摘要: 從能源計量和管理的角度，論述了煉鋼廠的能源計量管理系統(tǒng)的基本組成及功能。該系統(tǒng)的建立，將使煉鋼廠能源介質的計量管理工作實現(xiàn)自動采集、瞬時監(jiān)測、故障報警、能流監(jiān)視；完成報表統(tǒng)計、離線輸入、成本分析、預測參考等功能。提高了計量管理工作的層次和力度，對煉鋼廠均衡、穩(wěn)定生產，盡量平衡公司管網的壓力和負荷，廠內生產決策和安排、調度和調整，節(jié)約優(yōu)化用能，保證全廠整體利益都有重要的指導意義。

關鍵詞:能源，計量，管理，煉鋼廠，能源管理

鋼鐵企業(yè)是耗能大戶，不斷提高鋼鐵企業(yè)自身節(jié)能降耗水平是鋼鐵企業(yè)始終追求的目標。煉鋼廠是鋼鐵公司的重要組成部分，其能源的使用和發(fā)生狀況具有自身特點，對能源的計量、檢測及管理有較高的要求，其能源使用、回收的計量和管理水平又直接關系到公司整體能源網絡的合理平衡和有效運行，但目前我國各鋼鐵公司的煉鋼廠基本沒有自己的能源計量管理體系，使得生產中能源的使用和回收存在不同程度的不合理性。因此，盡快建立煉鋼廠自身較為完整和準確的能源計量管理系統(tǒng)，可以有效地彌補生產廠本身在能源介質使用及管理上的欠缺，滿足煉鋼廠內部能源介質的計量、檢測及管理需要，使其能在未來的工作和生產中明確能源介質的使用和消耗狀況，便于其進行數據整理、能耗分析及生產調度和調整，提高能源介質的利用率及用能經濟性和合理性。本文以某鋼鐵集團公司煉鋼廠為例，介紹了能源計量管理系統(tǒng)的設計、組成及其功能，對其它煉鋼廠具有一定參考價值。

1 煉鋼廠工藝流程簡介

該鋼鐵集團公司下屬煉鋼廠的工藝流程情況基本如下：由煉鐵廠高爐生產出的大量高溫鐵水，通過保溫良好形混鐵車送至煉鋼廠，首先進入煉鋼廠的脫硫間進行預處理，再由車運至倒罐站，鐵水扒渣后兌入轉爐，與經調度計劃稱量后先裝入轉爐的廢鋼等一起進行冶煉。轉爐冶煉作業(yè)由過程計算機進行靜態(tài)控制和計算，自動完成全部煉鋼過程。熔煉出爐的鋼水根據不同鋼種的具體技術要求，進行爐外二次精煉，然后分別經連鑄或模鑄生產線產出煉鋼工序終產品———連鑄坯或鑄鋼坯。其主要生產流程如圖1所示。

煉鋼廠消耗的主要能源介質有：氧氣、氮氣、氬氣、焦爐煤氣、蒸汽、電力、水等，回收的能源介質有：轉爐煤氣和蒸汽。

2 能源計量管理系統(tǒng)基本內容

2.1 能源介質的計量、檢測

該煉鋼廠現(xiàn)有的能源計量、檢測系統(tǒng)主要由三部分組成：

（1）各種進廠能源介質數據由能源中心統(tǒng)一采集；

（2）部分工序、設備消耗能源介質數據由計算機采集或計算（如連鑄等）；

（3）部分工序、設備消耗能源介質數據由人工抄表（如RH等）。

數據來源較多，有些數據因管網交叉尚需人工進行二次計算處理，使得月末數據統(tǒng)計工作復雜，容易發(fā)生錯誤，即使數據出現(xiàn)問題，也不易查找原因。而且生產中管網故障及異常很難察覺，無法及時消除隱患。

因此，從根本上解決問題。在煉鋼廠原有的能源介質管網上，為控制生產和計量需要，安裝有大量的各類計量儀表和動力控制閥門，對各種能源介質的流量、壓力、溫度等量進行檢測和計量。這些儀表大多是模擬儀表盤，其中有少部分控制工藝的量在過程機中有顯示。本系統(tǒng)在管網現(xiàn)有計量儀表的基礎上，從使用、安全及管理的角度進一步完善系統(tǒng)配置，補充計量、管理需要而原系統(tǒng)沒有的計量點，替換原系統(tǒng)已有但滿足不了未來使用要求的儀表，使系統(tǒng)管網在硬件上首先滿足計算機計量、檢測及管理的要求。系統(tǒng)功能結構如圖2所示。

2.1.1 數據的采集及處理

（1）將分散的各測量點一次儀表上的模擬量集中到計算機上，經過抗干擾、隔離放大、濾波、電流電壓轉換器及A/D后轉換成數字量，并按一定要求形成1s平均量，1min平均量，1h平均量。

（2）通過長距離的連網系統(tǒng)及通信管理系統(tǒng)的軟、硬件，將各數據送至網絡服務器，從而實現(xiàn)數據共享。

2.1.2 故障報警及監(jiān)視

計算機對采集到的各數據進行報警上、下限判斷，對有報警的信號保存前后1-5min數據，并按網絡規(guī)約送到報警監(jiān)視器進行顯示和自動打印。進行主要報警參數的跟蹤，根據報警記錄內容和趨勢曲線，正確判斷故障發(fā)生原因。

2.1.3 能流圖顯示

設計一套工藝流程動態(tài)畫面，進行各種能源介質的工藝流程圖顯示，包括各采樣點的瞬時值顯示，計量點采集數據的累積值顯示等。

實現(xiàn)以上功能后，可方便地在線獲得能源介質消耗、回收的各種數據，隨時掌握各工序及主要設備的運行狀況和能耗數據，自動監(jiān)測管網運行時態(tài)，提前預知故障，防患于未然。

2.2  能源管理

煉鋼廠原來的能源介質消耗和回收情況均靠人工統(tǒng)計、計算，工作重復，數據繁雜，效率不高，容易出錯，與現(xiàn)代化管理和生產節(jié)奏不相適應。報表統(tǒng)計、成本核算及預測分析等也由人工進行，系統(tǒng)性、規(guī)范性較差。能源計量管理系統(tǒng)可以方便地實現(xiàn)快速統(tǒng)計、自動報表、專家分析等功能，由計算機代替人工，達到理想的準確度和效率。

2.2.1 報表統(tǒng)計

通過數據庫管理軟件，自動生成各種能耗的日報、月報、年報及各種能耗曲線，使數據統(tǒng)計、整理由原來的人工化過渡到計算機化，提高工作效率和準確性。 

2.2.2 離線數據輸入

通過一套可輸入不可測量參數和可變參數（如報警上、下限等）的系統(tǒng)支持軟件，提高系統(tǒng)的適應性和可擴展性。 

2.2.3 成本統(tǒng)計分析

實時掌握各工序及主要設備的能耗狀況，對不同品種、規(guī)格的能耗進行綜合評估，按班進行能源成本統(tǒng)計分析，并對能源成本進行管理。進行工序能耗和成本的分析與評價，完成煉鋼廠與能源中心之間的信息傳遞與交流等。

2.2.4 潮流監(jiān)視

通過CRT畫面，可以方便地實現(xiàn)各種能源介質的工藝流程圖顯示，自動生成趨勢曲線或直方圖，隨時掌握各主要設備的運行狀態(tài)及能源介質的消耗和發(fā)生、回收情況，便于進行生產調度和調整。 

2.2.5 預測參考

利用統(tǒng)計數據及專家知識庫，預測下一年度能源介質需求及供應規(guī)劃和措施。

以上功能的實現(xiàn)，使能源介質的消耗、回收等數據和狀況的管理功能大大增強，為生產決策、調度和調整提供在線參考。

3 安科瑞工業(yè)能源計量管理系統(tǒng)介紹

安科瑞工業(yè)能源計量管理系統(tǒng)采用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業(yè)的生產、輸配和消耗環(huán)節(jié)實行集中扁平化的動態(tài)監(jiān)控和數據化管理，監(jiān)測企業(yè)電、水、燃氣、蒸汽及壓縮空氣等各類能源的消耗情況，通過數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業(yè)針對各種能源需求及用能情況、能源質量、產品能源單耗、各工序能耗、重大能耗設備的能源利用情況等進行能耗統(tǒng)計、同環(huán)比分析、能源成本分析、用能預測、碳排分析，為企業(yè)加強能源管理，提高能源利用效率、挖掘節(jié)能潛力、節(jié)能評估提供基礎數據和支持。

3.1 系統(tǒng)結構

3.2 應用場所

鋼鐵、石化、冶金、有色金屬、采礦、醫(yī)藥、水泥、煤炭、物流、鐵路、航空工業(yè)、木材、化學原料以及機電設備、電器產品、工器具制造等。

3.3 系統(tǒng)功能

3.3.1 可視化展示

展示企業(yè)各類能耗總量、折標值、能源成本、能源消耗趨勢、分項能耗占比、區(qū)域能源消耗對比,以及當前天氣情況、污染情況，并三維展示企業(yè)重要工藝或工段的能源消耗動態(tài)。

3.3.2 用能統(tǒng)計

從能源使用種類、監(jiān)測區(qū)域、生產工藝/工段時間、分項等維度，采用曲線、餅圖、直方圖、累積圖、數字表等方式對企業(yè)用能統(tǒng)計、同比、環(huán)比分析、實績分析，折標對比、單位產品能耗、單位產值能耗統(tǒng)計，找出能源使用過程中的漏洞和不合理地方，從而調整能源分配策略，減少能源使用過程中的浪費。

3.3.3 產品/產值單耗

與企業(yè)MES系統(tǒng)對接，通過產品產量以及系統(tǒng)采集的能耗數據，在產品單耗中生成產品單耗趨勢圖，并進行同比和環(huán)比分析。以便企業(yè)能夠根據產品單耗情況來調整生產工藝，從而降低能耗。

3.3.4 績效分析

對各類能源使用、消耗、轉換，按班組、區(qū)域、產線、工段等進行日、周、月、年、時段績效統(tǒng)計按照能源計劃或定額制定的績效指標進行KPI比較考核，幫助企業(yè)了解內部能效水平和節(jié)能潛力。

3.3.5 能耗預測

通過對企業(yè)生產工藝、生產設備等的能耗使用情況進行分析，建立能耗計算模型，根據人工智能算法對數據和模型進行修正，對未來企業(yè)能耗趨勢進行預測分析，為節(jié)能提供有效的決策依據。

3.3.6 運行監(jiān)測

系統(tǒng)對區(qū)域、工段、設備能源消耗進行數據采集，監(jiān)測設備及工藝運行狀態(tài)，如溫度、濕度、流量、壓力、速度等，并支持變配電系統(tǒng)一次運行監(jiān)視?？芍苯訌膭討B(tài)監(jiān)測平面圖快速瀏覽到所管理的能耗數據，支持按能源種類、車間、工段、時間等維度查詢相關能源用量。

3.3.7 分析報告

以年、月、日對企業(yè)的能源利用情況、線路損耗情況、設備運行情況、運維情況等進行多方面的統(tǒng)計分析，讓用戶多方面了解系統(tǒng)的運行情況，并為用戶提供數據基礎，方便用戶發(fā)現(xiàn)設備異常，從而找出改善點，以及針對用能情況挖掘節(jié)能潛力。

3.3.8 事件報警

持續(xù)監(jiān)測設備和系統(tǒng)運行，對通訊失敗、數據異常、定額超限、工藝參數異常越限、設備異?；蚬收线M行報警，提醒企業(yè)注意和查找問題，并形成報警日志。

3.3.9 移動端支持

APP支持Android、iOS操作系統(tǒng)，方便用戶按能源分類、區(qū)域、車間、工序、班組、設備等不同維度掌握企業(yè)能源消耗、效率分析、同環(huán)比分析、能耗折標、用能預測、運行監(jiān)視、異常報警等。

3.4 現(xiàn)場設備選型

4 結語

煉鋼廠能源計量管理系統(tǒng)的建立，使煉鋼廠能源介質的計量、檢測自動化，實現(xiàn)了自動采集、瞬時監(jiān)測、故障報警、能流監(jiān)視；提高了管理工作的層次和力度，完成了報表統(tǒng)計、離線輸入、成本分析、預測參考等功能。為煉鋼廠均衡、穩(wěn)定生產，盡量平衡公司管網的壓力和負荷，廠內生產決策和安排、調度和調整，節(jié)約優(yōu)化用能，保證全廠整體利益都有重要的指導意義。

本系統(tǒng)對同類型煉鋼廠具有廣泛參考價值和借鑒作用。

參考文獻

[1]解魯生.能源基礎管理與經濟.北京：冶金工業(yè)出版社，1992.4
[2]杜濤，蔡九菊，陳光.煉鋼廠能源計量管理系統(tǒng)[J].

[3]安科瑞企業(yè)微電網設計與選型手冊.2019.11版.