煉化企業能源管理數字化探索與實踐

張向農

（中國石化能源管理與環境保護部，北京 100035）

關鍵字：能源管理 節能減排 煉化企業 數字化

“四個革命，一個合作”能源安全戰略，是能源管理工作總遵循。黨的十九大報告在構建清潔低碳新體系方面明確提出全面建設“互聯網+”智慧能源，重塑產業鏈、供應鏈、價值鏈，增強發展新動力。發改委等7部委印發《重點用能單位節能管理辦法》，要求建設能耗在線監測系統，提升能源管理信息化水平。通過能耗在線監測系統建設，實現對燃料結構和用能過程的實時監管，倒逼企業優化燃料結構，減少能源消耗。在此背景下，通過建設能源管理系統推進能源管理從計劃、監控、統計到優化的業務完整閉環，實現能流、能耗的動態監控及能源集中統一管理和優化利用，有效提升企業能源管理水平。

1 國內外石化企業能源管理數字化現狀

實現能源管理信息化是企業適應數字化經濟、信息化時代的必然要求，也是節能增效的主要手段之一，許多大型國際石油公司采用數字化技術對重點用能工藝、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，旨在在全球范圍內提高能源使用效率并顯著降低CO2排放量。殼牌開發的碳及能源管理（CEM）項目以節能、控排、降成本為目標，建立能效評估模型，指導用戶優化操作進一步降低成本，提高經濟效益。該能源管理系統主要功能有：①損失估定，即科學確定平衡規則，實現管網平衡，提高能源利用率；②缺口分析，即對被偶然遺忘、故意消除和仍需發展的數據進行記錄和分析，實現數據連續性；③實時優化，即對公用工程和工藝裝置進行實時優化和優化模型的實時修正，保證模型準確性。該能源管理系統在幫助企業削減能源消耗，減少排放方面發揮了積極作用，并被制造和加工行業中的眾多客戶所采納執行。

阿克蘇諾貝爾公司（Akzo Nobel）從戰略層面統一對綠色低碳目標的認識，制定了企業能源管理信息化建設路線圖，歸納了能源管理業務模型和相關業務流程，定義了可持續發展KPI指數及衡量方法，可有效量化企業節能低碳變化。支持各級業務用戶的能源管控訴求及集團層面能效管理需求。管理方面以能源產生、輸配、消耗全價值鏈進行業務分析，識別實現能源優化的領域并對相關業務和管理流程進行設計和優化。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節能減排成效。技術層面建立能源管理平臺，一方面平臺集成了現有ERP、MES中的能源計量、統計數據；另一方面針對各層面能源管理業務設計了業務處理功能和績效綜合展示儀表盤，實時監控和展示企業能源管理情況，并對意外情況及時提出報警。

中國石油在信息化標準規劃中，為支持企業實現國資委要求的階段節能節水目標、加快資源節約型企業建設，規劃了節能節水管理系統并于2012年啟動項目建設，滿足集團總部、專業石化和地區公司三級用戶統一領導、分級管理、分級負責的體系要求，以及可研單位節能節水管理業務需求，實現全流程管理。該管理系統包含的核心功能有計劃管理、統計管理、能源審計管理、項目管理、監測管理、技術管理、能評管理、隊伍管理、考核管理，以集團業務管理為主，滿足全局監管要求。

2 中國石化煉化企業能源管理數字化實踐

2014年4月中國石化啟動能源管理信息系統建設方案編制工作，方案從信息系統建設和能源業務管理兩方面入手，重點調研煉化企業業務需求及對系統建設期望，并堅持在信息系統建設“六統一”原則下統一規劃，分步實施。第一步是建設覆蓋煉化企業能源供應、生產、輸送、轉換、消耗全過程的完整能源管理系統；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化，提升能源管理系統效能；第三步是實現中國石化煉化企業能源整體在線優化，節能效益最大化，達到世界一流水平。經過近七年的系統建設，目前已經建成覆蓋下屬所有煉化企業的能源管理平臺，取得了良好的效益和效果。

煉化企業能源管理工作涉及到計劃、運行、統計、評價、優化全流程，其數字化過程也是全流程的，因此系統建設內容涵蓋以上五個方面，詳見圖1。

圖1 能源管理系統功能架構

能源計劃主要包括優化的能源需求生產計劃、節能項目計劃、產能預測、用能預測計劃功能以及企業制定計劃后上報以及企業自身內部計劃下達分解，以及其中的上報、審批、下達、調整等業務功能，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據的收集和確認以及能源運行狀態的監控和維護，最終通過能源運行報表反映全公司能源產耗的全貌和具體情況，為能源優化、能源統計提供數據支撐并作為優化效果評價依據。能源運行監控主要是通過各類分布 圖展示主要介質和能耗數據分布情況，通過設置上下限監控裝置是否運行正常，并對異常報警進行跟蹤處理。

能源統計是利用能源運行收集和確認的能源產耗數據對全廠的能源運行數據進行歸集和統計，形成統計報表，支撐ERP、總部、地方政府能源數據應用需求。

能源評價分析是在能源統計數據的基礎上，利用物料、質量、設備等相關數據對能源產耗狀況進行分析評價，找出能源產耗存在的問題和可優化空間。能源管理系統對能源指標的定義及規則進行標準化并在系統中完成建模，實現指標快速計算，橫向和縱向可比較,同時為企業對能源績效評價提供依據并形成能源指標體系。

能源優化是技術節能的重要途經之一，包含能源生產、輸送、消耗優化三個環節，主要以蒸汽動力優化（生產優化）和蒸汽管網優化（輸送優化）為工作方向。蒸汽動力實時優化以企業熱電系統實際運行成本最小化作為目標，建立企業鍋爐、汽輪機、減溫減壓器等設備機理模型，構建企業熱電系統綜合模型，實現在線優化。一是企業通過系統在線形成燃料配比方案，實現熱電系統的油、氣和煤炭等燃料的配置優化，降低外購電力成本；二是根據熱電系統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），尋找最優運行方式，提出鍋爐和汽機操作優化方案。蒸汽管網優化應用一是實現了蒸汽管網在線模擬，及時、全面、準確提供運行參數，幫助企業發現管網“跑、冒、滴、漏”等薄弱環節，形成管網輸送優化方案；二是企業通過評估蒸汽管網運行提出擴能改造規劃方案。通過蒸汽動力優化實操和管網優化改造建議進行改造，連續為企業節能降耗獲得顯著經濟效益。

2.1 細化生產消耗數據，讓能源管理“說得清、說得細”

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

某煉化企業通過能流管理（計劃、運行、統計和分析）構建能源工廠模型，對企業各類能源介質的生產、存儲、轉換、輸送、消耗全過程數據量值進行采集、歸并和統計，利用能源管理系統將能源管理的觸角延伸到熱電廠和水廠裝置、班組，實現對能源全過程量值精確掌控，同時月度結算時間由原來的2天縮短到4—8小時。

2.2 提高能源監管能力，讓能源管理“管得住、管得好”

以企業實際能源運行流程圖為基礎，結合實時數據和優化數據，構造能源運行的企業級全局監控和預警流程圖，實現能源運行一個環節有異常、相關環節有響應的聯動機制，提高企業能源運行監管能力，滿足政府重點耗能企業能耗在線監測的要求。同時系統實現煉化生產、熱電生產和水務運行相關指標的核算，將考核指標監控粒度細化到日，使企業能夠及時根據指標趨勢進行能源產耗評價和分析，為企業能源監管和考核提供依據。

某煉化企業通過在能源管理系統能源運行監控圖上設置各關鍵監控位置的閾值，對全公司蒸汽運行異常預警，防患于未然；將能源管理系統蒸汽系統圖作為調度室的監控屏，根據實際運行和優化建議情況及時進行裝置運行方案的調整。某企業通過氫氣和瓦斯系統監測與優化調度管理平臺，實現企業對氫氣瓦斯系統的實時監測和科學調度，提升氫氣和瓦斯監管能力。

2.3 提升優化增效空間，讓能源成本“省得下、省得多”

一是系統提供在線優化功能。在線優化是以企業實際熱電生產流程為依據，構建熱電生產在線優化模型，以熱電生產的運行參數、工藝參數等實時數據為基礎，在保證安全生產的基礎上，以熱電生產效益最大化為目標，及時提供熱電運行的最佳方案。

某煉化企業優化煉油區域CFB鍋爐燃料結構，依據燃料價格、鍋爐效率優化燃料的煤焦比，降低燃料運行費用，根據冬季低壓汽用量多的特點優化汽輪機組各級抽汽，提高機組效率及發電量。

某煉化企業優化主廠區、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優化，優化鍋爐給水溫度、煤風比、氧含量等運行參數，提高鍋爐運行效率。

二是系統提供管網優化功能。管網優化是通過評估優化企業蒸汽管網運行，提高輸送效率減少蒸汽用量，逐步改善保溫減少損耗，并對蒸汽管網的擴能改造進行合理規劃，從而實現蒸汽運行節能 降耗。

某煉化企業通過搭建中低壓蒸汽管網數學模型，利用管網優化平臺進行熱損評估，發現動力站至一催化、動力站至聚丙烯等管線保溫效率差，企業及時更換保溫材料，獲得了可觀經濟效益；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 梳理固化業務流程，讓能源管理“靠得上、靠得住”

結合企業能源管理實際對業務流程進行梳理和優化，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、能源統計、能源優化等二十幾個崗位。企業通過系統將能源管理深入到車間班組，并制定能源管理系統運 行管理制度，按照業務流程明確各崗位職責，使能源管理更加規范、順暢、快捷。通過動態在線優化，熱電生產過程從“憑經驗、憑直覺”提升到“靠系統、靠數據”，全局優化效益可觀。建議企業成立能源優化小組，以動力優化數據為指導，對全廠調度運行進行全局把控，實現了“真用、真優化”，同時通過系統提供的優化效益展示，提高熱電生產調度人員和裝置運行人員節能降耗意識，加快了企業能源管理中心建設，助推企業能源管理體系變革。

3 結論

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