油田行业智能用电及能效管理系统解决方案.pdf

行业解决方案之行业解决方案之-油田油田行业智能用电及能效管理系统解行业智能用电及能效管理系统解决方案决方案 1、油田系统用电的现状油田系统用电的现状 目前，我国石油化工行业中抽油机的保有量在 10 万台以上，电动机装机总容量在3500MW，每年耗电逾100亿千瓦时。抽油机的运行效率特别低，在我国平均效率为25.96%，而国外平均水平为 30.05%，年节能潜力可达几十亿千瓦时；注水泵也是油田生产的重要设备，节能潜力十分巨大，它的正常运转和工作效率同样关系到整个油田的经济效益。2、油田系统、油田系统用电症状分析用电症状分析 油田系统用电的浪费存在于以下几方面:2、1 输配电系统浪费严重 1）、变压器效率低 油田输电系统中还有大批量的 SJL1 型高耗能变压器在运行，其数量约占系统运行总台数的 1/3，造成油田系统电网损耗高的主要原因之一。2）、线路损耗大 油田供电线路长，部分线路老化严重，线路导线的截面大部分未进行更换，近几年来随着油田用电负荷的增加，部分线路因导线截面偏小已不堪重负，造成导线运行过程中严重发热，甚至有烧断导线现象出现。2、2 设备陈旧，效率低下 1）、抽油机 采油系统作为油田最大的生产用电系统，其年耗电量约占油田总用电量的 56%。抽油建设智能用电及能效管理系统建设智能用电及能效管理系统，实现对油田企业用电及能源消耗状况的全面监测、分析和评估，通过对能源消耗过程信息化、可视化管理，优化企业生产工艺用能过程，科学、合理地制定企业能耗考核标准和考核体系，有效提升企业能源效率管理水平。中国经济在持续高速增长的同时也伴随着能源紧张和环境恶化的巨大压力，而面对这一挑战的最有效、经济的办法是在高能耗企业建设能耗监测、管理、控制系统，通过技术创新提高能源使用效率，帮助企业实现节能增效、清洁生产的目标。据统计资料：油田企业每年 10%以上能源损耗源于没有能源监测及维护计划，每年 12%的能源损耗源于没有能源管理及控制系统。欧美发达国家先进企业除了生产过程中广泛采用计算机监测、控制系统（DCS，SCADA）外，能源数据的在线监测、分析和优化系统占有重要的位置。通过现代计算机技术、网络通信技术和分布式控制技术，建立完善的能耗监测、管理体系，实现能源消耗动态过程的信息化、可视化、可控化，对企业生产过程中能源消耗的结构、过程及要素进行管理、控制和优化，提高能源使用效率。机设备匹配存在“大马拉小车”的不合理现象，电机普遍负载率较低；众所周知，抽油机工作状态有其自身的特征，负荷变化范围大，变化周期快，在往复过程中存在能量反馈现象。特别是为了满足重载情况下能可靠工作，抽油机所配电机容量远远大于实际负荷（卡井、结腊，冬季由于原油温度的因素，使管阻增大，造成电动机运行电流增大）这样就不可避免地存在着“大马拉小车”的状况。抽油机都为野外工作，地点分散，供电线路长，电网除提供给抽油机所必须的有功电能外，还必须提供很大的无功电能；同时，抽油机存在半捞或空捞现象，电机轻载或空载运行时有发生，因此抽油机运行时功率因数非常低，电能损失严重。2）、注水泵 我国的油田不像中东的油田那样有很强的喷发能力，多为低渗透的低能、低产油田，大部分油田要靠注水压油入井，再用抽油机把油从地层中提升上来，注水系统用电量约占油田总用电量的 30%。油田注水泵在实际阶段就存在额定流量与实际流量不相匹配的问题，注水泵如果直接用电网驱动，即工频、全压工作，存在启动电流大、电机冲击严重、油田电网电压波动大等现象，同时，注水压力无法根据油井需求的注水流量进行自动调整，导致高压水打回流，这些因素影响了注水泵正常运转，导致结果是效率低、能耗高、故障多、维护费用高。2、3 管理方式粗放 油田采油区范围大，对设备运行情况不能及时检测、记录和统计，巡视、维修检修也相对困难，浪费大量的人力和物力，多数采油单位只能从保障设备能正常运行角度对电能使用进行管理，没有从使用效率、生产成本和设备使用寿命等角度，对油田的电能使用进行精益管理，电能利用率低。油田系统作为国家能源供应源头，应坚持资源开发与节约并重的方针，不断强化节能科学管理，严格用能监督，并积极推广应用节能新技术、新产品，使油田系统的电能使用效率得以提升。基于油田生产系统的用电现状，必须利用能效监测系统进行用电精细化管理，实时动态的能效管理系统将是油田生产企业进行节能改造、节能评测、优化管理、能源审计的实施基础，系统将长期对油田生产设备用电质量、能源消耗、设备安全运行等核心用电数据实时监测，动态分析决策，最终实现管理节能的目的。3、智能用电及能效管理系统简介、智能用电及能效管理系统简介 系统在线监测整个油田企业的生产能耗动态过程，收集生产过程中大量分散的用电、用水、用气等能耗数据，提供实时及历史数据分析、对比功能，以发现能源消耗过程和结构中存在的问题，通过优化运行方式和用能结构以及建立企业能耗评估、管理体系，提高企业现有供能设备的效率，实现节能增效、高效生产。系统为用户提供以下能耗数据和节能信息：1）掌握企业耗能状况：能源消耗的数量与构成、分布与流向；2）了解企业用能水平：能量利用损失情况、设备效率、能源利用率、综合能耗；3）找出企业能耗问题：管理、设备、工艺操作中的能源浪费问题；4）查清企业节能潜力：余能回收的数量、品种、参数、性质；5）核算企业节能效果：技术改进、设备更新、工艺改革等的经济效益、节能量；6）明确企业节能方向：工艺节能改造、产品节能改造、制定技改方案、措施等。4、系统功能、系统功能 1)、能源消耗过程的信息化、可视化 目前国内大多数企业是靠人工定时抄表的方式统计用电及能源消耗状况，这种方式存在数据滞后、时效性差、数据单一等问题，不能及时掌握各生产环节和重点能耗设备的实时能耗数据。能效管理信息系统在线监测整个企业（集团）的生产能耗动态信息，并将这些能耗数据与相对应的设备、车间、班组生产数据相结合，现场运行管理人员可了解和掌握生产环节和重点设备的实时能耗状况、单位能耗数据、能耗变化趋势和实时运行参数等信息。如图：某工厂的工艺流程 图 1 水泥磨子系统生产流程单耗监测 2)、能耗/能效信息统计、管理 系统自动生成的多种能耗信息统计图形、曲线和报表，如以日、周、月、年为周期的电、水、气、煤等能耗统计报表，报表类型分为全矿、车间、重要耗能设备三个层次，为用户提供能源消耗结构和能源消耗成本分析依据，评估节能措施的效果和关联影响。系统提供综合能耗/能效统计报表，采用菜单或光按钮直接引导界面模式，图形界面包括企业宏观的能耗数据和相关信息，快捷、直观反映企业、生产车间、班组和重要生产环节实时和历史能耗/能效信息。图 2 企业综合能耗统计 3)、历史能耗数据对比、分析 系统具有强大的历史能耗数据追溯和分析功能，企业能效管理及生产工艺分析人员可按不同需要灵活设置工作点参数，在不同时段下生成各种能耗数据报表与能耗曲线：如设备单耗、生产线和班组单耗等，用多种方法对主要能耗设备和生产线的能耗数据进行查询和追溯，并可对多种参量的变化趋势进行对比、分析，从而发现能源消耗结构和过程中存在的深层次问题，对企业能源消耗结构和方式的改进、优化提出方案和建议。通过动态的单位产量能耗曲线和数据，可以直观地比较企业生产能耗与国际、国内标准的差距，从而对生产、管理、工艺及时进行指导和调整，使企业生产过程的单位能耗和能源效率保持在科学、合理水平。图 3 能耗参数对比、分析 4）电能质量及谐波监测、分析 电力电子技术在电气化铁路、电解工厂、电弧炉冶炼和电机变频调速等领域的广泛应用，在提高生产效率的同时也产生了大量的谐波污染电网，导致谐波和电能质量问题的发生。用电及能效管理信息系统在线监测电能质量和谐波分量，通过谐波分量图和趋势图，使用户及时了解真实用电环境，避免谐波危害和电能质量问题的发生，同时降低供电系统谐波和无功损耗。通常购置谐波监测设备需要较大的投资，本系统能同时实现电能消耗状况以及谐波监测、分析的双重功能。图 4 供电网络中谐波分量图 5 5、系统架构及工作原理、系统架构及工作原理 系统主要由数据采集层、数据传输网络、能效管理系统软件三部分组成。1）数据采集层：通过安装在能耗监测仪表箱（柜）中的带数字接口的智能电力仪表，实施对负荷用电量的实时监测。监测数据包括：电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、有功无功电能、谐波、环境与开关状态、事件记录等用电参数。监测对象包括：电力需求侧中低压馈线回路、主要耗能机电设备、厂房（生活区）其他耗能设施。同时也可以对用水量、用气量、热量、投料量、产量等，通过电子式流量表、电子式热量表、电子皮带秤、地秤等现场智能数据采集，根据现场条件和系统应用的要求，采集的数据也可以取自用户的其他智能系统的数据接口。2）数据传输网络：通过在能耗监测仪表箱（柜）中安装的能耗智能数据网关，实时采集能耗计量仪表的数据，并且通过 TCP/IP 网络传输到能耗监控中心。无需远距离布线，施工简单可靠。瑞申智能数据网关提供多种接入方式，目前支持 RS-485/RS-232 总线、光纤、工业以太网、433M 无线、GSM/GPRS/CDMA 网络传输等多种方式。3）用电及能效管理系统软件：完成数据采集、校验、分析、处理、输出、系统维护、授权使用权限分级控制等；并可将现场运行的重要数据、报警信息、故障信息等传送到企业决策人员。图 5 用电及能效管理信息系统架构 6 6、技术特点、技术特点 1）以设备为对象构建的内置实时关系数据库：这种结构化、对象化的实时数据库相比较传统的平面数据库，大大提高了数据检索和访问的速度及效率；2）灵活的进程调度管理技术：进程调度管理功能可以把大量的数据采集和处理任务分布到不同的服务器上运行来实现负载均衡。支持在线组态，在不影响操作的情况下，允许全部或部分应用程序进行修改；3）系统的集中管理和维护：有权限的用户，可以在 EMIS 系统中任意一台服务器或工作站上修改系统配置，在提交以后系统自动同步数据库的配置；4）网络体系架构：基于先进的网络体系架构，支持多层次网络冗余及故障切换。增强的 Web 功能和 Internet/Intranet 浏览器技术，直接支持多文档；5）支持多种通信协议：I/O 通信冗余，直接读取现场数据采集设备存储的数据，同时具备良好的开放性和灵活性。支持 RS-232/422/485、Ethernet、Can、LonWorks、MODBUS等多种通信协议和标准；网络通信采用标准的 NetBIOS，支持 IPX/SPX、TCP/IP 等协议；6）支持多种关系数据库：包括 Oracle、SQL Server、dBASE 等；实时数据库内置多种功能模块，可实现累计、统计、控制、线形化、PID 控制、各种运算等功能。通过高效的压缩技术和海量的存储技术，可以处理 10 万点以上的数据；7）丰富的图形开发工具以及优化设计的图库：新增更多的矢量子图，使工程画面制作更加丰富、灵活；提供面向对象编程方式，内置间接变量、对象变量、模板变量，方便构造强大的企业级运行系统；8）开放性：全面支持 DDE、OPC、ODBC/SQL、ActiveX 标准，提供 OLE、COM、DCOM、动态链接库等多种接口，以便用户利用各种常用开发工具（如：VC+、VB 等）进行深层的二次开发。7 7、其他能源企业其他能源企业应用案例应用案例 1）在煤矿企业能耗管理应用情况 XX煤矿是山西潞安矿业集团下属的一个大型现代化生产煤矿，2007年生产原煤225.17万吨，耗电 5864 万 KWH，生产吨煤耗电量 26KWH/吨；洗精煤 154.411 万吨，耗电 1168万 KWH，精煤耗电量 7.56KWH/吨。图 6 项目实施前负荷曲线 用电及能效管理系统投运后，五阳矿依据系统提供的信息和数据，优化用电结构和运行方式，开展精细化管理，2008 年生产原煤 262.24 万吨，耗电 6752 万 KWH，生产吨煤耗电量 25.7KWH/吨；洗精煤 190.51 万吨，耗电 1280 万 KWH，精煤耗电量6.7KWH/吨,节电效果达到 11%，取得显著的节能效果，并大大提高了企业能源管理技术水平，综合经济效益超过 400 万元。图 7 项目实施后负荷曲线 2）在水泥企业能效管理应用情况 北京 XX 水泥有限责任公司是全国节能减排工作的先进企业，拥有一条日产 2000 吨水泥熟料新型干法窑外分解生产线和一条利用水泥回转窑年处置城市废弃物 10 万吨的示范线，年产高标号水泥 200 万吨。生产线主机设备以国产为主，关键部件由国外引进，生产控制引进 ABB 公司 DCS 集散型计算机控制系统。年电费成本在 1 亿 2 千万元。2011 年公司决定建设用电及能效管理信息系统，以实现对企业用能体系的全面监测、分析和评估，优化水泥生产工艺用能过程，科学、合理地制定企业能耗考核标准和考核体系，通过计算机和信息化精细管理，建设企业能源效率考核、评估体系，实现能源消管理的信息化、可视化，进一步提升企业能源效率管理水平。系统投入运行后，为企业用信息化管理实现节能降耗提供了有效的手段，通过调整、优化生产工艺和运行方式，保守测算年节约电费成本 3%。8 8、结语、结语 节能工作不仅是对某个设备和工艺的改造，而是对企业全系统用能过程的优化，采用能效管理信息系统可以对企业能源效率水平进行全面监测、分析和评估，找出生产过程中能耗问题根源所在，科学、合理地制定生产工艺流程、建设能耗考核标准和体系，有针对性地制定节能改造方案，是企业节能增效工作的基础和技术方向。