淺談能源管控系統(tǒng)在油氣田企業(yè)中的應用

劉細鳳

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：能源管控是近年來興起的種新型能源管理模式，是提高企業(yè)能源科學化管理水平的有效手段。本文系統(tǒng)介紹了目前內(nèi)外油氣田企業(yè)能源管控系統(tǒng)的應用情況，詳細闡述了慶新油田開發(fā)有限責任公司能源管控系統(tǒng)的實際應用，期望對油氣田企業(yè)的能源管控系統(tǒng)建設(shè)具有定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：慶新油田能源管控系統(tǒng)建設(shè)

0 引言

隨著我經(jīng)濟發(fā)展進入新常態(tài)和內(nèi)外能源供需形勢的變化，持續(xù)改進能效水平已經(jīng)成為新常態(tài)下能源發(fā)展的必然選擇。

油氣田企業(yè)能源消耗量占能源生產(chǎn)量的比例依然較高，整體用能水平與內(nèi)外先進水平相比還有較大差距，能源消耗費用在油氣生產(chǎn)成本中所占比例較大。“十三五”期間，家高度重視加強能耗在線監(jiān)測和推進能源管控建設(shè)，明確提出要加強高能耗行業(yè)的能源管控，推進工業(yè)企業(yè)能源管控建設(shè)，推廣工業(yè)智能化用能監(jiān)測和診斷技術(shù)。因此，油氣田企業(yè)應以信息化建設(shè)為依托，通過開發(fā)能源管控系統(tǒng)，強化能源利用的有效管理與控制，并持續(xù)改進，實現(xiàn)能源利用的化，促進經(jīng)濟效益的da化。

1 油氣田能源管控發(fā)展和現(xiàn)狀

能源管理的雛形早始于20世紀60年代的日本和西德。其鋼鐵企業(yè)利用模擬儀表形成能源數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)，分別滿足能源介質(zhì)生產(chǎn)和分配的需要。20世紀70年代，日本鋼鐵廠利用電子計算機，將各自獨立的能源介質(zhì)網(wǎng)逐步過渡到由動力部門集中管理，達到統(tǒng)管理能源介質(zhì)的轉(zhuǎn)換和分配，能源管理初步形成。

其后，隨著能源管理建設(shè)得到越來越大的重視，越來越多的際石油公司開始具有較為完整的能源管理系統(tǒng)，并取得了顯著的節(jié)能效果。

目前，際石油公司普遍認為油田能源管控建設(shè)不但是數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)流程的數(shù)字化，而且是針對上游業(yè)務更高層次的整合與流程再造。在完善油氣田信息化建設(shè)的基礎(chǔ)上，能源管控建設(shè)需要依次經(jīng)歷四個層次，即監(jiān)測、實時分析、實時化和經(jīng)營模式變革。

北海的挪威海域是智能管控技術(shù)利用程度高的地區(qū)。該地區(qū)的斯塔特福約爾得油田通過采用實時數(shù)據(jù)傳輸、實施控制技術(shù)，實現(xiàn)了油田可持續(xù)發(fā)展。

Chevron（雪佛龍公司）、Shell（“殼”牌公司）和BP（英石油公司）相繼提出了“信息油氣田”、“聰明油田”和“未來油氣田”的發(fā)展理念。

“十三五”期間，中石油集團公司遵循“效益為本，注重實效；分類指導，突出重點；完善機制，創(chuàng)新驅(qū)動”的原則，積極推進能源管控建設(shè)［1］。預計2020年，中石油集團公司能源管控能力建設(shè)將邁上新臺階，基本達到內(nèi)先進水平，重點業(yè)務達到內(nèi)領(lǐng)xian水平。油氣田企業(yè)基本實現(xiàn)試點能源管控單元的主要能耗指標在線監(jiān)測及分析。中石油集團公司示范采油廠（作業(yè)區(qū)）實現(xiàn)基于在線監(jiān)測的主要能耗指標對標分析。

2 慶新油田能源管控系統(tǒng)實踐

慶新油田位于大慶長垣太平屯油田以東、升平油田以西，南靠宋芳屯油田，北臨安達凹陷，1999年開發(fā)，現(xiàn)已經(jīng)歷上產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)兩個階段。慶新油田現(xiàn)有聯(lián)合站1座、轉(zhuǎn)油站2座、集油配注間21座，現(xiàn)有耗能設(shè)備964臺，包括：抽油機493臺、螺桿泵7臺、注水泵270臺、柱塞泵98臺、加熱爐23臺和離心泵73臺。

組建初期，慶新油田以自籌資金方式運營，嚴格管控成本是該企業(yè)經(jīng)營管理的突出特點，以能源管控為代表的成本控制效果尤為突出。慶新油田成立了以總經(jīng)理為組長的能源管控委員會，將節(jié)能工作納入經(jīng)營重點。委員會成員涵蓋公司經(jīng)營班子，小組成員包括各用能單位生產(chǎn)和節(jié)能管理人員。慶新油田積極發(fā)揮數(shù)字化勢，合理配備具有遠程功能的計量儀表，開發(fā)集采油、集輸、注水各系統(tǒng)于體的能源管控系統(tǒng)，實現(xiàn)了節(jié)能工作由數(shù)字化向智能化轉(zhuǎn)變，形成了慶新油田能源管控的*模式。

2.1油井能源管控系統(tǒng)建設(shè)

在慶新油田抽油機井中，應用節(jié)能抽油機占比93.3%，節(jié)能電機占比71.6%，節(jié)能配電箱占比88.2%。

通過電流互感器、載荷傳感器、角位移傳感器和油管套管壓力傳感器等現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集設(shè)備，慶新油田自動采集三項電流、三項電壓、載荷和油套壓等15項油井數(shù)據(jù)，計算得到日耗電量、平衡度等16項數(shù)據(jù)，實現(xiàn)油井參數(shù)自動采集、能耗精確計量至單井。

以自動采集、回傳的數(shù)據(jù)為前提，針對抽油機平衡治理、結(jié)蠟治理和管桿泵管理等問題，慶新油田開發(fā)了多項抽油機井源管控應用軟件，形成了五項油井能源管控體系：

1）利用功率實時監(jiān)測，提高平衡管理水平。

2）通過載荷實時采集，化油井降黏工作。

3）利用數(shù)字化遠程啟停，進行自動化間歇性抽油管理。

4）依托單井電量計量，強化機采能耗管理。

5）開發(fā)智能管理系統(tǒng)，實現(xiàn)問題超前預警。

2.2集油配注間能源管控系統(tǒng)建設(shè)

慶新油田集油配注間安裝電流互感器、流量計、壓力變送器、溫度變送器和電量表等次儀表，采

集集油配注間電量、三項電流、環(huán)瞬時摻水量、井瞬時注水量、總回油溫度和總摻水壓力等24項數(shù)據(jù)，計算得到有功功率、無功功率和功率因數(shù)等3項數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動遠傳，集油配注間內(nèi)無人值守，電量計量至各配注間。

針對摻水單管環(huán)狀流程不易管理的實際情況，慶新油田開發(fā)了摻水化管理系統(tǒng)；為確保“注好水、注夠水”，慶新油田開發(fā)了智能注水化專家系統(tǒng)，形成了四項集油配注間能源管控體系：

1）安裝三相計量裝置，實現(xiàn)單井產(chǎn)量計量。

2）自動采集生成報表，降低員工勞動強度。

3）通過恒流遠程控制，保證平穩(wěn)合格注水。

4）利用數(shù)字化實時監(jiān)控，做好精細化自動摻水。

2.3聯(lián)合站和轉(zhuǎn)油站的能源管控系統(tǒng)建設(shè)

通過在加熱爐、離心泵上安裝的流量傳感器、壓力變送器和溫度傳感器等儀表，慶新油田聯(lián)合站和轉(zhuǎn)油站3站共采集數(shù)據(jù)86項，實現(xiàn)了“集中監(jiān)控、無人值守、有人巡檢”和數(shù)據(jù)自動采集。

通過應用自己的數(shù)字化管理信息系統(tǒng)、站控系統(tǒng)和基礎(chǔ)平臺等系統(tǒng)，慶新油田站庫管理始終保持

高效運行，各站用人數(shù)量逐年遞減，節(jié)能管理水平逐年提高，形成了兩項站內(nèi)能源管控體系：

1）應用數(shù)字站控系統(tǒng)，合理搭配機泵運行。

2）依托數(shù)據(jù)實時采集，化加熱爐運行組合。

2.4能源管控系統(tǒng)運行效果

慶新油田能源管控系統(tǒng)上線以來，以“調(diào)試運行、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題”為工作思路，以實現(xiàn)“監(jiān)管、控制、操作性強”為完善原則，結(jié)合各項節(jié)能生產(chǎn)和技術(shù)管理，2018上半年與2017上半年相比，噸液耗電降低1.05 kW?h，噸液耗氣降低0.14m3，噸液綜合能耗降低0.61千克標煤，節(jié)能效果顯zhu。據(jù)ASME B16.34所示，材質(zhì)為A352 LCB的15 MPa閥門在-30℃環(huán)境中能承受的大壓力為14.41 MPa，經(jīng)過節(jié)流后的天然氣壓力降至9 MPa，選用A352 LCB可靠。此外，丙烷制冷裝置中低溫閥門的主體材料也選用了A352 LCB。

3 安科瑞企業(yè)能源管控云平臺介紹

3.1 系統(tǒng)概述

安科瑞企業(yè)能源管理平臺采用自動化、信息化技術(shù)和集中管理模式，對企業(yè)的生產(chǎn)、輸配和消耗環(huán)節(jié)實行集中扁平化的動態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)化管理，監(jiān)測企業(yè)電、水、燃氣、蒸汽及壓縮空氣等各類能源的消耗情況，通過數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業(yè)針對各種能源需求及用能情況、能源質(zhì)量、產(chǎn)品能源單耗、各工序能耗、工藝、車間、產(chǎn)線、班組、重大能耗設(shè)備等的能源利用情況等進行能耗統(tǒng)計、同環(huán)比分析、能源成本分析、用能預測、碳排分析，為企業(yè)加強能源管理，提高能源利用效率、挖掘節(jié)能潛力、節(jié)能評估提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和支持。

3.2 應用場所：

鋼鐵、石化、冶金、有色金屬、采礦、醫(yī)藥、水泥、煤炭、物流、鐵路、航空工業(yè)、木材、

化學原料以及機電設(shè)備、電器產(chǎn)品、工器具制造等。

3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

平臺采用分層分布式結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，詳細拓撲結(jié)構(gòu)如下：

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)可分為三層：即現(xiàn)場設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和平臺管理層。

現(xiàn)場設(shè)備層：主要是連接于網(wǎng)絡(luò)中用于水、電、氣等參量采集測量的各類型的儀表等，也是構(gòu)建該配電、耗水、耗氣系統(tǒng)必要的基本組成元素。肩負著采集數(shù)據(jù)的重任，這些設(shè)備可為本公司各系列帶通訊網(wǎng)絡(luò)電力儀表、溫濕度控制器、開關(guān)量監(jiān)測模塊以及合格供應商的水表、氣表、冷熱量表等。

網(wǎng)絡(luò)通訊層：包含現(xiàn)場智能網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)交換機等設(shè)備。智能網(wǎng)關(guān)主動采集現(xiàn)場設(shè)備層設(shè)備的數(shù)據(jù)，并可進行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲，并通過網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務器，智能網(wǎng)關(guān)可在網(wǎng)絡(luò)故障時將數(shù)據(jù)存儲在本地，待網(wǎng)絡(luò)恢復時從中斷的位置繼續(xù)上傳數(shù)據(jù)，保證服務器端數(shù)據(jù)不丟失。

平臺管理層：包含應用服務器、WEB服務器和數(shù)據(jù)服務器，般應用服務器和WEB服務器可以合配置。

3.4平臺功能

平臺采用自動化、信息化技術(shù)和集中管理模式，對企業(yè)的生產(chǎn)、輸配和消耗環(huán)節(jié)實行集中扁平化的動態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)化管理。實時監(jiān)測企業(yè)各類能源的消耗情況，通過數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業(yè)加強能源管理，提高能源利用效率和節(jié)能潛力，為節(jié)能改造提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

（1）平臺頁

展示企業(yè)各類能耗總量、折標值、能源成本、能源消耗趨勢、分項能耗占比、區(qū)域能源消耗對比,以及當前天氣情況、污染情況，并三維展示企業(yè)重要工藝或工段的能源消耗動態(tài)。

（2）實時監(jiān)控

對企業(yè)各點位的能源使用、報警等情況進行實時的監(jiān)控。以便企業(yè)用戶能夠?qū)崟r的監(jiān)測各個點位的運作情況，同時能更快速有效的掌握點位的報警。

（3）變壓器監(jiān)控

展示各變壓器的負載情況，從而可以為變壓器配備情況進行科學合理的規(guī)劃。通過各種運行參數(shù)狀態(tài)下用電效能的對比分析，找出合適的運行模式。根據(jù)合適的運行模式調(diào)整負載，從而降低用電單耗，使電能損失降低。

（4）用能統(tǒng)計

從能源使用種類、監(jiān)測區(qū)域、車間、生產(chǎn)工藝、工序、工段時間、設(shè)備、班組、分項等維度，采用曲線、餅圖、直方圖、累積圖、數(shù)字表等方式對企業(yè)用能統(tǒng)計、同比、環(huán)比分析、實績分析，折標對比、單位產(chǎn)品能耗、單位產(chǎn)值能耗統(tǒng)計，找出能源使用過程中的漏洞和不合理地方，從而調(diào)整能源分配策略，減少能源使用過程中的浪費。

（5）產(chǎn)品及產(chǎn)品單耗

與企業(yè)MES系統(tǒng)對接，通過產(chǎn)品產(chǎn)量以及系統(tǒng)采集的能耗數(shù)據(jù)，在產(chǎn)品單耗中生成產(chǎn)品單耗趨勢圖，并進行同比和環(huán)比分析。以便企業(yè)能夠根據(jù)產(chǎn)品單耗情況來調(diào)整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。

（6）績效分析

對各類能源使用、消耗、轉(zhuǎn)換，按班組、區(qū)域、車間，產(chǎn)線、工段、設(shè)備等進行日、周、月、年、zhi定時段績效統(tǒng)計按照能源計劃或定額制定的績效指標進行KPI比較考核，幫助企業(yè)了解內(nèi)部能效水平和節(jié)能潛力。

（7）運行監(jiān)測

系統(tǒng)對區(qū)域、工段、設(shè)備能源消耗進行數(shù)據(jù)采集，監(jiān)測重點設(shè)備及工藝運行狀態(tài)，如溫度、濕度、流量、壓力、速度等，并支持變配電系統(tǒng)次運行監(jiān)視。可直接從動態(tài)監(jiān)測平面圖快速瀏覽到所管理的能耗數(shù)據(jù)，支持按能源種類、車間、工段、時間等維度查詢相關(guān)能源用量。

（8）分析報告

以年、月、日對企業(yè)的能源利用情況、線路損耗情況、設(shè)備運行情況、運維情況等進行多方面的統(tǒng)計分析，讓用戶多方面了解系統(tǒng)的運行情況，并為用戶提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，方便用戶發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，從而找出改善點，以及針對用能情況挖掘節(jié)能潛力。

（9）重點能耗設(shè)備用能

重點耗能設(shè)備大數(shù)據(jù)分析:用相關(guān)數(shù)據(jù)分析建立能耗大戶相應能效比模型，實時監(jiān)測各個關(guān)鍵因子，隨時診斷調(diào)整相關(guān)參數(shù)，讓能效比維持在較高的效率運轉(zhuǎn)。通過對相關(guān)能源標準等參數(shù)進行跟蹤比對，建立不同時間段的供能模型。

（10）運維管理

系統(tǒng)支持設(shè)備日常巡檢計劃、派工、消缺、報修、派工等設(shè)備運維管理，方便運行管理人員的制定巡檢計劃、派工，巡檢人員執(zhí)行巡檢、完成工單、巡檢發(fā)現(xiàn)問題消缺，進行故障報修、跟進維修進度，滿足日常巡檢、設(shè)備維修保養(yǎng)需要。（11）手機APP

APP支持Android、iOS操作系統(tǒng)，方便用戶按能源分類、區(qū)域、車間、工序、班組、設(shè)備等不同維度掌握企業(yè)能源消耗、效率分析、同環(huán)比分析、能耗折標、用能預測、運行監(jiān)視、異常報警等。

3.5 能耗監(jiān)測系統(tǒng)產(chǎn)品選型

4 結(jié)論和建議

在開展技術(shù)節(jié)能的同時，提高能源管理水平是油氣田企業(yè)節(jié)能增效的有效途徑。建立能源管控系統(tǒng)，對能源消耗進行實時監(jiān)控、分析診斷和化指導，是油氣田企業(yè)強化用能管理的必然趨勢。只有油氣田能源管控工作發(fā)揮整體合力，才能推進以能源管控為重要抓手的節(jié)能管理新模式。建議如下：

1）各企業(yè)要高度重視能源管控工作，由高管理者指ding管理者代表作為團隊領(lǐng)導zhe，組建能源管

控團隊。

2）完善的數(shù)字化配套是做好能源管控系統(tǒng)平臺的前提，能源計量器具是油氣田能源管控的“眼睛”。要推動油氣田能源管控建設(shè)工作，數(shù)字化配套和能源計量器具完善二者缺不可。

3）進步完善能源管控系統(tǒng)平臺功能，突出橫向、縱向?qū)?，深化預警、報警功能，實現(xiàn)主要能耗數(shù)據(jù)在線監(jiān)測及分析，真正實現(xiàn)能源“管”和“控”。

4）強化能源管控系統(tǒng)平臺深度應用，逐步建立、化和完善節(jié)能工作管控體系。通過開展各項能耗數(shù)據(jù)分析、對標，配套作業(yè)區(qū)、生產(chǎn)單元能源管控考核制度，完善績效體系，激勵員工提高節(jié)能意識，實現(xiàn)節(jié)能工作的精細化管理。

參考文獻

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作者簡介：劉細鳳，女，本科，現(xiàn)就職于安科瑞電氣股份有限公司