浙江中控软件技术有限公司 赵路军,庞戈

中控工业企业能源管理中心EMS-Suite在新疆天业集团的应用

浙江中控软件技术有限公司 赵路军,庞戈

1 案例背景介绍

新疆天业（集团）有限公司组建于1996年7月，是新疆生产建设兵团农八师的大型国有企业，现已成功上市。集团所属产业涉及塑料制品、节水器材、化工、电石、食品、热电、矿业、建材、水泥、物流商贸、建筑与房地产等多个领域。企业总资产超过300亿元，各项经营指标连续多年均以40%左右的速度递增。聚氯乙烯、烧碱、电石、节水器材、塑料加工、新型干法电石渣制水泥已位于全国行业第一。新疆天业能源管理中心按照管控一体化模式建设先进的能源管理系统，对化工园区的能源实现集成、监控和管理一体化。为了满足能源系统集中化和扁平化管理和调度管理模式的要求，将根据公司现有工艺及设备的实际情况，实现园区重点用能设施远程监控，以确保未来的能源管理系统借助于能源管理中心平台实现公司的集中、一体化的能源系统运行和能源管理的目标。

建立新疆天业能源管理中心既是新疆天业加快产业结构调整、大力发展循环经济的要求，又是新疆天业自动化和信息化建设的一个不可或缺的部分。能源管理中心的建立不仅在新疆天业生产和能源的统一调度，优化固体燃料、电力、蒸汽和炉气等能源介质平衡，减少炉气放散、蒸汽损失和电力损失，实现分层次考核，提高劳动生产率，提高能源质量，降低吨产品能耗等方面发挥重要作用，而且能有效解决正常和异常工况下能源供需的合理调整和平衡，及时判断处理非正常工况、快速查找分析事故原因、并启动事先制定的事故预案，提高能源管理的敏捷性和智能化水平。

通过能源管理中心的建设，实现对各种能源介质和重点耗能设备的实时监视、控制、优化调度和综合管理，及时了解和掌握各种能源介质的生产、使用以及各种能源管网、关键耗能设备的运行工况，做到科学决策，正确指挥，确保安全、可靠、经济与高效运行，实现从经验型到分析型调度职能的转变。

新疆天业能源管理中心采用中控工业企业能源管理中心解决方案EMS-Suite，该解决方案面向钢铁、有色金属、化工、建材、造纸等高耗能行业的大中型企业，提供能源系统监控、管理、调度与控制的整体解决方案，涵盖能源综合监控、基础能源管理、能源动态平衡与优化调度、重点耗能单元及设备节能优化控制等功能子系统，可以辅助提高公用工程各能源介质的监控和调度水平，提高公用工程和相关生产装置的操作安全和平稳性，减少能源放散和损失，提高能源的综合利用效率。

2 案例实施与应用情况详细介绍

2.1 项目的主要建设内容

新疆天业能源管理中心按照管控一体化模式建设先进的能源管理系统，对化工园区的能源实现集成、监控和管理一体化。为了满足能源系统集中化和扁平化管理和调度管理模式的要求，将根据公司现有工艺及设备的实际情况，实现园区重点用能设施远程监控，以确保未来的能源管理系统借助于能源管理中心平台实现公司的集中、一体化的能源系统运行和能源管理的目标。新疆天业能源管理中心建设分能源管理系统、能源管网及计量装置改造和节能技术实施三部分，各部分相辅相成，从硬件建设到软件实施、从装置工艺改造到综合管理，采用了全方位能源管理的措施，体现了天业能管中心的全面性和先进性。

表1

2.2 项目整体架构

新疆天业能源管理系统整体架构图如图1所示：

图1 能源管理系统整体架构图

2.3 项目实施情况

新疆天业能源管理中心项目于2012年2月中旬开工，2月下旬开始项目调研工作，2012年2季度完成调研和详细设计方案，2012年2季度完成仪表招标工作，2012年3季度完成基础网络设施和能管中心大屏建设，2012年下半年完成全部新增仪表的安装调试，2012年末实现能管软件系统所有功能全面上线，各项重点装置节能技改项目也相继完成并运行，整个能管中心于2013年初开始连续进行了五个月试运行，期间不断对系统各功能模块进行完善，总体运行情况良好，较好地支持天业集团能源管理工作，初步建成了具有鲜明特点、核心技术领先、在国内化工行业具有很强示范性的园区级能源管理中心。

2.4 项目投运后的应用效果

· 社会效益

新疆天业能源管理中心建设项目是国家工信部重点立项的国内第一个工业园区级能源管理中心项目和国内最大的能源管理中心项目，项目自2013年上半年建成以来，已逐步产生了较好的节能效果，在未来持续的运行过程中，将有助于缓解长期制约我国氯碱化工行业发展的能源管理问题，有效促进行业能源管理水平的提升。天业集团作为化工行业率先建成能管中心的示范企业，将引导其它企业加强能源管理建设，项目成果及项目实施经验可迅速复制到国内其它大型化工企业，从而最终带动整个行业能源管理的规模化发展，为国家低碳经济和节能减排目标的实现起到积极的推动作用，能源管理中心的大规模建立和推广是完成国家节能减排目标的有力保障。

项目自建成以后，不但能够大幅减少能源的使用，每年可节约标煤7.04万吨，而且能够减少相关能源使用中产生的污染物排放，如二氧化碳、电石尾气粉尘和废水等，具有很好的环保效益，对改善石河子市的大气条件和地下水条件，营造和谐的居住环境起到极大的促进作用。

· 经济效益

新疆天业是国内规模最大的氯碱化工生产企业，目前各项节能技术已处于国内先进水平，但还有进步空间。随着能源管理中心项目的建成，进一步提高了企业的节能手段，在产生良好社会效益的同时也将产生可观的经济效益。能管项目从硬件改造到软件功能实现都是围绕着节能目标开展的，一方面是基于能管系统各项功能，进行能源精细化管理和优化利用实现节能，另一方面是进行装置改造，通过能源循环利用和回收利用实现节能。两方面综合形成了有效的能源管理体系。本项目建成和投入运行以来，经过现场测试数据和统计数据分析，每年预计比项目建成前节能7.04万吨，各项技术的具体节能量如表2所示。

表2 各项技术具体节能量

3 应用创新性、重点与难点问题及解决思路等分析

3.1 现场能源管网及能源计量装置的改造

能源计量与监控系统的改造是能源管理系统基础改造项目，这些系统的改造将从现场的基本情况入手，针对能源管理的需求在现场添加或更换相应的测量仪表及分析仪器。上述基础改造项目包含有电力系统、蒸汽系统、水系统、燃气系统及固体能源系统的数据采集仪表和现有计量仪表的改造完善等。

改造和完善新疆天业化工园区产/用能单位一次能源、二次能源和载能工质的一级和二级计量仪表；完善产/用能单位中进出生产装置煤、焦炭、兰炭、电力、蒸汽、水、炉气等各类能量介质的三级计量；并按国标要求，完善装置内重要用能设备的四级能源计量；按完整性、冗余性和可靠性的要求，完善各能源介质的计量网络，解决个别无法直接测量的能源数据的推算问题，以适应不同层次能源平衡和数据校正的要求；采用多种数据采集技术和手段，使能源计量仪表和电气计量仪表具备远传功能，为能源计量数据集成至DCS/PLC系统以及实时数据库系统创造条件。主要内容包括：

（1）煤、焦炭、兰炭等固体一次能源计量系统的完善，实现进出厂信息和计量信息的有效集成；

（2）电能计量仪表需要完善和改造，实现信号上传功能；

（3）蒸汽系统的计量仪表需要完善和改造，实现信号上传，同时要对信号进行温压补偿；

（4）水系统计量仪表需要增加和完善，需将仪表改造为能上传信号的仪表；

（5）炉气需要增加和完善计量仪表，并对信号进行温压补偿。

此外，针对北工业园区各厂的重点能源装置，虽然已有不同的数据采集仪表，但是由于其设计目的都是用于生产中的工艺控制，所以为了满足能源管理的需要，必须在原有工艺系统中加入与能源数据相关的采集点。

这些采集点主要采集各装置的电、煤、汽、水以及炉气等能耗数据。通过增加采集点，提高各分装置能源监测的冗余性，对能源平衡至关重要。这些改造一方面充分利用原有PLC或DCS系统的测量点，将数据通过通讯网络转送至能源管理系统中。另一方面，需要加装现场仪表，信号接入原有的采集系统中，这样能降低投资。各装置重点耗能设备包括：电石炉、电炉风机、聚合釜、聚合干燥风机、离子膜电解槽、公用工程（循环水泵、制氮机、空压机）等设备增加变频器和远程监控设备，一方面变频器可减少设备电耗，二是远程监控可直接了解设备的状态，为平稳控制和调度提供直接状态和数据情况，为能源管理提供基础保障。

3.2 装置节能技术的实施

（1）大功率设备变频控制的技改

园区各装置大功率设备如鼓风机、水泵等通过变频调速技改，自动调节电机输入频率, 从而改变电机转速, 达到控制母管流量和母管压力的目的, 也可人为设置频率来提高或降低母管流量和母管压力。由于实行变频软启动, 启动电流随频率升高而逐渐增加, 启动过程平稳、无噪声, 从而消除启动电流对电机的绝缘的冲击，实施后有较大的节能效果。

（2）电石炉尾气长输节煤技术

新疆天业密闭电石炉的电石总产能为70万吨，按照密闭电石尾气的当量（0.1吨标煤/吨电石）来计算，70万吨电石产生的尾气热能值相当于7万吨标煤，按照现有的一部分炉气通过余热锅炉产蒸汽，一部分直接燃烧排放，这样有25%以上的炉气能源没有充分利用，被白白浪费掉。按照公司技改的要求，将密闭电石炉气通过净化除尘后重新利用起来输送到自备电厂、烧碱装置和石灰窑装置代替燃煤和天然气使用，提高电石炉气热能利用率。

（3）氯碱装置各项节能技改项目

氯化氢合成炉副产蒸汽回收利用新增氯化氢合成炉产生的蒸汽回到装置系统中，用于盐酸解析用蒸汽，实现了废热的综合利用。聚合母液水处理成中水送至电厂利用，减少电厂循环水系统一次水的补充量，即可减少污水外排，也可降低水资源消耗。

（4）水泥产业新增余热锅炉

将水泥窑的窑头、窑尾产生的废气余热进行余热锅炉回收生产蒸汽，以满足化工园区蒸汽供应不足的局面。

4 为用户实现的效益分析

（1）通过提高能源系统的监控、调度、管理和回收利用水平，使得企业综合能耗降低2%~5%；

（2）实现了新疆天业集团四大产业（热电、化工、电石、水泥）13家生产企业的能源数据采集、计量、监控、统计、分析、考核、预测、模拟、优化等能源管控一体化功能；

（3）建立了热电联产12台机组电力、蒸汽负荷动态优化调度模型，实现了多机组发电产汽负荷与下游耗电耗汽装置的优化匹配，直接产生节煤节水效果；

（4）每年节煤7.04万吨标煤，减少二氧化碳排放18万吨，带来约每年5300万元的直接经济效益，率先在化工行业内形成示范，并树立标杆。

5 案例意义概述

企业能源管理中心技术已广泛应用于工业生产过程及大型民用建筑能源系统的实时监控和优化管理。我国在工业领域尤其是重点用能行业中推广企业能源管理中心项目建设，是工业化和信息化融合的表现形式之一。“十一五”以来，我国工业能耗持续下降，重点耗能企业和主要工业产品单位综合能耗也逐年降低，为实现节能减排目标奠定了坚实的基础。能源管理中心建成并投用后，企业不仅单位能耗大幅下降，而且生产组织更为严谨科学和经济，既在能源消耗上节约了大量的成本，又因合理组织、经济调度取得了较大的经济效益和社会效益。

目前，国内实施能源管理中心的生产企业主要集中在高耗能的钢铁行业。化工企业的能源管理比较粗放，尚未形成能源集中管理的模式。新疆天业是国内电石法聚氯乙烯装置规模最大的氯碱化工企业，能源管理中心的实施将极大地提升公司的能源管理水平，并为国内氯碱化工行业的节能减排及能源管理水平的提高树立新的标杆，同时也将进一步推动整个氯碱化工行业实施能源管理和节能减排的进程。

新疆天业能源管理中心项目是国家工信部重点立项的国内第一个工业园区级和国内最大的能源管理中心项目，也是“两化融合促进节能减排”重点推进项目和示范项目。获得了国家工信部、中国石油与化学工业联合会、中国工业软件产业联盟、中国自动化学会等权威部门和机构的认可。