浅谈炼钢厂能源计量管理系统的设计与应用
摘要: 从能源计量和管理的角度，论述了炼钢厂的能源计量管理系统的基本组成及功能。该系统的建立，将使炼钢厂能源介质的计量管理工作实现自动采集、瞬时监测、故障报警、能流监视；完成报表统计、离线输入、成本分析、预测参考等功能。提高了计量管理工作的层次和力度，对炼钢厂均衡、稳定生产，尽量平衡公司管网的压力和负荷，厂内生产决策和安排、调度和调整，节约优化用能，保证全厂整体利益都有重要的指导意义。
关键词:能源，计量，管理，炼钢厂，能源管理
钢铁企业是耗能大户，不断提高钢铁企业自身节能降耗水平是钢铁企业始终追求的目标。炼钢厂是钢铁公司的重要组成部分，其能源的使用和发生状况具有自身特点，对能源的计量、检测及管理有较高的要求，其能源使用、回收的计量和管理水平又直接关系到公司整体能源网络的合理平衡和有效运行，但目前我国各钢铁公司的炼钢厂基本没有自己的能源计量管理体系，使得生产中能源的使用和回收存在不同程度的不合理性。因此，尽快建立炼钢厂自身较为完整和准确的能源计量管理系统，可以有效地弥补生产厂本身在能源介质使用及管理上的欠缺，满足炼钢厂内部能源介质的计量、检测及管理需要，使其能在未来的工作和生产中明确能源介质的使用和消耗状况，便于其进行数据整理、能耗分析及生产调度和调整，提高能源介质的利用率及用能经济性和合理性。本文以某钢铁集团公司炼钢厂为例，介绍了能源计量管理系统的设计、组成及其功能，对其它炼钢厂具有一定参考价值。
1 炼钢厂工艺流程简介
该钢铁集团公司下属炼钢厂的工艺流程情况基本如下：由炼铁厂高炉生产出的大量高温铁水，通过保温良好的鱼雷形混铁车送至炼钢厂，首先进入炼钢厂的脱硫间进行预处理，再由鱼雷车运至倒罐站，铁水扒渣后兑入转炉，与经调度计划称量后先装入转炉的废钢等一起进行冶炼。转炉冶炼作业由过程计算机进行静态控制和计算，自动完成全部炼钢过程。熔炼出炉的钢水根据不同钢种的具体技术要求，进行炉外二次精炼，然后分别经连铸或模铸生产线产出炼钢工序最终产品———连铸坯或铸钢坯。其主要生产流程如图1所示。
炼钢厂消耗的主要能源介质有：氧气、氮气、氩气、焦炉煤气、蒸汽、电力、水等，回收的能源介质有：转炉煤气和蒸汽。
2 能源计量管理系统基本内容
2.1 能源介质的计量、检测
该炼钢厂现有的能源计量、检测系统主要由三部分组成：
（1）各种进厂能源介质数据由能源中心统一采集；
（2）部分工序、设备消耗能源介质数据由计算机采集或计算（如连铸等）；
（3）部分工序、设备消耗能源介质数据由人工抄表（如RH等）。
数据来源较多，有些数据因管网交叉尚需人工进行二次计算处理，使得月末数据统计工作复杂，容易发生错误，即使数据出现问题，也不易查找原因。而且生产中管网故障及异常很难察觉，无法及时消除隐患。
因此，从根本上解决问题。在炼钢厂原有的能源介质管网上，为控制生产和计量需要，安装有大量的各类计量仪表和动力控制阀门，对各种能源介质的流量、压力、温度等量进行检测和计量。这些仪表大多是模拟仪表盘，其中有少部分控制工艺的量在过程机中有显示。本系统在管网现有计量仪表的基础上，从使用、安全及管理的角度进一步完善系统配置，补充计量、管理需要而原系统没有的计量点，替换原系统已有但满足不了未来使用要求的仪表，使系统管网在硬件上首先满足计算机计量、检测及管理的要求。系统功能结构如图2所示。
2.1.1 数据的采集及处理
（1）将分散的各测量点一次仪表上的模拟量集中到计算机上，经过抗干扰、隔离放大、滤波、电流电压转换器及A/D后转换成数字量，并按一定要求形成1s平均量，1min平均量，1h平均量。
（2）通过长距离的连网系统及通信管理系统的软、硬件，将各数据送至网络服务器，从而实现数据共享。
2.1.2 故障报警及监视
计算机对采集到的各数据进行报警上、下限判断，对有报警的信号保存前后1-5min数据，并按网络规约送到报警监视器进行显示和自动打印。进行主要报警参数的跟踪，根据报警记录内容和趋势曲线，正确判断故障发生原因。
2.1.3 能流图显示
设计一套工艺流程动态画面，进行各种能源介质的工艺流程图显示，包括各采样点的瞬时值显示，计量点采集数据的累积值显示等。
实现以上功能后，可方便地在线获得能源介质消耗、回收的各种数据，随时掌握各工序及主要设备的运行状况和能耗数据，自动监测管网运行时态，提前预知故障，防患于未然。
2.2 能源管理
炼钢厂原来的能源介质消耗和回收情况均靠人工统计、计算，工作重复，数据繁杂，效率不高，容易出错，与现代化管理和生产节奏不相适应。报表统计、成本核算及预测分析等也由人工进行，系统性、规范性较差。能源计量管理系统可以方便地实现快速统计、自动报表、专家分析等功能，由计算机代替人工，达到理想的准确度和效率。
2.2.1 报表统计
通过数据库管理软件，自动生成各种能耗的日报、月报、年报及各种能耗曲线，使数据统计、整理由原来的人工化过渡到计算机化，提高工作效率和准确性。
2.2.2 离线数据输入
通过一套可输入不可测量参数和可变参数（如报警上、下限等）的系统支持软件，提高系统的适应性和可扩展性。
2.2.3 成本统计分析
实时掌握各工序及主要设备的能耗状况，对不同品种、规格的能耗进行综合评估，按班进行能源成本统计分析，并对能源成本进行管理。进行工序能耗和成本的分析与评价，完成炼钢厂与能源中心之间的信息传递与交流等。
2.2.4 潮流监视
通过CRT画面，可以方便地实现各种能源介质的工艺流程图显示，自动生成趋势曲线或直方图，随时掌握各主要设备的运行状态及能源介质的消耗和发生、回收情况，便于进行生产调度和调整。
2.2.5 预测参考
利用统计数据及专家知识库，预测下一年度能源介质需求及供应规划和措施。
以上功能的实现，使能源介质的消耗、回收等数据和状况的管理功能大大增强，为生产决策、调度和调整提供在线参考。
3 安科瑞工业能源计量管理系统介绍
安科瑞工业能源计量管理系统采用自动化、信息化技术和集中管理模式，对企业的生产、输配和消耗环节实行集中扁平化的动态监控和数据化管理，监测企业电、水、燃气、蒸汽及压缩空气等各类能源的消耗情况，通过数据分析、挖掘和趋势分析，帮助企业针对各种能源需求及用能情况、能源质量、产品能源单耗、各工序能耗、重大能耗设备的能源利用情况等进行能耗统计、同环比分析、能源成本分析、用能预测、碳排分析，为企业加强能源管理，提高能源利用效率、挖掘节能潜力、节能评估提供基础数据和支持。
3.1 系统结构
3.2 应用场所
钢铁、石化、冶金、有色金属、采矿、医药、水泥、煤炭、物流、铁路、航空工业、木材、化学原料以及机电设备、电器产品、工器具制造等。
3.3 系统功能
3.3.1 可视化展示
展示企业各类能耗总量、折标值、能源成本、能源消耗趋势、分项能耗占比、区域能源消耗对比,以及当前天气情况、污染情况，并三维展示企业重要工艺或工段的能源消耗动态。
3.3.2 用能统计
从能源使用种类、监测区域、生产工艺/工段时间、分项等维度，采用曲线、饼图、直方图、累积图、数字表等方式对企业用能统计、同比、环比分析、实绩分析，折标对比、单位产品能耗、单位产值能耗统计，找出能源使用过程中的漏洞和不合理地方，从而调整能源分配策略，减少能源使用过程中的浪费。
3.3.3 产品/产值单耗
与企业MES系统对接，通过产品产量以及系统采集的能耗数据，在产品单耗中生成产品单耗趋势图，并进行同比和环比分析。以便企业能够根据产品单耗情况来调整生产工艺，从而降低能耗。
3.3.4 绩效分析
对各类能源使用、消耗、转换，按班组、区域、产线、工段等进行日、周、月、年、指定时段绩效统计按照能源计划或定额制定的绩效指标进行KPI比较考核，帮助企业了解内部能效水平和节能潜力。
3.3.5 能耗预测
通过对企业生产工艺、生产设备等的能耗使用情况进行分析，建立能耗计算模型，根据人工智能算法对数据和模型进行修正，对未来企业能耗趋势进行预测分析，为节能提供有效的决策依据。
3.3.6 运行监测
系统对区域、工段、设备能源消耗进行数据采集，监测设备及工艺运行状态，如温度、湿度、流量、压力、速度等，并支持变配电系统一次运行监视。可直接从动态监测平面图快速浏览到所管理的能耗数据，支持按能源种类、车间、工段、时间等维度查询相关能源用量。
3.3.7 分析报告
以年、月、日对企业的能源利用情况、线路损耗情况、设备运行情况、运维情况等进行多方面的统计分析，让用户多方面了解系统的运行情况，并为用户提供数据基础，方便用户发现设备异常，从而找出改善点，以及针对用能情况挖掘节能潜力。
3.3.8 事件报警
持续监测设备和系统运行，对通讯失败、数据异常、定额超限、工艺参数异常越限、设备异常或故障进行报警，提醒企业注意和查找问题，并形成报警日志。
3.3.9 移动端支持
APP支持Android、iOS操作系统，方便用户按能源分类、区域、车间、工序、班组、设备等不同维度掌握企业能源消耗、效率分析、同环比分析、能耗折标、用能预测、运行监视、异常报警等。
3.4 现场设备选型
4 结语
炼钢厂能源计量管理系统的建立，使炼钢厂能源介质的计量、检测自动化，实现了自动采集、瞬时监测、故障报警、能流监视；提高了管理工作的层次和力度，完成了报表统计、离线输入、成本分析、预测参考等功能。为炼钢厂均衡、稳定生产，尽量平衡公司管网的压力和负荷，厂内生产决策和安排、调度和调整，节约优化用能，保证全厂整体利益都有重要的指导意义。
本系统对同类型炼钢厂具有广泛参考价值和借鉴作用。
