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浅谈能源管控系统在油气田企业中的应用

2021-04-28 14:18:14 来源：安科瑞王蒙蒙

王蒙蒙
安科瑞电气股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：能源管控是近年来兴起的一种新型能源管理模式，是提高企业能源科学化管理水平的有效手段。本文系统介绍了目前国内外油气田企业能源管控系统的应用情况，详细阐述了庆新油田开发有限责任公司能源管控系统的实际应用，期望对油气田企业的能源管控系统建设具有一定的借鉴意义。
关键词：庆新油田能源管控系统建设
0 引言
随着我国经济发展进入新常态和国内外能源供需形势的变化，持续改进能效水平已经成为新常态下能源发展的必然选择。
油气田企业能源消耗量占能源生产量的比例依然较高，整体用能水平与国内外先进水平相比还有较大差距，能源消耗费用在油气生产成本中所占比例较大。“十三五”期间，国家高度重视加强能耗在线监测和推进能源管控建设，明确提出要加强高能耗行业的能源管控，推进工业企业能源管控中心建设，推广工业智能化用能监测和诊断技术。因此，油气田企业应以信息化建设为依托，通过开发能源管控系统，强化能源利用的有效管理与控制，并持续改进，实现能源利用的*优化，促进经济效益的*大化。
1 油气田能源管控发展和现状
能源管理中心的雏形*早始于20世纪60年代的日本和西德。其钢铁企业利用模拟仪表形成能源数据采集与监控系统，分别满足能源介质生产和分配的需要。20世纪70年代，日本钢铁厂利用电子计算机，将各自独立的能源介质网逐步过渡到由动力部门集中管理，达到统一管理能源介质的转换和分配，能源管理中心初步形成。
其后，随着能源管理中心建设得到越来越大的重视，越来越多的国际石油公司开始具有较为完整的能源管理系统，并取得了显著的节能效果。
目前，国际石油公司普遍认为油田能源管控建设不但是数据采集、生产流程的数字化，而且是针对上游业务更高层次的整合与流程再造。在完善油气田信息化建设的基础上，能源管控建设需要依次经历四个层次，即监测、实时分析、实时优化和经营模式变革。
北海的挪威海域是智能管控技术利用程度*高的地区。该地区的斯塔特福约尔得油田通过采用实时数据传输、实施控制技术，实现了油田可持续发展。
Chevron（雪佛龙公司）、Shell（“壳”牌公司）和BP（英国石油公司）相继提出了“信息油气田”、“聪明油田”和“未来油气田”的发展理念。
“十三五”期间，中国石油集团公司遵循“效益为本，注重实效；分类指导，突出重点；完善机制，创新驱动”的原则，积极推进能源管控建设［1］。预计2020年，中国石油集团公司能源管控能力建设将迈上新台阶，基本达到国内先进水平，重点业务达到国内领先水平。油气田企业基本实现试点能源管控单元的主要能耗指标在线监测及分析。中国石油集团公司示范采油厂（作业区）实现基于在线监测的主要能耗指标对标分析。
2 庆新油田能源管控系统实践
庆新油田位于大庆长垣太平屯油田以东、升平油田以西，南靠宋芳屯油田，北临安达凹陷，1999年开发，现已经历上产和稳产两个阶段。庆新油田现有联合站1座、转油站2座、集油配注间21座，现有耗能设备964台，包括：抽油机493台、螺杆泵7台、注水泵270台、柱塞泵98台、加热炉23台和离心泵73台。
组建初期，庆新油田以自筹资金方式运营，严格管控成本是该企业经营管理的突出特点，以能源管控为代表的成本控制效果尤为突出。庆新油田成立了以总经理为组长的能源管控委员会，将节能工作纳入经营重点。委员会成员涵盖公司经营班子，小组成员包括各用能单位生产和节能管理人员。庆新油田积极发挥数字化优势，合理配备具有远程功能的计量仪表，开发集采油、集输、注水各系统于一体的能源管控系统，实现了节能工作由数字化向智能化转变，形成了庆新油田能源管控的特有模式。
2.1油井能源管控系统建设
在庆新油田抽油机井中，应用节能抽油机占比93.3%，节能电机占比71.6%，节能配电箱占比88.2%。
通过电流互感器、载荷传感器、角位移传感器和油管套管压力传感器等现场数据采集设备，庆新油田自动采集三项电流、三项电压、载荷和油套压等15项油井数据，计算得到日耗电量、平衡度等16项数据，实现油井参数自动采集、能耗精确计量至单井。
以自动采集、回传的数据为前提，针对抽油机平衡治理、结蜡治理和管杆泵管理等问题，庆新油田开发了多项抽油机井源管控应用软件，形成了五项油井能源管控体系：
1）利用功率实时监测，提高平衡管理水平。
2）通过载荷实时采集，优化油井降黏工作。
3）利用数字化远程启停，进行自动化间歇性抽油管理。
4）依托单井电量计量，强化机采能耗管理。
5）开发智能管理系统，实现问题超前预警。
2.2集油配注间能源管控系统建设
庆新油田集油配注间安装电流互感器、流量计、压力变送器、温度变送器和电量表等一次仪表，采
集集油配注间电量、三项电流、环瞬时掺水量、井瞬时注水量、总回油温度和总掺水压力等24项数据，计算得到有功功率、无功功率和功率因数等3项数据，实现数据自动远传，集油配注间内无人值守，电量计量至各配注间。
针对掺水单管环状流程不易管理的实际情况，庆新油田开发了掺水优化管理系统；为确保“注好水、注够水”，庆新油田开发了智能注水优化专家系统，形成了四项集油配注间能源管控体系：
1）安装三相计量装置，实现单井产量计量。
2）自动采集生成报表，降低员工劳动强度。
3）通过恒流远程控制，保证平稳合格注水。
4）利用数字化实时监控，做好精细化自动掺水。
2.3联合站和转油站的能源管控系统建设
通过在加热炉、离心泵上安装的流量传感器、压力变送器和温度传感器等仪表，庆新油田联合站和转油站3站共采集数据86项，实现了“集中监控、无人值守、有人巡检”和数据自动采集。
通过应用自己的数字化管理信息系统、站控系统和基础平台等系统，庆新油田站库管理始终保持
高效运行，各站用人数量逐年递减，节能管理水平逐年提高，形成了两项站内能源管控体系：
1）应用数字站控系统，合理搭配机泵运行。
2）依托数据实时采集，优化加热炉运行组合。
2.4能源管控系统运行效果
庆新油田能源管控系统上线以来，以“调试运行、发现问题、解决问题”为工作思路，以实现“监管、控制、操作性强”为完善原则，结合各项节能生产和技术管理，2018上半年与2017上半年相比，吨液耗电降低1.05 kWh，吨液耗气降低0.14m3，吨液综合能耗降低0.61千克标煤，节能效果显著。据ASME B16.34所示，材质为A352 LCB的15 MPa阀门在-30℃环境中能承受的*大压力为14.41 MPa，经过节流后的天然气压力降至9 MPa，选用A352 LCB安全可靠。此外，丙烷制冷装置中低温阀门的主体材料也选用了A352 LCB。
3 安科瑞企业能源管控云平台介绍
3.1 系统概述
安科瑞企业能源管理平台采用自动化、信息化技术和集中管理模式，对企业的生产、输配和消耗环节实行集中扁平化的动态监控和数据化管理，监测企业电、水、燃气、蒸汽及压缩空气等各类能源的消耗情况，通过数据分析、挖掘和趋势分析，帮助企业针对各种能源需求及用能情况、能源质量、产品能源单耗、各工序能耗、工艺、车间、产线、班组、重大能耗设备等的能源利用情况等进行能耗统计、同环比分析、能源成本分析、用能预测、碳排分析，为企业加强能源管理，提高能源利用效率、挖掘节能潜力、节能评估提供基础数据和支持。

3.2 应用场所：
钢铁、石化、冶金、有色金属、采矿、医药、水泥、煤炭、物流、铁路、航空工业、木材、
化学原料以及机电设备、电器产品、工器具制造等。
3.3系统结构
平台采用分层分布式结构进行设计，详细拓扑结构如下：

图1 系统结构
系统可分为三层：即现场设备层、网络通讯层和平台管理层。
现场设备层：主要是连接于网络中用于水、电、气等参量采集测量的各类型的仪表等，也是构建该配电、耗水、耗气系统必要的基本组成元素。肩负着采集数据的重任，这些设备可为本公司各系列带通讯网络电力仪表、温湿度控制器、开关量监测模块以及合格供应商的水表、气表、冷热量表等。
网络通讯层：包含现场智能网关、网络交换机等设备。智能网关主动采集现场设备层设备的数据，并可进行规约转换，数据存储，并通过网络把数据上传至搭建好的数据库服务器，智能网关可在网络故障时将数据存储在本地，待网络恢复时从中断的位置继续上传数据，保证服务器端数据不丢失。
平台管理层：包含应用服务器、WEB服务器和数据服务器，一般应用服务器和WEB服务器可以合一配置。
3.4平台功能
平台采用自动化、信息化技术和集中管理模式，对企业的生产、输配和消耗环节实行集中扁平化的动态监控和数据化管理。实时监测企业各类能源的消耗情况，通过数据分析、挖掘和趋势分析，帮助企业加强能源管理，提高能源利用效率和节能潜力，为节能改造提供数据依据。
（1）平台首页
展示企业各类能耗总量、折标值、能源成本、能源消耗趋势、分项能耗占比、区域能源消耗对比,以及当前天气情况、污染情况，并三维展示企业重要工艺或工段的能源消耗动态。
（2）实时监控
对企业各点位的能源使用、报警等情况进行实时的监控。以便企业用户能够实时的监测各个点位的运作情况，同时能更快速有效的掌握点位的报警。
（3）变压器监控
展示各变压器的负载情况，从而可以为变压器配备情况进行科学合理的规划。通过各种运行参数状态下用电效能的对比分析，找出合适的运行模式。根据合适的运行模式调整负载，从而降低用电单耗，使电能损失降低。
（4）用能统计
从能源使用种类、监测区域、车间、生产工艺、工序、工段时间、设备、班组、分项等维度，采用曲线、饼图、直方图、累积图、数字表等方式对企业用能统计、同比、环比分析、实绩分析，折标对比、单位产品能耗、单位产值能耗统计，找出能源使用过程中的漏洞和不合理地方，从而调整能源分配策略，减少能源使用过程中的浪费。
（5）产品及产品单耗
与企业MES系统对接，通过产品产量以及系统采集的能耗数据，在产品单耗中生成产品单耗趋势图，并进行同比和环比分析。以便企业能够根据产品单耗情况来调整生产工艺，从而降低能耗。
（6）绩效分析
对各类能源使用、消耗、转换，按班组、区域、车间，产线、工段、设备等进行日、周、月、年、指定时段绩效统计按照能源计划或定额制定的绩效指标进行KPI比较考核，帮助企业了解内部能效水平和节能潜力。
（7）运行监测
系统对区域、工段、设备能源消耗进行数据采集，监测重点设备及工艺运行状态，如温度、湿度、流量、压力、速度等，并支持变配电系统一次运行监视。可直接从动态监测平面图快速浏览到所管理的能耗数据，支持按能源种类、车间、工段、时间等维度查询相关能源用量。
（8）分析报告
以年、月、日对企业的能源利用情况、线路损耗情况、设备运行情况、运维情况等进行多方面的统计分析，让用户多方面了解系统的运行情况，并为用户提供数据基础，方便用户发现设备异常，从而找出改善点，以及针对用能情况挖掘节能潜力。
（9）重点能耗设备用能
重点耗能设备大数据分析:用相关数据分析建立能耗大户相应能效比模型，实时监测各个关键因子，随时诊断调整相关参数，让能效比维持在较高的效率运转。通过对相关能源标准等参数进行跟踪比对，建立不同时间段的供能模型。
（10）运维管理
系统支持设备日常巡检计划、派工、消缺、报修、派工等设备运维管理，方便运行管理人员的制定巡检计划、派工，巡检人员执行巡检、完成工单、巡检发现问题消缺，进行故障报修、跟进维修进度，满足日常巡检、设备维修保养需要。（11）手机APP
APP支持Android、iOS操作系统，方便用户按能源分类、区域、车间、工序、班组、设备等不同维度掌握企业能源消耗、效率分析、同环比分析、能耗折标、用能预测、运行监视、异常报警等。
3.5 能耗监测系统产品选型

应用场景	型号	主要功能
高压重要回路或低压进线柜	APM810	三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序电流In，四象限电能，电流、电压不平衡度，负载电流柱状图显示，66种报警类型及外部事件（SOE）各16条事件记录，支持SD卡扩展记录，2-63次谐波，2DI+2DO，RS485/Modbus，LCD显示
低压联络柜、出线柜	AEM96	三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，总正反向有功电能统计，正反向无功电能统计；2-31次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量（电压、电流、功率）；电流规格3×1.5(6)A，有功电能精度0.5S级,无功电能精度2级
动力柜	ACR120EL	LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限电能计量；RS485/Modbus；可选复费率电能统计、需量统计；4DI+2DO；RS485通讯接口、Modbus协议
动力柜	DTSD1352	三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，分相正向有功电能统计，总正反向有功电能统计，总正反向无功电能统计；红外通讯；电流规格：经互感器接入3×1(6)A,直接接入3×10(80)A，有功电能精度0.5S级,无功电能精度2级
照明箱	DTSD1352	三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，分相正向有功电能统计，总正反向有功电能统计，总正反向无功电能统计；红外通讯；电流规格：经互感器接入3×1(6)A,直接接入3×10(80)A，有功电能精度0.5S级,无功电能精度2级
	DDSD1352	单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，正反向电能计量；红外及RS485通讯；电流规格：10（60）A，有功电能精度1级，无功精度2级；可选配复费率
	DDS1352	单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，正反向电能计量；RS485通讯；电流规格：10（60）A，有功电能精度1级，无功精度2级；尺寸：1P
给水管道	水表	计量流经给水管道用水的体积总量，适用于单向水流，采用电子直读技术，通过RS485总线直接输出表盘数据
燃气管道	燃气表	计量流经燃气管道用气的体积总量，具有阀控功能，采用电子直读技术，通过RS485总线直接输出表盘数据，计量精度高，无需外部供电。
集中供冷供热	冷热表	测量和显示用户的暖气供热量、中央空调的供冷量，由流量传感器、微处理器和配对温度传感器组成。温度传感器断路、短路时自动报警，电压低或收到攻击破坏时自动报警。通过RS485总线直接输出表盘数据，计量精度高。

4 结论和建议
在开展技术节能的同时，提高能源管理水平是油气田企业节能增效的有效途径。建立能源管控系统，对能源消耗进行实时监控、分析诊断和优化指导，是油气田企业强化用能管理的必然趋势。只有油气田能源管控工作发挥整体合力，才能推进以能源管控为重要抓手的节能管理新模式。建议如下：
1）各企业要高度重视能源管控工作，由*高管理者指定管理者代表作为团队领导者，组建能源管
控团队。
2）完善的数字化配套是做好能源管控系统平台的前提，能源计量器具是油气田能源管控的“眼睛”。要推动油气田能源管控建设工作，数字化配套和能源计量器具完善二者缺一不可。
3）进一步完善能源管控系统平台功能，突出横向、纵向对标，深化预警、报警功能，实现主要能耗数据在线监测及分析，真正实现能源“管”和“控”。
4）强化能源管控系统平台深度应用，逐步建立、优化和完善节能工作管控体系。通过开展各项能耗数据分析、对标，配套作业区、生产单元能源管控考核制度，完善绩效体系，激励员工提高节能意识，实现节能工作的精细化管理。
参考文献

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