钢铁企业建设智慧燃气系统的构想

姚海峰，吴礼云，陈素君，陈德磊

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北唐山 063200）

引言

2015年5月国务院正式印发《中国制造2025》，部署加快推进实施“中国制造2025”，实现制造业升级。工业生产从工业4.0、工业信息化到智能制造、无人工厂。依托优势企业，紧扣关键工序智能化，在基础条件好、有迫切需求的行业中，逐步实施关键岗位调整自动化，生产过程智能优化控制等试点示范及应用推广以提高企业其核心竞争力。

目前国内钢铁企业生产基本处于自动化和信息化阶段，甚至很多企业还没有走完自动化，近年来国内外钢铁企业为适应低碳经济和节能减排的新形势、新任务，逐步对能源管理工作、构建智慧能源体系开展了相关工作[1]。

1 构建目标

智慧燃气系统是以燃气运行安全为准则，紧密结合燃气系统的产供用环节，以数据采集与监视控制系统、计量分析系统、自动化控制系统、成本分析结算系统等信息为数据源，利用大数据分析、物联网等先进技术对燃气系统生产调度、系统安全、设备维护、效益评价等业务实现综合管理，解决钢铁企业燃气系统中普遍存在的信息孤岛、数据沉睡的问题，实现数据共享、联动控制、智慧调度，为燃气系统的调配和设备维护提供科学的决策，最大限度地实现经济效益。

2 智慧燃气系统的构架设计

智慧燃气系统的总体结构如图1所示：包括了软硬件设施、数据分析中心、智慧应用和管理访问四个大的方面。

图1 智慧燃气系统的总体结构

（1）软硬件设施：以智慧化需求为出发点，建立一个可扩充的体系结构，满足信息化、智慧化的发展需求，包括服务器、操作系统、存储设备、分析算法、数据管理以及各个分项功能应用的子系统，并对系统的运行实时监测，确保基础设施的安全可靠、扩充需求即安全稳定。

（2）数据分析中心：是实现所有采集数据储存、分析的数据应用系统，通过对产供用各个阶段的生产数据、设备运行数据进行存储、分析，利用数学算法将数据之间的关联性以及未来发展趋势进行分析计算。

（3）智慧应用：通过数据中心完成对相关数据的分析计算、趋势预测，能够动态的平衡燃气系统的产供用平衡，能够有效的分析设备所处的状态，实现联动控制、优化调度、智能调配。

（4）管理分级访问：向不同级别、不同分工的管理、操作人员提供燃气系统的基本状况，包括操作的最优化控制、设备控制的管理建议、限制调配的问题点以及流程管理等方面的建议，增强不同管理人员和系统之间的互动和思考。

3 主要功能设计

通过数据采集、管压、管网调度等在线监测设备、网络，实时燃气系统的运行状态，并采用可视化的方式有机整合燃气管理部门与燃气设施，将海量信息进行及时分析与处理，并做出相应的处理结果与辅助决策建议，以更加精细和动态的方式管理燃气系统的整个生产、输配等流程，从而达到“智慧”状态。

（1）集中监控系统

整合单套设备及设施的监控设施，单套设施及系统画面分散，不利于集中监控和操作，根据现场需求监控系统集中控制，结合介质相关性和系统关联控制方面，整合控制画面，要求画面内容简洁，同时能够表述出介质之间的关联性，监控设施之间具有互换性和替代性，其目的是减少监机监盘人员的操作量，减员增效，提高劳动效率。

（2）燃气管网地理信息系统

燃气管网及设备设施的地理信息系统作为燃气管网的直观展示与查询统计的工具，为燃气管网从煤气发生、煤气输配到用户使用上全流程掌握燃气管网的分布、使用、安全等情况，为燃气管网的设计规划、使用维护提供数据支撑，实现燃气管网的全覆盖，对各种介质的煤气管道的温度、介质、压力、流量等属性特征进行数据分析、空间定位，直接了解管道走向、间距、动态模拟出管道的运行参数，提供燃气管道突发事故应急救援处理的决策方案，系统构成见图2。

图2 燃气管网地理信息系统

（3）设备状态维修

目前的设备定修、预防性维修转向设备状态维修，通过设备的监测、历史维修数据，着眼于追踪每台设备具体运行技术状态的发展、变化规律，并结合历史趋势、同期故障、类似事例等，掌握预判设备运行状态演变形势和劣化程度，对运行设备的维修做到预判和提示，防止出现事后维修和预防维修的降低维修次数，延长运行时间，即有效杜绝设备故障的发生，又避免过度维修的浪费。

（4）管理用户分级分权系统

系统可实现手机APP登录，对登录用户采取分级机制，权限从低到高分为三级，依次为：访问级（管理人员）、监视级（专业人员）、系统级（操作人员）、对用户登录显示的内容有所区别：访问级——仅显示煤气是否放散、指标是否完成等，监视级——能够显示调整的过程；系统级——能够显示具体参数。

（5）调度数据分析辅助

燃气调度主要采用以电话调度的方式进行，通过监测用户煤气量实时的数据并以人工下达指令的方式实现，在此模式下，信息量少且滞后，不能有效调配，时而使用量不足表现为压力升高，放散增加；时而使用量突然增加表现为管网压力下降。煤气调度单元只负责按计划生产调度，不能对用户消耗变化做出实时的调整，导致煤气的生产使用过程有一定的盲目性。

分析大用户用气特点，总结用气变化规律，及时调整煤气用量，控制管网压力波动，实现超前控制。例如：冷轧作业部焦炉煤气用量，统计前期钢种、加热温度、煤气量的数据，分析总结用气量变化情况，根据用气量变化情况，用户调整更换轧制钢种时调度系统及时作出调整准备。

（6）用户效益评价系统

燃气系统的特点是以热轧混合站为4种燃气介质的调配中心，在一定程度上可以实现4种燃气介质的交互、替用和调配，实现燃料的二次最优分配。

通过燃气介质的混配比例，调整混合煤气的燃料结构，导入用户成本构成，建立效益最大化、外购燃料成本最低的智能化调配系统。

4 展望

虽然目前的智慧燃气系统只是停留在构思、想法的层面，但是随着工业自动化、信息化、智能化水平的不断提高，智慧燃气系统必将提上企业的建设日程。智慧燃气系统的构建符合国家工业强国梦的战略要求，立足于减员增效、运行安全稳定、效益最大化的高度，能够为企业带来实实在在的经济效益。

[参考文献]

[1]陈素君，吴礼云，王涛，李金.建设钢铁企业智慧能源体系的构想[J]. 山西冶金，2016，39（1）：40-42.

收稿日期：2017-11-30