相信准确的数字

优化石油化工生产基地的能源供应

作者:Thomas Schmidt 文章来源:PROCESS《流程工业》 点击数:39 发布时间:2018-03-07
大型的化工基地就像一个复杂的有机体,而能源流就是它最重要的生命线。能源供应不仅需要可靠性,其经济性也对大型化工企业的成功与失败有着重要的作用和意义。而在发电厂中,提供发电效率的措施决定了是够能提高作业效率。
相信准确的数字

在科隆-沃林根的Ineos公司有一套建于20世纪60年代的利用气体和液体燃料发电的发电设备,包括3台涡轮发电机组,总装机燃料大约85MW。尽管这套发电设备十分老旧,但用于优化改进的参考数据却非常充足。但这些数据之间的关系是非常复杂的,重要的基本参数也是多种多样的。即便是经验丰富的老职工也难以直接给出优化改进的结果和建议。

生产班长Joachim Kuppler先生在介绍引进横河电机的全资子公司软件供应商Soteica Visual Mesa(简称SVM)的Visual Mesa能源绩效实时优化系统(简称EP RTO)的效果时说道:“过去,我们只是在物理参数或者在过程控制参数的指导下发电。现在,每间隔15min我们就会得到当前发电状况对发电收入的影响,精确到1欧元、1欧分,而且也能获得更加高效发电的建议。”每调整发电设备一次,都会得到下一个计算结果,可以知道距离最佳目标还有多少差距。在距离最佳节能目标3%~4%时,我们可以再提高效率3/4左右。这一点是非常重要,因为从2017年年初开始供应场地和废物净化处理也将属于发电厂了,整个发电厂成为了一个独立的经济实体。

科隆Ineos公司生产基地中的发电厂

科隆Ineos公司生产基地中的发电厂

从引进到日常运行

2015年下半年在科隆的Ineos发电厂的服务器中安装了Visual Mesa EP-RTO软件,并从企业的主运营数据系统中接收其原始数据。2016年1月软件系统开始试运行,软件是在基于历史数据、单独开发的SVM模型中运行的。与运营团队一起在启动阶段对整套软件系统进行了改进和调整。SVM模型可以采集大约1 500个检测数据,在有着大约120个自由度的参数空间中对老式发电设备进行优化。

发电厂所在地大约20多家生产企业所需的电力和蒸汽都作为软件系统中的固定数据,定期提供到当前的价格计算公式中去,在当前的价格信息中出现。除了使用天然气之外,发电厂大约50%的原材料是周边工厂提供的可燃性垃圾,这就形成了发电厂原材料的多样性。针对这种情况,例如在产生裂化、使用轻质或者重质瓦斯油时,软件系统会不断检查当前的运行状态是否经济。原则上,它能控制以尽可能高的效率使用所有可以用来发电的原材料。这样就可以降低一次能源的成本费用,并最终也减少了CO2排放。

通过Web界面,操作者可以利用表格或者图形方式处理数据以及与这些数据有关的信息,并向发电设备操作者发出设备操作的指令。“向下兼容”功能可以将这些操作指令与发送给发电厂的某些设备部件建立相关性,从而可以实现定性的追溯。这种透明度为连续性的发电过程优化改进提供了有力的理论根据。

Ineos公司的能源设备为生产基地约20家生产企业提供电力和蒸汽

Ineos公司的能源设备为生产基地约20家生产企业提供电力和蒸汽

信任收获了认可

“开始的时候,数字模型的精确调整非常麻烦,但却十分必要,因为发电设备要保持连续运行。只有当模型发出的指令是正确、有意义、有可追溯性且是可被软件系统理解的,它们才能长期地被接受下来,并遵照执行。”科隆Ineos能源优化部门的负责人Benedikt Beisheim先生强调道。他估计,在各种工况下优化软件提供可用信息都在98%左右,只有少量的信息找不到相对应的解决办法,或者由于已经超过了时间限制而无法优化。因此,需要定期查看这些信息。

Beisheim先生估计:“对软件系统的连续性观察、维护占用了一个全职员工1/3左右的工作时间。”在这些时间里,他要完成发电设备运行参数的调整、匹配,要在方便的图形输入工具的帮助下,对SVM模型可持续计划的框架内独立完成数字化模型的微小更改。

“与维护保养合同类似,我们为运营商提供专家级的技术服务和技术支持,保证用户安装的始终是最新的软件系统,并帮助用户不断地持续改进。” 横河电机技术服务高级顾问Uwe Szkudlarek解释说道。

通过远程登录保证了可以对用户使用现场的SVM数字化模型进行操作,不会产生任何旅差费。软件系统更新和补丁程序的下载、安装也都可以通过远程遥控的方式完成。

模拟是进步的动力

Visual Mesa软件系统除了能够完成当前发电设备状况的分析和评判之外,还可以对比过去的运行状况进行分析和评判,或者对照历史数据对发电设备配置参数的修改或者操作指令的修改情况进行模拟分析。计划的技术改造工程中的措施到底能够带来多大的节能潜力,也可以事先进行模拟和验证。

当前,Beisheim先生设定的测试环境中对跨企业限制的优化情况进行验证。他说:“跨企业的优化验证是值得一试的事情,例如发电厂与相邻工厂一起进行节能优化是否能够节约能源,能够节约多少能源;例如节约蒸汽的跨企业优化改进等。”而此时Visual Mesa软件系统提供的准确的有关节约可能性和效率改进的数字也是非常有说服力的。

值班长Joachim Kuppler先生(右)正在与Benedikt Beisheim先生和Sahin Göksu先生(左)探讨当前优化结果的检测数据

值班长Joachim Kuppler先生(右)正在与Benedikt Beisheim先生和Sahin Göksu先生(左)探讨当前优化结果的检测数据

未来已经到来

在今后几年里,Ineos公司计划在科隆再建一座装机容量约60MW的天然气-蒸汽涡轮发电机(简称GuD),以取代老发电设备的蒸汽锅炉,同时也能提高发电能力。在这一新建发电设备中也将安装Visual Mesa软件系统。目前,Soteica公司已经根据具体工程项目中提供的详细信息开发了相应的数字化模型。因此,在新的发电设备建造投产之前就可以模拟和分析它的效率潜力了。同时,也可以把模型测试过程中得到的数据应用到新建工程项目中去。

这使得优化评估变得更有意义。“我们对这一软件系统有着很好的评价,其投资回收期也只有不到一年的时间。另外,它能在很大的范围内进行部署,可以有效地提高发电效率。” 能源公司的能源工程师Sahin Göksu先生说。

更多的自由度使得优化任务更加复杂,但也提供了更多的灵活性。总之,自由度越多,Visual Mesa的性能就越强大,这也是石油化工和石油精炼厂中的典型情况。Ultima Ratio先生甚至打算在整个生产基地所有生产厂中利用这一系统实现全自动的能源优化。