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    隨著全球能源的日益緊缺，各國都致力于提高能源使用效率，減少或避免能源浪費。在工業過程中，能源的使用面臨著各種嚴峻的挑戰。每一個應用點的能源泄漏和損失都意味著大量的金錢付諸東流；同時，還面臨著環保、人員和設備安全及合規性風險。艾默生作為過程工業控制專家，可以為客戶提供工廠級能源管理綜合解決方案以幫助各過程工業中的客戶更好地管理整個工廠內的能源使用情況。其在能源管理軟件平臺方面擁有:

    Energy Advisor工業級管理平臺，解決了統一、實時的能源視圖，非正常能耗報警等問題。

    SmartProcess電廠工藝優化平臺，解決燃燒優化、機組群優化、吹灰優化等工藝優化難題。

    DeltaV和Ovation?分布式控制系統提供安全、可靠、智能的能源信息采集平臺。

    流量測量領域，對蒸汽、燃氣、水、壓縮空氣等能源介質的測量提供最佳測量解決方案；并提供蒸汽泄露及熱交換器的在線監測。

    無線技術提供了一種快速、安全、節約的能源管理網絡形式，解決安裝布線困難，工期緊急等問題。

本文將主要分享與幾大測量難題相關的能源管理應用案例。

    在能源管理中，作為最底層的測量儀表尤為重要。通過部署最佳測量實踐方案，工廠將可以密切地監控溫度、液位、壓力和流量信息，從而深入了解并發現能源改進機會，或者實現對所有能源效率的持續監測。

    蒸汽系統——監測蒸汽疏水閥

    Barking 電廠使用無線聲波監測技術降低了蒸汽成本并提高了工廠效率。

圖1 蒸汽疏水閥健康狀況診斷

    蒸汽疏水閥通常會出現兩種故障：打開或關閉。蒸汽疏水閥打開將會導致蒸汽泄漏，造成寶貴能源的浪費。蒸汽疏水閥關閉將會使冷凝水積聚在蒸汽管內，從而導致可靠性問題和“水錘”事件，這可能會損壞蒸汽系統以及相連的所有工廠設備。蒸汽疏水閥的平均預期壽命約為5年，因此為保證蒸汽系統的正常運行，必須定期更換出現故障的疏水閥。

    英國Barking電廠為了提高高峰用電期的競爭力，必須持續降低成本，并提高靈活性以滿足短期合同的要求。工廠一直在努力最大程度減少所有蒸汽管道上的蒸汽損失，這包括進入排水管或任何蒸汽疏水閥的蒸汽，任何排入大氣、啟動排氣孔、底部排污管道等的蒸汽，以及任何將增加流出廢水量或導致需要使用更多水來填補任何損失的情況。為了將損失最小化，操作員需頻繁巡視，以便在正常操作期間識別通風孔泄漏、泄壓閥（PRV）未固定和蒸汽疏水閥故障等問題。

    大部分情況下，嚴重的單一泄漏點比較容易檢測，但是少量泄漏可能2~3 周都不會被發現。盡管這種情況下損失的體積較小，但如果多處泄漏同時發生并持續2~3 周，每小時的蒸汽損失可能高達四公噸，悄無聲息地吞食著工廠的利潤。因此，Barking電廠希望在工廠績效受影響之前，能夠找到故障蒸汽疏水閥和故障閥門引起的泄漏。

    通過部署非侵入式WirelessHART聲波“監聽”技術與集成溫度測量技術，艾默生為其識別可能導致計劃外停車、渦輪效率不佳和能源損失的問題提供了可靠且經濟高效的解決方案。艾默生羅斯蒙特?708無線聲波變送器能對蒸汽疏水閥進行持續監測并快速識別故障疏水閥，該設備具有以下特點：

    （1）設備本身極易安裝 - 非侵入式。您只需要用隨附的不銹鋼安裝帶將其固定到蒸汽疏水閥上游的管上。

    （2）這是一款小型輕質設備，可以輕易地安裝到狹窄部位和危險區域。

    （3）它可以自組網，自動連接至無線網絡并將現場數據傳送至控制室。

    Barking電廠先使用了一臺聲波變送器來檢測故障蒸汽疏水閥，其配套的軟件通過“監聽”來發現噪聲等級相對于預期值的變化。如存在任何偏離正常狀態的現象，都將向操作員發出報警，以便其采取糾正措施。這樣可降低在生產期間發生重大泄漏的風險，最大程度減少了能源損失。在運行的第一個星期，新技術就識別到高壓過熱器蒸汽疏水閥的一次泄漏，該泄漏造成的蒸汽損失估計超過1400 歐元/天。蒸汽損失不局限于蒸汽疏水閥，排氣閥可能在開車期間卡滯，或未能正確就位；如果再加上操作轉至熱待機模式時的壓力損失、工廠進入冷待機狀態的氮損失、增加的廢水排放量和水及化學品用量，那么經濟損失可能高達2,200美元/天。以往，該客戶通常安排操作員查看故障閥門，但是安裝了無線聲波變送器后，就可以從控制室監測這些設備，無需再進行現場檢查了。

    通過對高壓過熱器進行早期泄漏檢測，該工廠消除了持續數周的由多處緩慢泄漏而導致的蒸汽損失；改良了電力入網能力，使其更快速、更穩定；提高了整個工廠的效率；并通過關鍵資產的早期故障檢測減少了計劃外停車時間。

圖2 羅斯蒙特708無線聲波變送器

    公用工程流體——計量流量，管理使用情況

    新英格蘭的一家造紙廠通過對蒸汽、空氣和水的密切跟蹤，一年節約了1,000,000美元。

    公用工程流體是工廠的命脈。水、空氣、燃氣和蒸汽對于工廠的運行至關重要；缺少任何一樣都會使工廠陷于癱瘓狀態。用戶經常告訴我們：“我知道每年要購買的天然氣量，但是我不知道各工藝設備的用量是多少。”盡管每個工廠的情況不同，但可以合理地認為，大多數工廠5%到15%的現場能源都以損失或誤用公用工程流體的形式浪費了。這也可能是一個機會，讓工廠每年節省1,000,000到15,000,000美元。

為了抵消燃料價格上漲的成本，新英格蘭的紙漿和造紙廠實施了綜合能源管理。“我們很快地意識到，想要節約能源我們首先需要進行測量。”工廠能源經理說。“我們知道總能耗，但是卻從來沒有對單個能源使用區域進行過測量。”考慮了眾多不同流量測量技術后，工廠安裝了兩個無線網絡，每個網絡都裝有無縫集成DeltaV控制系統的智能無線網關。在蒸汽、空氣、熱水、淡水和冷凝水管道上共安裝了60個羅斯蒙特3051SFA阿牛巴?無線流量計。客戶選擇羅斯蒙特 3051S 無線設備主要基于以下優勢：無需安裝復雜的有線基礎設施，因此可顯著減少部署時間，同時警，以便其采取糾正措施。這樣可降低在生產期間發生重大泄漏的風險，最大程度減少了能源損失。在運行的第一個星期，新技術就識別到高壓過熱器蒸汽疏水閥的一次泄漏，該泄漏造成的蒸汽損失估計超過1400 歐元/天。蒸汽損失不局限于蒸汽疏水閥，排氣閥可能在開車期間卡滯，或未能正確就位；如果再加上操作轉至熱待機模式時的壓力損失、工廠進入冷待機狀態的氮損失、增加的廢水排放量和水及化學品用量，那么經濟損失可能高達2,200美元/天。以往，該客戶通常安排操作員查看故障閥門，但是安裝了無線聲波變送器后，就可以從控制室監測這些設備，無需再進行現場檢查了。

    通過對高壓過熱器進行早期泄漏檢測，該工廠消除了持續數周的由多處緩慢泄漏而導致的蒸汽損失；改良了電力入網能力，使其更快速、更穩定；提高了整個工廠的效率；并通過關鍵資產的早期故障檢測減少了計劃外停車時間。

    還可確保安裝過程無故障；可以使用擴大接收范圍的天線選配件來監控遙遠且難以到達的位置，讓員工遠離危險區域；羅斯蒙特3051S 提供十年的免維護性能，以及十年的穩定性和電源模塊使用壽命；它是一款具成本效益和可靠性的資產監控方式。

    通過部署艾默生解決方案，“現在我們幾乎掌握了廠內所有的能源使用情況。”項目工程師說。“無線信息首先使我們關注到高能耗領域以及對我們成本產生最大影響的領域。”結果該項目在8個月內就收回了投資，而且第一年就節省了100多萬美元的能源成本。

圖3 羅斯蒙特3051S系列變送器

    壓縮空氣——測量流量以識別泄漏和管理使用情況

    某化工廠采用了一種更好的測量壓縮空氣流量的方法，每年可以節約750,000美元。

    工廠內的壓縮空氣系統是主要的能源消耗者。壓縮空氣系統通常會有多處泄漏以及其他浪費源。測量壓縮空氣系統內的流量有助于識別泄漏和管理空氣使用。最好在壓縮空氣系統中多個流量測量點進行空氣使用測量。可以在各壓縮機、集管以及各主要分支管路上進行流量測量。流量測量點越多，泄漏控制就越嚴格，壓縮空氣系統健康管理越好。

    南美某化工廠發現其壓縮空氣的使用量迅速增加，導致了運行成本增加并且造成了產能增加的需求。該工廠還注意到壓縮空氣不足會存在風險，可能會導致氣動設備發生故障。工程師發現孔板流量計在壓縮空氣系統中造成較大的永久壓損。最終基于羅斯蒙特阿牛巴流量計的優勢，他們拆卸了原有的孔板流量計，安裝了10臺羅斯蒙特阿牛巴流量計：9臺羅斯蒙特阿牛巴流量計分別用于監測9臺壓縮機的輸出，另外1臺用于測量主集管中的流量。

    阿牛巴流量計具有如下特點：

    （1）安裝簡便，易于實施。

    （2）避免不必要的系統壓力損失。

    通過這10個流量測量點，工廠操作人員可以提前確定增大的空氣使用量，而避免不必要的系統壓力損失。這使該工廠整個壓縮空氣系統的效率提高了10%，電力成本每年減少750,000美元，同時提高了系統偏遠位置上的管路壓力。

    鍋爐——改善汽包液位測量

    某造紙廠通過更加準確地測量鍋爐液位，將啟動時的鍋爐跳閘降到最低。

    為優化蒸汽生產、最大化鍋爐效率和保持安全運行，必須精確控制鍋爐汽包內的水位，如果水位過低，就會存在鍋爐損壞風險以及昂貴的鍋爐跳閘重大風險。

    如果水位過高，水中可能會夾雜蒸汽，從而降低傳熱效率并且會導致下游渦輪損壞。當鍋爐穩定運行并能避免昂貴的停機、清污和重新啟動循環時，蒸汽系統就會達到最有效的性能。可靠的汽包液位測量在實現所需運行條件的過程中是非常重要的一部分。

    美國的一家大型造紙廠正在經歷產量損失和能源成本增加。主要是引壓管上安裝的差壓變送器的鍋爐液位讀數錯誤導致鍋爐跳閘。需要在整個鍋爐的工作壓力和溫度下校準差壓液位變送器。但是，在鍋爐處于冷態的情況下啟動時，引壓管中水和蒸汽密度的差異還是會導致差壓液位讀數錯誤，進而導致鍋爐跳閘。

    該工廠最終選擇導波雷達(GWR)變送器為其鍋爐汽包液位測量提供測量方案。與差壓液位技術相比，它們具有更大的優勢。

    （1）完全獨立于液體密度的方式測量液位，因此無需復雜的密度補償。

    （2）可在400℃的高溫和345bar的高壓下測量液位。

    （3）即使在機械振動和高湍流的環境下，GWR變送器也可以準確而可靠地測量液位。

    （4）無可移動部件，需要極少維護并具有高可靠性。最終，通過使用具有動態蒸氣補償的羅斯蒙特5301導波雷達對差壓測量進行補充，從啟動到全部輸出的所有過程條件中，都可以獲得更加準確的液位讀數，從而將啟動過程中的鍋爐跳閘降至最低。現在，該造紙廠不但提高了鍋爐效率、最大程度減少了意外停車，而且提高了產量。

    熱交換器——預測和檢測污垢

    某煉油廠通過使用無線儀表，操作員可以實時了解熱交換器性能，實現了低油耗和高品質。

    過程工廠中可能有上百臺熱交換器，使用一段時間后交換器將積存污垢并直接影響生產能力、維護成本和能源使用。多種因素可加快熱交換器積垢，包括沉積、腐蝕、分解和結晶。但是，由于實時監測比較困難而且較昂貴，并且采用目測和手動測量方法的操作員不能及時發現污染跡象，污垢日積月累將會阻礙熱傳遞，對生產能力造成負面影響并且增加能源使用量。此外，污垢迫使下游過程加熱器提供更多能量時，能源成本增加。

    實施艾默生熱交換器監測解決方案可通過制定積垢熱交換器的精確清潔計劃而改善檢修計劃，以維持最佳傳熱效率并將能耗降低10%。

    艾默生熱交換器監測解決方案是在久經實踐驗證的技術和軟件的基礎上設計而成。其中羅斯蒙特無線壓力變送器用于檢測熱交換器冷熱側的壓差增加情況，從而指示特定交換器需要清潔。羅斯蒙特無線差壓流量計測量通過交換器任一側的流量，用于傳熱效率計算和高污垢率檢測。羅斯蒙特無線多點溫度變送器最多可以監測四個溫度通道，從而可以進行傳熱效率計算和高污垢率檢測所需的交換器冷熱側進口/出口溫差測量。智能無線網關將自組織儀表網絡與主機系統和數據應用相連。艾默生AMS Suite：運營資產圖提供了指示異常運行情況的實時圖像顯示，包括高污垢率或需清潔交換器通知。

圖4 羅斯蒙特5300系列導波雷達變送器

    某煉油廠由于熱交換器不斷積垢而造成了傳熱效率降低，從而需要燃燒更多燃油，最終導致能源成本增加；此外還將限制煉油生產，降低產品質量。該煉油廠通過部署艾默生熱交換器監測解決方案取得了良好效果。艾默生熱交換器監測解決方案具有以下特點：

    （1）成本經濟，易于實施。

    （2）非侵入式，使用風險低。

    （3）實時診斷，數據驅動。

    通過監測進出口溫度以及冷熱側的過程流量，操作員可以及時了解熱交換器的結垢情況，合理安排最佳清潔時間，從而降低油耗和能源成本，并且實現最大程度提高裝置利用率和產品質量。

除此之外，艾默生還擁有諸多能源管理解決方案，例如在煉油廠中，加氫/制氫裝置進料中，艾默生的質量流量計通過控制蒸汽與碳的適當比率，減少蒸汽消耗，從而減少能量浪費。

    沒有人可以預測出未來的能源成本。如果不能清楚地了解蒸汽、壓縮空氣、燃料和水的使用量及使用位置；那么，要實現能源成本符合年度能源預算幾乎是天方夜譚。如果可以精確地掌握能源使用信息，而非靠猜測；那么能源預算將會更加準確。通過執行能源項目管理，并實施最佳實踐來提高能源利用效率，能夠輕松實現 10% ～15% 的能源節省。

圖5 AMS Suite熱交換器結垢顯示

    摘自《自動化博覽》2015年10月刊