淺談冶金企業(yè)能源計(jì)量數(shù)據(jù)的3個(gè)層次管理

廉井中

（山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司信息計(jì)量部，山東 日照276800）

1 前言

計(jì)量數(shù)據(jù)是冶金企業(yè)寶貴的資源，能源計(jì)量數(shù)據(jù)管理業(yè)務(wù)涉及很多范圍，如煤氣、氧氣、氮?dú)狻⒄羝嚎s空氣、冷風(fēng)、水、電等。這些系統(tǒng)具有相似的結(jié)構(gòu)，其中以水電、煤氣系統(tǒng)最為復(fù)雜，其他能源介質(zhì)相對(duì)簡(jiǎn)單、儀表數(shù)據(jù)相對(duì)較少。隨著檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，解決原來無法計(jì)量的難題，能源計(jì)量器具配備越來越齊全，采集率也達(dá)到100%。傳統(tǒng)企業(yè)對(duì)能源計(jì)量數(shù)據(jù)的管理停留在基礎(chǔ)層，進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和系統(tǒng)平衡，基本達(dá)不到數(shù)據(jù)的分析、應(yīng)用挖掘。采用3個(gè)層次的管理，使企業(yè)在做好能源計(jì)量數(shù)據(jù)的采集、統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)上，適時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為運(yùn)維、生產(chǎn)管控部門提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，為計(jì)量數(shù)據(jù)在冶金企業(yè)應(yīng)用提供準(zhǔn)確的計(jì)量數(shù)據(jù)平臺(tái)。

2 3個(gè)層次管理模式

2.1 能源計(jì)量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)層

2.1.1 能源計(jì)量數(shù)據(jù)的采集與維護(hù)

冶金企業(yè)逐步加大投入，已完全實(shí)現(xiàn)對(duì)電力和流體各類計(jì)量點(diǎn)（包括溫度、壓力、瞬時(shí)/累計(jì)流量等）的數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、計(jì)算和整理。對(duì)電力和各類流體計(jì)量項(xiàng)目及其計(jì)算邏輯公式進(jìn)行制定和維護(hù)，自動(dòng)計(jì)算各類計(jì)量數(shù)據(jù)，并滿足計(jì)量、結(jié)算和報(bào)表管理等各項(xiàng)功能。

2.1.2 能源計(jì)量數(shù)據(jù)日常管理

能源計(jì)量數(shù)據(jù)日常管理主要對(duì)一級(jí)、二級(jí)能源介質(zhì)實(shí)際發(fā)生量、主要用戶的消耗量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、抽取和整理，取得能源生產(chǎn)運(yùn)行的計(jì)量數(shù)據(jù)，用于反映各種能源介質(zhì)生產(chǎn)、分配和使用情況，實(shí)現(xiàn)日能源計(jì)量數(shù)據(jù)報(bào)表、月能源計(jì)量數(shù)據(jù)報(bào)表管理。計(jì)量管理部門編制的能源計(jì)量數(shù)據(jù)月報(bào)表為公司的唯一能源結(jié)算數(shù)據(jù)來源，各用能單位均以此數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)編制各類其他報(bào)表。各供/用單位再進(jìn)行三級(jí)計(jì)量數(shù)據(jù)分類匯總、統(tǒng)計(jì)，進(jìn)行工序的內(nèi)部成本管理。

2.2 能源計(jì)量數(shù)據(jù)的分析層

2.2.1 單點(diǎn)分析

單點(diǎn)分析主要是指對(duì)單一能源計(jì)量交割點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)部診斷分析，判斷數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，是否可用。可采用對(duì)比指標(biāo)分析，也可采用趨勢(shì)分析。對(duì)比指標(biāo)分析根據(jù)設(shè)備的特性，對(duì)同一檔次的設(shè)備或系統(tǒng)進(jìn)行能耗的比較，來分析能源計(jì)量數(shù)據(jù)的可靠性、準(zhǔn)確性。趨勢(shì)分析建立在統(tǒng)計(jì)學(xué)的基礎(chǔ)上，遵循統(tǒng)計(jì)的原理，對(duì)某一段的能源計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，觀察其運(yùn)行趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)異常的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)區(qū)間。

1）對(duì)比指標(biāo)分析。采用同窗口的指標(biāo)來分析，比如判定當(dāng)月煉鋼轉(zhuǎn)爐氧氣消耗量是否準(zhǔn)確，可參照歷史經(jīng)驗(yàn)噸鋼耗氧指標(biāo)或者兄弟單位同噸位的轉(zhuǎn)爐噸鋼耗氧指標(biāo)M來做比較，氧氣消耗量為Q，單月鋼產(chǎn)量S，其公式為：

a表示單個(gè)能源計(jì)量系統(tǒng)的擴(kuò)展不確定度，滿足上述關(guān)系式，可認(rèn)為氧氣的消耗量是準(zhǔn)確的。＞a%×Q，說明氧氣消耗量偏高；＜-a%×Q，表示煉鋼氧氣消耗量偏低。

2）趨勢(shì)分析。建立一個(gè)能源計(jì)量交割點(diǎn)日、月計(jì)量數(shù)據(jù)長(zhǎng)期的臺(tái)賬，可以按日、月進(jìn)行分析，觀察能源計(jì)量數(shù)據(jù)在這段時(shí)間的變化趨勢(shì)。一組數(shù)據(jù)的均值加減3倍的標(biāo)準(zhǔn)偏差設(shè)置該計(jì)量交割點(diǎn)上下的控制線，觀察能源計(jì)量數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)、穩(wěn)定運(yùn)行的情況。

根據(jù)數(shù)據(jù)運(yùn)行統(tǒng)計(jì)的規(guī)律，趨勢(shì)含有以下3種情況之一，就可判定數(shù)據(jù)異常：1）瞬時(shí)值達(dá)到設(shè)計(jì)上限、下限；2）日或月的計(jì)量數(shù)據(jù)在3σ控制線以外；3）連續(xù)有7個(gè)數(shù)據(jù)處在上升或下降的通道。例如：1#燒結(jié)機(jī)消耗焦?fàn)t煤氣流量趨勢(shì)見圖1，圖1中左邊箭頭表示是數(shù)據(jù)達(dá)到設(shè)計(jì)上限，右邊箭頭表示數(shù)據(jù)連續(xù)7 d處在上升通道，屬于異常情況，應(yīng)對(duì)這兩個(gè)區(qū)間的數(shù)據(jù)重點(diǎn)關(guān)注，分析數(shù)據(jù)異常的原因。

圖1 1#燒結(jié)機(jī)耗焦?fàn)t煤氣流量趨勢(shì)

各工序的水、電、風(fēng)、氣都可采用上述分析方法來分析各個(gè)工序能源介質(zhì)的消耗量、發(fā)生量是否異常。

2.2.2 系統(tǒng)分析

水、電、風(fēng)、氣（汽）每個(gè)系統(tǒng)都是互相獨(dú)立的，每個(gè)系統(tǒng)中都有1個(gè)或幾個(gè)發(fā)生量，多個(gè)消耗量。不平衡量等于發(fā)生量減去消耗量，在理想的狀態(tài)下，不平衡量為零。受儀表精度、管線跑冒滴漏的影響，系統(tǒng)不平衡，存在一個(gè)不平衡量，量值在一定的范圍內(nèi)，屬于正常的損耗，若超出不平衡量的范圍，就得分析系統(tǒng)的不平衡量偏大的原因。能源介質(zhì)各個(gè)系統(tǒng)的分析有多種分析方法，可以采用相關(guān)分析的方法來分析能源計(jì)量數(shù)據(jù)。

從相關(guān)性分析來說明系統(tǒng)分析的思路，以日照公司生產(chǎn)水系統(tǒng)為例，日照市三聯(lián)調(diào)水公司供日照公司生產(chǎn)水，每個(gè)月的總表與分表都有不平衡量，超出正常的管路損失與儀表的允許誤差帶來的不平衡量之和，且這種不平衡量有增大的趨勢(shì)。2019年5月各工序生產(chǎn)水消耗量與不平衡對(duì)比見表1。

表1 2019年5月上旬日照公司生產(chǎn)水的不平衡量與各用戶用水量對(duì)照 m3

對(duì)表1數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析，可利用SPASS Pearson相關(guān)性分析軟件，對(duì)生產(chǎn)水的不平衡量與各用戶做一個(gè)相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)煉鋼的用水與不平衡量強(qiáng)相關(guān)，現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)煉鋼用水量流量表是人工錯(cuò)誤調(diào)整參數(shù)，造成煉鋼消耗生產(chǎn)水量偏小，致使公司生產(chǎn)水系統(tǒng)的不平衡量持續(xù)偏大。

能源系統(tǒng)計(jì)量交割點(diǎn)配備率100%，穩(wěn)定運(yùn)行率100%，是能源計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)分析的兩個(gè)必要的條件，同時(shí)要考慮各工序生產(chǎn)運(yùn)行的實(shí)際情況。

2.3 能源計(jì)量數(shù)據(jù)的應(yīng)用層

2.3.1 滿足各職能部門考核、管理的需要

為財(cái)務(wù)部門提供成本控制、成本分析結(jié)算數(shù)據(jù)，為能源部門提供能源考核、節(jié)能管理、質(zhì)量管理計(jì)量數(shù)據(jù)。

2.3.2 理論計(jì)算能源計(jì)量?jī)x表的估計(jì)值

當(dāng)系統(tǒng)的能源計(jì)量表出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)能夠根據(jù)其他介質(zhì)歷史計(jì)量數(shù)據(jù)來預(yù)測(cè)該流量計(jì)合理的計(jì)量值。現(xiàn)結(jié)合實(shí)際應(yīng)用來討論，根據(jù)高爐的產(chǎn)量和冷風(fēng)消耗量作為自變量，取其高爐煤氣發(fā)生量作為因變量，進(jìn)行回歸分析。根據(jù)提供的樣本空間數(shù)據(jù)，應(yīng)用最小二乘法計(jì)算回歸方程的系數(shù)，建立回歸方程。應(yīng)用回歸分析，當(dāng)煤氣儀表出現(xiàn)故障時(shí)，可以根據(jù)儀表近期運(yùn)行估算其合理值。

2.3.3 能源氣體負(fù)荷預(yù)測(cè)及平衡管理

實(shí)現(xiàn)能源氣體系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)，包括煤氣系統(tǒng)預(yù)測(cè)（如煤氣柜煤氣容量預(yù)測(cè)等）、氧氣負(fù)荷預(yù)測(cè)、蒸汽負(fù)荷預(yù)測(cè)及負(fù)荷量的管理。通過對(duì)實(shí)時(shí)能源計(jì)量數(shù)據(jù)的分析、計(jì)算、統(tǒng)計(jì)，做出實(shí)時(shí)能源平衡預(yù)測(cè)，生成預(yù)控結(jié)果，實(shí)現(xiàn)能源介質(zhì)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)平衡分配，達(dá)到優(yōu)化用能、節(jié)約用能的目的。

2.3.4 實(shí)時(shí)提供能源計(jì)量數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的節(jié)能

燒結(jié)、球團(tuán)、煉鐵、煉鋼、軋鋼是冶金企業(yè)能源消費(fèi)的主要工序，是系統(tǒng)節(jié)能的重要對(duì)象。根據(jù)能源計(jì)量數(shù)據(jù)、能源介質(zhì)的熱值及價(jià)格因素，調(diào)整能源介質(zhì)在各工序中比例，建立各系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化方案，并根據(jù)方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益估算，以可視化的形式展現(xiàn)，為管理層進(jìn)行生產(chǎn)管理與節(jié)能決策提供支持。

3 結(jié)語

能源計(jì)量數(shù)據(jù)的分析層是3個(gè)層次管理的核心層，基礎(chǔ)層為分析層提供能源介質(zhì)的壓力、溫度、液位、流量的數(shù)據(jù)，分析層采用各種分析方法來分析能源計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，指出能源計(jì)量器具存在的問題，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)能源計(jì)量器具的配備、選型、維護(hù)。分析層是應(yīng)用層的基礎(chǔ)，經(jīng)過分析提供實(shí)時(shí)、全面、準(zhǔn)確的能源計(jì)量數(shù)據(jù)，是企業(yè)開展多層次應(yīng)用的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)只有在應(yīng)用過程中才能體現(xiàn)數(shù)據(jù)分析的價(jià)值。能源計(jì)量數(shù)據(jù)管理是計(jì)量數(shù)據(jù)管理的重要組成部分，開展全面能源計(jì)量數(shù)據(jù)管理，必須要抓好能源計(jì)量數(shù)據(jù)3個(gè)層次管理，才能實(shí)現(xiàn)能源計(jì)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率100%，能源計(jì)量數(shù)據(jù)結(jié)算異議為零的目標(biāo)。