淺談冶金企業(yè)能源計量數(shù)據(jù)的3個層次管理

廉井中

（山東鋼鐵集團日照有限公司信息計量部，山東 日照276800）

1 前言

計量數(shù)據(jù)是冶金企業(yè)寶貴的資源，能源計量數(shù)據(jù)管理業(yè)務(wù)涉及很多范圍，如煤氣、氧氣、氮氣、蒸汽、壓縮空氣、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)相對簡單、儀表數(shù)據(jù)相對較少。隨著檢測技術(shù)的進(jìn)步，解決原來無法計量的難題，能源計量器具配備越來越齊全，采集率也達(dá)到100%。傳統(tǒng)企業(yè)對能源計量數(shù)據(jù)的管理停留在基礎(chǔ)層，進(jìn)行簡單的數(shù)據(jù)統(tǒng)計和系統(tǒng)平衡，基本達(dá)不到數(shù)據(jù)的分析、應(yīng)用挖掘。采用3個層次的管理，使企業(yè)在做好能源計量數(shù)據(jù)的采集、統(tǒng)計基礎(chǔ)上，適時對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為運維、生產(chǎn)管控部門提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，為計量數(shù)據(jù)在冶金企業(yè)應(yīng)用提供準(zhǔn)確的計量數(shù)據(jù)平臺。

2 3個層次管理模式

2.1 能源計量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)層

2.1.1 能源計量數(shù)據(jù)的采集與維護

冶金企業(yè)逐步加大投入，已完全實現(xiàn)對電力和流體各類計量點（包括溫度、壓力、瞬時/累計流量等）的數(shù)據(jù)自動采集、計算和整理。對電力和各類流體計量項目及其計算邏輯公式進(jìn)行制定和維護，自動計算各類計量數(shù)據(jù)，并滿足計量、結(jié)算和報表管理等各項功能。

2.1.2 能源計量數(shù)據(jù)日常管理

能源計量數(shù)據(jù)日常管理主要對一級、二級能源介質(zhì)實際發(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)運行的計量數(shù)據(jù)，用于反映各種能源介質(zhì)生產(chǎn)、分配和使用情況，實現(xiàn)日能源計量數(shù)據(jù)報表、月能源計量數(shù)據(jù)報表管理。計量管理部門編制的能源計量數(shù)據(jù)月報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)編制各類其他報表。各供/用單位再進(jìn)行三級計量數(shù)據(jù)分類匯總、統(tǒng)計，進(jìn)行工序的內(nèi)部成本管理。

2.2 能源計量數(shù)據(jù)的分析層

2.2.1 單點分析

單點分析主要是指對單一能源計量交割點的數(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?？刹捎脤Ρ戎笜?biāo)分析，也可采用趨勢分析。對比指標(biāo)分析根據(jù)設(shè)備的特性，對同一檔次的設(shè)備或系統(tǒng)進(jìn)行能耗的比較，來分析能源計量數(shù)據(jù)的可靠性、準(zhǔn)確性。趨勢分析建立在統(tǒng)計學(xué)的基礎(chǔ)上，遵循統(tǒng)計的原理，對某一段的能源計量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，觀察其運行趨勢，發(fā)現(xiàn)異常的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)區(qū)間。

1）對比指標(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表示單個能源計量系統(tǒng)的擴展不確定度，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）趨勢分析。建立一個能源計量交割點日、月計量數(shù)據(jù)長期的臺賬，可以按日、月進(jìn)行分析，觀察能源計量數(shù)據(jù)在這段時間的變化趨勢。一組數(shù)據(jù)的均值加減3倍的標(biāo)準(zhǔn)偏差設(shè)置該計量交割點上下的控制線，觀察能源計量數(shù)據(jù)的變化趨勢、穩(wěn)定運行的情況。

根據(jù)數(shù)據(jù)運行統(tǒng)計的規(guī)律，趨勢含有以下3種情況之一，就可判定數(shù)據(jù)異常：1）瞬時值達(dá)到設(shè)計上限、下限；2）日或月的計量數(shù)據(jù)在3σ控制線以外；3）連續(xù)有7個數(shù)據(jù)處在上升或下降的通道。例如：1#燒結(jié)機消耗焦?fàn)t煤氣流量趨勢見圖1，圖1中左邊箭頭表示是數(shù)據(jù)達(dá)到設(shè)計上限，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)對這兩個區(qū)間的數(shù)據(jù)重點關(guān)注，分析數(shù)據(jù)異常的原因。

圖1 1#燒結(jié)機耗焦?fàn)t煤氣流量趨勢

各工序的水、電、風(fēng)、氣都可采用上述分析方法來分析各個工序能源介質(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）每個系統(tǒng)都是互相獨立的，每個系統(tǒng)中都有1個或幾個發(fā)生量，多個消耗量。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。2019年5月各工序生產(chǎn)水消耗量與不平衡對比見表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照 m3

對表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，對生產(chǎn)水的不平衡量與各用戶做一個相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)煉鋼的用水與不平衡量強相關(guān)，現(xiàn)場核實煉鋼用水量流量表是人工錯誤調(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)計量交割點配備率100%，穩(wěn)定運行率100%，是能源計量系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)分析的兩個必要的條件，同時要考慮各工序生產(chǎn)運行的實際情況。

2.3 能源計量數(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)量管理計量數(shù)據(jù)。

2.3.2 理論計算能源計量儀表的估計值

當(dāng)系統(tǒng)的能源計量表出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)能夠根據(jù)其他介質(zhì)歷史計量數(shù)據(jù)來預(yù)測該流量計合理的計量值?，F(xiàn)結(jié)合實際應(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，可以根據(jù)儀表近期運行估算其合理值。

2.3.3 能源氣體負(fù)荷預(yù)測及平衡管理

實現(xiàn)能源氣體系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測，包括煤氣系統(tǒng)預(yù)測（如煤氣柜煤氣容量預(yù)測等）、氧氣負(fù)荷預(yù)測、蒸汽負(fù)荷預(yù)測及負(fù)荷量的管理。通過對實時能源計量數(shù)據(jù)的分析、計算、統(tǒng)計，做出實時能源平衡預(yù)測，生成預(yù)控結(jié)果，實現(xiàn)能源介質(zhì)實時動態(tài)平衡分配，達(dá)到優(yōu)化用能、節(jié)約用能的目的。

2.3.4 實時提供能源計量數(shù)據(jù)實現(xiàn)系統(tǒng)的節(jié)能

燒結(jié)、球團、煉鐵、煉鋼、軋鋼是冶金企業(yè)能源消費的主要工序，是系統(tǒng)節(jié)能的重要對象。根據(jù)能源計量數(shù)據(jù)、能源介質(zhì)的熱值及價格因素，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

能源計量數(shù)據(jù)的分析層是3個層次管理的核心層，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量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，指出能源計量器具存在的問題，指導(dǎo)現(xiàn)場能源計量器具的配備、選型、維護。分析層是應(yīng)用層的基礎(chǔ)，經(jīng)過分析提供實時、全面、準(zhǔn)確的能源計量數(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)分析的價值。能源計量數(shù)據(jù)管理是計量數(shù)據(jù)管理的重要組成部分，開展全面能源計量數(shù)據(jù)管理，必須要抓好能源計量數(shù)據(jù)3個層次管理，才能實現(xiàn)能源計量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率100%，能源計量數(shù)據(jù)結(jié)算異議為零的目標(biāo)。