化工企业能源在线监测系统的开发应用探讨

刘朝霞

内蒙古自治区工业节能监察保障中心，内蒙古呼和浩特，010100

0 引言

现代化工企业在开展化工生产活动时，应借助有效措施，控制产值能耗与产品能耗，保持更高的能源利用率，升级产品结构，优化生产工艺，完善管理体系，以此来达成结构节能与技术节能的发展目标。能源在线监测系统综合运用分布式控制技术、通信技术、计算机技术等多种科技手段，能够实现对化工企业能源使用情况的实时反映与监管，现对该系统的开发以及应用情况展开研究。

1 化工企业能源消耗现状

化工企业虽然在当前能源相关政策的指引下，调整了生产系统，通过技术创新来解决能耗高的问题，但是在能源管理方面仍旧存在不少问题。计量能源消耗情况时，所采用的计量器具存在问题，未能对能耗情况实施完全计量，部分计量装置陈旧老化，亟需升级。化工企业在建立能源管理制度，尤其是定额考核制度以及能源统计、计量与采购制度时，需要结合能源相关数据，原有的制度与当前的生产体系已经出现了不匹配的情况，主要是因为制度制定缺乏必要的数据作为依据，导致制度的可行性较差，难以真正在实际的能源管理工作中落实[1]。化工企业的供配电系统因监测不到位，长期存在线路不合理与设备陈旧老化的问题，生产系统中的设备管理水平低，设备亟需更新与升级。部分生产工序中运用了节能技术与其他的新工艺，但是技术的使用情况未得到及时反馈。

化工企业的耗能问题来源于线路、设备、制度与技术等多方面，在解决这一系列能耗问题时，化工企业必须采用科学的应对方法，最为关键的就是应有数据与技术作为支持。化工企业必须建立支持数据化管理与动态监控功能的新型在线监测系统，以此为设备管理、制度调整以及技术革新等工作提供可靠的数据支持，减少能源管控系统优化过程中的盲目行为。

2 化工企业建设能源在线监测系统的必要性

化工企业的能耗管理工作是当前“能耗双控”政策下的重点工作，化工企业本身属于高耗能行业，按照国家低碳节能发展要求，必须切实转变发展思路，在管理能源的过程中，有效控制能耗。化工企业是工业经济体系的重要组成部分，应当积极依靠物联网、云计算以及大数据等主流科技手段，为能耗管理工作赋能，打造并运用智能化、数字化的能源监测系统，使能耗使用过程更加透明化。国家能源局、发展改革委等也鼓励企业探索全新能源监管模式，提高内部能源消耗监测的技术水平。能源在线监测系统的有效应用，有助于化工企业把控能耗产生与控制的整个过程，也满足了企业当前集中监管的客观需求，增强了能耗数据的可视化程度。利用系统数据处理功能，不仅可以保存海量能耗数据，还能够实时分析数据，助力化工企业挖掘数据价值，提高对数据的利用率。

3 化工企业能源在线监测系统的整体架构

在线监测系统中所用的现场设备包括多功能仪表、物联网仪表与智能网关。多功能仪表采用了先进的模块化设计理念，能够监测电能质量、统计电能数据，实现全电量的测量目标，支持输入、输出模拟量以及开关量，安装方式可选择导轨安装或者开孔安装。物联网仪表需要测量现场低压网络系统的三相有功电能，支持无线通信功能，用户能够以便捷的方式来管理、采集、监测用电情况，可将其安装到配电箱之中，以此对各种负荷与各个区域的分项电能进行统计、计量以及分析。另外，物联网仪表还需满足测量谐波、不平衡度、相角、功率因数、功率、电流以及电压等需求。智能网关使用功能嵌入式系统，通过身份认证以及加密技术满足安全保障需求，提供断点续传与压缩上传的功能。

4 化工企业能源在线监测系统的基本功能

4.1 数据监测与图形监测

能源在线监测系统可以通过实时监视的方式，全面监管各种能源介质以及化工生产系统的设备的实际运行参数，进而确保问题在形成之初就能够被发现，化工企业也能够直接进行干预，科学开展能源调度与生产优化工作[2]。系统综合采用管网图、表格、趋势发展图以及流程图等形式从多个角度呈现监控情况，监控范围涵盖企业内部、生产车间、主要工序以及各类设备，监控对象包括化工企业的风、汽、电、水、煤气以及固体燃料等，同时还支持监控画面组合功能。

能源监控模块是该系统最为重要的功能模块，其采用多种分类方式，可按照蒸汽、水、压缩空气、氧气、天然气与电等化工企业的常见能源介质分类；按照化工企业各个生产区域提供分层监控的功能，呈现单体画面、区域画面与整厂画面；按照实际操作用途进行分类显示，可呈现报警画面、系统实时操作画面以及生产过程的画面；支持生产现场控制以及就地控制等控制方式；依照能源使用对应的基本流程，提供分环节监控的功能，具体包括能源使用环节、能源输配环节、能源转换环节。

4.2 能源分析与管理

该系统对生产设备以及化工企业其他方面的重点能效以及单耗指标进行分析时，主要依照化工行业标准以及国家标准。针对企业内各个区域形成的设备能效、装置设施能效以及厂级能效等实时能耗情况实施多层级式监视与管理，以全方位、多角度的方式展现化工企业在当前时段的能耗水平，管理人员即可借此判断能耗是否出现异常[3]。系统在监管的基础上，还能够提供企业能源使用报表，在对能源消耗情况进行反映时，能够满足及时、精准与全面等多重要求，系统的报表生成功能可为管理者提供对外、对内能源报表以及能源平衡报表，工作人员以报表为依据，定期向上汇报化工产品生产状况以及能耗控制情况，组织报表时主要以时间为准，如年度报表、季度报表、月度报表以及日报表，工作人员可自定义报表的形成样式。其他部门进行报表编制时同样需要从该监测系统中获取所需的数据。

4.3 能源使用情况考核管理

化工企业需要针对能源使用情况落实考核工作，以此督促各个部门重视能源消耗情况。用能单元是化工考核中最主要的考核对象，工序形成的生产能效与化工产品对应的单耗为重点考察内容。在系统中科学选择优秀值、标准值与限定值，实现考核目标。系统可以直接依照化工企业预设的能效指标与能源使用方案，参照具体的指标，从定额、计划等方面开展分析工作，辅助化工企业对所有员工、各班组、各部门以及各个分厂进行考核。在系统的支持下，考核结果能够更贴合实际情况，也更具有客观性，同时能够确保能耗控制工作落实到个人，避免能耗控制产生形式化的问题，符合精细化管理理念。

4.4 能耗警报提示

警报提示是在线监测系统的重要功能，结合具体能源介质的情况，针对生产系统以及其他各处的监测点，设置合适的警报限值与安全限值。一旦有能源在使用期间产生超过限值的情况，系统将会自动提示警报信息，引起管理人员的关注，对相应的工序或者设备进行调整，进而恢复用能系统的节能性与安全性。警报功能包括瞬时量警报、累积量警报、指标超限警报、指标范围内警报以及下/上限警报等。监测系统的数据中心能够按照使用者发送的通信指令，独立设置不同的警报参数。若系统获取警报数据，将会运用多种不同的方式将警报信号输送到管理者处，具体有APP提示、短信提示与日志记录等方式。警报周期也并非固定的，可以按照使用需求进行设定；系统具备较高的智能化水平，可智能精准地区分呈现连续状态的警报情况，若警报已经被消除，系统也能够在最短的时间内做出相应的反应，恢复至正常运行状态。

4.5 设备管控

在线监测系统的功能还包括管控设备，系统的管理设备功能模块和管理者的智能移动设备中的APP连接，仅通过手机、IPAD等智能移动设备就可以了解各个设备的使用情况与主要信息，同时还能够查询设备相关的巡检报告、工作记录以及巡检方案等[4]。系统支持电子化设备巡检功能，巡检工作人员在巡检环节中，抵达具体设备所在位置后，对设备进行检查，完成检查任务后，对设备表面粘贴的二维码进行扫描，则可录入此次巡检信息。系统获取并处理设备养护维修记录、更换记录、运行情况等数据之后，可为各个设备定制专门的运维方案，并且以数字化的方式来管理运维期间形成的电子文档、运维数据以及运维流程，提高设备调度工作的科学化水平。

5 化工企业能源在线监测系统的应用情况

5.1 实时跟踪重点装置

应用在线监测系统，能够直接对设备、装置的实际工况变化情况进行反映，管理人员可以以此为依据，有针对性地提升能源使用率。系统能够追踪能耗较高的重点设备的运行情况，还能够自动将实时运行数据与历史数据进行对比，分析设备的能耗表现，管理人员借助系统提供的能耗数据可更加高效地解决设备问题。若出现异常的能耗使用情况，系统能够以最快的速度发送警报信息，技术人员也能够在第一时间前往现场处理问题，避免问题长期停留在化工生产系统中，朝着严重化的方向发展，通过及时处理来实现化工企业的节能提效的发展目标。在线监测系统对化工企业的气、水以及电等能源消耗展开精准计量时，可针对同一颗粒度条件下的能耗情况进行对比分析，管理者可对不同介质独有的能耗规律进行了解，并为其进行科学排名，确定能源使用环节中的管理短板与不合理之处，改变原本的能源分配方案，控制能源浪费。

5.2 构建闭环管理体系

化工企业原本的能耗管理工作中，受到技术、理念等方面的影响，往往采用事后处理的方式，即在已经产生能耗问题后，才对存在问题的设备进行调整，这种处理方式的经济性较差[5]。而在线监测系统体现出了全过程管控理念，兼顾了事前、事中以及事后三个阶段的管理需求，为化工企业构建了闭环式的先进管理体系。系统全方位提供统计能源功能、管理能源使用实绩功能以及最终的考核评价功能，全方位覆盖前期计划制定、中期调度操作以及后期管理考核等多方面管理需求。化工企业联合运用数据分析挖掘技术与该监测系统，能够精准细化能耗指标，系统为其提供可靠的数据来源，全面展示各个工序的主要能耗情况。以此推动现有能耗管理流程不断优化，制定最优能耗、设备管理流程，采用有实效的设备节能举措。化工企业的管理人员运用在线监测系统可以统计并分析气、水、电等主要能源在指定周期范围内所形成的费用，从而掌握能源费用分布状况，再对不同考核区间形成的能源成本实施比较与分析，根据分析结果来落实日常性的能耗管理以及绩效奖惩实施工作。

5.3 建立集成化的监控系统

该系统助力化工企业构建综合化、集成化、全面化的能源监控中心，集中监控耗电设备、耗能设备、固体燃料、生产运行、动力介质以及计量装置等的相应情况。在线监测系统还能够和化工企业所用的其他系统进行连接与集成，实现和SCADA、DCS、PLC、MES等信息管理系统的实时数据传输与其他方面的交互，消除化工企业潜在的信息孤岛问题。化工企业可借此构建数据共享机制，实现产供销数据、化工生产数据以及能源数据的相互联动与对接，更好地挖掘与利用各种数据资源，把握生产与能耗之间的平衡，提高生产管理水平[6]。

6 结论

化工企业落实能源管理工作刻不容缓，面对能耗管理在技术、制度等方面的问题，企业应充分认识到在线监测系统的重要性与必要性。在线监测系统的能源数据检测、图形监控、统计分析、能耗警报以及设备管理等功能对于能源科学管理与合理使用均有重大意义。随着化工企业能源消耗结构不断变化，数据量持续增加，应继续升级在线监测系统，强化其数据分析功能，以此来充分挖掘化工类企业的节能潜力，强化其在化工领域中的综合竞争力。