天然氣凈化廠能耗計算管理系統(tǒng)設(shè)計

葉世貴

(中石化廣元天然氣凈化有限公司，四川 廣元 628400)

某天然氣凈化廠使用一次能源和二次能源，一次能源有燃料氣，二次能源有電力與蒸汽，其中蒸汽為廠內(nèi)自產(chǎn)。耗能工質(zhì)包括各類水、壓縮空氣、氮氣等，其中新鮮水由外部供給，其他耗能工質(zhì)由廠內(nèi)自產(chǎn)。能耗管理工作中能耗參數(shù)多、數(shù)據(jù)來源廣、計算復(fù)雜，目前該廠能耗計算工作存在如下問題：

1)能耗計算效率低。生產(chǎn)車間能耗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的收集均采用人工從系統(tǒng)儀表及電力調(diào)度部門獲取，而后再手動導(dǎo)入Excel表格計算出裝置能耗。人員勞動強度大，出錯概率高，操作步驟復(fù)雜易出錯。

2)能耗數(shù)據(jù)調(diào)取困難。出于管理需求，生產(chǎn)車間需要經(jīng)常對歷年同期數(shù)據(jù)、不同裝置同期數(shù)據(jù)、同裝置不同期數(shù)據(jù)進行比較，但是現(xiàn)有數(shù)據(jù)主要依賴于Excel表格形式存儲，不利于數(shù)據(jù)的調(diào)取。

3)能耗分析智能化程度低。由于能耗介質(zhì)多，每種介質(zhì)波動對總能耗帶來的影響不同，傳統(tǒng)方式主要依靠工程師對能耗數(shù)據(jù)進行整體分析得出高能耗介質(zhì)。該方式受限于每個工程師的分析水平，分析結(jié)果不具有典型代表性。

4)報表管理復(fù)雜。基于同樣的數(shù)據(jù)，生產(chǎn)車間需要依照不同部門的需求給出不同的報表，每批次數(shù)據(jù)對應(yīng)圖表更新繁雜。當(dāng)部門數(shù)據(jù)需求發(fā)生調(diào)整時，報表數(shù)據(jù)及圖表需要重新手動更新。

1 能耗計算

1.1 能耗計算系數(shù)

該廠能耗計算采用GB/T 50441—2016《石油化工設(shè)計能耗計算標(biāo)準(zhǔn)》[1]中能耗工質(zhì)統(tǒng)一折算值作為系數(shù)計算，其中燃料氣由氣體組成均值按低發(fā)熱值計算，見表1所列。

表1 裝置能耗折算值

1.2 能耗計算公式

通常用綜合能耗表示某一區(qū)間段所有工質(zhì)消耗而產(chǎn)生的能耗總和，如式(1)所示：

E=∑(qmiCi)+∑Ej

(1)

式中：E——綜合能耗，正值時表示消耗能源，負值時表示輸出能源；qmi——循環(huán)水、除鹽水、電等能耗工質(zhì)消耗量，消耗時為正值，輸出時為負值；Ci——循環(huán)水、除鹽水、電等能耗折算值；Ej——能耗體系與外界交換熱量所折算成的標(biāo)準(zhǔn)能耗量。

通常用單位能耗表示單位處理量情況下某一區(qū)間段所有工質(zhì)消耗而產(chǎn)生的能耗，如式(2)所示：

E1=E/qm

(2)

式中：E1——單位能耗，kg·t-1；qm——原料氣量,t·h-1。

2 能耗計算系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)需求分析

從生產(chǎn)數(shù)據(jù)系統(tǒng)獲取的歷史數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，通過對數(shù)據(jù)庫的檢索，達到獲取相關(guān)數(shù)據(jù)資源的目的。以Web形式向所有權(quán)限用戶開放，并提供一般查詢功能；以客戶端形式向高級權(quán)限用戶開放，提供查詢、上傳、輸出等高級功能，側(cè)重數(shù)據(jù)對比、數(shù)據(jù)分析、圖表定制及輸出，為高級權(quán)限用戶利用歷史趨勢數(shù)據(jù)分析能耗提供了更快捷的方式。

2.2 系統(tǒng)環(huán)境設(shè)計

為區(qū)分不同級別用戶對數(shù)據(jù)庫的訪問，同時兼顧訪問的便捷及管理的差異。該系統(tǒng)采用瀏覽器與服務(wù)器架構(gòu)(B/S)模式實現(xiàn)隨時隨地對歷史數(shù)據(jù)的檢索、顯示等簡單功能，采用客戶端與服務(wù)器架構(gòu)(C/S)模式實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)查詢、報表定制及分析、歷史數(shù)據(jù)打印及輸出、歷史數(shù)據(jù)同步及更新等高級功能。其中B/S模式以開源工具PHP為開發(fā)語言，以開源關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(MYSQL)為后臺開發(fā)工具；C/S模式以Visual Studio軟件中的VB.NET為開發(fā)語言，以輕型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(SQLite)作為本地數(shù)據(jù)庫，以MYSQL遠程數(shù)據(jù)庫為后臺開發(fā)工具。

2.3 功能模塊設(shè)計

能耗計算系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 能耗計算系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)示意

2.4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

從該廠生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)表上可以發(fā)現(xiàn)每張表共有358個參數(shù)需要記錄，而Access數(shù)據(jù)庫一個表最多可以定義255個字段，不滿足數(shù)據(jù)存儲需求。結(jié)合系統(tǒng)功能設(shè)計，采用MYSQL數(shù)據(jù)庫遠程存儲生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)，同時使用客戶端軟件上傳新的生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)表，實現(xiàn)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫的更新。瀏覽器端可以直接訪問服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，查詢相關(guān)參數(shù)的數(shù)據(jù)。而為了降低網(wǎng)絡(luò)延遲，提高客戶端數(shù)據(jù)查詢的速度，客戶端數(shù)據(jù)庫采用SQLite緩存本地數(shù)據(jù)，客戶端登錄后使用后臺進程自動聯(lián)網(wǎng)與服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫同步。

由于該廠具有4套相同的裝置同時進行生產(chǎn)，生產(chǎn)系統(tǒng)每小時記錄一次生產(chǎn)數(shù)據(jù)，每套裝置每天都會自動生成一張歷史趨勢數(shù)據(jù)表，因此需要4張表存儲不同裝置的生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)。而對數(shù)據(jù)庫的操作，主要分為操作員、工程師、管理員三種權(quán)限。不同權(quán)限實現(xiàn)的數(shù)據(jù)庫操作層次不同，其中管理員擁有最高權(quán)限。根據(jù)以上分析，建立5張表： 第1裝置至第4裝置各一張數(shù)據(jù)表，加操作員信息表。前4張表主要為生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)中的流量、溫度、電量等共358個工藝參數(shù)。本文只列舉其中一個單元表的結(jié)構(gòu)，因此服務(wù)器數(shù)據(jù)庫及客戶端數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)分別見表2,表3所列。

表2 第1裝置數(shù)據(jù)表

表3 操作員信息表

2.5 軟件功能實現(xiàn)

基于中小化工企業(yè)網(wǎng)絡(luò)帶寬不足的實際問題，在B/S模式下僅考慮做簡單的查詢及顯示功能。采用PHP為網(wǎng)頁后臺開發(fā)語言，結(jié)合使用EasyUI程序為前臺界面框架實現(xiàn)B/S模式的開發(fā)。為提高訪問人員查詢交互及快捷性，采用AJAX技術(shù)實現(xiàn)無需重新加載整個網(wǎng)頁的情況下，通過后臺與服務(wù)器進行少量數(shù)據(jù)交換，更新部分網(wǎng)頁。查詢所得結(jié)果以列表的形式表示，同時采用開源可視化圖表控件ECharts，完成查詢數(shù)據(jù)的可視化動態(tài)展示。在C/S模式下，利用本地客戶端強大的數(shù)據(jù)處理、報表展示、數(shù)據(jù)分析能力，實現(xiàn)對原始生產(chǎn)數(shù)據(jù)的檢測加工、上傳下載、分析打印等功能。

3 結(jié)束語

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，信息技術(shù)在化工生產(chǎn)中的各個方面逐步得到了應(yīng)用。本文的研究是以信息技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合化工生產(chǎn)實際，以多模式組織形式，構(gòu)建基于VB.NET及PHP的能耗數(shù)據(jù)資源管理平臺，其目的在于對中國中小型化工生產(chǎn)數(shù)據(jù)資源進行存儲、分析和輸出，減輕工程師及決策部門處理能耗數(shù)據(jù)的勞動強度，為化工企業(yè)的科學(xué)精細化管理提供更好更快的服務(wù)，同時加快了信息技術(shù)在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用深度。根據(jù)本次設(shè)計，得出以下結(jié)論：

1)以用戶需求差異為目的，提出以B/S模式及C/S模式同時開發(fā)的體系，為不同用戶的需求，提供了更為精準(zhǔn)的定位。

2)使用數(shù)據(jù)檢測規(guī)則，檢測即將上傳至服務(wù)器的報表數(shù)據(jù)，避免了錯誤數(shù)據(jù)的上傳，同時采用多線程技術(shù)使客戶端數(shù)據(jù)庫及時更新，保證了數(shù)據(jù)的同步性。

3)使用報表自定規(guī)則，可以方便工程師編輯報表形式及報表內(nèi)容，從而實現(xiàn)報表格式的固定，為數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)快速轉(zhuǎn)化為對化工生產(chǎn)分析有利的信息提供保障。

4)使用開源軟件及數(shù)據(jù)庫，可以有效降低運行成本，為中小型化工企業(yè)的生產(chǎn)降低運營成本。