有自己的能源計量管理體系，使得生產(chǎn)中能源的使用和回收存在不同程度的不合理性。因此，盡快建立煉鋼廠自身較為完整和準確的能源計量管理系統(tǒng)，可以有效地彌補生產(chǎn)廠本身在能源介質(zhì)使用及管理上的欠缺，滿足煉鋼廠內(nèi)部能源介質(zhì)的計量、檢測及管理需要，使其能在未來的工作和生產(chǎn)中明確能源介質(zhì)的使用和消耗狀況，便于其進行數(shù)據(jù)整理、能耗分析及生產(chǎn)調(diào)度和調(diào)整，提高能源介質(zhì)的利用率及用能經(jīng)濟性和合理性。本文以某鋼鐵集團公司煉鋼廠為例，介紹了能源計量管理系統(tǒng)的設(shè)計、組成及其功能，對其它煉鋼廠具有一定參考價值。

1 煉鋼廠工藝流程簡介

該鋼鐵集團公司下屬煉鋼廠的工藝流程情況基本如下：由煉鐵廠高爐生產(chǎn)出的大量高溫鐵水，通過保溫良好形混鐵車送至煉鋼廠，首先進入煉鋼廠的脫硫間進行預(yù)處理，再由車運至倒罐站，鐵水扒渣后兌入轉(zhuǎn)爐，與經(jīng)調(diào)度計劃稱量后先裝入轉(zhuǎn)爐的廢鋼等一起進行冶煉。轉(zhuǎn)爐冶煉作業(yè)由過程計算機進行靜態(tài)控制和計算，自動完成全部煉鋼過程。熔煉出爐的鋼水根據(jù)不同鋼種的具體技術(shù)要求，進行爐外二次精煉，然后分別經(jīng)連鑄或模鑄生產(chǎn)線產(chǎn)出煉鋼工序終產(chǎn)品———連鑄坯或鑄鋼坯。其主要生產(chǎn)流程如圖1所示。

煉鋼廠消耗的主要能源介質(zhì)有：氧氣、氮氣、氬氣、焦爐煤氣、蒸汽、電力、水等，回收的能源介質(zhì)有：轉(zhuǎn)爐煤氣和蒸汽。

2 能源計量管理系統(tǒng)基本內(nèi)容

2.1 能源介質(zhì)的計量、檢測

該煉鋼廠現(xiàn)有的能源計量、檢測系統(tǒng)主要由三部分組成：

（1）各種進廠能源介質(zhì)數(shù)據(jù)由能源中心統(tǒng)一采集；

（2）部分工序、設(shè)備消耗能源介質(zhì)數(shù)據(jù)由計算機采集或計算（如連鑄等）；

（3）部分工序、設(shè)備消耗能源介質(zhì)數(shù)據(jù)由人工抄表（如RH等）。

數(shù)據(jù)來源較多，有些數(shù)據(jù)因管網(wǎng)交叉尚需人工進行二次計算處理，使得月末數(shù)據(jù)統(tǒng)計工作復(fù)雜，容易發(fā)生錯誤，即使數(shù)據(jù)出現(xiàn)問題，也不易查找原因。而且生產(chǎn)中管網(wǎng)故障及異常很難察覺，無法及時消除隱患。

因此，從根本上解決問題。在煉鋼廠原有的能源介質(zhì)管網(wǎng)上，為控制生產(chǎn)和計量需要，安裝有大量的各類計量儀表和動力控制閥門，對各種能源介質(zhì)的流量、壓力、溫度等量進行檢測和計量。這些儀表大多是模擬儀表盤，其中有少部分控制工藝的量在過程機中有顯示。本系統(tǒng)在管網(wǎng)現(xiàn)有計量儀表的基礎(chǔ)上，從使用、安全及管理的角度進一步完善系統(tǒng)配置，補充計量、管理需要而原系統(tǒng)沒有的計量點，替換原系統(tǒng)已有但滿足不了未來使用要求的儀表，使系統(tǒng)管網(wǎng)在硬件上首先滿足計算機計量、檢測及管理的要求。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.1.1 數(shù)據(jù)的采集及處理

（1）將分散的各測量點一次儀表上的模擬量集中到計算機上，經(jīng)過抗干擾、隔離放大、濾波、電流電壓轉(zhuǎn)換器及A/D后轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并按一定要求形成1s平均量，1min平均量，1h平均量。

（2）通過長距離的連網(wǎng)系統(tǒng)及通信管理系統(tǒng)的軟、硬件，將各數(shù)據(jù)送至網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

2.1.2 故障報警及監(jiān)視

計算機對采集到的各數(shù)據(jù)進行報警上、下限判斷，對有報警的信號保存前后1-5min數(shù)據(jù)，并按網(wǎng)絡(luò)規(guī)約送到報警監(jiān)視器進行顯示和自動打印。進行主要報警參數(shù)的跟蹤，根據(jù)報警記錄內(nèi)容和趨勢曲線，正確判斷故障發(fā)生原因。

2.1.3 能流圖顯示

設(shè)計一套工藝流程動態(tài)畫面，進行各種能源介質(zhì)的工藝流程圖顯示，包括各采樣點的瞬時值顯示，計量點采集數(shù)據(jù)的累積值顯示等。

實現(xiàn)以上功能后，可方便地在線獲得能源介質(zhì)消耗、回收的各種數(shù)據(jù)，隨時掌握各工序及主要設(shè)備的運行狀況和能耗數(shù)據(jù)，自動監(jiān)測管網(wǎng)運行時態(tài)，提前預(yù)知故障，防患于未然。

2.2  能源管理

煉鋼廠原來的能源介質(zhì)消耗和回收情況均靠人工統(tǒng)計、計算，工作重復(fù)，數(shù)據(jù)繁雜，效率不高，容易出錯，與現(xiàn)代化管理和生產(chǎn)節(jié)奏不相適應(yīng)。報表統(tǒng)計、成本核算及預(yù)測分析等也由人工進行，系統(tǒng)性、規(guī)范性較差。能源計量管理系統(tǒng)可以方便地實現(xiàn)快速統(tǒng)計、自動報表、專家分析等功能，由計算機代替人工，達到理想的準確度和效率。

2.2.1 報表統(tǒng)計

通過數(shù)據(jù)庫管理軟件，自動生成各種能耗的日報、月報、年報及各種能耗曲線，使數(shù)據(jù)統(tǒng)計、整理由原來的人工化過渡到計算機化，提高工作效率和準確性。 

2.2.2 離線數(shù)據(jù)輸入

通過一套可輸入不可測量參數(shù)和可變參數(shù)（如報警上、下限等）的系統(tǒng)支持軟件，提高系統(tǒng)的適應(yīng)性和可擴展性。 

2.2.3 成本統(tǒng)計分析

實時掌握各工序及主要設(shè)備的能耗狀況，對不同品種、規(guī)格的能耗進行綜合評估，按班進行能源成本統(tǒng)計分析，并對能源成本進行管理。進行工序能耗和成本的分析與評價，完成煉鋼廠與能源中心之間的信息傳遞與交流等。

2.2.4 潮流監(jiān)視

通過CRT畫面，可以方便地實現(xiàn)各種能源介質(zhì)的工藝流程圖顯示，自動生成趨勢曲線或直方圖，隨時掌握各主要設(shè)備的運行狀態(tài)及能源介質(zhì)的消耗和發(fā)生、回收情況，便于進行生產(chǎn)調(diào)度和調(diào)整。 

2.2.5 預(yù)測參考

利用統(tǒng)計數(shù)據(jù)及專家知識庫，預(yù)測下一年度能源介質(zhì)需求及供應(yīng)規(guī)劃和措施。

以上功能的實現(xiàn)，使能源介質(zhì)的消耗、回收等數(shù)據(jù)和狀況的管理功能大大增強，為生產(chǎn)決策、調(diào)度和調(diào)整提供在線參考。

3 安科瑞工業(yè)能源計量管理系統(tǒng)介紹

安科瑞工業(yè)能源計量管理系統(tǒng)采用自動化、信息化技術(shù)和集中管理模式，對企業(yè)的生產(chǎn)、輸配和消耗環(huán)節(jié)實行集中扁平化的動態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)化管理，監(jiān)測企業(yè)電、水、燃氣、蒸汽及壓縮空氣等各類能源的消耗情況，通過數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業(yè)針對各種能源需求及用能情況、能源質(zhì)量、產(chǎn)品能源單耗、各工序能耗、重大能耗設(shè)備的能源利用情況等進行能耗統(tǒng)計、同環(huán)比分析、能源成本分析、用能預(yù)測、碳排分析，為企業(yè)加強能源管理，提高能源利用效率、挖掘節(jié)能潛力、節(jié)能評估提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和支持。

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.2 應(yīng)用場所

鋼鐵、石化、冶金、有色金屬、采礦、醫(yī)藥、水泥、煤炭、物流、鐵路、航空工業(yè)、木材、化學(xué)原料以及機電設(shè)備、電器產(chǎn)品、工器具制造等。

3.3 系統(tǒng)功能

3.3.1 可視化展示

展示企業(yè)各類能耗總量、折標值、能源成本、能源消耗趨勢、分項能耗占比、區(qū)域能源消耗對比,以及當(dāng)前天氣情況、污染情況，并三維展示企業(yè)重要工藝或工段的能源消耗動態(tài)。

3.3.2 用能統(tǒng)計

從能源使用種類、監(jiān)測區(qū)域、生產(chǎn)工藝/工段時間、分項等維度，采用曲線、餅圖、直方圖、累積圖、數(shù)字表等方式對企業(yè)用能統(tǒng)計、同比、環(huán)比分析、實績分析，折標對比、單位產(chǎn)品能耗、單位產(chǎn)值能耗統(tǒng)計，找出能源使用過程中的漏洞和不合理地方，從而調(diào)整能源分配策略，減少能源使用過程中的浪費。

3.3.3 產(chǎn)品/產(chǎn)值單耗

與企業(yè)MES系統(tǒng)對接，通過產(chǎn)品產(chǎn)量以及系統(tǒng)采集的能耗數(shù)據(jù)，在產(chǎn)品單耗中生成產(chǎn)品單耗趨勢圖，并進行同比和環(huán)比分析。以便企業(yè)能夠根據(jù)產(chǎn)品單耗情況來調(diào)整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。

3.3.4 績效分析

對各類能源使用、消耗、轉(zhuǎn)換，按班組、區(qū)域、產(chǎn)線、工段等進行日、周、月、年、時段績效統(tǒng)計按照能源計劃或定額制定的績效指標進行KPI比較考核，幫助企業(yè)了解內(nèi)部能效水平和節(jié)能潛力。

3.3.5 能耗預(yù)測

通過對企業(yè)生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備等的能耗使用情況進行分析，建立能耗計算模型，根據(jù)人工智能算法對數(shù)據(jù)和模型進行修正，對未來企業(yè)能耗趨勢進行預(yù)測分析，為節(jié)能提供有效的決策依據(jù)。

3.3.6 運行監(jiān)測

系統(tǒng)對區(qū)域、工段、設(shè)備能源消耗進行數(shù)據(jù)采集，監(jiān)測設(shè)備及工藝運行狀態(tài)，如溫度、濕度、流量、壓力、速度等，并支持變配電系統(tǒng)一次運行監(jiān)視。可直接從動態(tài)監(jiān)測平面圖快速瀏覽到所管理的能耗數(shù)據(jù)，支持按能源種類、車間、工段、時間等維度查詢相關(guān)能源用量。

3.3.7 分析報告

以年、月、日對企業(yè)的能源利用情況、線路損耗情況、設(shè)備運行情況、運維情況等進行多方面的統(tǒng)計分析，讓用戶多方面了解系統(tǒng)的運行情況，并為用戶提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，方便用戶發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，從而找出改善點，以及針對用能情況挖掘節(jié)能潛力。

3.3.8 事件報警

持續(xù)監(jiān)測設(shè)備和系統(tǒng)運行，對通訊失敗、數(shù)據(jù)異常、定額超限、工藝參數(shù)異常越限、設(shè)備異常或故障進行報警，提醒企業(yè)注意和查找問題，并形成報警日志。

3.3.9 移動端支持

APP支持Android、iOS操作系統(tǒng)，方便用戶按能源分類、區(qū)域、車間、工序、班組、設(shè)備等不同維度掌握企業(yè)能源消耗、效率分析、同環(huán)比分析、能耗折標、用能預(yù)測、運行監(jiān)視、異常報警等。

3.4 現(xiàn)場設(shè)備選型

4 結(jié)語

煉鋼廠能源計量管理系統(tǒng)的建立，使煉鋼廠能源介質(zhì)的計量、檢測自動化，實現(xiàn)了自動采集、瞬時監(jiān)測、故障報警、能流監(jiān)視；提高了管理工作的層次和力度，完成了報表統(tǒng)計、離線輸入、成本分析、預(yù)測參考等功能。為煉鋼廠均衡、穩(wěn)定生產(chǎn)，盡量平衡公司管網(wǎng)的壓力和負荷，廠內(nèi)生產(chǎn)決策和安排、調(diào)度和調(diào)整，節(jié)約優(yōu)化用能，保證全廠整體利益都有重要的指導(dǎo)意義。

本系統(tǒng)對同類型煉鋼廠具有廣泛參考價值和借鑒作用。

參考文獻

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