氫氣是石化企業(yè)很重要的產(chǎn)品和原料，但氫氣系統(tǒng)是石化企業(yè)能源浪費和環(huán)境污染比較嚴(yán)重的環(huán)節(jié)。目前，國內(nèi)大部分石化企業(yè)的氫氣系統(tǒng)仍存在一些問題，主要表現(xiàn)在：
1）氫氣系統(tǒng)用氫成本核算比較粗放，主要通過手工估算，很難綜合考慮各種影響因素，如原料性質(zhì)和價格、加工方案和操作條件、公用工程水電氣風(fēng)價格等對用氫成本的影響，造成成本核算不夠準(zhǔn)確且周期較長，對氫氣系統(tǒng)的日常調(diào)度沒有起到很好的指導(dǎo)作用；
2）在企業(yè)不斷的擴(kuò)能改造和改動下，氫氣系統(tǒng)的供氫網(wǎng)絡(luò)和供氫方式?jīng)]有及時響應(yīng)新的變化，造成現(xiàn)有氫氣網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不能更好的滿足供氫成本持續(xù)降低的需求，供氫網(wǎng)絡(luò)的改造和完善勢在必行；
3）氫氣系統(tǒng)的調(diào)度人員仍然主要通過對有限信息的判斷，憑經(jīng)驗對氫氣系統(tǒng)進(jìn)行平衡與調(diào)度，很難掌握因加工原油品種多、加工方案多變、氫源多樣、用氫裝置對氫源要求不一、氫氣網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜等因素而引起的氫氣系統(tǒng)的變化情況，因此，僅憑經(jīng)驗進(jìn)行氫氣系統(tǒng)平衡雖然可以基本保持氫氣系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，但很難做到用氫成本最低，不可避免地造成了氫氣資源的浪費；
4）對氫氣系統(tǒng)的改進(jìn)措施主要基于經(jīng)驗對氫氣網(wǎng)絡(luò)和制氫原料進(jìn)行優(yōu)化，缺少對氫氣系統(tǒng)進(jìn)行整體成本核算、設(shè)計優(yōu)化、在線模擬和調(diào)度優(yōu)化的系統(tǒng)工具。
建設(shè)氫氣系統(tǒng)用氫成本核算與調(diào)度優(yōu)化平臺，將基于經(jīng)驗的成本核算及調(diào)度提升到基于模型的精確核算、事前預(yù)測和定量調(diào)度，可以明顯提高氫氣系統(tǒng)的成本核算準(zhǔn)確性，操作安全性和經(jīng)濟(jì)性，可以為企業(yè)帶來明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
氫氣系統(tǒng)用氫成本核算與調(diào)度優(yōu)化解決方案
浙江中控軟件技術(shù)有限公司首次提出了由“2”個集成平臺、“5”套系統(tǒng)架構(gòu)的石化企業(yè)氫氣系統(tǒng)用氫成本核算與調(diào)度優(yōu)化整體解決方案IES-HYDROGEN，如下圖所示。
圖1 石化企業(yè)氫氣系統(tǒng)用氫成本核算與調(diào)度優(yōu)化整體解決方案架構(gòu)圖
IES-HYDROGEN具有如下特點：
l 建設(shè) “2”個集成平臺-----用氫成本核算平臺與調(diào)度優(yōu)化平臺；
l 用氫成本核算平臺針對主要產(chǎn)氫耗氫裝置，考察產(chǎn)氫耗氫成本的各種影響因素，如原料性質(zhì)和價格、加工方案和操作條件、公用工程水電氣風(fēng)價格等，然后利用機(jī)理建模建立產(chǎn)氫耗氫成本核算模型，給出各裝置的產(chǎn)氫耗氫成本及其變化規(guī)律，從而為技術(shù)和調(diào)度人員提供實時的成本信息，為降低產(chǎn)氫耗氫成本提供決策依據(jù)；
l 調(diào)度優(yōu)化平臺，基于耗氫裝置氫氣需求計算系統(tǒng)和氫氣管網(wǎng)在線模擬系統(tǒng)，以調(diào)度周期內(nèi)氫氣成本最低和操作最平穩(wěn)為目標(biāo)，建立調(diào)度優(yōu)化模型，給出未來調(diào)度周期內(nèi)的優(yōu)化調(diào)度建議，實現(xiàn)基于模型的“定量調(diào)度”和“事前調(diào)度”，通過減少氫氣浪費，優(yōu)化氫氣配置，節(jié)約新氫壓縮機(jī)電力開支，取得節(jié)能減排效果。
l 該解決方案具有在煉油、石化、化工、鋼鐵企業(yè)廣泛的適用性、開放性和可移植性。
應(yīng)用效果
氫氣系統(tǒng)用氫成本核算與調(diào)度優(yōu)化整體解決方案IES-HYDROGEN在中國大型煉化企業(yè)鎮(zhèn)海煉化得到了成功應(yīng)用，取得了如下應(yīng)用效果：
l 基于用氫成本核算平臺，為技術(shù)和調(diào)度人員提供實時的成本信息，為降低產(chǎn)氫、耗氫成本提供決策依據(jù)，優(yōu)化鎮(zhèn)海煉化公司氫氣系統(tǒng)的資源配置，提高了鎮(zhèn)海煉化的氫氣管理水平；
l 基于氫氣網(wǎng)絡(luò)設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)，對現(xiàn)有氫氣系統(tǒng)建立氫源氫阱超結(jié)構(gòu)模型，以總的產(chǎn)氫耗氫成本最小為目標(biāo)，綜合考慮氫氣流量、純度、壓力和有害雜質(zhì)等因素為約束條件，在對現(xiàn)有氫氣網(wǎng)絡(luò)不做較大改動的前提下，分析和設(shè)計出最優(yōu)的供氫方式，為企業(yè)優(yōu)化生產(chǎn)提供依據(jù)；
l 基于耗氫裝置氫氣需求計算系統(tǒng)，可以準(zhǔn)確預(yù)測未來一段時間內(nèi)氫氣消耗量的變化趨勢，提高了調(diào)度的預(yù)判性，為調(diào)度人員實現(xiàn)“事前調(diào)度”提供了有力支撐；
l 基于氫氣管網(wǎng)在線模擬系統(tǒng)，準(zhǔn)確獲得了氫氣管網(wǎng)內(nèi)部節(jié)點和管段的詳細(xì)信息（包括溫度、壓力、流量、組成和流向等），為調(diào)度人員實現(xiàn)精確調(diào)度和“定量調(diào)度”提供了有力支撐，提高了氫氣系統(tǒng)的安全性和操作平穩(wěn)性；
l 基于氫氣系統(tǒng)調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)，實現(xiàn)了有效定量的氫氣系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度，減少了氫氣無效供應(yīng)和浪費，降低了新氫機(jī)的耗電量，取得顯著的節(jié)能減排效果。
圖2 氫氣系統(tǒng)用氫成本核算與調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)界面示意圖
IES-HYDROGEN填補(bǔ)了國內(nèi)石化企業(yè)氫氣系統(tǒng)用氫成本核算與調(diào)度優(yōu)化信息化平臺技術(shù)的空白，屬于國內(nèi)首創(chuàng)，其成功應(yīng)用于鎮(zhèn)海煉化，通過節(jié)約新氫機(jī)的用電量和減少噸氫成本為企業(yè)帶來明顯經(jīng)濟(jì)效益，獲得用戶高度評價。
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