1 前言
對于大型煉油與化工企業，加熱爐是消耗燃料的主要設備。同時也是生產裝置對環境產生污染的主要污染源。加熱爐效率的高低，與節約能源、降低成本有著密切關系。搞好加熱爐管理，提高加熱爐熱效率．降低加熱爐燃料消耗。對生產裝置實現高負荷、優質量、低能耗、安全平穩運行和減少環境污染都有著重大意義。國內外都在尋求和開發節約加熱爐能源的各種方法和途徑。
生產運行系統(MES)中的關鍵績效指標KPI管理器，與運行管理和實時數據庫等子系統的結合，實現了加熱爐關鍵數據的收集．通過簡單組態和熱效率計算等功能組合。就可實現對裝置加熱爐熱效率進行實時監控和狀態跟蹤，從而對裝置加熱爐進行及時調整．充分提高加熱爐的熱效率。
2 KPI管理器簡介
KPI管理器是Honeywell公司為管理綜合的KPI系統提供的解決方案。KPI管理器通過內部網，自動從各個不同的生產系統和業務系統收集目標值和實際值．并計算和報告整個業務實際的績效。即使正式的測試周期沒有完成，也可在線計算和報告KPI結果。KPI管理器可以自動收集源數據，自動計算并自動發布KPI結果。KPI管理器可以組織成一個完整的分級KPI系統，因為個別KPI被綜合成更高層次的KPI來測量共同的業務目標．管理層、領導層能夠從上到下監控整體業務執行情況，并能夠了解在哪里出現偏差以及為什么出現偏差。最后，管理層可以通過KPI管理器計算出一個部門(或工廠)的績效，并進行橫向與縱向比較，從而幫助建立一個績效驅動型的企業。
3 加熱爐熱效率計算原理
加熱爐熱效率計算方法可分為正平衡法和反平衡法。由于正平衡法和反平衡法計算都比較復雜，而且加熱爐的有效吸熱量和直接損失熱量都不易準確測定．所以常規正平衡法和反平衡法一般只在裝置標定等情況下使用。在實際生產中，只能通過獲取某一個時刻裝置加熱爐的排煙溫度、含氧量等數據，來計算裝置加熱爐的近似熱效率值。
目前，企業裝置的白控率比較高，大部分都有DCS、PLC等控制系統。大連石化2005年12月上線運行了MES系統，各裝置的實時數據都已采集到實時數據庫里，通過實時數據庫就可輕易獲取加熱爐排煙溫度和含氧量等數據．再將實際散熱損失考慮進去，就可計算出加熱爐實時近似熱效率值。
4 加熱爐熱效率運行監控方案設計
4.1 企業節能管理的總體設計目標
企業節能管理的設計與實施，可以劃分為4個層次，基本架構是：第一層級全廠級別的節能，KPI對應著全廠綜合能耗、噸油耗水等指標；第二層級裝置節能，KPI對應著各裝置能耗指標，裝置按照類別可以分為：蒸餾裝置、催化裝置、酮苯裝置、氣分裝置、公用工程等：第三層級設備節能，KPI對應著加熱爐、鍋爐和機組效率指標等．設備按照不同的裝置可以分為換熱系統、加熱爐、塔、煙機、壓縮機等：第四層級是具體的能耗項。KPI對應著燃料、蒸汽、電等單耗指標。加熱爐處于整個節能管理的第三層架構，節能管理的基本功能如下：①提供自動分級跟蹤的能耗數據；②通過計算和監視實時情況，能夠給出連續的KPI狀態；③可為不同分級和不同系統單獨制定KPI指標；④提供校正功能；⑤定點顯示KPI指標；⑥發布計算結果。
4.2 監控功能設計
運行監控功能主要是實現加熱爐熱效率的實時數據顯示、歷史數據趨勢查看和實時報警顯示等功能。在工藝流程圖模塊中．通過繪制所有裝置加熱爐熱效率的位號和與之關聯的狀態控件，就可實現實時數據顯示和實時報警功能。在流程圖上，加熱爐熱效率的位號可以顯示加熱爐熱效率實時數據。當數據低于給定的下限時，狀態控件會自動變成不同顏色給出警示。歷史趨勢查看功能是利用軟件自身的流程圖的趨勢控件，通過該控件，可以查看所關心數據的重要趨勢信息，了解在所確定時間段內加熱爐熱效率的波動情況和歷史信息。
在操作監控功能模塊中，通過把裝置加熱爐熱效率設計成監控指標并掛載在一個虛擬的設備層級下面，就可像查看裝置日常監控指標一樣，查看一定掃描周期內加熱爐運行狀態和超標信息。
4.3 報表功能設計
報表功能可實現加熱爐熱效率實時查詢頁面．以及按班、按周、按月查詢．并可提供高級查詢：設有排序列、篩選列等統計功能。主要是實現日報、周報、月報、季報和年報的生成、維護、查詢、打印、導入、導出、審核等功能。報表的維護包括可以對計算公式、數據的導入／導出等進行維護，保證報表的靈活、實用。報表的種類包括全廠能耗報表、各裝置能耗指標報表、裝置主要設備能耗報表，以及裝置主要單耗指標報表等。
4.4 日常操作原因分析功能設計
日常操作原因分析功能是一個類似操作指南的在線幫助文檔．記錄了各個裝置加熱爐熱效率無法達到預先設定最低下限的一些主要原因．以及原因分析和相應的生產操作等建議指南，能夠方便用戶及時調整操作，提高裝置加熱爐熱效率。
5 實施過程和步驟
5.1 基礎數據收集
大連石化共有60多臺加熱爐。涉及20多套裝置。根據系統功能要求，裝置加熱爐的相關實時數據必須能夠被MES實時數據庫采集到．因此需要收集的主要是以下幾類數據：
①計算公式：從生產部門收集各裝置加熱爐熱效率的具體計算公式。
②基礎數據：各裝置DCS中關于加熱爐的煙氣含氧量、排煙溫度點工藝位號、位號描述、位號單位、位號要求的工藝上下限和儀表上下限，和熱效率要求的工藝下限，以及裝置加熱爐的散熱損失。
5.2 基礎數據整理
裝置加熱爐熱效率相關基礎數據的編碼主要是加熱爐的排煙溫度點、煙氣含氧量兩類實時位號，加熱爐熱效率虛擬位號、煙氣含氧量和排煙溫度點的工藝指標上下限。以及加熱爐熱效率上下限等主要的幾類位號。
按照車間一裝置一加熱爐三級設備層級的配置方法，搭建一個虛假設備層級結構。在運行管理的層級目錄上，會出現一個與其他車間平級的虛擬車間及虛擬裝置。虛擬裝置下面就是各個裝置加熱爐。當用戶點擊加熱爐、虛擬裝置或者虛擬車間時，會在頁面顯示匯總的裝置加熱爐熱效率信息。
數據編碼完成后．就可把數據保存到實時數據庫和運行管理的組態模板中，按照日常組態方法進行組態即可。
5.3 WEB顯示的實現
加熱爐熱效率運行監控功能。需要通過實時數據庫應用的工藝流程圖功能模塊和運行管理操作監控功能模塊配合完成．因此顯示布局主要包含工藝流程圖的顯示布局和操作監控部分的顯示布局。
為方便用戶清楚看到所有裝置的加熱爐熱效率實時數據和是否能夠達到給定監控下限的狀態，可以在一幅流程圖上繪制一個表格。并在每一行分別繪制一個裝置加熱爐熱效率的位號、位號描述和狀態控件。在運行管理中，每個監控位號都與裝置的層級有關聯，當用戶想看兩個裝置的監控位號時。需要人為在樹狀目錄上分別點擊這兩個裝置層級，才能依次在兩個頁面上分別查看監控位號。由于軟件功能的限制，用戶無法同時在一個頁面上查看兩個位號。
為了能夠在一個頁面上同時查看所有裝置的加熱爐狀態，可以搭建一個虛擬層級，該層級可以仿照常規的車間一裝置一加熱爐三級來設計。
6 結語
通過現有的MES系統的設計與實施，充分挖掘MES系統功能，實現對加熱爐熱效率計算運行監控和狀態跟蹤。企業各級用戶能隨時查看加熱爐運行情況，以保證全廠加熱爐都能高效運行。同時，管理層可以利用系統實現對車間、班組、個人進行考核，以引導車間對加熱爐操作進行及時調整。
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本文標題：基于MES系統的加熱爐熱效率監控
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