裴永紅

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司能源總廠，安徽馬鞍山243000）

綜合

基于傳統(tǒng)長流程鋼鐵企業(yè)能源管理系統(tǒng)

裴永紅

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司能源總廠，安徽馬鞍山243000）

針對千萬噸產(chǎn)能規(guī)模、傳統(tǒng)長流程的馬鋼南區(qū)鋼鐵生產(chǎn)基地，探索并初步建成了能源管理系統(tǒng)（簡稱EMS），提高了能源管理水平和綜合利用效率，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

傳統(tǒng)長流程；能源管理系統(tǒng)；優(yōu)化

1 前言

國內(nèi)外先進(jìn)鋼鐵企業(yè)的成功實(shí)踐證明，利用先進(jìn)能源管理系統(tǒng)對能源統(tǒng)一調(diào)度、動(dòng)態(tài)平衡、高效配置、減少煤氣放散、改進(jìn)環(huán)境質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率有著重要作用，對能源系統(tǒng)事故的及時(shí)判斷、快速處理及能源計(jì)劃編制、實(shí)績分析、質(zhì)量管理、能源預(yù)測等也都是十分有效的。

馬鞍山鋼鐵股份有限公司南區(qū)生產(chǎn)基地（簡稱馬鋼南區(qū)）有著50多年的歷史，經(jīng)過數(shù)十年滾動(dòng)式發(fā)展，產(chǎn)能規(guī)模達(dá)1000萬t，現(xiàn)有燒結(jié)、煉焦、煉鐵及轉(zhuǎn)爐、電爐、連鑄、CSP、棒材、高線、H型鋼、硅鋼、車輪、中板、冷軋、熱軋、鍍鋅、彩涂等40多條主要產(chǎn)線和工序，是一個(gè)典型的傳統(tǒng)長流程鋼鐵企業(yè)，年耗能約700萬t標(biāo)煤，能源成本占總成本的比例約31%，企業(yè)內(nèi)部使用和再利用的能源種類繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各類能源既相對獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)，其生產(chǎn)、供給和利用是一個(gè)復(fù)雜、交織在一起的能源網(wǎng)絡(luò)。

能源總廠承擔(dān)著馬鋼南區(qū)水、電、煤氣、蒸汽、壓氣、冷風(fēng)等能源介質(zhì)生產(chǎn)、輸送和供給，所轄動(dòng)力站所一百多個(gè)，供電線路電纜627多千米，各種動(dòng)力介質(zhì)主干管道367多千米。由于系統(tǒng)龐大復(fù)雜，裝備水平參差不齊，信息化技術(shù)落后，能源管理粗放，主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)徘徊不前，直接影響到企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。針對馬鋼南區(qū)能源系統(tǒng)工藝配置及運(yùn)行現(xiàn)狀，探索并建立一個(gè)具有特色、可操作性強(qiáng)、與龐雜的能源網(wǎng)絡(luò)相適應(yīng)的能源管控模式，構(gòu)建集過程控制、能源管理、能源調(diào)度為一體的、以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的監(jiān)控一體化能源管理系統(tǒng)，是馬鋼全面提升能源管理水平和經(jīng)濟(jì)效益的必然選擇。

馬鋼南區(qū)能源管理系統(tǒng)（EMS），是國家工信部列為工業(yè)企業(yè)能源管理中心建設(shè)的示范項(xiàng)目。考慮到在線生產(chǎn)的連續(xù)性和一次性建設(shè)投資費(fèi)用多等實(shí)際問題，我們確定了“整體設(shè)計(jì)、分步實(shí)施”的思路，經(jīng)過2年多時(shí)間的努力，完成了一期項(xiàng)目建設(shè)，并取得了顯著成效。

2 主要實(shí)施內(nèi)容及技術(shù)方案

2.1 中央網(wǎng)絡(luò)及現(xiàn)場工業(yè)網(wǎng)絡(luò)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用現(xiàn)場工業(yè)以太網(wǎng)和中央管理監(jiān)控網(wǎng)的兩層結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)場工業(yè)以太網(wǎng)為100M工業(yè)環(huán)網(wǎng)，中央管理監(jiān)控網(wǎng)為1000M以太網(wǎng)。中央網(wǎng)用于連接I/O服務(wù)器、操作站、技術(shù)管理站、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、報(bào)警趨勢服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、工程師站、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)等。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)采用物理上獨(dú)立的構(gòu)架，電力系統(tǒng)在保證安全性和可維護(hù)性的前提下，為了節(jié)約投資，縮短項(xiàng)目建設(shè)工期，充分利用原有專用電力光纖環(huán)網(wǎng)，作為能源管理系統(tǒng)供配電部分的數(shù)據(jù)傳輸通道，傳輸各變電站實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。

2.2 數(shù)據(jù)采集子站

能源系統(tǒng)動(dòng)力站所自動(dòng)化水平參差不齊，現(xiàn)場控制系統(tǒng)多種多樣，采取利用原有的控制系統(tǒng)和建立新的數(shù)據(jù)采集子站相結(jié)合，實(shí)踐證明，這是建設(shè)采集子站系統(tǒng)見效最快、投資最省、對生產(chǎn)影響最小的方法。能源管理系統(tǒng)建立電力、熱力、燃?xì)?、供水四大專業(yè)共計(jì)122個(gè)數(shù)據(jù)采集子站，其中新建采集子站49個(gè)。電力系統(tǒng)在各站所原有的南自、四方、申瑞等綜合自動(dòng)化系統(tǒng)基礎(chǔ)上，建立了18個(gè)通訊服務(wù)器，通過站內(nèi)以太網(wǎng)采集電力運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和下發(fā)控制指令。動(dòng)力系統(tǒng)原有的基礎(chǔ)自動(dòng)化能與能源管理系統(tǒng)直接互聯(lián)的，如GE、西門子等系統(tǒng)，通過工業(yè)以太網(wǎng)直接互通，不能直接互聯(lián)的則采用異構(gòu)通訊方式經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行連接，如浙江中控DCS系統(tǒng)等，因安全性、兼容性問題完全不能與能源管理系統(tǒng)建立通訊互聯(lián)或沒有基礎(chǔ)自動(dòng)化以及需要采集管網(wǎng)數(shù)據(jù)的，則在數(shù)據(jù)中心區(qū)域建立新的西門子采集子站系統(tǒng)。

對現(xiàn)場浙江中控系統(tǒng)，采用OPC方式通訊，對PLC控制系統(tǒng)，增加網(wǎng)卡進(jìn)行通訊。其通訊方式見圖1。

圖1 浙江中控的通訊方式

2.3 動(dòng)力站所控制系統(tǒng)優(yōu)化

能源管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程操控均需要有符合計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)以及同能源管理系統(tǒng)主站互聯(lián)互通的數(shù)據(jù)通信協(xié)議，所以需要對沒有基礎(chǔ)自動(dòng)化和標(biāo)準(zhǔn)傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的站所以及相對封閉的控制系統(tǒng)進(jìn)行升級改造。按照實(shí)施計(jì)劃，我們對現(xiàn)場30套西門子、GE的控制系統(tǒng)增加了網(wǎng)絡(luò)通訊模塊，對26套浙江中控DCS系統(tǒng)軟件進(jìn)行了升級，并在原有控制程序基礎(chǔ)上結(jié)合無人值守站所建設(shè)需要，將相同控制系統(tǒng)的無人值守站所控制組態(tài)與中心區(qū)域集控站控制組態(tài)進(jìn)行合并，并增加與能控中心的通訊、數(shù)據(jù)采集、下發(fā)控制命令等控制程序等等。

2.4 變配電站所控制系統(tǒng)優(yōu)化

雖然原有電力系統(tǒng)的綜合自動(dòng)化水平相對較高，但也存在幾個(gè)廠家的系統(tǒng)與主站的兼容性以及一些站所站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)水平低、綜保裝置老化等問題。故此，對電力控制系統(tǒng)老化和不符合以太網(wǎng)傳輸要求的綜保裝置57臺(tái)（套）進(jìn)行了升級改造，完善站內(nèi)以太網(wǎng)3個(gè)，增加雙通道通訊服務(wù)器18臺(tái)，統(tǒng)一規(guī)約，更換不符合能源管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸要求的電度表166塊。在中心網(wǎng)絡(luò)層升級改造原有電力系統(tǒng)光纖數(shù)據(jù)傳輸環(huán)網(wǎng)，使各主環(huán)帶寬達(dá)到622M，升級改造光傳輸設(shè)備4套，增加16個(gè)站點(diǎn)以太網(wǎng)功能，升級網(wǎng)管軟件。電力控制系統(tǒng)主站通過主站網(wǎng)絡(luò)建立前置數(shù)據(jù)采集處理、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、PAS、WEB等服務(wù)器以及若干調(diào)度操作站、工程師站等，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、顯示、報(bào)警、報(bào)表、歷史數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、WEB發(fā)布、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可視化、狀態(tài)預(yù)估、遠(yuǎn)程控制功能等。

2.5 遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)和集控站建設(shè)

實(shí)現(xiàn)能控中心對能源站所遠(yuǎn)程操控是能源管理系統(tǒng)建設(shè)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，建立集控站是傳統(tǒng)長流程鋼鐵企業(yè)能源管理系統(tǒng)建設(shè)的特色和創(chuàng)新。根據(jù)站所工藝和設(shè)備技術(shù)水平的現(xiàn)狀，結(jié)合在線生產(chǎn)條件，分步推進(jìn)實(shí)施，目前已實(shí)現(xiàn)部分變配電站、空壓站、排澇泵站、煤氣柜等遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，剩余站所將根據(jù)改造資金和生產(chǎn)允許情況逐步推進(jìn)。由于馬鋼南區(qū)能源系統(tǒng)龐大、站所多且點(diǎn)位分散、裝備技術(shù)水平參差不齊，將所有的能源站所都集中到能控中心進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，對安全生產(chǎn)存在很大風(fēng)險(xiǎn)，為此，我們創(chuàng)造性提出建立集控站的管理模式，即以區(qū)域關(guān)鍵站所為單元，打破專業(yè)界限，設(shè)立集控站，集中對附近的站所進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，被監(jiān)控的站所可通過選擇實(shí)現(xiàn)就地、集控站和能控中心三地操作的功能，被監(jiān)控的站所實(shí)現(xiàn)無人化管理，實(shí)現(xiàn)人力資源優(yōu)化，此外，通過對能源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整，將部分工藝落后、產(chǎn)能低、能耗高的站所實(shí)現(xiàn)整合退役，目前已建成71#電力集控站、21#電力集控站、51#電力集控站、21#電力集控站、燃?xì)獾谝患卣?、九加壓集控站等等，?shí)現(xiàn)無人值守和永久性退役的站所有35個(gè)。

2.6 能源管控中心建設(shè)

能源管控中心（簡稱“能控中心”）是能源管理系統(tǒng)建設(shè)的核心單元，是能源生產(chǎn)指揮、能源流集中監(jiān)視和控制的中樞。能控中心大廳建筑面積612 m2，設(shè)有一面長32 m、高3.2 m、具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、語音聲光報(bào)警的多功能系統(tǒng)顯示屏以及動(dòng)力、電力、水道3個(gè)專業(yè)調(diào)度臺(tái)，在EMS信息化平臺(tái)支撐下，能控中心按照扁平化和集中一貫的理念，將數(shù)據(jù)采集、處理、控制、調(diào)度以及平衡預(yù)測、能源管理等功能進(jìn)行有機(jī)集成，調(diào)度人員通過可視化人機(jī)界面對系統(tǒng)運(yùn)行和能源流數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)掌握，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度、能源動(dòng)態(tài)平衡、減少煤氣放散，提升能源系統(tǒng)運(yùn)行的效率和效益。

2.7 基礎(chǔ)能源管理

系統(tǒng)管理：主要有用戶登錄管理、部門管理、功能組管理、權(quán)限管理、用戶管理及系統(tǒng)日志查詢等。能源實(shí)績管理：通過采集數(shù)據(jù)，生成能源實(shí)績報(bào)表，能源單耗報(bào)表、能介平衡報(bào)表等。能源質(zhì)量管理：對水、煤氣等能源介質(zhì)的質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測管理，編制各類能源質(zhì)量報(bào)表，通過與標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量指標(biāo)的對比，對各類指標(biāo)進(jìn)行跟蹤監(jiān)控和趨勢分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)不合格質(zhì)量數(shù)據(jù)，避免質(zhì)量事故。目前，正在進(jìn)行日成本管理、能源計(jì)劃管理等系統(tǒng)軟件功能開發(fā)。

3 主要成效

表1 2011年與2014年主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)完成情況統(tǒng)計(jì)表

3.1 能源管控水平明顯提升

通過對能源系統(tǒng)各種參數(shù)信息的采集、上傳和處理，并進(jìn)行WEB發(fā)布，建成了能控中心信息化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)可視化和信息資源共享，能源的產(chǎn)、供、用形成了有機(jī)整體，能控中心對能源系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和動(dòng)態(tài)調(diào)控，大幅度提升了工作效能和資源綜合利用水平。能源管理的理念和方法發(fā)生了根本性變化，實(shí)現(xiàn)了由粗放管理向精益化管理轉(zhuǎn)變、由事后管理向事前管理轉(zhuǎn)變、由單體節(jié)能管理向系統(tǒng)節(jié)能管理轉(zhuǎn)變、由經(jīng)驗(yàn)化管理向科學(xué)定量化管理轉(zhuǎn)變。

3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和人力資源得到優(yōu)化

通過能源管理系統(tǒng)（EMS）項(xiàng)目建設(shè)，強(qiáng)力推行了能源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整，淘汰退役了一批高能耗、低產(chǎn)出的小型站所和工藝落后的系統(tǒng)，創(chuàng)造性地建立以能控中心為核心、集控站為單元的能源管控模式，按照專業(yè)系統(tǒng)、工序保障及站區(qū)域分布情況，建立了若干個(gè)集控站，實(shí)現(xiàn)無人值守和退役的站所35個(gè)，挖潛人力資源250余人，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加完善合理，能源平衡保供更加順暢高效。

3.3 主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)全面晉級

2011年與2014年主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)完成情況統(tǒng)計(jì)見表1。

3.4 效益分析

噸鋼轉(zhuǎn)爐煤氣回收指標(biāo)提升17.22 m3/t，年效益：17.22 m3/t×800萬t（實(shí)際鋼產(chǎn)量）×0.0068 GJ/ m3×14元/GJ=1311.5萬元；每年減少高爐煤氣放散量4100多萬m3，年效益：4100萬m3×3.7 GJ/103m3×10元/GJ=163.5萬元；每年節(jié)約噸鋼耗新水成本280萬元；每年減少蒸汽管損250萬元；每年節(jié)約煤氣、供水、壓氣等電耗成本1250萬元；減少上網(wǎng)電量4200萬kWh，年效益1180萬元；優(yōu)化人力資源250余人，按人均年工資7.5萬元計(jì)算，年減少人工成本250人×7.5萬元/人=1875萬元。合計(jì)年直接經(jīng)濟(jì)效益6310萬元。

在創(chuàng)造出直接經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，在環(huán)保減排、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、能源高效利用等方面也取得了顯著綜合效益，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益的同步發(fā)展。

4 結(jié)語

馬鋼南區(qū)能源管理系統(tǒng)（EMS）的初步建成，探索出了傳統(tǒng)長流程鋼鐵企業(yè)能源管理系統(tǒng)建設(shè)的有效途徑，在行業(yè)中起到了很好的引領(lǐng)和示范作用。由于系統(tǒng)龐大復(fù)雜，現(xiàn)場設(shè)備條件還不能完全具備，一次計(jì)量表計(jì)和數(shù)據(jù)采集還不夠完善，基礎(chǔ)能源管理功能還沒有完全開發(fā)和應(yīng)用，我們將通過二期工程建設(shè)，進(jìn)一步推進(jìn)結(jié)構(gòu)調(diào)整和系統(tǒng)優(yōu)化，對能源產(chǎn)、供、用信息參數(shù)實(shí)現(xiàn)完整采集，深度開發(fā)基礎(chǔ)能源管理功能，致力于能源優(yōu)化配置軟件的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，形成更加完整的能源管理系統(tǒng)信息化平臺(tái)和能源預(yù)測、計(jì)劃、實(shí)績分析平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗技術(shù)水平和效益再提升。

TheEnergyM anagementSystem for ConventionalLong-processFlow Steelmakers

PEI Yonghong
(The General Power Plant of Maanshan Iron and Steel Co.,Ltd.,Maanshan,Anhui 243000,China)

An energy management system(EMS)was probed and preliminarily constructed specifically for MaSteel’s south area steelmaking base of 10-milliton ton capacity based on conventional long-process flow,which has improved the energy management system and comprehensive utilization efficiency and brought significant economic benefit.

conventional long-process flow;energy management system;optimization

TK018

B

1006-6764(2015)02-0061-03

2014－12－05

裴永紅（1966－），男，1989年畢業(yè)于安徽工業(yè)大學(xué)熱能工程專業(yè)，高級工程師，現(xiàn)從事能源生產(chǎn)與技術(shù)管理工作。