引言
2015年5月国务院正式印发《中国制造2025》,部署加快推进实施“中国制造2025”,实现制造业升级。工业生产从工业4.0、工业信息化到智能制造、无人工厂。依托优势企业,紧扣关键工序智能化,在基础条件好、有迫切需求的行业中,逐步实施关键岗位调整自动化,生产过程智能优化控制等试点示范及应用推广以提高企业其核心竞争力。
目前国内钢铁企业生产基本处于自动化和信息化阶段,甚至很多企业还没有走完自动化,近年来国内外钢铁企业为适应低碳经济和节能减排的新形势、新任务,逐步对能源管理工作、构建智慧能源体系开展了相关工作[1]。
1 构建目标
智慧燃气系统是以燃气运行安全为准则,紧密结合燃气系统的产供用环节,以数据采集与监视控制系统、计量分析系统、自动化控制系统、成本分析结算系统等信息为数据源,利用大数据分析、物联网等先进技术对燃气系统生产调度、系统安全、设备维护、效益评价等业务实现综合管理,解决钢铁企业燃
气系统中普遍存在的信息孤岛、数据沉睡的问题,实现数据共享、联动控制、智慧调度,为燃气系统的调配和设备维护提供科学的决策,最大限度地实现经济效益。
2 智慧燃气系统的构架设计
智慧燃气系统的总体结构如图1所示:包括了软硬件设施、数据分析中心、智慧应用和管理访问四个大的方面。
图1 智慧燃气系统的总体结构
(1)软硬件设施:以智慧化需求为出发点,建立一个可扩充的体系结构,满足信息化、智慧化的发展需求,包括服务器、操作系统、存储设备、分析算法、数据管理以及各个分项功能应用的子系统,并对系统的运行实时监测,确保基础设施的安全可靠、扩充需求即安全稳定。
(4)管理分级访问:向不同级别、不同分工的管理、操作人员提供燃气系统的基本状况,包括操作的最优化控制、设备控制的管理建议、限制调配的问题点以及流程管理等方面的建议,增强不同管理人员和系统之间的互动和思考。
3 主要功能设计
通过数据采集、管压、管网调度等在线监测设备、网络,实时燃气系统的运行状态,并采用可视化的方
式有机整合燃气管理部门与燃气设施,将海量信息进行及时分析与处理,并做出相应的处理结果与辅助决策建议,以更加精细和动态的方式管理燃气系统的整个生产、输配等流程,从而达到“智慧”状态。
(1)集中监控系统
整合单套设备及设施的监控设施,单套设施及系统画面分散,不利于集中监控和操作,根据现场需求监控系统集中控制,结合介质相关性和系统关联控制方面,整合控制画面,要求画面内容简洁,同时能够表述出介质之间的关联性,监控设施之间具有互换性和替代性,其目的是减少监机监盘人员的操作量,减员增效,提高劳动效率。
(2)燃气管网地理信息系统
燃气管网及设备设施的地理信息系统作为燃气管网的直观展示与查询统计的工具,为燃气管网从煤气发生、煤气输配到用户使用上全流程掌握燃气管网的分布、使用、安全等情况,为燃气管网的设计规划、使用维护提供数据支撑,实现燃气管网的全覆盖,对各种介质的煤气管道的温度、介质、压力、流量等属性特征进行数据分析、空间定位,直接了解管道走向、间距、动态模拟出管道的运行参数,提供燃气管道突发事故应急救援处理的决策方案,系统构成见图2。
图2 燃气管网地理信息系统
(3)设备状态维修
目前的设备定修、预防性维修转向设备状态维修,通过设备的监测、历史维修数据,着眼于追踪每台设备具体运行技术状态的发展、变化规律,并结合历史趋势、同期故障、类似事例等,掌握预判设备运行状态演变形势和劣化程度,对运行设备的维修做到预判和提示,防止出现事后维修和预防维修的降低维修次数,延长运行时间,即有效杜绝设备故障的发生,又避免过度维修的浪费。
(4)管理用户分级分权系统
系统可实现手机 APP登录,对登录用户采取分级机制,权限从低到高分为三级,依次为:访问级(管理人员)、监视级(专业人员)、系统级(操作人员)、对用户登录显示的内容有所区别:访问级——仅显示煤气是否放散、指标是否完成等,监视级——能够显示调整的过程;系统级——能够显示具体参数。
(5)调度数据分析辅助
燃气调度主要采用以电话调度(下转第34页)
下塔阀门并减少膨胀量,空气量可以降低至180000 m3,电流可以降低至855 A,1 h可减少电耗大约342 kW。
3.5 控制污氮含氧量在0.5%以下
污氮含氧量关系氧气利用率,利用率高则机组单耗就低,正常情况污氮含氧量一般在1%以下,但通过精细操作可以将含氧量控制在0.5%以下,实际生产中,公司根据机组实际运行特点,进一步挖潜,将污氮含氧量控制0.3%~0.35%之间,根据日常计算,污氮含氧量每下降0.3%,机组单耗就下降0.002 kW·h/m3,以4万机组为例,每月可节能电耗63360 kW。
3.6 及时更换空气过滤器的滤筒
空压机进口过滤器的滤筒一般使用时间为15~18个月,但日常使用过程中,各空分厂由于生产原因滤筒更换时间常常拖延,有些单位甚至3年还不更换,进口阻力甚至达到2 kPa,长期来看能耗损失较大。空压机在新的滤筒运行时,一般进口阻力只有400~500 Pa左右,如果阻力增长至800~900 Pa左右就应该更换滤筒,滤筒的使用期限只能作为一个参考值。从日常运行数据来看,空压机的进口阻力从400 Pa增长至900 Pa时,空压机电流要增加10 A左右,以4万等级空压机为例,更换一次滤筒的费用大约是10.5万元,但更换滤筒后每个月可降低成本7万余元,不到一个半月就可以收回成本,因此长期来看及时更换空气过滤器滤筒对降低能耗也很关键。
3.7 做好空压机日常的维护保养
空压机日常的维护保养对能耗影响也很大。空
气中存在很多固体颗粒物,尽管通过过滤器已除去了大部分,但是长期运行后空压机的中间冷却器仍然会附着有大量灰尘,影响换热器的效率。此外循环水也会对冷却器造成影响,日常生产中,虽然对水质有严格的控制,但是随着时间的累积,钙镁离子还是会附着在冷却器表面,结垢或者板结影响冷却器的换热效果,因此定期清洗压缩机中间冷却器对压缩机的效率影响很大。从日常运行情况来看,同等气温下,连续运行1年以上的空压机,其进口导叶开度比刚维护过的空压机至少大5%,电流至少增加5~10 A,因此定期维护中间冷却器能很好地降低空压机的电耗。
4 结束语
柳钢6套空分设备由于建设时间跨度较大,其中3套机组都是20世纪90年代末或21世纪初,装置在设备和流程方面都存在很多不足,与现在建设的空分设备相比在单耗水平差距较大,但这并不能说明没有挖潜的空间,相反在空分操作和设备的日常维护方面还是有很多可以优化的地方,如果做好了这些方面,其实能耗也能得到较大程度的降低。空分设备的节能降耗不但应该抓住主要矛盾——电耗,更应该注意全系统全过程的节能,从细节着手,从工艺、设备的每个环节入手,只有这样才能使空分设备的效率最优,达到最佳的节能效果。