炼化企业能源管理数字化探索与实践

张向农

（中国石化能源管理与环境保护部，北京 100035）

关键字：能源管理 节能减排 炼化企业 数字化

“四个革命，一个合作”能源安全战略，是能源管理工作总遵循。党的十九大报告在构建清洁低碳新体系方面明确提出全面建设“互联网+”智慧能源，重塑产业链、供应链、价值链，增强发展新动力。发改委等7部委印发《重点用能单位节能管理办法》，要求建设能耗在线监测系统，提升能源管理信息化水平。通过能耗在线监测系统建设，实现对燃料结构和用能过程的实时监管，倒逼企业优化燃料结构，减少能源消耗。在此背景下，通过建设能源管理系统推进能源管理从计划、监控、统计到优化的业务完整闭环，实现能流、能耗的动态监控及能源集中统一管理和优化利用，有效提升企业能源管理水平。

1 国内外石化企业能源管理数字化现状

实现能源管理信息化是企业适应数字化经济、信息化时代的必然要求，也是节能增效的主要手段之一，许多大型国际石油公司采用数字化技术对重点用能工艺、公用工程等进行建模和潜力分析，开展能效改进工作。

壳牌全球解决方案公司（SGS）推出亚太碳及能源管理方案，旨在在全球范围内提高能源使用效率并显著降低CO2排放量。壳牌开发的碳及能源管理（CEM）项目以节能、控排、降成本为目标，建立能效评估模型，指导用户优化操作进一步降低成本，提高经济效益。该能源管理系统主要功能有：①损失估定，即科学确定平衡规则，实现管网平衡，提高能源利用率；②缺口分析，即对被偶然遗忘、故意消除和仍需发展的数据进行记录和分析，实现数据连续性；③实时优化，即对公用工程和工艺装置进行实时优化和优化模型的实时修正，保证模型准确性。该能源管理系统在帮助企业削减能源消耗，减少排放方面发挥了积极作用，并被制造和加工行业中的众多客户所采纳执行。

阿克苏诺贝尔公司（Akzo Nobel）从战略层面统一对绿色低碳目标的认识，制定了企业能源管理信息化建设路线图，归纳了能源管理业务模型和相关业务流程，定义了可持续发展KPI指数及衡量方法，可有效量化企业节能低碳变化。支持各级业务用户的能源管控诉求及集团层面能效管理需求。管理方面以能源产生、输配、消耗全价值链进行业务分析，识别实现能源优化的领域并对相关业务和管理流程进行设计和优化。该公司还设计了一套涵盖外部、总部、板块、工厂和过程的五级指标衡量体系，作为基准来衡量企业节能减排成效。技术层面建立能源管理平台，一方面平台集成了现有ERP、MES中的能源计量、统计数据；另一方面针对各层面能源管理业务设计了业务处理功能和绩效综合展示仪表盘，实时监控和展示企业能源管理情况，并对意外情况及时提出报警。

中国石油在信息化标准规划中，为支持企业实现国资委要求的阶段节能节水目标、加快资源节约型企业建设，规划了节能节水管理系统并于2012年启动项目建设，满足集团总部、专业石化和地区公司三级用户统一领导、分级管理、分级负责的体系要求，以及可研单位节能节水管理业务需求，实现全流程管理。该管理系统包含的核心功能有计划管理、统计管理、能源审计管理、项目管理、监测管理、技术管理、能评管理、队伍管理、考核管理，以集团业务管理为主，满足全局监管要求。

2 中国石化炼化企业能源管理数字化实践

2014年4月中国石化启动能源管理信息系统建设方案编制工作，方案从信息系统建设和能源业务管理两方面入手，重点调研炼化企业业务需求及对系统建设期望，并坚持在信息系统建设“六统一”原则下统一规划，分步实施。第一步是建设覆盖炼化企业能源供应、生产、输送、转换、消耗全过程的完整能源管理系统；第二步是以降低能源消耗、提高能源使用效率为目标，全面推广能源在线优化，提升能源管理系统效能；第三步是实现中国石化炼化企业能源整体在线优化，节能效益最大化，达到世界一流水平。经过近七年的系统建设，目前已经建成覆盖下属所有炼化企业的能源管理平台，取得了良好的效益和效果。

炼化企业能源管理工作涉及到计划、运行、统计、评价、优化全流程，其数字化过程也是全流程的，因此系统建设内容涵盖以上五个方面，详见图1。

图1 能源管理系统功能架构

能源计划主要包括优化的能源需求生产计划、节能项目计划、产能预测、用能预测计划功能以及企业制定计划后上报以及企业自身内部计划下达分解，以及其中的上报、审批、下达、调整等业务功能，对计划进行全流程管理，提高计划的科学性、准确性。

能源运行主要是完成能源运行数据的收集和确认以及能源运行状态的监控和维护，最终通过能源运行报表反映全公司能源产耗的全貌和具体情况，为能源优化、能源统计提供数据支撑并作为优化效果评价依据。能源运行监控主要是通过各类分布 图展示主要介质和能耗数据分布情况，通过设置上下限监控装置是否运行正常，并对异常报警进行跟踪处理。

能源统计是利用能源运行收集和确认的能源产耗数据对全厂的能源运行数据进行归集和统计，形成统计报表，支撑ERP、总部、地方政府能源数据应用需求。

能源评价分析是在能源统计数据的基础上，利用物料、质量、设备等相关数据对能源产耗状况进行分析评价，找出能源产耗存在的问题和可优化空间。能源管理系统对能源指标的定义及规则进行标准化并在系统中完成建模，实现指标快速计算，横向和纵向可比较,同时为企业对能源绩效评价提供依据并形成能源指标体系。

能源优化是技术节能的重要途经之一，包含能源生产、输送、消耗优化三个环节，主要以蒸汽动力优化（生产优化）和蒸汽管网优化（输送优化）为工作方向。蒸汽动力实时优化以企业热电系统实际运行成本最小化作为目标，建立企业锅炉、汽轮机、减温减压器等设备机理模型，构建企业热电系统综合模型，实现在线优化。一是企业通过系统在线形成燃料配比方案，实现热电系统的油、气和煤炭等燃料的配置优化，降低外购电力成本；二是根据热电系统各设备性能曲线核算锅炉、汽轮机等主要设备能效（每吨蒸汽燃料消耗、每千瓦时电燃料消耗），寻找最优运行方式，提出锅炉和汽机操作优化方案。蒸汽管网优化应用一是实现了蒸汽管网在线模拟，及时、全面、准确提供运行参数，帮助企业发现管网“跑、冒、滴、漏”等薄弱环节，形成管网输送优化方案；二是企业通过评估蒸汽管网运行提出扩能改造规划方案。通过蒸汽动力优化实操和管网优化改造建议进行改造，连续为企业节能降耗获得显著经济效益。

2.1 细化生产消耗数据，让能源管理“说得清、说得细”

系统将能源运行数据最小支撑粒度细化到班，数据收集边界细化到装置甚至主要耗能设备边界，能源统计支撑“班跟踪、日归并、旬平衡、月结算”的管理粒度，实现从公司到工厂、车间、装置的能源产、存、转、输、耗数据说得清，能源计量、指标、不平衡量说得清等，支持能源统计、财务结算应用，满足能源生产和消耗说得清、说得细的要求，同时提高能源统计和计算效率。

某炼化企业通过能流管理（计划、运行、统计和分析）构建能源工厂模型，对企业各类能源介质的生产、存储、转换、输送、消耗全过程数据量值进行采集、归并和统计，利用能源管理系统将能源管理的触角延伸到热电厂和水厂装置、班组，实现对能源全过程量值精确掌控，同时月度结算时间由原来的2天缩短到4—8小时。

2.2 提高能源监管能力，让能源管理“管得住、管得好”

以企业实际能源运行流程图为基础，结合实时数据和优化数据，构造能源运行的企业级全局监控和预警流程图，实现能源运行一个环节有异常、相关环节有响应的联动机制，提高企业能源运行监管能力，满足政府重点耗能企业能耗在线监测的要求。同时系统实现炼化生产、热电生产和水务运行相关指标的核算，将考核指标监控粒度细化到日，使企业能够及时根据指标趋势进行能源产耗评价和分析，为企业能源监管和考核提供依据。

某炼化企业通过在能源管理系统能源运行监控图上设置各关键监控位置的阈值，对全公司蒸汽运行异常预警，防患于未然；将能源管理系统蒸汽系统图作为调度室的监控屏，根据实际运行和优化建议情况及时进行装置运行方案的调整。某企业通过氢气和瓦斯系统监测与优化调度管理平台，实现企业对氢气瓦斯系统的实时监测和科学调度，提升氢气和瓦斯监管能力。

2.3 提升优化增效空间，让能源成本“省得下、省得多”

一是系统提供在线优化功能。在线优化是以企业实际热电生产流程为依据，构建热电生产在线优化模型，以热电生产的运行参数、工艺参数等实时数据为基础，在保证安全生产的基础上，以热电生产效益最大化为目标，及时提供热电运行的最佳方案。

某炼化企业优化炼油区域CFB锅炉燃料结构，依据燃料价格、锅炉效率优化燃料的煤焦比，降低燃料运行费用，根据冬季低压汽用量多的特点优化汽轮机组各级抽汽，提高机组效率及发电量。

某炼化企业优化主厂区、乙烯站、炼油站供汽负荷，降低蒸汽损失率，提高蒸汽利用率，同时开展锅炉运行参数优化，优化锅炉给水温度、煤风比、氧含量等运行参数，提高锅炉运行效率。

二是系统提供管网优化功能。管网优化是通过评估优化企业蒸汽管网运行，提高输送效率减少蒸汽用量，逐步改善保温减少损耗，并对蒸汽管网的扩能改造进行合理规划，从而实现蒸汽运行节能 降耗。

某炼化企业通过搭建中低压蒸汽管网数学模型，利用管网优化平台进行热损评估，发现动力站至一催化、动力站至聚丙烯等管线保温效率差，企业及时更换保温材料，获得了可观经济效益；通过多组工况模拟计算，分析三加氢汽机用汽温度低原因，切换供汽方案以提高三加氢做功能力。

2.4 梳理固化业务流程，让能源管理“靠得上、靠得住”

结合企业能源管理实际对业务流程进行梳理和优化，固化相关流程，涉及装置、车间、工厂和公司等多个层面，涵盖装置操作、能源计量、能源统计、能源优化等二十几个岗位。企业通过系统将能源管理深入到车间班组，并制定能源管理系统运 行管理制度，按照业务流程明确各岗位职责，使能源管理更加规范、顺畅、快捷。通过动态在线优化，热电生产过程从“凭经验、凭直觉”提升到“靠系统、靠数据”，全局优化效益可观。建议企业成立能源优化小组，以动力优化数据为指导，对全厂调度运行进行全局把控，实现了“真用、真优化”，同时通过系统提供的优化效益展示，提高热电生产调度人员和装置运行人员节能降耗意识，加快了企业能源管理中心建设，助推企业能源管理体系变革。

3 结论

通过能源管理系统建设实施，推进企业固化了国家标准GB/T 23331《能源管理体系要求》和能源统计监测业务流程，实现能源产、存、转、输、耗全流程系统监管,满足国家和地方对重点用能单位能耗在线监测管理的要求。能源产用平衡由“旬平衡”或者“月平衡”提升到“日平衡、班跟踪”，满足厂际结算到班组评比考核的管理要求，提升月结效率。能流管理在业务粒度、装置边界、管网平衡、装置消耗等方面提高了企业精细化管理水平。