GB∕T 39115-2020 過程自動化能效評估方法

ICS25.040GB/T39115—2020過程自動化能效評估方法2020-10-11發(fā)布2021-05-01實施國家市場監(jiān)督管理總局國家標準化管理委員會GB/T39115—2020 12術(shù)語和定義 13過程工業(yè)生產(chǎn)能效相關(guān)因素 3 33.2能源消耗 33.3物質(zhì)消耗 33.4污染排放 33.5生產(chǎn)管理 33.6產(chǎn)出因素 34過程工業(yè)能效評估指標 34.1過程工業(yè)能效相關(guān)指標概述 3 45過程工業(yè)能效評估通用模型 66能效基準 77過程工業(yè)能效評估通用流程 7 8附錄A(資料性附錄)能效評估示例 9 圖1過程工業(yè)能效評估指標 4圖2設備級/過程級/系統(tǒng)級能效評估模型 6圖3過程生產(chǎn)能效指標分析 7圖4能效評估流程框圖 8圖A.1換熱器能效評估模型 9圖A.2離心壓縮機能效評估模型 圖A.3乙烯裂解爐能效評估模型 圖A.4乙烯生產(chǎn)系統(tǒng)能效評估模型 表A.1換熱器輸入輸出參數(shù)表(示例) 9表A.2離心壓縮機輸入輸出參數(shù)表(示例) 表A.3離心壓縮機參數(shù)計算表(示例) IⅢGB/T39115—2020本標準按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔識別這些專利的責任。本標準由中國機械工業(yè)聯(lián)合會提出。本標準由全國工業(yè)過程測量控制和自動化標準化技術(shù)委員會(SAC/TC124)歸口。本標準起草單位：機械工業(yè)儀器儀表綜合技術(shù)經(jīng)濟研究所、中國石油天然氣股份有限公司撫順石化1GB/T39115—2020過程自動化能效評估方法下列術(shù)語和定義適用于本文件。[GB/T23331—2012,定義3.5]能源的物理或化學形態(tài)的變換。[CEN/CLC/TR16103:2010,定義4.1.7][CEN/CLC/TR16103:2010,定義4.1.6][CEN/CLC/TR16103:2010,定義4.1.8][GB/T23331—2012,定義3.7][CEN/CLC/TR16103:2010,定義4.2.8]輸出的能源、產(chǎn)品、服務或績效與輸入的能源之比或其他數(shù)量關(guān)系。如：轉(zhuǎn)換效率、能源需求/能源2GB/T39115—2020[GB/T23331—2012,定義3.8][CEN/CLC/TR16103:2010,定義4.3.8]2.10[CEN/CLC/TR16103:2010,定義4.5.1]2.11[GB/T24040—2008,定義3.21]2.12[GB/T24040—2008,定義3.25]2.13[GB/T19659.1—2005,定義3.11]2.14[GB/T24040—2008,定義3.11]2.15[GB/T6988.1—2008,定義3.1.2.16[GB/T24040—2008,定義3.30]2.17[GB/T24040—2008,定義3.35]3GB/T39115—20203過程工業(yè)生產(chǎn)能效相關(guān)因素能效反映生產(chǎn)過程中投入與產(chǎn)出的比例關(guān)系。影響生產(chǎn)過程中各個環(huán)節(jié)能源與物質(zhì)消耗的因素都產(chǎn)出因素。3.2能源消耗等的消耗量。過程工業(yè)生產(chǎn)過程中設備、生產(chǎn)單元、生產(chǎn)工藝段以及其他產(chǎn)品生產(chǎn)全過程所產(chǎn)生的各類污染4過程工業(yè)能效評估指標效情況進行描述。4GB/T39115—2020——管理能效指標：應考慮管理工作對企業(yè)能效的影響，主要包括關(guān)鍵設備和生產(chǎn)單元的計劃外停機指標、原材料和輔助材料質(zhì)量指標等；——生產(chǎn)能效指標：應考慮生產(chǎn)過程對企業(yè)能效的影響，主要包括生產(chǎn)設備單位產(chǎn)能能耗、生產(chǎn)設---環(huán)境能效指標應考慮生產(chǎn)過程對環(huán)境的影響，主要包括單位產(chǎn)品污染物排放指標等?！O備級能效指標：主要包括設備計劃外停機、設備單位產(chǎn)能能耗、設備能量轉(zhuǎn)換效率等。---過程級能效指標：主要包括生產(chǎn)單元計劃外停機、生產(chǎn)單元單位產(chǎn)能能耗、原材料和輔助材料污染物排放等。過程工業(yè)能效評估指標體系如圖1所示。能效指標能效指標管理能效指標①設備計劃外停機①生產(chǎn)單元計劃外停機量①原材料質(zhì)量①生產(chǎn)設備單位產(chǎn)能能耗②生產(chǎn)設備能量轉(zhuǎn)換效率①生產(chǎn)負荷率①單位產(chǎn)品污染物排放指標設備級能效指標系統(tǒng)級能效指標經(jīng)濟能效指標環(huán)境能效指標生產(chǎn)能效指標圖1過程工業(yè)能效評估指標4.2能效指標定義4.2.1單位產(chǎn)品能耗指標單位產(chǎn)品能耗指標(7u)應按照式(1)計算：式中：E——產(chǎn)品的綜合耗能，單位為噸(t);單位產(chǎn)品能耗指標也可轉(zhuǎn)換為單位產(chǎn)品能源成本指標?！?.2.2單位產(chǎn)品能耗收益指標單位產(chǎn)品能耗指標(ηe)應按照式(2)計算：5GB/T39115—2020式中：…………Eb——單位產(chǎn)品消耗的能源成本，單位為萬元。4.2.3生產(chǎn)設備/單元單位產(chǎn)能能耗生產(chǎn)設備/單元的單位產(chǎn)能能耗指標(yc)應按照式(3)計算：式中：E——設備/單元綜合能耗，單位為噸(t);Mp——設備/單元中間或最終產(chǎn)品產(chǎn)量，單位為噸(t)?！?.2.4生產(chǎn)設備/單元能量轉(zhuǎn)換效率生產(chǎn)設備/單元的能量轉(zhuǎn)換效率指標ηr應按照式(4)計算：式中：4.2.5生產(chǎn)設備/單元計劃外停機指標生產(chǎn)設備/單元計劃外停機指標(ηp)應按照式(5)計算：式中：Tw-—單位時間段內(nèi)的生產(chǎn)時間，單位為小時(h)。4.2.6原料和輔助材料質(zhì)量指標對于其成分含量影響產(chǎn)品質(zhì)量的原料和輔助材料，應設置質(zhì)量指標。原料和輔助材料的質(zhì)量指標可定義為實際成分值與限值(上限值或下限值)的偏離量和限值的比值。4.2.7生產(chǎn)負荷率生產(chǎn)負荷率指標(ηL)應按照式(6)計算：式中：…………P?——某類產(chǎn)品在規(guī)定時間內(nèi)的實際生產(chǎn)量，單位為千克(kg)或噸(t);Pa——某類產(chǎn)品在規(guī)定時間內(nèi)的設計生產(chǎn)能力，單位為千克(kg)或噸(t)。4.2.8單位產(chǎn)品污染物排放指標單位產(chǎn)品污染物排放指標(ηp)應按照式(7)計算：6GB/T39115—2020……式中：Ms———污染物排放，單位為千克(kg)或噸(t);Mp——產(chǎn)品產(chǎn)量，單位為千克(kg)或噸(t)。5過程工業(yè)能效評估通用模型過程工業(yè)生產(chǎn)能效評估模型如圖2所示。模型中包含的主物料因素包括輸入物料M;、輸出物料M。、輸出產(chǎn)品M。、輸出廢品Mw。模型中包含的輔助物料因素包括輸入輔助物料M、回收輔助物料M?、輔助廢料Mws。模型中包含的能量因素包括物料輸入能量Em、物料輸出能量Emo、輸入能量E、輸出能量E。、可回收能量Er、消耗能量E。其中消耗能量E.包括生產(chǎn)中的使用能量E,和損失能量E。模型中包含的生產(chǎn)管理因素作用于設備/過程/系統(tǒng)實體，會直接或間接地影響整個設備/過程/系統(tǒng)的物料和能量消耗?；厥蛰o料M設備/過程/系統(tǒng)邊界輸出產(chǎn)品M輸出物料M。物料輸入能量Em一物料輸出能量Em輸出廢品Mwo設備/過程/系統(tǒng)對象輸入物料M圖2設備級/過程級/系統(tǒng)級能效評估模型能效評估模型體現(xiàn)了物質(zhì)平衡和能量平衡。物質(zhì)平衡方程見式(8):能量平衡方程見式(9):式中，物料輸入能量Em、物料輸出能量Em受溫度、壓力等因素影響，難以計量，可不做統(tǒng)計。過程生產(chǎn)系統(tǒng)按工藝分成不同的生產(chǎn)過程。應針對每個設備和過程來分析輸入、輸出、使用、回收和損失的資源。資源包括物料、產(chǎn)品和能量。設備對應于管理能效指標和生產(chǎn)能效指標，過程對應于管理能效指標和生產(chǎn)能效指標，系統(tǒng)對應于經(jīng)濟能效指標、管理能效指標和環(huán)境能效指標。具體指標應從指標體系中選取。過程生產(chǎn)能效指標分析如圖3所示。7GB/T39115—2020回收資源Rc2損失資源R??1)管理能效指標2)生產(chǎn)能效指標生產(chǎn)過程2設備21設備2m1)管理能效指標2)生產(chǎn)能效指標使用資源Ru使用資源R使用資源R1)經(jīng)濟能效指標2)管理能效指標3)生產(chǎn)能效指標4)環(huán)境能效指標設備11回收資源Rc1回收資源Rc損失資源R能效基準是為了比較能效水平所提供的基礎量化值。能效基準的建立方法包括：理建模方法建立的能效基準是理想值；過去歷史段的數(shù)據(jù)或歷史最優(yōu)數(shù)據(jù)；上述兩種情況都不可行情7過程工業(yè)能效評估通用流程過程工業(yè)生產(chǎn)能效通用評估流程如圖4所示。8GB/T39115—2020評估對象邊界及組成部分分解建立評估對象及組成部分的評估模型(能源流和物料流)評估對象和組成部分的多能效指標計算能效指標與基準對比和分析能效診斷對應的能效基準能效指標體系b)根據(jù)評估對象，界定評估邊界；并根據(jù)生產(chǎn)流對于能源消耗量非常小的設備或過程可以忽略不計；8過程工業(yè)能效診斷9GB/T39115—2020(資料性附錄)A.1概述A.2設備能效評估示例——換熱器A.2.1評估模型及指標輸入高溫高壓裂解氣輸入鍋爐水輸出低溫低壓裂解氣輸出過熱蒸汽和水圖A.1換熱器能效評估模型y=Q?/QaA.2.2輸入輸出參數(shù)換熱器的輸入輸出參數(shù)現(xiàn)表A.1。表A.1換熱器輸入輸出參數(shù)表(示例)序號輸入輸出參數(shù)項示例活1開轉(zhuǎn)裂解氣：乙烯/丙烯/C4/汽油/品氣/甲烷/元油33%/15.5%/12%/22.6%/1%/11.4%/4.5%2協(xié)調(diào)管程入口協(xié)調(diào)Tpi/管程出口協(xié)調(diào)Tp3殼程人口協(xié)調(diào)Ts/殼程出口飽和蒸汽協(xié)調(diào)TGB/T39115—2020廢A.1(續(xù))序號設備設工源系項素述服4理按程定備爐理按Ppi/程定工爐理按Pp0.25MPa/0.04MPa5殼定備爐理按P,/殼定工爐理按P。6因解程定因解Sp7殼定鍋參與因解S,A.2.3過程源耗出物水反料例數(shù)績污率解分壓作二排烯(c):c=3.596kJ/(kg·℃)。耗分染排解：Qa=125.52×10?kJA.3位管過程能效理輸——離心壓縮設A.3.1能效備產(chǎn)品源耗照標用料例和定或效縮料例數(shù)放管理出指收業(yè)生需象，料例數(shù)放管理出指縮比系收5。標用料例物質(zhì)或效縮之料例數(shù)放管理出指，義過業(yè)生相關(guān)元消A.2。輸入低壓裂解氣裂解氣離心壓縮機輸出高壓裂解氣入A.2離心壓縮設過程能效備產(chǎn)現(xiàn)此理出指過行(η)一收義過業(yè)生產(chǎn)能：7=N;/NN,——軸務行，為界設備義解，輸入收調(diào)進(kW)。A.3.2指標指單排放放管理出指縮設備設工源系元考A.2。表A.2離心壓縮機輸入輸出參數(shù)表(示例)序號段數(shù)裂解氣流量Q;/(kg/s)入口溫度T;/出口溫度T。i/K入口壓力Py/出口壓力P?;/(MPa)入口絕熱指數(shù)Kj/出口絕熱指數(shù)K。進氣口壓縮系數(shù)Zy/出氣口壓縮系數(shù)Z。1一段(j=1)89.78313.2/359.70.225/0.3541.215/1.1960.995/0.9932二段(j=2)86.92310.1/357.90.33/0.5711.223/1.2040.991/0.9893三段(j=3)83.72310.7/359.20.543/1.0051.232/1.2150.984/0.9804四段(j=4)80.40310.8/359.90.971/1.8801.250/1.2360.970/0.9635五段(j=5)77.05280.5/351.11.630/4.0711.329/1.3140.937/0.930j=1～5,對應段數(shù)。A.3.3能效指標計算A.3.3.1計算公式主要計算包括：a)段壓縮比e;E;=P。;/P;(j=1～5,對應段數(shù))式中：P;——第j段出口壓力，單位為兆帕(MPa)。b)絕熱指數(shù)K;K;=(K;+K。;)/2(j=1～5,對應段數(shù))式中：K;——第j段進氣口壓縮指數(shù)；K。;——第j段出口絕熱指數(shù)。c)壓縮系數(shù)Z;Z;=(Z;+Z。;)/2(j=1～5,對應段數(shù))式中：Z;——第j段進氣口壓縮系數(shù)；Z。;——第j段出氣口壓縮系數(shù)。d)多變指數(shù)m,(j=1～5,對應段數(shù))式中：P;-——第j段出口壓力，單位為兆帕(MPa);T——第j段入口溫度，單位為開爾文(K);To;——第j段出口溫度，單位為開爾文(K)。e)多變效率7o7=(m;/m;-1)/(K;/K;-1)(j=1～5,對應段數(shù))式中：m;——第j段多變指數(shù)；K;——第j段絕熱指數(shù)。f)內(nèi)功率NQ第j段工況質(zhì)量流量，單位為千克每秒(kg/s);m;——第j段多變壓縮指數(shù)；T,——第j段進氣溫度，單位為開爾文(K);E;——第j段壓縮比；7o——第j段多變效率。A.3.3.2計算結(jié)果離心壓縮機參數(shù)計算結(jié)果見表A.3。表A.3離心壓縮機參數(shù)計算表(示例)序號段數(shù)壓縮比E絕熱指數(shù)K;壓縮系數(shù)Z;多變效率1一段(j=1)2二段(j=2)3三段(j=3)4四段(j=4)5五段(j=5)j=1～5,對應段數(shù)。N;=Z;-1~5N;=32014.82(kW)裂解氣離心壓縮機的軸功率設計值N。為40171kW。壓縮機的效率：η=N;/N.=32014.82/40171=79.7%A.4過程能效評估示例——乙烯裂解爐A.4.1評估模型及指標乙烯裂解爐的能效評估模型見圖A.3。GB/T39115—2020熱空氣裂解氣指A.3通用分析基過程能效產(chǎn)工慮段估標通評過行(η)作使定過生產(chǎn)能效：η=(1-QL/QG)×100%式參：Q?——變都是定設，統(tǒng)分使水反(kJ);A.4.2過程評估標業(yè)A.4.2.1標業(yè)生圖準流可計機式?；隹歼^行(η):η=[1-(Qu+Qi?+Qi3)/Qc]×100%QG=Qdw+Hrx+Qw+Qwi式參：Q—---工果都是評設，統(tǒng)分使水反(kJ);Q12——算理系數(shù)例比圖算去都是評設，統(tǒng)分使水反(kJ);QL3——兩評都是評設，統(tǒng)分使水反(kJ);Qdw-——算理或歷述沒示評設，統(tǒng)分使水反(kJ);Hrx——算理程業(yè)評，統(tǒng)分使水反(kJ);Qw——霧系本的錄顯評，統(tǒng)分使水反(kJ);Qwi——算去關(guān)規(guī)熱錄顯評，統(tǒng)分使水反(kJ)。不簡系機式實計：式參：tg——工果將結(jié)，統(tǒng)分使攝氏結(jié)(℃);t?！鑫飳⒔Y(jié)，統(tǒng)分使攝氏結(jié)(℃);△t——將差，統(tǒng)分使攝氏結(jié)(℃);Wco——工果參為值系如際設；α——規(guī)熱出用。A.4.2.2指標計算取經(jīng)濟診斷廠1號料參設分效相備據(jù)：煙單算一氧不碳含可：Wco=0適單定剩通備：α=1.24A.5系統(tǒng)目次評估示例乙烯生產(chǎn)系統(tǒng)A.5.1評估模型及指標等析制不企工診斷業(yè)生通用為指，以程藝定過大連計原估預型、料參、急冷、準流、冷?；?、型?；?、及冷、廢堿氧不數(shù)體化加氫要中元組成。診斷業(yè)生通用分產(chǎn)能消耗出評見標A.4。LPG石腦油輕烴進料加氫裂化尾油減一減頂油加氫碳五丙烷馳放丙烯調(diào)質(zhì)油長母烷乙烯一裂解碳四裂解汽油加氫汽油加氫碳五未加氫碳五加氫碳九污油污油乙烯廢油調(diào)質(zhì)油沖洗油蒸汽凝液(凝結(jié)水乙烯返煉丙烯返煉蒸汽凝液(凝結(jié)水圖A.4乙烯生產(chǎn)系統(tǒng)目次評估模型選取診斷業(yè)生通用分診斷和丙斷中提生品產(chǎn)因(η)作為產(chǎn)能物管：η=E/Mp式算：E——生品分量的因產(chǎn)，中提為噸(t);GB/T39115—2020Mp——產(chǎn)品產(chǎn)量，單位為噸(t)。A.5.2能效指標計算A.5.2.1計算公式主要計算包括：a)乙烯生產(chǎn)系統(tǒng)輸入能量：M,——輸入的第i種燃料、蒸汽、電、水或耗能工質(zhì)的質(zhì)量，單位為噸(t)、千瓦時(kW·h)或立方米(m3);R,——折能系數(shù)，即為輸入的第i種燃料、蒸汽、電、水或耗能工質(zhì)與千克標準油的換算關(guān)系，GB30250—2013對折能系數(shù)做了規(guī)定；Q;———外界輸入乙烯生產(chǎn)系統(tǒng)的第j種能源量，單位為千克標準油(kgoe)。b)乙烯裂解裝置能耗乙烯裂解系統(tǒng)包括乙烯裂解裝置和汽油加氫裝置。乙烯裂解裝置耗能分攤系數(shù)0.7,汽油加氫裝置的耗能分攤系數(shù)0.3。消耗能源種類包括燃料、水、電、蒸汽、氮氣和風，所有能源都折算成標準油：c)汽油加氫裝置能耗汽油加氫裝置消耗的能源種類包括水、電、蒸汽以及氮氣：R脫鹽水×0.3+M循環(huán)水×R循環(huán)水×0.3+M熱水×R熱水×0.3A.5.2.2指標計算指標計算如下：a)輸入條件以某日相關(guān)數(shù)據(jù)計算能效：乙烯產(chǎn)量2546.41t,甲烷的自產(chǎn)率為12%,使用的燃料為燃料氣。b)能耗計算E?=En+E?+E?+E?+E15=1293458.66kgoeE?=Eqi+E+E?+Eq=147796.33kgoec)能效指標計算能效指標計算包括：1)乙烯單位產(chǎn)品能耗2)象烯單位產(chǎn)品能耗GB/T39115—2020[1]GB/T2587—2009用能設備能量平衡通則[2]GB/T2589—2008綜合能耗計算通則[3]GB/T3484—2009企業(yè)能量平衡通則[4]GB/T3485—1998評四企業(yè)合理用電技術(shù)導則[5]GB/T6422—2009用能設備能量測五導則[6]GB/T6988.1—2008電氣技術(shù)用文件的第制絕1部分：規(guī)則[7]GB/T8174—2008設備及管兆號熱效果的測五與評四[8]GB/T8222—2008用電設備電能平衡通則[9]GB/T13234—2018用能單位節(jié)能量計算方法[10]GB/T