1 前言
對于大型煉油與化工企業(yè)，加熱爐是消耗燃料的主要設(shè)備。同時也是生產(chǎn)裝置對環(huán)境產(chǎn)生污染的主要污染源。加熱爐效率的高低，與節(jié)約能源、降低成本有著密切關(guān)系。搞好加熱爐管理，提高加熱爐熱效率．降低加熱爐燃料消耗。對生產(chǎn)裝置實(shí)現(xiàn)高負(fù)荷、優(yōu)質(zhì)量、低能耗、安全平穩(wěn)運(yùn)行和減少環(huán)境污染都有著重大意義。國內(nèi)外都在尋求和開發(fā)節(jié)約加熱爐能源的各種方法和途徑。
生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)(MES)中的關(guān)鍵績效指標(biāo)KPI管理器，與運(yùn)行管理和實(shí)時數(shù)據(jù)庫等子系統(tǒng)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了加熱爐關(guān)鍵數(shù)據(jù)的收集．通過簡單組態(tài)和熱效率計(jì)算等功能組合。就可實(shí)現(xiàn)對裝置加熱爐熱效率進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控和狀態(tài)跟蹤，從而對裝置加熱爐進(jìn)行及時調(diào)整．充分提高加熱爐的熱效率。
2 KPI管理器簡介
KPI管理器是Honeywell公司為管理綜合的KPI系統(tǒng)提供的解決方案。KPI管理器通過內(nèi)部網(wǎng)，自動從各個不同的生產(chǎn)系統(tǒng)和業(yè)務(wù)系統(tǒng)收集目標(biāo)值和實(shí)際值．并計(jì)算和報(bào)告整個業(yè)務(wù)實(shí)際的績效。即使正式的測試周期沒有完成，也可在線計(jì)算和報(bào)告KPI結(jié)果。KPI管理器可以自動收集源數(shù)據(jù)，自動計(jì)算并自動發(fā)布KPI結(jié)果。KPI管理器可以組織成一個完整的分級KPI系統(tǒng)，因?yàn)閭�別KPI被綜合成更高層次的KPI來測量共同的業(yè)務(wù)目標(biāo)．管理層、領(lǐng)導(dǎo)層能夠從上到下監(jiān)控整體業(yè)務(wù)執(zhí)行情況，并能夠了解在哪里出現(xiàn)偏差以及為什么出現(xiàn)偏差。最后，管理層可以通過KPI管理器計(jì)算出一個部門(或工廠)的績效，并進(jìn)行橫向與縱向比較，從而幫助建立一個績效驅(qū)動型的企業(yè)。
3 加熱爐熱效率計(jì)算原理
加熱爐熱效率計(jì)算方法可分為正平衡法和反平衡法。由于正平衡法和反平衡法計(jì)算都比較復(fù)雜，而且加熱爐的有效吸熱量和直接損失熱量都不易準(zhǔn)確測定．所以常規(guī)正平衡法和反平衡法一般只在裝置標(biāo)定等情況下使用。在實(shí)際生產(chǎn)中，只能通過獲取某一個時刻裝置加熱爐的排煙溫度、含氧量等數(shù)據(jù)，來計(jì)算裝置加熱爐的近似熱效率值。
目前，企業(yè)裝置的白控率比較高，大部分都有DCS、PLC等控制系統(tǒng)。大連石化2005年12月上線運(yùn)行了MES系統(tǒng)，各裝置的實(shí)時數(shù)據(jù)都已采集到實(shí)時數(shù)據(jù)庫里，通過實(shí)時數(shù)據(jù)庫就可輕易獲取加熱爐排煙溫度和含氧量等數(shù)據(jù)．再將實(shí)際散熱損失考慮進(jìn)去，就可計(jì)算出加熱爐實(shí)時近似熱效率值。
4 加熱爐熱效率運(yùn)行監(jiān)控方案設(shè)計(jì)
4.1 企業(yè)節(jié)能管理的總體設(shè)計(jì)目標(biāo)
企業(yè)節(jié)能管理的設(shè)計(jì)與實(shí)施，可以劃分為4個層次，基本架構(gòu)是：第一層級全廠級別的節(jié)能，KPI對應(yīng)著全廠綜合能耗、噸油耗水等指標(biāo)；第二層級裝置節(jié)能，KPI對應(yīng)著各裝置能耗指標(biāo)，裝置按照類別可以分為：蒸餾裝置、催化裝置、酮苯裝置、氣分裝置、公用工程等：第三層級設(shè)備節(jié)能，KPI對應(yīng)著加熱爐、鍋爐和機(jī)組效率指標(biāo)等．設(shè)備按照不同的裝置可以分為換熱系統(tǒng)、加熱爐、塔、煙機(jī)、壓縮機(jī)等：第四層級是具體的能耗項(xiàng)。KPI對應(yīng)著燃料、蒸汽、電等單耗指標(biāo)。加熱爐處于整個節(jié)能管理的第三層架構(gòu)，節(jié)能管理的基本功能如下：①提供自動分級跟蹤的能耗數(shù)據(jù)；②通過計(jì)算和監(jiān)視實(shí)時情況，能夠給出連續(xù)的KPI狀態(tài)；③可為不同分級和不同系統(tǒng)單獨(dú)制定KPI指標(biāo)；④提供校正功能；⑤定點(diǎn)顯示KPI指標(biāo)；⑥發(fā)布計(jì)算結(jié)果。
4.2 監(jiān)控功能設(shè)計(jì)
運(yùn)行監(jiān)控功能主要是實(shí)現(xiàn)加熱爐熱效率的實(shí)時數(shù)據(jù)顯示、歷史數(shù)據(jù)趨勢查看和實(shí)時報(bào)警顯示等功能。在工藝流程圖模塊中．通過繪制所有裝置加熱爐熱效率的位號和與之關(guān)聯(lián)的狀態(tài)控件，就可實(shí)現(xiàn)實(shí)時數(shù)據(jù)顯示和實(shí)時報(bào)警功能。在流程圖上，加熱爐熱效率的位號可以顯示加熱爐熱效率實(shí)時數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)低于給定的下限時，狀態(tài)控件會自動變成不同顏色給出警示。歷史趨勢查看功能是利用軟件自身的流程圖的趨勢控件，通過該控件，可以查看所關(guān)心數(shù)據(jù)的重要趨勢信息，了解在所確定時間段內(nèi)加熱爐熱效率的波動情況和歷史信息。
在操作監(jiān)控功能模塊中，通過把裝置加熱爐熱效率設(shè)計(jì)成監(jiān)控指標(biāo)并掛載在一個虛擬的設(shè)備層級下面，就可像查看裝置日常監(jiān)控指標(biāo)一樣，查看一定掃描周期內(nèi)加熱爐運(yùn)行狀態(tài)和超標(biāo)信息。
4.3 報(bào)表功能設(shè)計(jì)
報(bào)表功能可實(shí)現(xiàn)加熱爐熱效率實(shí)時查詢頁面．以及按班、按周、按月查詢．并可提供高級查詢：設(shè)有排序列、篩選列等統(tǒng)計(jì)功能。主要是實(shí)現(xiàn)日報(bào)、周報(bào)、月報(bào)、季報(bào)和年報(bào)的生成、維護(hù)、查詢、打印、導(dǎo)入、導(dǎo)出、審核等功能。報(bào)表的維護(hù)包括可以對計(jì)算公式、數(shù)據(jù)的導(dǎo)入／導(dǎo)出等進(jìn)行維護(hù)，保證報(bào)表的靈活、實(shí)用。報(bào)表的種類包括全廠能耗報(bào)表、各裝置能耗指標(biāo)報(bào)表、裝置主要設(shè)備能耗報(bào)表，以及裝置主要單耗指標(biāo)報(bào)表等。
4.4 日常操作原因分析功能設(shè)計(jì)
日常操作原因分析功能是一個類似操作指南的在線幫助文檔．記錄了各個裝置加熱爐熱效率無法達(dá)到預(yù)先設(shè)定最低下限的一些主要原因．以及原因分析和相應(yīng)的生產(chǎn)操作等建議指南，能夠方便用戶及時調(diào)整操作，提高裝置加熱爐熱效率。
5 實(shí)施過程和步驟
5.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集
大連石化共有60多臺加熱爐。涉及20多套裝置。根據(jù)系統(tǒng)功能要求，裝置加熱爐的相關(guān)實(shí)時數(shù)據(jù)必須能夠被MES實(shí)時數(shù)據(jù)庫采集到．因此需要收集的主要是以下幾類數(shù)據(jù)：
①計(jì)算公式：從生產(chǎn)部門收集各裝置加熱爐熱效率的具體計(jì)算公式。
②基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：各裝置DCS中關(guān)于加熱爐的煙氣含氧量、排煙溫度點(diǎn)工藝位號、位號描述、位號單位、位號要求的工藝上下限和儀表上下限，和熱效率要求的工藝下限，以及裝置加熱爐的散熱損失。
5.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)整理
裝置加熱爐熱效率相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的編碼主要是加熱爐的排煙溫度點(diǎn)、煙氣含氧量兩類實(shí)時位號，加熱爐熱效率虛擬位號、煙氣含氧量和排煙溫度點(diǎn)的工藝指標(biāo)上下限。以及加熱爐熱效率上下限等主要的幾類位號。
按照車間一裝置一加熱爐三級設(shè)備層級的配置方法，搭建一個虛假設(shè)備層級結(jié)構(gòu)。在運(yùn)行管理的層級目錄上，會出現(xiàn)一個與其他車間平級的虛擬車間及虛擬裝置。虛擬裝置下面就是各個裝置加熱爐。當(dāng)用戶點(diǎn)擊加熱爐、虛擬裝置或者虛擬車間時，會在頁面顯示匯總的裝置加熱爐熱效率信息。
數(shù)據(jù)編碼完成后．就可把數(shù)據(jù)保存到實(shí)時數(shù)據(jù)庫和運(yùn)行管理的組態(tài)模板中，按照日常組態(tài)方法進(jìn)行組態(tài)即可。
5.3 WEB顯示的實(shí)現(xiàn)
加熱爐熱效率運(yùn)行監(jiān)控功能。需要通過實(shí)時數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的工藝流程圖功能模塊和運(yùn)行管理操作監(jiān)控功能模塊配合完成．因此顯示布局主要包含工藝流程圖的顯示布局和操作監(jiān)控部分的顯示布局。
為方便用戶清楚看到所有裝置的加熱爐熱效率實(shí)時數(shù)據(jù)和是否能夠達(dá)到給定監(jiān)控下限的狀態(tài)，可以在一幅流程圖上繪制一個表格。并在每一行分別繪制一個裝置加熱爐熱效率的位號、位號描述和狀態(tài)控件。在運(yùn)行管理中，每個監(jiān)控位號都與裝置的層級有關(guān)聯(lián)，當(dāng)用戶想看兩個裝置的監(jiān)控位號時。需要人為在樹狀目錄上分別點(diǎn)擊這兩個裝置層級，才能依次在兩個頁面上分別查看監(jiān)控位號。由于軟件功能的限制，用戶無法同時在一個頁面上查看兩個位號。
為了能夠在一個頁面上同時查看所有裝置的加熱爐狀態(tài)，可以搭建一個虛擬層級，該層級可以仿照常規(guī)的車間一裝置一加熱爐三級來設(shè)計(jì)。
6 結(jié)語
通過現(xiàn)有的MES系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施，充分挖掘MES系統(tǒng)功能，實(shí)現(xiàn)對加熱爐熱效率計(jì)算運(yùn)行監(jiān)控和狀態(tài)跟蹤。企業(yè)各級用戶能隨時查看加熱爐運(yùn)行情況，以保證全廠加熱爐都能高效運(yùn)行。同時，管理層可以利用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對車間、班組、個人進(jìn)行考核，以引導(dǎo)車間對加熱爐操作進(jìn)行及時調(diào)整。
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本文標(biāo)題：基于MES系統(tǒng)的加熱爐熱效率監(jiān)控
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