鋼鐵企業建設智慧燃氣系統的構想

姚海峰，吳禮云，陳素君，陳德磊

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司，河北唐山 063200）

引言

2015年5月國務院正式印發《中國制造2025》，部署加快推進實施“中國制造2025”，實現制造業升級。工業生產從工業4.0、工業信息化到智能制造、無人工廠。依托優勢企業，緊扣關鍵工序智能化，在基礎條件好、有迫切需求的行業中，逐步實施關鍵崗位調整自動化，生產過程智能優化控制等試點示范及應用推廣以提高企業其核心競爭力。

目前國內鋼鐵企業生產基本處于自動化和信息化階段，甚至很多企業還沒有走完自動化，近年來國內外鋼鐵企業為適應低碳經濟和節能減排的新形勢、新任務，逐步對能源管理工作、構建智慧能源體系開展了相關工作[1]。

1 構建目標

智慧燃氣系統是以燃氣運行安全為準則，緊密結合燃氣系統的產供用環節，以數據采集與監視控制系統、計量分析系統、自動化控制系統、成本分析結算系統等信息為數據源，利用大數據分析、物聯網等先進技術對燃氣系統生產調度、系統安全、設備維護、效益評價等業務實現綜合管理，解決鋼鐵企業燃氣系統中普遍存在的信息孤島、數據沉睡的問題，實現數據共享、聯動控制、智慧調度，為燃氣系統的調配和設備維護提供科學的決策，最大限度地實現經濟效益。

2 智慧燃氣系統的構架設計

智慧燃氣系統的總體結構如圖1所示：包括了軟硬件設施、數據分析中心、智慧應用和管理訪問四個大的方面。

圖1 智慧燃氣系統的總體結構

（1）軟硬件設施：以智慧化需求為出發點，建立一個可擴充的體系結構，滿足信息化、智慧化的發展需求，包括服務器、操作系統、存儲設備、分析算法、數據管理以及各個分項功能應用的子系統，并對系統的運行實時監測，確?；A設施的安全可靠、擴充需求即安全穩定。

（2）數據分析中心：是實現所有采集數據儲存、分析的數據應用系統，通過對產供用各個階段的生產數據、設備運行數據進行存儲、分析，利用數學算法將數據之間的關聯性以及未來發展趨勢進行分析計算。

（3）智慧應用：通過數據中心完成對相關數據的分析計算、趨勢預測，能夠動態的平衡燃氣系統的產供用平衡，能夠有效的分析設備所處的狀態，實現聯動控制、優化調度、智能調配。

（4）管理分級訪問：向不同級別、不同分工的管理、操作人員提供燃氣系統的基本狀況，包括操作的最優化控制、設備控制的管理建議、限制調配的問題點以及流程管理等方面的建議，增強不同管理人員和系統之間的互動和思考。

3 主要功能設計

通過數據采集、管壓、管網調度等在線監測設備、網絡，實時燃氣系統的運行狀態，并采用可視化的方式有機整合燃氣管理部門與燃氣設施，將海量信息進行及時分析與處理，并做出相應的處理結果與輔助決策建議，以更加精細和動態的方式管理燃氣系統的整個生產、輸配等流程，從而達到“智慧”狀態。

（1）集中監控系統

整合單套設備及設施的監控設施，單套設施及系統畫面分散，不利于集中監控和操作，根據現場需求監控系統集中控制，結合介質相關性和系統關聯控制方面，整合控制畫面，要求畫面內容簡潔，同時能夠表述出介質之間的關聯性，監控設施之間具有互換性和替代性，其目的是減少監機監盤人員的操作量，減員增效，提高勞動效率。

（2）燃氣管網地理信息系統

燃氣管網及設備設施的地理信息系統作為燃氣管網的直觀展示與查詢統計的工具，為燃氣管網從煤氣發生、煤氣輸配到用戶使用上全流程掌握燃氣管網的分布、使用、安全等情況，為燃氣管網的設計規劃、使用維護提供數據支撐，實現燃氣管網的全覆蓋，對各種介質的煤氣管道的溫度、介質、壓力、流量等屬性特征進行數據分析、空間定位，直接了解管道走向、間距、動態模擬出管道的運行參數，提供燃氣管道突發事故應急救援處理的決策方案，系統構成見圖2。

圖2 燃氣管網地理信息系統

（3）設備狀態維修

目前的設備定修、預防性維修轉向設備狀態維修，通過設備的監測、歷史維修數據，著眼于追蹤每臺設備具體運行技術狀態的發展、變化規律，并結合歷史趨勢、同期故障、類似事例等，掌握預判設備運行狀態演變形勢和劣化程度，對運行設備的維修做到預判和提示，防止出現事后維修和預防維修的降低維修次數，延長運行時間，即有效杜絕設備故障的發生，又避免過度維修的浪費。

（4）管理用戶分級分權系統

系統可實現手機APP登錄，對登錄用戶采取分級機制，權限從低到高分為三級，依次為：訪問級（管理人員）、監視級（專業人員）、系統級（操作人員）、對用戶登錄顯示的內容有所區別：訪問級——僅顯示煤氣是否放散、指標是否完成等，監視級——能夠顯示調整的過程；系統級——能夠顯示具體參數。

（5）調度數據分析輔助

燃氣調度主要采用以電話調度的方式進行，通過監測用戶煤氣量實時的數據并以人工下達指令的方式實現，在此模式下，信息量少且滯后，不能有效調配，時而使用量不足表現為壓力升高，放散增加；時而使用量突然增加表現為管網壓力下降。煤氣調度單元只負責按計劃生產調度，不能對用戶消耗變化做出實時的調整，導致煤氣的生產使用過程有一定的盲目性。

分析大用戶用氣特點，總結用氣變化規律，及時調整煤氣用量，控制管網壓力波動，實現超前控制。例如：冷軋作業部焦爐煤氣用量，統計前期鋼種、加熱溫度、煤氣量的數據，分析總結用氣量變化情況，根據用氣量變化情況，用戶調整更換軋制鋼種時調度系統及時作出調整準備。

（6）用戶效益評價系統

燃氣系統的特點是以熱軋混合站為4種燃氣介質的調配中心，在一定程度上可以實現4種燃氣介質的交互、替用和調配，實現燃料的二次最優分配。

通過燃氣介質的混配比例，調整混合煤氣的燃料結構，導入用戶成本構成，建立效益最大化、外購燃料成本最低的智能化調配系統。

4 展望

雖然目前的智慧燃氣系統只是停留在構思、想法的層面，但是隨著工業自動化、信息化、智能化水平的不斷提高，智慧燃氣系統必將提上企業的建設日程。智慧燃氣系統的構建符合國家工業強國夢的戰略要求，立足于減員增效、運行安全穩定、效益最大化的高度，能夠為企業帶來實實在在的經濟效益。

[參考文獻]

[1]陳素君，吳禮云，王濤，李金.建設鋼鐵企業智慧能源體系的構想[J]. 山西冶金，2016，39（1）：40-42.

收稿日期：2017-11-30