乙烯能量优化管理系统设计与实现

论文摘要

乙烯是石油化工的主要产品之一,乙烯装置生产的三烯（乙烯、丙烯、丁二烯）和三苯（苯、甲苯、二甲苯）是石油化工工业的基础原料,乙烯作为石油化工的龙头装置,其能耗水平是衡量一个国家石油化工发展水平的重要标志。随着国家节能方针的逐步推进与深化,国内的石化企业正面临着越来越严峻的竞争和挑战。作为中国石油西部最大的炼油化工企业,近年来,兰州石化依靠技术创新,加强节能管理,在节能工作方面取得了长足的进步,但与国际先进水平相比,仍存在较大的差距。在石油化工行业中,乙烯装置是耗能的主要装置之一。根据2007年兰州石化公司能耗的生产数据统计,乙烯装置能耗占全公司总能耗的22.49%,乙烯装置的节能对全公司总耗能的下降具有重要的意义。节能工作的开展不仅包含技术改进,能量管理也是一项非常重要的内容。通过技术改进可以达到节能的目的,在一定的时期内使装置耗能有明显的下降。但是,随着时间的延长以及工艺的变化,节能的成果往往难以保持。根据多年的节能经验,在6-12个月以后,耗能会出现增加。为了维持节能的成果,需要开发和实践在线能量管理系统（EMS）,以解决日常操作效率的提升和节能成果的保持问题。EMS是一个结构型的管理过程与监测工具结合的系统,它与装置实时数据系统连接,通过对操作错误及时纠正,持续降低装置能耗成本。EMS的核心是KPI（Key Performance Indication）评价体系,KPI即关键业绩指标,是通过对生产装置内部的各生产流程的用能设备的输入端、输出端的关键参数进行设置、取样、计算、分析,衡量用能效率的一种目标式、量化能量管理指标。综合历史操作数据、数据库中的评价数据以及能源消耗的理论计算数据,在不同层面设定控制KPI指标作为每个层面的目标值。比较目标值与实际值之间的差距,量化能量损失,形成报表或以报警的方式提醒管理人员、工程师和操作员进行处理。每个KPI有与其相关联的关键影响因素,通过不同层次的KPI的追踪可以确定主要引起能量损失区域,通过关键影响因素的追踪可以分析形成的原因。目前,国内关于能量管理系统的研究主要围绕电力行业,炼化行业还未形成专有的软件产品。主要研究内容:依靠系统查询最新的节能方针、政策、节能技术、节能基础信息和节能指标,向专家系统咨询最新节能策略;对重点产、用能设备热炉、加热炉、大机组和管线进行实时监测报警,对操作、维护和考核提供依据;系统根据公用工程数据、工艺和经济约束变量,建立公用工程在线模型,包括建立蒸汽、氢气、电、燃料、水和氮气等工质的平衡模型;将能耗评价由过去每月事后评价分析变为事中和事后评价相结合,使企业的能耗分析由原来的事后调整控制变为事前和事中控制,推进控制效果有效性;对公用工程的系统优化,由人工优化,变为系统优化,包括计划优化和实时优化;系统按年、月的统计分析图表展示能耗,能够分析、评估和追踪能耗数据;对实施的优化方案的优化效果进行量化评价;对改造措施进行能效跟踪;系统提供一套客观能源消耗评价体系。兰州石化通过对46万吨/年乙烯装置EMS系统的研究开发和实践,全面启动46万吨/年乙烯装置节能系统优化工作,分析装置用能现状、用能潜力和优化措施,利用内外各方面技术人员、专家的经验,结合数学模型和能量优化工具的技术平台,通过操作改善和技术改造,提高能源系统的运行管理水平和安全管理水平,完善能源生产和使用评价体系,对降低装置能耗,提高公司的市场竞争力具有重要意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题的实际应用价值
• 1.2 国内外研究动态
• 第二章 EMS 研究内容和建模工作流程
• 2.1 EMS 研究内容
• 2.2 EMS 执行情况
• 2.2.1 执行情况总结
• 2.2.2 EMS 模型的主要特点
• 2.3 EMS 建模流程
• 2.3.1 系统的可行性研究
• 2.3.2 界区和KPI 定义
• 2.3.3 建立质量平衡和能量平衡
• 2.3.4 关键能量用户选择（设备）、能量驱动点开发和目标设定
• 2.4 建模计算
• 2.4.1 裂解炉建模计算
• 2.4.2 换热器建模计算
• 2.4.3 透平泵建模计算
• 2.4.4 压缩机建模计算
• 2.4.5 透平机建模计算
• 第三章 主要能量消耗及关键用户
• 3.1 EMS 界区选定
• 3.2 乙烯装置主要能量消耗
• 3.3 乙烯装置主要能量用户
• 第四章 EMS 框架的建立
• 4.1 EMS 计量数据的采集
• 4.1.1 数据采集
• 4.1.2 阀位开度-流量转换
• 4.1.3 数据综合
• 4.2 装置质量及能量平衡
• 4.2.1 质量平衡
• 4.2.2 能量平衡和燃料气平衡
• 4.3 裂解炉区
• 4.3.1 裂解炉区总览（Furnace）
• 4.3.2 裂解炉区主要用户和关键参数（User & drivers Furnace）
• 4.4 裂解气压缩机区
• 4.4.1 压缩区总览（CGC）
• 4.4.2 压缩机区主要用户和关键参数（User&drivers CGC）
• 4.5 分离区
• 4.5.1 分离区总览（Separation）
• 4.5.2 分离区主要用户和关键参数（User&drivers Separation）
• 4.6 公用工程区总览
• 4.7 能量平衡概要
• 4.8 装置总貌
• 4.9 系统的软硬件平台
• 第五章 关键设备建模技术研究
• 5.1 裂解炉建模技术
• 5.2 换热器建模技术
• 5.3 透平泵建模技术
• 5.4 压缩机建模技术
• 5.5 透平机建模技术
• 5.6 系统架构设计
• 5.6.1 系统开发环境
• 5.6.2 系统整体架构
• 5.6.3 系统功能架构
• 5.6.4 系统技术架构
• 第六章 应用评价
• 6.1 EMS 数据准确性
• 6.2 EMS 数据完备性
• 6.3 EMS 查询平台
• 6.3.1 对各子界区能耗状况进行查询和监控
• 6.3.2 对各子界区关键用能设备&驱动点查询
• 6.3.3 对装置整体能耗统计和分析查询
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间的研究成果
• 附录 系统核心代码