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淺談能源管控系統在油氣田企業中的應用

時間:2021/5/14閱讀:1298
  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興起的一種新型能源管理模式,是提高企業能源科學化管理水平的有效手段。本文系統介紹了目前國內外油氣田企業能源管控系統的應用情況,詳細闡述了慶新油田開發有限責任公司能源管控系統的實際應用,期望對油氣田企業的能源管控系統建設具有一定的借鑒意義。
 
  關鍵詞慶新油田能源管控系統建設
 
  0 引言
 
  隨著我國經濟發展進入新常態和國內外能源供需形勢的變化,持續改進能效水平已經成為新常態下能源發展的必然選擇。
 
  油氣田企業能源消耗量占能源生產量的比例依然較高,整體用能水平與國內外先進水平相比還有較大差距,能源消耗費用在油氣生產成本中所占比例較大。“十三五”期間,國家高度重視加強能耗在線監測和推進能源管控建設,明確提出要加強高能耗行業的能源管控,推進工業企業能源管控中心建設,推廣工業智能化用能監測和診斷技術。因此,油氣田企業應以信息化建設為依托,通過開發能源管控系統,強化能源利用的有效管理與控制,并持續改進,實現能源利用的最優化。
 
  1 油氣田能源管控發展和現狀
 
  能源管理中心的雛形最早始于20世紀60年代的日本和西德。其鋼鐵企業利用模擬儀表形成能源數據采集與監控系統,分別滿足能源介質生產和分配的需要。20世紀70年代,日本鋼鐵廠利用電子計算機,將各自獨立的能源介質網逐步過渡到由動力部門集中管理,達到統一管理能源介質的轉換和分配,能源管理中心初步形成。
 
  其后,隨著能源管理中心建設得到越來越大的重視,越來越多的國際石油公司開始具有較為完整的能源管理系統,并取得了顯著的節能效果。
 
  目前,國際石油公司普遍認為油田能源管控建設不但是數據采集、生產流程的數字化,而且是針對上游業務更高層次的整合與流程再造。在完善油氣田信息化建設的基礎上,能源管控建設需要依次經歷四個層次,即監測、實時分析、實時優化和經營模式變革。
 
  北海的挪威海域是智能管控技術利用程度最高的地區。該地區的斯塔特福約爾得油田通過采用實時數據傳輸、實施控制技術,實現了油田可持續發展。
 
  Chevron(雪佛龍公司)、Shell(“殼”牌公司)和BP(英國石油公司)相繼提出了“信息油氣田”、“聰明油田”和“未來油氣田”的發展理念。
 
  “十三五”期間,中國石油集團公司遵循“效益為本,注重實效;分類指導,突出重點;完善機制,創新驅動”的原則,積極推進能源管控建設[1]。預計2020年,中國石油集團公司能源管控能力建設將邁上新臺階,基本達到國內先進水平,重點業務達到國內水平。油氣田企業基本實現試點能源管控單元的主要能耗指標在線監測及分析。中國石油集團公司示范采油廠(作業區)實現基于在線監測的主要能耗指標對標分析。
 
  2 慶新油田能源管控系統實踐
 
  慶新油田位于大慶長垣太平屯油田以東、升平油田以西,南靠宋芳屯油田,北臨安達凹陷,1999年開發,現已經歷上產和穩產兩個階段。慶新油田現有聯合站1座、轉油站2座、集油配注間21座,現有耗能設備964臺,包括:抽油機493臺、螺桿泵7臺、注水泵270臺、柱塞泵98臺、加熱爐23臺和離心泵73臺。
 
  組建初期,慶新油田以自籌資金方式運營,嚴格管控成本是該企業經營管理的突出特點,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理為組長的能源管控委員會,將節能工作納入經營重點。委員會成員涵蓋公司經營班子,小組成員包括各用能單位生產和節能管理人員。慶新油田積極發揮數字化優勢,合理配備具有遠程功能的計量儀表,開發集采油、集輸、注水各系統于一體的能源管控系統,實現了節能工作由數字化向智能化轉變,形成了慶新油田能源管控的特有模式。
 
  2.1油井能源管控系統建設
 
  在慶新油田抽油機井中,應用節能抽油機占比93.3%,節能電機占比71.6%,節能配電箱占比88.2%。
 
  通過電流互感器、載荷傳感器、角位移傳感器和油管套管壓力傳感器等現場數據采集設備,慶新油田自動采集三項電流、三項電壓、載荷和油套壓等15項油井數據,計算得到日耗電量、平衡度等16項數據,實現油井參數自動采集、能耗精確計量至單井。
 
  以自動采集、回傳的數據為前提,針對抽油機平衡治理、結蠟治理和管桿泵管理等問題,慶新油田開發了多項抽油機井源管控應用軟件,形成了五項油井能源管控體系:
 
  1)利用功率實時監測,提高平衡管理水平。
 
  2)通過載荷實時采集,優化油井降黏工作。
 
  3)利用數字化遠程啟停,進行自動化間歇性抽油管理。
 
  4)依托單井電量計量,強化機采能耗管理。
 
  5)開發智能管理系統,實現問題超前預警。
 
  2.2集油配注間能源管控系統建設
 
  慶新油田集油配注間安裝電流互感器、流量計、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、三項電流、環瞬時摻水量、井瞬時注水量、總回油溫度和總摻水壓力等24項數據,計算得到有功功率、無功功率和功率因數等3項數據,實現數據自動遠傳,集油配注間內無人值守,電量計量至各配注間。
 
  針對摻水單管環狀流程不易管理的實際情況,慶新油田開發了摻水優化管理系統;為確保“注好水、注夠水”,慶新油田開發了智能注水優化專家系統,形成了四項集油配注間能源管控體系:
 
  1)安裝三相計量裝置,實現單井產量計量。
 
  2)自動采集生成報表,降低員工勞動強度。
 
  3)通過恒流遠程控制,保證平穩合格注水。
 
  4)利用數字化實時監控,做好精細化自動摻水。
 
  2.3聯合站和轉油站的能源管控系統建設
 
  通過在加熱爐、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,慶新油田聯合站和轉油站3站共采集數據86項,實現了“集中監控、無人值守、有人巡檢”和數據自動采集。
 
  通過應用自己的數字化管理信息系統、站控系統和基礎平臺等系統,慶新油田站庫管理始終保持
 
  高效運行,各站用人數量逐年遞減,節能管理水平逐年提高,形成了兩項站內能源管控體系:
 
  1)應用數字站控系統,合理搭配機泵運行。
 
  2)依托數據實時采集,優化加熱爐運行組合。
 
  2.4能源管控系統運行效果
 
  慶新油田能源管控系統上線以來,以“調試運行、發現問題、解決問題”為工作思路,以實現“監管、控制、操作性強”為完善原則,結合各項節能生產和技術管理,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0.61千克標煤。據ASME B16.34所示,材質為A352 LCB的15 MPa閥門在-30℃環境中能承受的最大壓力為14.41 MPa,經過節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 安科瑞企業能源管控云平臺介紹
 
  3.1 系統概述
 
  安科瑞企業能源管理平臺采用自動化、信息化技術和集中管理模式,對企業的生產、輸配和消耗環節實行集中扁平化的動態監控和數據化管理,監測企業電、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、工藝、車間、產線、班組、重大能耗設備等的能源利用情況等進行能耗統計、同環比分析、能源成本分析、用能預測、碳排分析,為企業加強能源管理,提高能源利用效率、挖掘節能潛力、節能評估提供基礎數據和支持。
 
  3.2 應用場所:
 
  鋼鐵、石化、冶金、有色金屬、采礦、醫藥、水泥、煤炭、物流、鐵路、航空工業、木材、
 
  化學原料以及機電設備、電器產品、工器具制造等。
 
  3.3系統結構
 
  平臺采用分層分布式結構進行設計。
 
  系統可分為三層:即現場設備層、網絡通訊層和平臺管理層。
 
  現場設備層:主要是連接于網絡中用于水、電、氣等參量采集測量的各類型的儀表等,也是構建該配電、耗水、耗氣系統必要的基本組成元素。肩負著采集數據的重任,這些設備可為本公司各系列帶通訊網絡電力儀表、溫濕度控制器、開關量監測模塊以及合格供應商的水表、氣表、冷熱量表等。
 
  網絡通訊層:包含現場智能網關、網絡交換機等設備。智能網關主動采集現場設備層設備的數據,并可進行規約轉換,數據存儲,并通過網絡把數據上傳至搭建好的數據庫服務器,智能網關可在網絡故障時將數據存儲在本地,待網絡恢復時從中斷的位置繼續上傳數據,保證服務器端數據不丟失。
 
  平臺管理層:包含應用服務器、WEB服務器和數據服務器,一般應用服務器和WEB服務器可以合一配置。
 
  3.4平臺功能
 
  平臺采用自動化、信息化技術和集中管理模式,對企業的生產、輸配和消耗環節實行集中扁平化的動態監控和數據化管理。實時監測企業各類能源的消耗情況,通過數據分析、挖掘和趨勢分析,幫助企業加強能源管理,提高能源利用效率和節能潛力,為節能改造提供數據依據。
 
  (1)平臺首頁
 
  展示企業各類能耗總量、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,并三維展示企業重要工藝或工段的能源消耗動態。
 
  (2)實時監控
 
  對企業各點位的能源使用、報警等情況進行實時的監控。以便企業用戶能夠實時的監測各個點位的運作情況,同時能更快速有效的掌握點位的報警。
 
  (3)變壓器監控
 
  展示各變壓器的負載情況,從而可以為變壓器配備情況進行科學合理的規劃。通過各種運行參數狀態下用電效能的對比分析,找出合適的運行模式。根據合適的運行模式調整負載,從而降低用電單耗,使電能損失降低。
 
  (4)用能統計
 
  從能源使用種類、監測區域、車間、生產工藝、工序、工段時間、設備、班組、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用能統計、同比、環比分析、實績分析,折標對比、單位產品能耗、單位產值能耗統計,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。
 
  (5)產品及產品單耗
 
  與企業MES系統對接,通過產品產量以及系統采集的能耗數據,在產品單耗中生成產品單耗趨勢圖,并進行同比和環比分析。以便企業能夠根據產品單耗情況來調整生產工藝,從而降低能耗。
 
  (6)績效分析
 
  對各類能源使用、消耗、轉換,按班組、區域、車間,產線、工段、設備等進行日、周、月、年、時段績效統計按照能源計劃或定額制定的績效指標進行KPI比較考核,幫助企業了解內部能效水平和節能潛力。
 
  (7)運行監測
 
  系統對區域、工段、設備能源消耗進行數據采集,監測重點設備及工藝運行狀態,如溫度、濕度、流量、壓力、速度等,并支持變配電系統一次運行監視。可直接從動態監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。
 
  (8)分析報告
 
  以年、月、日對企業的能源利用情況、線路損耗情況、設備運行情況、運維情況等進行多方面的統計分析,讓用戶多方面了解系統的運行情況,并為用戶提供數據基礎,方便用戶發現設備異常,從而找出改善點,以及針對用能情況挖掘節能潛力。
 
  (9)重點能耗設備用能
 
  重點耗能設備大數據分析:用相關數據分析建立能耗大戶相應能效比模型,實時監測各個關鍵因子,隨時診斷調整相關參數,讓能效比維持在較高的效率運轉。通過對相關能源標準等參數進行跟蹤比對,建立不同時間段的供能模型。
 
  (10)運維管理
 
  系統支持設備日常巡檢計劃、派工、消缺、報修、派工等設備運維管理,方便運行管理人員的制定巡檢計劃、派工,巡檢人員執行巡檢、完成工單、巡檢發現問題消缺,進行故障報修、跟進維修進度,滿足日常巡檢、設備維修保養需要。(11)手機APP
 
  APP支持Android、iOS操作系統,方便用戶按能源分類、區域、車間、工序、班組、設備等不同維度掌握企業能源消耗、效率分析、同環比分析、能耗折標、用能預測、運行監視、異常報警等。
 
  4 結論和建議
 
  在開展技術節能的同時,提高能源管理水平是油氣田企業節能增效的有效途徑。建立能源管控系統,對能源消耗進行實時監控、分析診斷和優化指導,是油氣田企業強化用能管理的必然趨勢。只有油氣田能源管控工作發揮整體合力,才能推進以能源管控為重要抓手的節能管理新模式。建議如下:
 
  1)各企業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隊,組建能源管
 
  控團隊。
 
  2)完善的數字化配套是做好能源管控系統平臺的前提,能源計量器具是油氣田能源管控的“眼睛”。要推動油氣田能源管控建設工作,數字化配套和能源計量器具完善二者缺一不可。
 
  3)進一步完善能源管控系統平臺功能,突出橫向、縱向對標,深化預警、報警功能,實現主要能耗數據在線監測及分析,真正實現能源“管”和“控”。
 
  4)強化能源管控系統平臺深度應用,逐步建立、優化和完善節能工作管控體系。通過開展各項能耗數據分析、對標,配套作業區、生產單元能源管控考核制度,完善績效體系,激勵員工提高節能意識,實現節能工作的精細化管理。
 
  參考文獻
 
  [1] 黃飛 .中國石油的節能實踐 [J].石油石化節能,2018,8(3):1-7.
 
  [2] 朱英如,吳浩,張士奇,解紅軍,王麗,管偉.能源管控系統在油氣田企業中的應用.
 
  [3] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.06版.

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