天然氣凈化廠能耗計算管理系統設計

葉世貴

(中石化廣元天然氣凈化有限公司，四川 廣元 628400)

某天然氣凈化廠使用一次能源和二次能源，一次能源有燃料氣，二次能源有電力與蒸汽，其中蒸汽為廠內自產。耗能工質包括各類水、壓縮空氣、氮氣等，其中新鮮水由外部供給，其他耗能工質由廠內自產。能耗管理工作中能耗參數多、數據來源廣、計算復雜，目前該廠能耗計算工作存在如下問題：

1)能耗計算效率低。生產車間能耗基礎數據的收集均采用人工從系統儀表及電力調度部門獲取，而后再手動導入Excel表格計算出裝置能耗。人員勞動強度大，出錯概率高，操作步驟復雜易出錯。

2)能耗數據調取困難。出于管理需求，生產車間需要經常對歷年同期數據、不同裝置同期數據、同裝置不同期數據進行比較，但是現有數據主要依賴于Excel表格形式存儲，不利于數據的調取。

3)能耗分析智能化程度低。由于能耗介質多，每種介質波動對總能耗帶來的影響不同，傳統方式主要依靠工程師對能耗數據進行整體分析得出高能耗介質。該方式受限于每個工程師的分析水平，分析結果不具有典型代表性。

4)報表管理復雜。基于同樣的數據，生產車間需要依照不同部門的需求給出不同的報表，每批次數據對應圖表更新繁雜。當部門數據需求發生調整時，報表數據及圖表需要重新手動更新。

1 能耗計算

1.1 能耗計算系數

該廠能耗計算采用GB/T 50441—2016《石油化工設計能耗計算標準》[1]中能耗工質統一折算值作為系數計算，其中燃料氣由氣體組成均值按低發熱值計算，見表1所列。

表1 裝置能耗折算值

1.2 能耗計算公式

通常用綜合能耗表示某一區間段所有工質消耗而產生的能耗總和，如式(1)所示：

E=∑(qmiCi)+∑Ej

(1)

式中：E——綜合能耗，正值時表示消耗能源，負值時表示輸出能源；qmi——循環水、除鹽水、電等能耗工質消耗量，消耗時為正值，輸出時為負值；Ci——循環水、除鹽水、電等能耗折算值；Ej——能耗體系與外界交換熱量所折算成的標準能耗量。

通常用單位能耗表示單位處理量情況下某一區間段所有工質消耗而產生的能耗，如式(2)所示：

E1=E/qm

(2)

式中：E1——單位能耗，kg·t-1；qm——原料氣量,t·h-1。

2 能耗計算系統設計

2.1 系統需求分析

從生產數據系統獲取的歷史數據上傳至服務器數據庫，通過對數據庫的檢索，達到獲取相關數據資源的目的。以Web形式向所有權限用戶開放，并提供一般查詢功能；以客戶端形式向高級權限用戶開放，提供查詢、上傳、輸出等高級功能，側重數據對比、數據分析、圖表定制及輸出，為高級權限用戶利用歷史趨勢數據分析能耗提供了更快捷的方式。

2.2 系統環境設計

為區分不同級別用戶對數據庫的訪問，同時兼顧訪問的便捷及管理的差異。該系統采用瀏覽器與服務器架構(B/S)模式實現隨時隨地對歷史數據的檢索、顯示等簡單功能，采用客戶端與服務器架構(C/S)模式實現歷史數據查詢、報表定制及分析、歷史數據打印及輸出、歷史數據同步及更新等高級功能。其中B/S模式以開源工具PHP為開發語言，以開源關系型數據庫管理系統(MYSQL)為后臺開發工具；C/S模式以Visual Studio軟件中的VB.NET為開發語言，以輕型關系型數據庫(SQLite)作為本地數據庫，以MYSQL遠程數據庫為后臺開發工具。

2.3 功能模塊設計

能耗計算系統功能模塊結構如圖1所示。

圖1 能耗計算系統模塊結構示意

2.4 數據庫設計

從該廠生產歷史數據表上可以發現每張表共有358個參數需要記錄，而Access數據庫一個表最多可以定義255個字段，不滿足數據存儲需求。結合系統功能設計，采用MYSQL數據庫遠程存儲生產歷史數據，同時使用客戶端軟件上傳新的生產歷史數據表，實現服務器數據庫的更新。瀏覽器端可以直接訪問服務器數據庫，查詢相關參數的數據。而為了降低網絡延遲，提高客戶端數據查詢的速度，客戶端數據庫采用SQLite緩存本地數據，客戶端登錄后使用后臺進程自動聯網與服務器端數據庫同步。

由于該廠具有4套相同的裝置同時進行生產，生產系統每小時記錄一次生產數據，每套裝置每天都會自動生成一張歷史趨勢數據表，因此需要4張表存儲不同裝置的生產歷史數據。而對數據庫的操作，主要分為操作員、工程師、管理員三種權限。不同權限實現的數據庫操作層次不同，其中管理員擁有最高權限。根據以上分析，建立5張表： 第1裝置至第4裝置各一張數據表，加操作員信息表。前4張表主要為生產歷史數據中的流量、溫度、電量等共358個工藝參數。本文只列舉其中一個單元表的結構，因此服務器數據庫及客戶端數據庫中數據表結構分別見表2,表3所列。

表2 第1裝置數據表

表3 操作員信息表

2.5 軟件功能實現

基于中小化工企業網絡帶寬不足的實際問題，在B/S模式下僅考慮做簡單的查詢及顯示功能。采用PHP為網頁后臺開發語言，結合使用EasyUI程序為前臺界面框架實現B/S模式的開發。為提高訪問人員查詢交互及快捷性，采用AJAX技術實現無需重新加載整個網頁的情況下，通過后臺與服務器進行少量數據交換，更新部分網頁。查詢所得結果以列表的形式表示，同時采用開源可視化圖表控件ECharts，完成查詢數據的可視化動態展示。在C/S模式下，利用本地客戶端強大的數據處理、報表展示、數據分析能力，實現對原始生產數據的檢測加工、上傳下載、分析打印等功能。

3 結束語

隨著互聯網技術的發展，信息技術在化工生產中的各個方面逐步得到了應用。本文的研究是以信息技術為基礎，結合化工生產實際，以多模式組織形式，構建基于VB.NET及PHP的能耗數據資源管理平臺，其目的在于對中國中小型化工生產數據資源進行存儲、分析和輸出，減輕工程師及決策部門處理能耗數據的勞動強度，為化工企業的科學精細化管理提供更好更快的服務，同時加快了信息技術在化工生產中的應用深度。根據本次設計，得出以下結論：

1)以用戶需求差異為目的，提出以B/S模式及C/S模式同時開發的體系，為不同用戶的需求，提供了更為精準的定位。

2)使用數據檢測規則，檢測即將上傳至服務器的報表數據，避免了錯誤數據的上傳，同時采用多線程技術使客戶端數據庫及時更新，保證了數據的同步性。

3)使用報表自定規則，可以方便工程師編輯報表形式及報表內容，從而實現報表格式的固定，為數據庫數據快速轉化為對化工生產分析有利的信息提供保障。

4)使用開源軟件及數據庫，可以有效降低運行成本，為中小型化工企業的生產降低運營成本。