程志芳
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：能源管控是近年來(lái)興起的一種新型能源管理模式，是提高企業(yè)能源科學(xué)化管理水平的有效手段。本文系統(tǒng)介紹了目前國(guó)內(nèi)外油氣田企業(yè)能源管控系統(tǒng)的應(yīng)用情況，詳細(xì)闡述了慶新油田開發(fā)有限責(zé)任公司能源管控系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用，期望對(duì)油氣田企業(yè)的能源管控系統(tǒng)建設(shè)具有一定的借鑒意義。
關(guān)鍵詞：慶新油田能源管控系統(tǒng)建設(shè)
0 引言
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入新常態(tài)和國(guó)內(nèi)外能源供需形勢(shì)的變化，持續(xù)改進(jìn)能效水平已經(jīng)成為新常態(tài)下能源發(fā)展的必然選擇。
油氣田企業(yè)能源消耗量占能源生產(chǎn)量的比例依然較高，整體用能水平與*水平相比還有較大差距，能源消耗費(fèi)用在油氣生產(chǎn)成本中所占比例較大。“十三五”期間，國(guó)家高度重視加強(qiáng)能耗在線監(jiān)測(cè)和推進(jìn)能源管控建設(shè)，明確提出要加強(qiáng)高能耗行業(yè)的能源管控，推進(jìn)工業(yè)企業(yè)能源管控中心建設(shè)，推廣工業(yè)智能化用能監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)。因此，油氣田企業(yè)應(yīng)以信息化建設(shè)為依托，通過(guò)開發(fā)能源管控系統(tǒng)，強(qiáng)化能源利用的有效管理與控制，并持續(xù)改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)能源利用的*化。
1 油氣田能源管控發(fā)展和現(xiàn)狀
能源管理中心的雛形最早始于20世紀(jì)60年代的日本和西德。其鋼鐵企業(yè)利用模擬儀表形成能源數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)，分別滿足能源介質(zhì)生產(chǎn)和分配的需要。20世紀(jì)70年代，日本鋼鐵廠利用電子計(jì)算機(jī)，將各自獨(dú)立的能源介質(zhì)網(wǎng)逐步過(guò)渡到由動(dòng)力部門集中管理，達(dá)到統(tǒng)一管理能源介質(zhì)的轉(zhuǎn)換和分配，能源管理中心初步形成。
其后，隨著能源管理中心建設(shè)得到越來(lái)越大的重視，越來(lái)越多的國(guó)際石油公司開始具有較為完整的能源管理系統(tǒng)，并取得了顯著的節(jié)能效果。
目前，國(guó)際石油公司普遍認(rèn)為油田能源管控建設(shè)不但是數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)流程的數(shù)字化，而且是針對(duì)上游業(yè)務(wù)更高層次的整合與流程再造。在完善油氣田信息化建設(shè)的基礎(chǔ)上，能源管控建設(shè)需要依次經(jīng)歷四個(gè)層次，即監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)分析、實(shí)時(shí)優(yōu)化和經(jīng)營(yíng)模式變革。
北海的挪威海域是智能管控技術(shù)利用程度最高的地區(qū)。該地區(qū)的斯塔特福約爾得油田通過(guò)采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸、實(shí)施控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了油田可持續(xù)發(fā)展。
Chevron(雪佛龍公司)、Shell(“殼”牌公司)和BP(英國(guó)石油公司)相繼提出了“信息油氣田”、“聰明油田”和“未來(lái)油氣田”的發(fā)展理念。
“十三五”期間，中國(guó)石油集團(tuán)公司遵循“效益為本，注重實(shí)效；分類指導(dǎo)，突出重點(diǎn)；完善機(jī)制，創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)”的原則，積極推進(jìn)能源管控建設(shè)[1]。預(yù)計(jì)2020年，中國(guó)石油集團(tuán)公司能源管控能力建設(shè)將邁上新臺(tái)階，基本達(dá)到*水平，重點(diǎn)業(yè)務(wù)達(dá)到國(guó)內(nèi)水平。油氣田企業(yè)基本實(shí)現(xiàn)試點(diǎn)能源管控單元的主要能耗指標(biāo)在線監(jiān)測(cè)及分析。中國(guó)石油集團(tuán)公司示范采油廠(作業(yè)區(qū))實(shí)現(xiàn)基于在線監(jiān)測(cè)的主要能耗指標(biāo)對(duì)標(biāo)分析。
2 慶新油田能源管控系統(tǒng)實(shí)踐
慶新油田位于大慶長(zhǎng)垣太平屯油田以東、升平油田以西，南靠宋芳屯油田，北臨安達(dá)凹陷，1999年開發(fā)，現(xiàn)已經(jīng)歷上產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)兩個(gè)階段。慶新油田現(xiàn)有聯(lián)合站1座、轉(zhuǎn)油站2座、集油配注間21座，現(xiàn)有耗能設(shè)備964臺(tái)，包括：抽油機(jī)493臺(tái)、螺桿泵7臺(tái)、注水泵270臺(tái)、柱塞泵98臺(tái)、加熱爐23臺(tái)和離心泵73臺(tái)。
組建初期，慶新油田以自籌資金方式運(yùn)營(yíng)，嚴(yán)格管控成本是該企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理的突出特點(diǎn)，以能源管控為代表的成本控制效果尤為突出。慶新油田成立了以總經(jīng)理為組長(zhǎng)的能源管控委員會(huì)，將節(jié)能工作納入經(jīng)營(yíng)重點(diǎn)。委員會(huì)成員涵蓋公司經(jīng)營(yíng)班子，小組成員包括各用能單位生產(chǎn)和節(jié)能管理人員。慶新油田積極發(fā)揮數(shù)字化優(yōu)勢(shì)，合理配備具有遠(yuǎn)程功能的計(jì)量?jī)x表，開發(fā)集采油、集輸、注水各系統(tǒng)于一體的能源管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能工作由數(shù)字化向智能化轉(zhuǎn)變，形成了慶新油田能源管控的*模式。
2.1油井能源管控系統(tǒng)建設(shè)
在慶新油田抽油機(jī)井中，應(yīng)用節(jié)能抽油機(jī)占比93.3%，節(jié)能電機(jī)占比71.6%，節(jié)能配電箱占比88.2%。
通過(guò)電流互感器、載荷傳感器、角位移傳感器和油管套管壓力傳感器等現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備，慶新油田自動(dòng)采集三項(xiàng)電流、三項(xiàng)電壓、載荷和油套壓等15項(xiàng)油井?dāng)?shù)據(jù)，計(jì)算得到日耗電量、平衡度等16項(xiàng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)油井參數(shù)自動(dòng)采集、能耗精確計(jì)量至單井。
以自動(dòng)采集、回傳的數(shù)據(jù)為前提，針對(duì)抽油機(jī)平衡治理、結(jié)蠟治理和管桿泵管理等問(wèn)題，慶新油田開發(fā)了多項(xiàng)抽油機(jī)井源管控應(yīng)用軟件，形成了五項(xiàng)油井能源管控體系：
1)利用功率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，提高平衡管理水平。
2)通過(guò)載荷實(shí)時(shí)采集，優(yōu)化油井降黏工作。
3)利用數(shù)字化遠(yuǎn)程啟停，進(jìn)行自動(dòng)化間歇性抽油管理。
4)依托單井電量計(jì)量，強(qiáng)化機(jī)采能耗管理。
5)開發(fā)智能管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)問(wèn)題超前預(yù)警。
2.2集油配注間能源管控系統(tǒng)建設(shè)
慶新油田集油配注間安裝電流互感器、流量計(jì)、壓力變送器、溫度變送器和電量表等一次儀表，采
集集油配注間電量、三項(xiàng)電流、環(huán)瞬時(shí)摻水量、井瞬時(shí)注水量、總回油溫度和總摻水壓力等24項(xiàng)數(shù)據(jù)，計(jì)算得到有功功率、無(wú)功功率和功率因數(shù)等3項(xiàng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)遠(yuǎn)傳，集油配注間內(nèi)無(wú)人值守，電量計(jì)量至各配注間。
針對(duì)摻水單管環(huán)狀流程不易管理的實(shí)際情況，慶新油田開發(fā)了摻水優(yōu)化管理系統(tǒng)；為確保“注好水、注夠水”，慶新油田開發(fā)了智能注水優(yōu)化專家系統(tǒng)，形成了四項(xiàng)集油配注間能源管控體系：
1)安裝三相計(jì)量裝置，實(shí)現(xiàn)單井產(chǎn)量計(jì)量。
2)自動(dòng)采集生成報(bào)表，降低員工勞動(dòng)強(qiáng)度。
3)通過(guò)恒流遠(yuǎn)程控制，保證平穩(wěn)合格注水。
4)利用數(shù)字化實(shí)時(shí)監(jiān)控，做好精細(xì)化自動(dòng)摻水。
2.3聯(lián)合站和轉(zhuǎn)油站的能源管控系統(tǒng)建設(shè)
通過(guò)在加熱爐、離心泵上安裝的流量傳感器、壓力變送器和溫度傳感器等儀表，慶新油田聯(lián)合站和轉(zhuǎn)油站3站共采集數(shù)據(jù)86項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)了“集中監(jiān)控、無(wú)人值守、有人巡檢”和數(shù)據(jù)自動(dòng)采集。
通過(guò)應(yīng)用自己的數(shù)字化管理信息系統(tǒng)、站控系統(tǒng)和基礎(chǔ)平臺(tái)等系統(tǒng)，慶新油田站庫(kù)管理始終保持
高效運(yùn)行，各站用人數(shù)量逐年遞減，節(jié)能管理水平逐年提高，形成了兩項(xiàng)站內(nèi)能源管控體系：
1)應(yīng)用數(shù)字站控系統(tǒng)，合理搭配機(jī)泵運(yùn)行。
2)依托數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，優(yōu)化加熱爐運(yùn)行組合。
2.4能源管控系統(tǒng)運(yùn)行效果
慶新油田能源管控系統(tǒng)上線以來(lái)，以“調(diào)試運(yùn)行、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題”為工作思路，以實(shí)現(xiàn)“監(jiān)管、控制、操作性強(qiáng)”為完善原則，結(jié)合各項(xiàng)節(jié)能生產(chǎn)和技術(shù)管理，2018上半年與2017上半年相比，噸液耗電降低1.05 kW?h，噸液耗氣降低0.14m3，噸液綜合能耗降低0.61千克標(biāo)煤。據(jù)ASME B16.34所示，材質(zhì)為A352 LCB的15 MPa閥門在-30℃環(huán)境中能承受的壓力為14.41 MPa，經(jīng)過(guò)節(jié)流后的天然氣壓力降至9 MPa，選用A352 LCB安全可靠。此外，丙烷制冷裝置中低溫閥門的主體材料也選用了A352 LCB。
3 安科瑞企業(yè)能源管控云平臺(tái)介紹
3.1 系統(tǒng)概述
安科瑞企業(yè)能源管理平臺(tái)采用自動(dòng)化、信息化技術(shù)和集中管理模式，對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)、輸配和消耗環(huán)節(jié)實(shí)行集中扁平化的動(dòng)態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)化管理，監(jiān)測(cè)企業(yè)電、水、燃?xì)狻⒄羝皦嚎s空氣等各類能源的消耗情況，通過(guò)數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢(shì)分析，幫助企業(yè)針對(duì)各種能源需求及用能情況、能源質(zhì)量、產(chǎn)品能源單耗、各工序能耗、工藝、車間、產(chǎn)線、班組、重大能耗設(shè)備等的能源利用情況等進(jìn)行能耗統(tǒng)計(jì)、同環(huán)比分析、能源成本分析、用能預(yù)測(cè)、碳排分析，為企業(yè)加強(qiáng)能源管理，提高能源利用效率、挖掘節(jié)能潛力、節(jié)能評(píng)估提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和支持。
3.2 應(yīng)用場(chǎng)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(xué)原料以及機(jī)電設(shè)備、電器產(chǎn)品、工器具制造等。
3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
平臺(tái)采用分層分布式結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
系統(tǒng)可分為三層：即現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和平臺(tái)管理層。
現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層：主要是連接于網(wǎng)絡(luò)中用于水、電、氣等參量采集測(cè)量的各類型的儀表等，也是構(gòu)建該配電、耗水、耗氣系統(tǒng)必要的基本組成元素。肩負(fù)著采集數(shù)據(jù)的重任，這些設(shè)備可為本公司各系列帶通訊網(wǎng)絡(luò)電力儀表、溫濕度控制器、開關(guān)量監(jiān)測(cè)模塊以及合格供應(yīng)商的水表、氣表、冷熱量表等。
網(wǎng)絡(luò)通訊層：包含現(xiàn)場(chǎng)智能網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等設(shè)備。智能網(wǎng)關(guān)主動(dòng)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層設(shè)備的數(shù)據(jù)，并可進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，智能網(wǎng)關(guān)可在網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在本地，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時(shí)從中斷的位置繼續(xù)上傳數(shù)據(jù)，保證服務(wù)器端數(shù)據(jù)不丟失。
平臺(tái)管理層：包含應(yīng)用服務(wù)器、WEB服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，一般應(yīng)用服務(wù)器和WEB服務(wù)器可以合一配置。
3.4平臺(tái)功能
平臺(tái)采用自動(dòng)化、信息化技術(shù)和集中管理模式，對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)、輸配和消耗環(huán)節(jié)實(shí)行集中扁平化的動(dòng)態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)化管理。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)企業(yè)各類能源的消耗情況，通過(guò)數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢(shì)分析，幫助企業(yè)加強(qiáng)能源管理，提高能源利用效率和節(jié)能潛力，為節(jié)能改造提供數(shù)據(jù)依據(jù)。
(1)平臺(tái)首頁(yè)
展示企業(yè)各類能耗總量、折標(biāo)值、能源成本、能源消耗趨勢(shì)、分項(xiàng)能耗占比、區(qū)域能源消耗對(duì)比,以及當(dāng)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(dòng)態(tài)。
(2)實(shí)時(shí)監(jiān)控
對(duì)企業(yè)各點(diǎn)位的能源使用、報(bào)警等情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。以便企業(yè)用戶能夠?qū)崟r(shí)的監(jiān)測(cè)各個(gè)點(diǎn)位的運(yùn)作情況，同時(shí)能更快速有效的掌握點(diǎn)位的報(bào)警。
(3)變壓器監(jiān)控
展示各變壓器的負(fù)載情況，從而可以為變壓器配備情況進(jìn)行科學(xué)合理的規(guī)劃。通過(guò)各種運(yùn)行參數(shù)狀態(tài)下用電效能的對(duì)比分析，找出合適的運(yùn)行模式。根據(jù)合適的運(yùn)行模式調(diào)整負(fù)載，從而降低用電單耗，使電能損失降低。
(4)用能統(tǒng)計(jì)
從能源使用種類、監(jiān)測(cè)區(qū)域、車間、生產(chǎn)工藝、工序、工段時(shí)間、設(shè)備、班組、分項(xiàng)等維度，采用曲線、餅圖、直方圖、累積圖、數(shù)字表等方式對(duì)企業(yè)用能統(tǒng)計(jì)、同比、環(huán)比分析、實(shí)績(jī)分析，折標(biāo)對(duì)比、單位產(chǎn)品能耗、單位產(chǎn)值能耗統(tǒng)計(jì)，找出能源使用過(guò)程中的漏洞和不合理地方，從而調(diào)整能源分配策略，減少能源使用過(guò)程中的浪費(fèi)。
(5)產(chǎn)品及產(chǎn)品單耗
與企業(yè)MES系統(tǒng)對(duì)接，通過(guò)產(chǎn)品產(chǎn)量以及系統(tǒng)采集的能耗數(shù)據(jù)，在產(chǎn)品單耗中生成產(chǎn)品單耗趨勢(shì)圖，并進(jìn)行同比和環(huán)比分析。以便企業(yè)能夠根據(jù)產(chǎn)品單耗情況來(lái)調(diào)整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。
(6)績(jī)效分析
對(duì)各類能源使用、消耗、轉(zhuǎn)換，按班組、區(qū)域、車間，產(chǎn)線、工段、設(shè)備等進(jìn)行日、周、月、年、時(shí)段績(jī)效統(tǒng)計(jì)按照能源計(jì)劃或定額制定的績(jī)效指標(biāo)進(jìn)行KPI比較考核，幫助企業(yè)了解內(nèi)部能效水平和節(jié)能潛力。
(7)運(yùn)行監(jiān)測(cè)
系統(tǒng)對(duì)區(qū)域、工段、設(shè)備能源消耗進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，監(jiān)測(cè)重點(diǎn)設(shè)備及工藝運(yùn)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(yùn)行監(jiān)視。可直接從動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)平面圖快速瀏覽到所管理的能耗數(shù)據(jù)，支持按能源種類、車間、工段、時(shí)間等維度查詢相關(guān)能源用量。
(8)分析報(bào)告
以年、月、日對(duì)企業(yè)的能源利用情況、線路損耗情況、設(shè)備運(yùn)行情況、運(yùn)維情況等進(jìn)行多方面的統(tǒng)計(jì)分析，讓用戶多方面了解系統(tǒng)的運(yùn)行情況，并為用戶提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，方便用戶發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，從而找出改善點(diǎn)，以及針對(duì)用能情況挖掘節(jié)能潛力。
(9)重點(diǎn)能耗設(shè)備用能
重點(diǎn)耗能設(shè)備大數(shù)據(jù)分析:用相關(guān)數(shù)據(jù)分析建立能耗大戶相應(yīng)能效比模型，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各個(gè)關(guān)鍵因子，隨時(shí)診斷調(diào)整相關(guān)參數(shù)，讓能效比維持在較高的效率運(yùn)轉(zhuǎn)。通過(guò)對(duì)相關(guān)能源標(biāo)準(zhǔn)等參數(shù)進(jìn)行跟蹤比對(duì)，建立不同時(shí)間段的供能模型。
(10)運(yùn)維管理
系統(tǒng)支持設(shè)備日常巡檢計(jì)劃、派工、消缺、報(bào)修、派工等設(shè)備運(yùn)維管理，方便運(yùn)行管理人員的制定巡檢計(jì)劃、派工，巡檢人員執(zhí)行巡檢、完成工單、巡檢發(fā)現(xiàn)問(wèn)題消缺，進(jìn)行故障報(bào)修、跟進(jìn)維修進(jìn)度，滿足日常巡檢、設(shè)備維修保養(yǎng)需要。(11)手機(jī)APP
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(shè)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(biāo)、用能預(yù)測(cè)、運(yùn)行監(jiān)視、異常報(bào)警等。
4 結(jié)論和建議
在開展技術(shù)節(jié)能的同時(shí)，提高能源管理水平是油氣田企業(yè)節(jié)能增效的有效途徑。建立能源管控系統(tǒng)，對(duì)能源消耗進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、分析診斷和優(yōu)化指導(dǎo)，是油氣田企業(yè)強(qiáng)化用能管理的必然趨勢(shì)。只有油氣田能源管控工作發(fā)揮整體合力，才能推進(jìn)以能源管控為重要抓手的節(jié)能管理新模式。建議如下：
1)各企業(yè)要高度重視能源管控工作，由最高管理者管理者代表作為團(tuán)隊(duì)，組建能源管
控團(tuán)隊(duì)。
2)完善的數(shù)字化配套是做好能源管控系統(tǒng)平臺(tái)的前提，能源計(jì)量器具是油氣田能源管控的“眼睛”。要推動(dòng)油氣田能源管控建設(shè)工作，數(shù)字化配套和能源計(jì)量器具完善二者缺一不可。
3)進(jìn)一步完善能源管控系統(tǒng)平臺(tái)功能，突出橫向、縱向?qū)?biāo)，深化預(yù)警、報(bào)警功能，實(shí)現(xiàn)主要能耗數(shù)據(jù)在線監(jiān)測(cè)及分析，真正實(shí)現(xiàn)能源“管”和“控”。
4)強(qiáng)化能源管控系統(tǒng)平臺(tái)深度應(yīng)用，逐步建立、優(yōu)化和完善節(jié)能工作管控體系。通過(guò)開展各項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)分析、對(duì)標(biāo)，配套作業(yè)區(qū)、生產(chǎn)單元能源管控考核制度，完善績(jī)效體系，激勵(lì)員工提高節(jié)能意識(shí)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能工作的精細(xì)化管理。
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