苗 強(qiáng) 曹 凱

（山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司青島卷煙廠，山東 青島 266101）

·節(jié)能與環(huán)?！?/p>

工藝空調(diào)數(shù)據(jù)管理在降低卷煙企業(yè)綜合能耗的應(yīng)用

苗 強(qiáng) 曹 凱

（山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司青島卷煙廠，山東 青島 266101）

從空調(diào)工藝流程入手，對(duì)工藝空調(diào)進(jìn)行系統(tǒng)分析，以車間需求拉動(dòng)為導(dǎo)向，通過(guò)對(duì)大量空調(diào)運(yùn)行數(shù)據(jù)的挖掘，利用方差分析工具與回歸分析，識(shí)別出制冷機(jī)效率、新風(fēng)利用、空調(diào)開(kāi)機(jī)預(yù)熱時(shí)間等環(huán)節(jié)存在的節(jié)能空間。并進(jìn)行DO E實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，建立相應(yīng)控制模型，實(shí)現(xiàn)開(kāi)機(jī)智能推送，新風(fēng)自動(dòng)調(diào)節(jié)，加以信息化集成與精益看板固化，實(shí)現(xiàn)空調(diào)綜合能耗下降的目標(biāo)。

數(shù)據(jù)管理；DO E實(shí)驗(yàn)；卷煙廠；工藝空調(diào)；綜合能耗；節(jié)能

一、前言

在節(jié)能減排已成為我國(guó)的基本國(guó)策下，煙草行業(yè)積極履行社會(huì)責(zé)任，2013年，國(guó)家局推進(jìn)精益管理，青島卷煙廠在山東中煙的領(lǐng)導(dǎo)下，積極響應(yīng)精益管理與雙增雙節(jié)，將能源管理作為重點(diǎn)工作。

空調(diào)系統(tǒng)作為輔助生產(chǎn)的主要耗能設(shè)備，占青島卷煙廠輔助生產(chǎn)耗能的70%，降低空調(diào)系統(tǒng)單耗可以實(shí)現(xiàn)企業(yè)效益和社會(huì)效益雙贏。在卷煙企業(yè)中，卷煙生產(chǎn)過(guò)程的工藝和生產(chǎn)材料對(duì)環(huán)境溫濕度的要求標(biāo)準(zhǔn)都很高，加濕不均勻、相對(duì)濕度的不足或濕度的高低波動(dòng)等因素都會(huì)直接影響到卷煙生產(chǎn)工藝過(guò)程以及最終的卷煙成品，我國(guó)卷煙生產(chǎn)企業(yè)從上世紀(jì)80年代引進(jìn)工藝空調(diào)設(shè)備以來(lái)，就對(duì)車間實(shí)行恒溫恒濕控制，但是伴隨而來(lái)的是卷煙單耗增加問(wèn)題，空調(diào)能耗量占到卷煙單耗的30%，降低空調(diào)系統(tǒng)單耗成為了緊迫任務(wù)。

在經(jīng)年累月的生產(chǎn)過(guò)程中，煙草企業(yè)積累了大量的空調(diào)使用數(shù)據(jù)，充分有效地利用這些數(shù)據(jù)，對(duì)于煙草行業(yè)的節(jié)能減排具有重要意義。以下從空調(diào)工藝流程入手，對(duì)工藝空調(diào)進(jìn)行系統(tǒng)分析，以車間需求拉動(dòng)為導(dǎo)向，通過(guò)對(duì)大量空調(diào)運(yùn)行數(shù)據(jù)的挖掘，利用方差分析工具與回歸分析，識(shí)別出制冷機(jī)效率、新風(fēng)利用、空調(diào)開(kāi)機(jī)預(yù)熱時(shí)間等環(huán)節(jié)存在的節(jié)能空間。

二、項(xiàng)目背景

青島卷煙廠有工藝空調(diào)45臺(tái)，負(fù)責(zé)保證生產(chǎn)期間，生產(chǎn)區(qū)域的溫濕度工藝指標(biāo)。目前，卷包空調(diào)系統(tǒng)涉及制冷系統(tǒng)、熱力系統(tǒng)、冷卻循環(huán)水系統(tǒng)，空調(diào)主機(jī)控制雖然采用了PID自動(dòng)調(diào)節(jié)，并通過(guò)C/S構(gòu)架搭建空調(diào)精準(zhǔn)控制系統(tǒng)，以SIEMENS的PCS7系統(tǒng)為框架，通過(guò)信息管理層、過(guò)程控制層、設(shè)備控制層三層級(jí)管理，利用精準(zhǔn)溫濕度控制、溫濕度串級(jí)控制與變參數(shù)自動(dòng)整定控制，實(shí)現(xiàn)空調(diào)節(jié)能運(yùn)行。但是對(duì)于空調(diào)運(yùn)行時(shí)間、系統(tǒng)間啟停配合等操作，仍以經(jīng)驗(yàn)操作為主。

由于空調(diào)系統(tǒng)受室外空氣溫濕度影響大，同時(shí)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，涉及系統(tǒng)龐大，因此空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能還存在著以下需求和挑戰(zhàn)：1.合理的生產(chǎn)組織安排，減少等待的浪費(fèi)。2.采取節(jié)能新舉措，降低空調(diào)系統(tǒng)耗能。3.優(yōu)化空調(diào)各運(yùn)行參數(shù)，尋求最佳運(yùn)行模式。僅僅依靠設(shè)備的控制功能來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)組的運(yùn)行，已經(jīng)無(wú)法同時(shí)滿足溫濕度控制和節(jié)能減排的雙重需求。如何從空調(diào)的工藝流程出發(fā)，通過(guò)挖掘隱藏在大量歷史數(shù)據(jù)背后的規(guī)律來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的，是煙草行業(yè)空調(diào)管理部門亟待解決的一個(gè)問(wèn)題。

三、研究?jī)?nèi)容

利用空調(diào)控制系統(tǒng)累積的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析管理，進(jìn)一步提高空調(diào)運(yùn)行效率，降低能源消耗。

首先從空調(diào)工藝流程入手，對(duì)全系統(tǒng)進(jìn)行分析，以車間需求拉動(dòng)為導(dǎo)向，分析耗能工藝環(huán)節(jié)的能源消耗，針對(duì)每一個(gè)耗能環(huán)節(jié)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)寫實(shí)與系統(tǒng)分析，識(shí)別出制冷機(jī)效率、新風(fēng)利用、空調(diào)開(kāi)機(jī)預(yù)熱時(shí)間等環(huán)節(jié)存在的隱形浪費(fèi)（圖1）。

對(duì)于制冷機(jī)效率，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行DOE相應(yīng)曲面設(shè)計(jì)（圖2），并進(jìn)行回歸分析，尋找到最佳負(fù)荷狀態(tài)點(diǎn)，并通過(guò)電子看板進(jìn)行固化，實(shí)現(xiàn)開(kāi)機(jī)數(shù)量推薦模式；對(duì)于新風(fēng)利用，結(jié)合室外溫濕度變化對(duì)于能耗的影響，尋找到不同工況下的新風(fēng)最佳采用量，并以自控系統(tǒng)進(jìn)行固化，實(shí)現(xiàn)新風(fēng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)；而對(duì)于空調(diào)開(kāi)關(guān)機(jī)時(shí)間，則是對(duì)10年的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，尋找到最佳值。

圖1 空調(diào)工藝詳細(xì)流程圖

圖2 效率與送風(fēng)機(jī)頻率、送風(fēng)比焓查的曲面圖

本文以空調(diào)機(jī)組運(yùn)行水電費(fèi)為研究對(duì)象，建立空調(diào)使用情況與水電費(fèi)消耗模型（以下簡(jiǎn)稱能耗模型），結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)裝置實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，找出影響水電費(fèi)消耗的關(guān)鍵操作參數(shù)（優(yōu)化用的決策變量）和關(guān)鍵能耗點(diǎn)（優(yōu)化目標(biāo)），為進(jìn)行大量模擬提供依據(jù)。為了減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)，同時(shí)不影響分析的準(zhǔn)確性，通過(guò)均勻設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法列出關(guān)鍵操作參數(shù)實(shí)驗(yàn)表，利用已建立的能耗模型進(jìn)行模擬，產(chǎn)生用于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練和預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)，然后采用B P神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練和預(yù)測(cè)，找出關(guān)鍵操作參數(shù)與能耗的非線性映射關(guān)系，接著在已訓(xùn)練好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型基礎(chǔ)上，對(duì)不同操作組合情況下的能源消耗進(jìn)行預(yù)測(cè)（圖3）。項(xiàng)目還運(yùn)用可視化看板、標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)、信息化集成等措施，并以TsPM系統(tǒng)為支撐進(jìn)行固化，實(shí)現(xiàn)PDCA閉環(huán)持續(xù)改進(jìn)（圖4）。

項(xiàng)目最終通過(guò)看板管理實(shí)現(xiàn)制冷機(jī)開(kāi)臺(tái)面的最優(yōu)控制，并以標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)（SOP）固化操作過(guò)程。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試與改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了新風(fēng)閥依據(jù)室外空氣溫濕度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。通過(guò)跨部門合作與溝通機(jī)制的優(yōu)化，減少了開(kāi)機(jī)預(yù)熱時(shí)間，通過(guò)空調(diào)開(kāi)機(jī)預(yù)熱時(shí)間的智能消息推送，降低了等待的浪費(fèi)。并且通過(guò)精益項(xiàng)目的實(shí)施，調(diào)動(dòng)了一線員工的積極性，不僅使員工的工作技能有了很大提高，也使得對(duì)精益思想的理解更加深入，對(duì)精益工具的使用更加?jì)故?，使團(tuán)隊(duì)成員各方面能力有了全面提升，項(xiàng)目最終不僅為企業(yè)提高了經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也減少了二氧化碳排放量，提高了社會(huì)效益，擔(dān)負(fù)了社會(huì)責(zé)任。

圖3 空調(diào)機(jī)組運(yùn)行模型構(gòu)建流程

圖4 TsPM系統(tǒng)設(shè)備開(kāi)臺(tái)面控制看板

四、實(shí)際應(yīng)用效果與創(chuàng)新點(diǎn)

通過(guò)該項(xiàng)目的實(shí)施，將其方法推廣至全廠，實(shí)現(xiàn)了空調(diào)系統(tǒng)能耗整體下降，節(jié)能效果明顯，2014年空調(diào)系統(tǒng)萬(wàn)支卷煙綜合能耗為0.75kg標(biāo)煤/萬(wàn)支。通過(guò)項(xiàng)目的實(shí)施及效果驗(yàn)證，2015年空調(diào)系統(tǒng)萬(wàn)支卷煙綜合能耗下降為0.73kg標(biāo)煤/萬(wàn)支。

本項(xiàng)目以價(jià)值流系統(tǒng)分析為突破口，通過(guò)對(duì)大量歷史數(shù)據(jù)的分析與現(xiàn)場(chǎng)寫實(shí)調(diào)研，成功尋找到隱形的浪費(fèi)與效率的浪費(fèi)兩個(gè)重要方面。該項(xiàng)目有如下特點(diǎn)：

1.通過(guò)優(yōu)化組織控制流程，建立互動(dòng)通訊機(jī)制，實(shí)現(xiàn)空調(diào)機(jī)組運(yùn)行的需求拉動(dòng)模式。2.通過(guò)DOE實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，運(yùn)用回歸分析尋找到最佳設(shè)備運(yùn)行參數(shù)。3.運(yùn)用信息化手段，對(duì)10年數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以大數(shù)據(jù)為支撐，效果更明顯。4.管理流程優(yōu)化與設(shè)備運(yùn)行效率提升的有機(jī)結(jié)合。

五、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)寫實(shí)，建立了空調(diào)系統(tǒng)開(kāi)關(guān)機(jī)需求拉動(dòng)供應(yīng)模式，以大數(shù)據(jù)做支撐，尋找空調(diào)系統(tǒng)最佳預(yù)熱時(shí)間與關(guān)機(jī)時(shí)間。同時(shí)基于線性回歸分析，尋找到設(shè)備運(yùn)行中的最佳效率點(diǎn)，并與系統(tǒng)匹配，通過(guò)對(duì)新風(fēng)的利用采用信息化自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)新風(fēng)采用量隨室外新風(fēng)溫濕度變化而調(diào)整模式，此為新風(fēng)控制的創(chuàng)新模式。

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