Emerson能源管理方案——过程小改善，节约大成效！

艾默生过程管理 孙朋

Emerson能源管理方案
——过程小改善，节约大成效！

艾默生过程管理 孙朋

随着全球能源的日益紧缺，各国都致力于提高能源使用效率，减少或避免能源浪费。在工业过程中，能源的使用面临着各种严峻的挑战。每一个应用点的能源泄漏和损失都意味着大量的金钱付诸东流；同时，还面临着环保、人员和设备安全及合规性风险。

艾默生作为过程工业控制专家，可以为客户提供工厂级能源管理综合解决方案以帮助各过程工业中的客户更好地管理整个工厂内的能源使用情况。其在能源管理软件平台方面拥有:

· Energy Advisor®工业级管理平台，解决了统一、实时的能源视图，非正常能耗报警等问题。

· SmartProcess®电厂工艺优化平台，解决燃烧优化、机组群优化、吹灰优化等工艺优化难题。

· DeltaV™和Ovation™分布式控制系统提供安全、可靠、智能的能源信息采集平台。

· 流量测量领域，对蒸汽、燃气、水、压缩空气等能源介质的测量提供最佳测量解决方案；并提供蒸汽泄露及热交换器的在线监测。

· 无线技术提供了一种快速、安全、节约的能源管理网络形式，解决安装布线困难，工期紧急等问题。

本文将主要分享与几大测量难题相关的能源管理应用案例。

在能源管理中，作为最底层的测量仪表尤为重要。通过部署最佳测量实践方案，工厂将可以密切地监控温度、液位、压力和流量信息，从而深入了解并发现能源改进机会，或者实现对所有能源效率的持续监测。

■ 蒸汽系统——监测蒸汽疏水阀

Barking 电厂使用无线声波监测技术降低了蒸汽成本并提高了工厂效率。

蒸汽疏水阀通常会出现两种故障：打开或关闭。蒸汽疏水阀打开将会导致蒸汽泄漏，造成宝贵能源的浪费。蒸汽疏水阀关闭将会使冷凝水积聚在蒸汽管内，从而导致可靠性问题和“水锤”事件，这可能会损坏蒸汽系统以及相连的所有工厂设备。蒸汽疏水阀的平均预期寿命约为5年，因此为保证蒸汽系统的正常运行，必须定期更换出现故障的疏水阀。

英国Barking电厂为了提高高峰用电期的竞争力，必须持续降低成本，并提高灵活性以满足短期合同的要求。工厂一直在努力最大程度减少所有蒸汽管道上的蒸汽损失，这包括进入排水管或任何蒸汽疏水阀的蒸汽，任何排入大气、启动排气孔、底部排污管道等的蒸汽，以及任何将增加流出废水量或导致需要使用更多水来填补任何损失的情况。为了将损失最小化，操作员需频繁巡视，以便在正常操作期间识别通风孔泄漏、泄压阀（PRV）未固定和蒸汽疏水阀故障等问题。大部分情况下，严重的单一泄漏点比较容易检测，但是少量泄漏可能2~3 周都不会被发现。尽管这种情况下损失的体积较小，但如果多处泄漏同时发生并持续2~3 周，每小时的蒸汽损失可能高达四公吨，悄无声息地吞食着工厂的利润。因此，Barking电厂希望在工厂绩效受影响之前，能够找到故障蒸汽疏水阀和故障阀门引起的泄漏。

通过部署非侵入式WirelessHART®声波“监听”技术与集成温度测量技术，艾默生为其识别可能导致计划外停车、涡轮效率不佳和能源损失的问题提供了可靠且经济高效的解决方案。艾默生罗斯蒙特®708无线声波变送器能对蒸汽疏水阀进行持续监测并快速识别故障疏水阀，该设备具有以下特点：

图1 蒸汽疏水阀健康状况诊断

（1）设备本身极易安装 - 非侵入式。您只需要用随附的不锈钢安装带将其固定到蒸汽疏水阀上游的管上。

（2）这是一款小型轻质设备，可以轻易地安装到狭窄部位和危险区域。

（3）它可以自组网，自动连接至无线网络并将现场数据传送至控制室。

图2 罗斯蒙特708无线声波变送器

Barking电厂先使用了一台声波变送器来检测故障蒸汽疏水阀，其配套的软件通过“监听”来发现噪声等级相对于预期值的变化。如存在任何偏离正常状态的现象，都将向操作员发出报警，以便其采取纠正措施。这样可降低在生产期间发生重大泄漏的风险，最大程度减少了能源损失。在运行的第一个星期，新技术就识别到高压过热器蒸汽疏水阀的一次泄漏，该泄漏造成的蒸汽损失估计超过1400 欧元/天。蒸汽损失不局限于蒸汽疏水阀，排气阀可能在开车期间卡滞，或未能正确就位；如果再加上操作转至热待机模式时的压力损失、工厂进入冷待机状态的氮损失、增加的废水排放量和水及化学品用量，那么经济损失可能高达2,200美元/天。以往，该客户通常安排操作员查看故障阀门，但是安装了无线声波变送器后，就可以从控制室监测这些设备，无需再进行现场检查了。

通过对高压过热器进行早期泄漏检测，该工厂消除了持续数周的由多处缓慢泄漏而导致的蒸汽损失；改良了电力入网能力，使其更快速、更稳定；提高了整个工厂的效率；并通过关键资产的早期故障检测减少了计划外停车时间。

■ 公用工程流体——计量流量，管理使用情况

新英格兰的一家造纸厂通过对蒸汽、空气和水的密切跟踪，一年节约了1,000,000美元。

公用工程流体是工厂的命脉。水、空气、燃气和蒸汽对于工厂的运行至关重要；缺少任何一样都会使工厂陷于瘫痪状态。用户经常告诉我们：“我知道每年要购买的天然气量，但是我不知道各工艺设备的用量是多少。”尽管每个工厂的情况不同，但可以合理地认为，大多数工厂5%到15%的现场能源都以损失或误用公用工程流体的形式浪费了。这也可能是一个机会，让工厂每年节省1,000,000到15,000,000美元。

为了抵消燃料价格上涨的成本，新英格兰的纸浆和造纸厂实施了综合能源管理。“我们很快地意识到，想要节约能源我们首先需要进行测量。”工厂能源经理说。“我们知道总能耗，但是却从来没有对单个能源使用区域进行过测量。”考虑了众多不同流量测量技术后，工厂安装了两个无线网络，每个网络都装有无缝集成DeltaV控制系统的智能无线网关。在蒸汽、空气、热水、淡水和冷凝水管道上共安装了60个罗斯蒙特3051SFA阿牛巴®无线流量计。客户选择罗斯蒙特 3051S 无线设备主要基于以下优势：无需安装复杂的有线基础设施，因此可显著减少部署时间，同时还可确保安装过程无故障；可以使用扩大接收范围的天线选配件来监控遥远且难以到达的位置，让员工远离危险区域；罗斯蒙特3051S 提供十年的免维护性能，以及十年的稳定性和电源模块使用寿命；它是一款具成本效益和可靠性的资产监控方式。

通过部署艾默生解决方案，“现在我们几乎掌握了厂内所有的能源使用情况。”项目工程师说。“无线信息首先使我们关注到高能耗领域以及对我们成本产生最大影响的领域。”结果该项目在8个月内就收回了投资，而且第一年就节省了100多万美元的能源成本。

图3 罗斯蒙特3051S系列变送器

■ 压缩空气——测量流量以识别泄漏和管理使用情况

某化工厂采用了一种更好的测量压缩空气流量的方法，每年可以节约750,000美元。

工厂内的压缩空气系统是主要的能源消耗者。压缩空气系统通常会有多处泄漏以及其他浪费源。测量压缩空气系统内的流量有助于识别泄漏和管理空气使用。最好在压缩空气系统中多个流量测量点进行空气使用测量。可以在各压缩机、集管以及各主要分支管路上进行流量测量。流量测量点越多，泄漏控制就越严格，压缩空气系统健康管理越好。

南美某化工厂发现其压缩空气的使用量迅速增加，导致了运行成本增加并且造成了产能增加的需求。该工厂还注意到压缩空气不足会存在风险，可能会导致气动设备发生故障。工程师发现孔板流量计在压缩空气系统中造成较大的永久压损。最终基于罗斯蒙特阿牛巴流量计的优势，他们拆卸了原有的孔板流量计，安装了10台罗斯蒙特阿牛巴流量计：9台罗斯蒙特阿牛巴流量计分别用于监测9台压缩机的输出，另外1台用于测量主集管中的流量。

阿牛巴流量计具有如下特点：

（1）安装简便，易于实施。

（2）避免不必要的系统压力损失。

通过这10个流量测量点，工厂操作人员可以提前确定增大的空气使用量，而避免不必要的系统压力损失。这使该工厂整个压缩空气系统的效率提高了10%，电力成本每年减少750,000美元，同时提高了系统偏远位置上的管路压力。

除鼓楼中医医院京城名医馆外，北京博爱堂中医医院、北京鹤年堂大药房等也可作为中医药文化启蒙基地；还有北京协和医院及医科院图书馆、解放军医学科学院、三联书店、涵芬楼、国家图书馆、首都图书馆等，均有助于学生深入了解中医药文化，培养博览群书的好习惯和健全的人格。

■ 锅炉——改善汽包液位测量

某造纸厂通过更加准确地测量锅炉液位，将启动时的锅炉跳闸降到最低。

图4 罗斯蒙特5300系列导波雷达变送器

为优化蒸汽生产、最大化锅炉效率和保持安全运行，必须精确控制锅炉汽包内的水位，如果水位过低，就会存在锅炉损坏风险以及昂贵的锅炉跳闸重大风险。如果水位过高，水中可能会夹杂蒸汽，从而降低传热效率并且会导致下游涡轮损坏。当锅炉稳定运行并能避免昂贵的停机、清污和重新启动循环时，蒸汽系统就会达到最有效的性能。可靠的汽包液位测量在实现所需运行条件的过程中是非常重要的一部分。

美国的一家大型造纸厂正在经历产量损失和能源成本增加。主要是引压管上安装的差压变送器的锅炉液位读数错误导致锅炉跳闸。需要在整个锅炉的工作压力和温度下校准差压液位变送器。但是，在锅炉处于冷态的情况下启动时，引压管中水和蒸汽密度的差异还是会导致差压液位读数错误，进而导致锅炉跳闸。该工厂最终选择导波雷达(GWR)变送器为其锅炉汽包液位测量提供测量方案。与差压液位技术相比，它们具有更大的优势。

（1）完全独立于液体密度的方式测量液位，因此无需复杂的密度补偿。

（2）可在400℃的高温和345bar的高压下测量液位。

（3）即使在机械振动和高湍流的环境下，GWR变送器也可以准确而可靠地测量液位。

（4）无可移动部件，需要极少维护并具有高可靠性。

■ 热交换器——预测和检测污垢

某炼油厂通过使用无线仪表，操作员可以实时了解热交换器性能，实现了低油耗和高品质。

过程工厂中可能有上百台热交换器，使用一段时间后交换器将积存污垢并直接影响生产能力、维护成本和能源使用。多种因素可加快热交换器积垢，包括沉积、腐蚀、分解和结晶。但是，由于实时监测比较困难而且较昂贵，并且采用目测和手动测量方法的操作员不能及时发现污染迹象，污垢日积月累将会阻碍热传递，对生产能力造成负面影响并且增加能源使用量。此外，污垢迫使下游过程加热器提供更多能量时，能源成本增加。

实施艾默生热交换器监测解决方案可通过制定积垢热交换器的精确清洁计划而改善检修计划，以维持最佳传热效率并将能耗降低10%。

艾默生热交换器监测解决方案是在久经实践验证的技术和软件的基础上设计而成。其中罗斯蒙特无线压力变送器用于检测热交换器冷热侧的压差增加情况，从而指示特定交换器需要清洁。罗斯蒙特无线差压流量计测量通过交换器任一侧的流量，用于传热效率计算和高污垢率检测。罗斯蒙特无线多点温度变送器最多可以监测四个温度通道，从而可以进行传热效率计算和高污垢率检测所需的交换器冷热侧进口/出口温差测量。智能无线网关将自组织仪表网络与主机系统和数据应用相连。艾默生AMS®Suite：运营资产图提供了指示异常运行情况的实时图像显示，包括高污垢率或需清洁交换器通知。

某炼油厂由于热交换器不断积垢而造成了传热效率降低，从而需要燃烧更多燃油，最终导致能源成本增加；此外还将限制炼油生产，降低产品质量。该炼油厂通过部署艾默生热交换器监测解决方案取得了良好效果。艾默生热交换器监测解决方案具有以下特点：

图5 AMS Suite热交换器结垢显示

（1）成本经济，易于实施。

（2）非侵入式，使用风险低。

（3）实时诊断，数据驱动。

通过监测进出口温度以及冷热侧的过程流量，操作员可以及时了解热交换器的结垢情况，合理安排最佳清洁时间，从而降低油耗和能源成本，并且实现最大程度提高装置利用率和产品质量。

除此之外，艾默生还拥有诸多能源管理解决方案，例如在炼油厂中，加氢/制氢装置进料中，艾默生的质量流量计通过控制蒸汽与碳的适当比率，减少蒸汽消耗，从而减少能量浪费。

没有人可以预测出未来的能源成本。如果不能清楚地了解蒸汽、压缩空气、燃料和水的使用量及使用位置；那么，要实现能源成本符合年度能源预算几乎是天方夜谭。如果可以精确地掌握能源使用信息，而非靠猜测；那么能源预算将会更加准确。通过执行能源项目管理，并实施最佳实践来提高能源利用效率，能够轻松实现 10% ～15% 的能源节省。