摘要: 從能源計量和管理的角度，論述了煉鋼廠(chǎng)的能源計量管理系統的基本組成及功能。該系統的建立，將使煉鋼廠(chǎng)能源介質(zhì)的計量管理工作實(shí)現自動(dòng)采集、瞬時(shí)監測、故障報警、能流監視；完成報表統計、離線(xiàn)輸入、成本分析、預測參考等功能。提高了計量管理工作的層次和力度，對煉鋼廠(chǎng)均衡、穩定生產(chǎn)，盡量平衡公司管網(wǎng)的壓力和負荷，廠(chǎng)內生產(chǎn)決策和安排、調度和調整，節約優(yōu)化用能，保證全廠(chǎng)整體利益都有重要的指導意義。

關(guān)鍵詞:能源，計量，管理，煉鋼廠(chǎng)，能源管理

鋼鐵企業(yè)是耗能大戶(hù)，不斷提高鋼鐵企業(yè)自身節能降耗水平是鋼鐵企業(yè)始終追求的目標。煉鋼廠(chǎng)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(diǎn)，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(chǎng)基本沒(méi)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(chǎng)自身較為完整和準確的能源計量管理系統，可以有效地彌補生產(chǎn)廠(chǎng)本身在能源介質(zhì)使用及管理上的欠缺，滿(mǎn)足煉鋼廠(chǎng)內部能源介質(zhì)的計量、檢測及管理需要，使其能在未來(lái)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(jìn)行數據整理、能耗分析及生產(chǎn)調度和調整，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(chǎng)為例，介紹了能源計量管理系統的設計、組成及其功能，對其它煉鋼廠(chǎng)具有一定參考價(jià)值。

1 煉鋼廠(chǎng)工藝流程簡(jiǎn)介

該鋼鐵集團公司下屬煉鋼廠(chǎng)的工藝流程情況基本如下：由煉鐵廠(chǎng)高爐生產(chǎn)出的大量高溫鐵水，通過(guò)保溫良好形混鐵車(chē)送至煉鋼廠(chǎng)，首先進(jìn)入煉鋼廠(chǎng)的脫硫間進(jìn)行預處理，再由車(chē)運至倒罐站，鐵水扒渣后兌入轉爐，與經(jīng)調度計劃稱(chēng)量后先裝入轉爐的廢鋼等一起進(jìn)行冶煉。轉爐冶煉作業(yè)由過(guò)程計算機進(jìn)行靜態(tài)控制和計算，自動(dòng)完成全部煉鋼過(guò)程。熔煉出爐的鋼水根據不同鋼種的具體技術(shù)要求，進(jìn)行爐外二次精煉，然后分別經(jīng)連鑄或模鑄生產(chǎn)線(xiàn)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(chǎng)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：轉爐煤氣和蒸汽。

2 能源計量管理系統基本內容

2.1 能源介質(zhì)的計量、檢測

該煉鋼廠(chǎng)現有的能源計量、檢測系統主要由三部分組成：

（1）各種進(jìn)廠(chǎng)能源介質(zhì)數據由能源中心統一采集；

（2）部分工序、設備消耗能源介質(zhì)數據由計算機采集或計算（如連鑄等）；

（3）部分工序、設備消耗能源介質(zhì)數據由人工抄表（如RH等）。

數據來(lái)源較多，有些數據因管網(wǎng)交叉尚需人工進(jìn)行二次計算處理，使得月末數據統計工作復雜，容易發(fā)生錯誤，即使數據出現問(wèn)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(jué)，無(wú)法及時(shí)消除隱患。

因此，從根本上解決問(wèn)題。在煉鋼廠(chǎng)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(lèi)計量?jì)x表和動(dòng)力控制閥門(mén)，對各種能源介質(zhì)的流量、壓力、溫度等量進(jìn)行檢測和計量。這些儀表大多是模擬儀表盤(pán)，其中有少部分控制工藝的量在過(guò)程機中有顯示。本系統在管網(wǎng)現有計量?jì)x表的基礎上，從使用、安全及管理的角度進(jìn)一步完善系統配置，補充計量、管理需要而原系統沒(méi)有的計量點(diǎn)，替換原系統已有但滿(mǎn)足不了未來(lái)使用要求的儀表，使系統管網(wǎng)在硬件上首先滿(mǎn)足計算機計量、檢測及管理的要求。系統功能結構如圖2所示。

2.1.1 數據的采集及處理

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

（2）通過(guò)長(cháng)距離的連網(wǎng)系統及通信管理系統的軟、硬件，將各數據送至網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器，從而實(shí)現數據共享。

2.1.2 故障報警及監視

計算機對采集到的各數據進(jìn)行報警上、下限判斷，對有報警的信號保存前后1-5min數據，并按網(wǎng)絡(luò )規約送到報警監視器進(jìn)行顯示和自動(dòng)打印。進(jìn)行主要報警參數的跟蹤，根據報警記錄內容和趨勢曲線(xiàn)，正確判斷故障發(fā)生原因。

2.1.3 能流圖顯示

設計一套工藝流程動(dòng)態(tài)畫(huà)面，進(jìn)行各種能源介質(zhì)的工藝流程圖顯示，包括各采樣點(diǎn)的瞬時(shí)值顯示，計量點(diǎn)采集數據的累積值顯示等。

實(shí)現以上功能后，可方便地在線(xiàn)獲得能源介質(zhì)消耗、回收的各種數據，隨時(shí)掌握各工序及主要設備的運行狀況和能耗數據，自動(dòng)監測管網(wǎng)運行時(shí)態(tài)，提前預知故障，防患于未然。

2.2  能源管理

煉鋼廠(chǎng)原來(lái)的能源介質(zhì)消耗和回收情況均靠人工統計、計算，工作重復，數據繁雜，效率不高，容易出錯，與現代化管理和生產(chǎn)節奏不相適應。報表統計、成本核算及預測分析等也由人工進(jìn)行，系統性、規范性較差。能源計量管理系統可以方便地實(shí)現快速統計、自動(dòng)報表、專(zhuān)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 報表統計

通過(guò)數據庫管理軟件，自動(dòng)生成各種能耗的日報、月報、年報及各種能耗曲線(xiàn)，使數據統計、整理由原來(lái)的人工化過(guò)渡到計算機化，提高工作效率和準確性。 

2.2.2 離線(xiàn)數據輸入

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

2.2.3 成本統計分析

實(shí)時(shí)掌握各工序及主要設備的能耗狀況，對不同品種、規格的能耗進(jìn)行綜合評估，按班進(jìn)行能源成本統計分析，并對能源成本進(jìn)行管理。進(jìn)行工序能耗和成本的分析與評價(jià)，完成煉鋼廠(chǎng)與能源中心之間的信息傳遞與交流等。

2.2.4 潮流監視

通過(guò)CRT畫(huà)面，可以方便地實(shí)現各種能源介質(zhì)的工藝流程圖顯示，自動(dòng)生成趨勢曲線(xiàn)或直方圖，隨時(shí)掌握各主要設備的運行狀態(tài)及能源介質(zhì)的消耗和發(fā)生、回收情況，便于進(jìn)行生產(chǎn)調度和調整。 

2.2.5 預測參考

利用統計數據及專(zhuān)家知識庫，預測下一年度能源介質(zhì)需求及供應規劃和措施。

以上功能的實(shí)現，使能源介質(zhì)的消耗、回收等數據和狀況的管理功能大大增強，為生產(chǎn)決策、調度和調整提供在線(xiàn)參考。

3 安科瑞工業(yè)能源計量管理系統介紹

安科瑞工業(yè)能源計量管理系統采用自動(dòng)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)節實(shí)行集中扁平化的動(dòng)態(tài)監控和數據化管理，監測企業(yè)電、水、燃氣、蒸汽及壓縮空氣等各類(lèi)能源的消耗情況，通過(guò)數據分析、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、重大能耗設備的能源利用情況等進(jìn)行能耗統計、同環(huán)比分析、能源成本分析、用能預測、碳排分析，為企業(yè)加強能源管理，提高能源利用效率、挖掘節能潛力、節能評估提供基礎數據和支持。

3.1 系統結構

3.2 應用場(chǎng)所

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

3.3 系統功能

3.3.1 可視化展示

展示企業(yè)各類(lèi)能耗總量、折標值、能源成本、能源消耗趨勢、分項能耗占比、區域能源消耗對比,以及當前天氣情況、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(dòng)態(tài)。

3.3.2 用能統計

從能源使用種類(lèi)、監測區域、生產(chǎn)工藝/工段時(shí)間、分項等維度，采用曲線(xiàn)、餅圖、直方圖、累積圖、數字表等方式對企業(yè)用能統計、同比、環(huán)比分析、實(shí)績(jì)分析，折標對比、單位產(chǎn)品能耗、單位產(chǎn)值能耗統計，找出能源使用過(guò)程中的漏洞和不合理地方，從而調整能源分配策略，減少能源使用過(guò)程中的浪費。

3.3.3 產(chǎn)品/產(chǎn)值單耗

與企業(yè)MES系統對接，通過(guò)產(chǎn)品產(chǎn)量以及系統采集的能耗數據，在產(chǎn)品單耗中生成產(chǎn)品單耗趨勢圖，并進(jìn)行同比和環(huán)比分析。以便企業(yè)能夠根據產(chǎn)品單耗情況來(lái)調整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。

3.3.4 績(jì)效分析

對各類(lèi)能源使用、消耗、轉換，按班組、區域、產(chǎn)線(xiàn)、工段等進(jìn)行日、周、月、年、時(shí)段績(jì)效統計按照能源計劃或定額制定的績(jì)效指標進(jìn)行KPI比較考核，幫助企業(yè)了解內部能效水平和節能潛力。

3.3.5 能耗預測

通過(guò)對企業(yè)生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設備等的能耗使用情況進(jìn)行分析，建立能耗計算模型，根據人工智能算法對數據和模型進(jìn)行修正，對未來(lái)企業(yè)能耗趨勢進(jìn)行預測分析，為節能提供有效的決策依據。

3.3.6 運行監測

系統對區域、工段、設備能源消耗進(jìn)行數據采集，監測設備及工藝運行狀態(tài)，如溫度、濕度、流量、壓力、速度等，并支持變配電系統一次運行監視?？芍苯訌膭?dòng)態(tài)監測平面圖快速瀏覽到所管理的能耗數據，支持按能源種類(lèi)、車(chē)間、工段、時(shí)間等維度查詢(xún)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(xiàn)路損耗情況、設備運行情況、運維情況等進(jìn)行多方面的統計分析，讓用戶(hù)多方面了解系統的運行情況，并為用戶(hù)提供數據基礎，方便用戶(hù)發(fā)現設備異常，從而找出改善點(diǎn)，以及針對用能情況挖掘節能潛力。

3.3.8 事件報警

持續監測設備和系統運行，對通訊失敗、數據異常、定額超限、工藝參數異常越限、設備異?；蚬收线M(jìn)行報警，提醒企業(yè)注意和查找問(wèn)題，并形成報警日志。

3.3.9 移動(dòng)端支持

APP支持Android、iOS操作系統，方便用戶(hù)按能源分類(lèi)、區域、車(chē)間、工序、班組、設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、用能預測、運行監視、異常報警等。

3.4 現場(chǎng)設備選型

4 結語(yǔ)

煉鋼廠(chǎng)能源計量管理系統的建立，使煉鋼廠(chǎng)能源介質(zhì)的計量、檢測自動(dòng)化，實(shí)現了自動(dòng)采集、瞬時(shí)監測、故障報警、能流監視；提高了管理工作的層次和力度，完成了報表統計、離線(xiàn)輸入、成本分析、預測參考等功能。為煉鋼廠(chǎng)均衡、穩定生產(chǎn)，盡量平衡公司管網(wǎng)的壓力和負荷，廠(chǎng)內生產(chǎn)決策和安排、調度和調整，節約優(yōu)化用能，保證全廠(chǎng)整體利益都有重要的指導意義。

本系統對同類(lèi)型煉鋼廠(chǎng)具有廣泛參考價(jià)值和借鑒作用。

參考文獻

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