天然气在一次能源消耗结构中占比逐年上升，随着市场需求增大以及国家政策鼓励，LNG接收站建设热情高涨。尤其是在广东等沿海地区，局部接收能力的富裕，在各LNG接收站之间形成激烈竞争。提高运营效率，有效降低LNG生产成本是未来立足天然气市场的根本。文章通过探索接收站运营成本，以能源管理为切入点，有效结合生产管理、设备管理，研究推导多个模型，建立了具有决策指导与支持的智慧运维管理系统，为接收站能源精细化管理、生产优化综合管理、建立绿色工厂、实现精益生产打下坚实基础。
01 项目背景
由于国际油价走低，行业内竞争激烈，利润空间受挤压，LNG接收站运营压力陡增。因此提高运营效率，有效降低LNG生产成本成为未来立足天然气市场的根本。有必要针对LNG接收站运维管理开展研究，探索出一个完整的、具有普遍适用性的管理模型，为提高接收站竞争力提供技术支持。项目以接收站能源智能管理为切入点，建立了生产智能优化管理、设备能效管理、海水汽化器换热、能源成本管控等多个模型，建立了具有决策指导与支持的智慧运维管理系统，为接收站能源精细化管理、生产优化综合管理、建立绿色工厂、实现精益生产打下了坚实基础。
02 主要研究内容
（1）不同生产模式下接收站调度优化研究与应用,根据不同工况优化操作，实现能效最优；
（2）接收站设备能效分析优化与故障预警功能研究与应用,监控设备状态，指导预知性维修；
（3）海水汽化器换热优化研究与应用；
（4）建立能源管理中心，开展接收站全生产流程能源消耗点监控、分析与优化；
（5）细化能源成本管控，开展生产成本日清日结实践,通过对不同生产模式下能耗分析,实现全站运营成本最优化。
03 主要目标和拟解决的主要技术问题
（1）建立生产智能优化模型，提供“专家意见”，指导开展低成本策略下的生产优化操作和生产智能调度功能；
（2）通过设备能效监测与分析，确保设备高效运行，实现故障预判功能；
（3）完善能源计量器具，并搭建实时能源计量数据库，有效解决了能源数据冗余、散乱、时效性低等问题。
04 主要创新点
4.1创新性建立接收站生产智能优化模型
深入研究接收站生产作业类型，以动力源头、基础用能形式、外输介质类型、耗能设备分级等为依据划分七大生产模式：卸料模式、小船反输模式、船舶燃料加注模式、零外输模式、液态外输模式、高压气态外输模式、BOG外输模式。针对不同生产模式，识别成本及能源消耗点。建立工序能耗分析模型、计划调度优化模型、输送优化模型，实现整体生产优化。同时在此基础上针对液态外输模式，开展智能化调度管理。采集槽车充装控制系统数据，实现槽车充装状态实时显示、槽车充装行为事件记录分析、槽车撬故障统计分析以及智能调度和场内车辆路线规划功能。
4.2接收站设备能效分析与故障预警研究与应用
通过设备能效分析，作为设备状态监控及故障预警，为实现状态维修提供新手段。实时采集主要耗能设备的进出口数据、设备负荷和关键工艺数据，建立相应的能效分析模型，实时计算设备的能效情况并进行监控。设定预警策略，当设备能效指标偏离稳定运行指标时，发出预警，从效能角度更早发现设备故障或异常。
4.3以设备能效分析模型理论为指导，率先开展海水汽化器换热优化研究
借助设备能效分析模型理论指导，基于传热原理、物性模型及设备模型，通过开架式气化器的结构参数，工艺操作参数得到各种传热系数，然后通过换热基本方程得到在保证海水进出口温度差小于5℃的情况下，当前气化的LNG所需实际的海水量。实施海水泵变频改造，通过调节电机频率精准控制海水泵流量，大大降低海水泵耗电。
4.4接收站全流程能源消耗点监控与管理技术
从纷繁的能源消耗网络中抽象出水、电、气耗等关键能源节点，对其开展能耗平衡分析，找出计量盲区，增设关键计量仪表，并创新的采取虚拟计量方法完善了接收站能源计量网络。实现集LNG接收站内DCS系统、PMS系统、智能数字仪表、第三方系统等的全集成数据采集，整合新的实时数据库。自主组态完成不同能源介质流向监控与重点耗能管控，可及时了解掌握现场电、水、氮气、燃料气及大宗原辅料等能源和物料的消耗情况。提供了良好的平台，先进的技术手段可及时发现能源输配系统出的问题，及时找到解决问题的办法，对整体节能水平的提高将起到重要作用。
4.5延展能源管理思路，提出全新生产成本日清日结管控理念
自动采集能源消耗数据，让能源消费透明化。通过系统自动统计所选时间段内的卸载量、外输量、生产用电、生产用水、液氮消耗、柴油消耗、燃料气耗量，结合单价计算成本和产值，使能源成本一目了然。同时将计划与ERP管理系统数据对接，能够快速、准确的完成每日生产成本的统计与分析，实现成本日清日结，并对其进行评价。
05 核心技术详细描述
5.1接收站生产智能优化模型研究
深入研究接收站生产作业类型，以动力源头、基础用能形式、外输介质类型、耗能设备分级等为依据划分七大生产模式：卸料模式、小船反输模式、船舶燃料加注模式、零外输模式、液态外输模式、高压气态外输模式、BOG外输模式。针对不同生产模式，识别成本及能源消耗点。通过自组态监控图，整合每种模式下涉及到的关键设备参数和管线上测点的温度、压力和流量等信息。建立生产智能优化模型，用于指导在线生产计划的排程与调度，模型基于生产任务信息，以计划和调度周期内能源消耗最少、生产成本最低为最优目标，将现场可调节的手段作为决策变量，将现场必须满足的条件作为约束条件，建立计划调度优化模型，并通过优化算法求解该模型得到优化结果。分析业务模块提供各种运营模式的单位生产能耗、单位能耗成本分析，为优化运营模式和制定生产计划提供依据；通过对运营模式和生产工况边界条件的输入，如生产外输模式、外输量、小时流量、外输时间段（外输起始时间、外输结束时间）等边界条件，得出给定外输模式和生产工况下的单位生产能耗、单位能耗成本，并通过对比优化，为生产计划的制定和生产调度安排提供依据，并为优化操作提供指导。通过在执行外输计划前估算每种模式下的能耗和电费，为执行外输计划提供指导，调节每小时的供气速率，增减供气时间会得到不同的能耗和电费结果，现场调度人员可以根据计算结果择优选择。生产模型算法仍在继续优化中，计划在现有基础上实现智能推荐功能，根据外输计划量、外输时间等边界条件，结合设备运行效率实现最低能耗运行方案及最低电费运行方案推荐。
5.2接收站设备能效分析优化与故障预警功能研究
设备用能转换效率分析功能主要用于判定设备当前能耗是否合理，为设备改造与设备运行提供最直接的数据指导，LNG接收站的设备运行可以看作是一个连续的动力学系统，通过对动力学系统模型的数量关系进行分析计算可以得到整个系统的稳定状态。一旦出现故障，则系统一定会偏离稳定状态。因此从系统动力学的角度看，系统发生故障意味着输入变量和状态变量发生变化导致整个系统偏离稳定状态。通过建立系统设备的动力学仿真模型，能够刻画设备中变量之间的数量关系，为分析系统故障奠定基础。摈弃以往的机理模型，而采用黑箱模型进行计算。增强了模块的可用性。并且通过对标的思想，评价当前设备的运行情况好坏。对重要设备的关键测点进行实时监测，当实时监测值与实时状态预测值之间的变化超过一定范围时，系统自动触发设备状态预警，并在监控界面上实时显示，同时对于异常计算效率进行报警并提供趋势分析与查询，用于设备用能异常判断依据。实现将设备故障事后处理转变为事前预警及分析处理，降低设备故障停运频率，延长设备使用周期，减少设备维修维护时间，降低设备维修维护费用。
5.3海水汽化器换热优化研究与应用
借助设备能效分析模型理论指导，基于传热原理、物性模型及设备模型，通过研究开架式气化器的结构参数，工艺操作参数得到各种传热系数，然后通过换热基本方程得到在保证海水进出口温度差小于5℃的情况下，当前气化的LNG所需实际的海水量。目前，国内多个LNG接收站均存在外输负荷较低、海水流量存在裕量的情况，在海水系统流量优化方面存在节能空间，利用这一空间实现节能改造的方法，包括海水泵大改小和海水泵变频改造等。海水泵变频改造可在不改变机泵机械状态的条件下实现海水系统流量优化，可以有效配合海水汽化器换热模型研究，灵活调整海水流量，具有改造工期短、投资较低的优点，同时改造在产生节能、降成本效益的同时还能优化机泵系统的运行状态。
5.4建立能源管理中心，实现接收站全流程能源消耗监控、分析与优化
能源管理集约化，对接收站能源系统实施集中动态管理与数字化管理，改进和优化整体能源平衡。能源信息平台化，采用自动化、信息化技术手段搭建统一处理平台。对全站范围内生产操作、能源流向环节实行同步的监控、管理和系统优化，通过对数据的集中管理、集中调度，掌握接收站整体能源消耗以及现场电、水、氮气、燃料气等能源消耗情况。
5.5细化能源成本管控，开展生产成本日清日结实践
在智慧运维管理系统首次集成成本管控模块，自动采集能源消耗数据，让能源消费透明化。通过系统自动统计所选时间段内的卸载量、外输量、生产用电、生产用水、液氮消耗、柴油消耗、燃料气耗量，结合单价计算成本和产值，并提供同比和环比项进行对比分析。针对关键指标，如用电成本，开展细化分解管控，细化至峰段用电费用、平段用电费用、谷段用电费用等不同时段。同时计划与ERP管理系统数据对接，能够快速、准确的完成每日生产成本的统计与分析，并对其进行评价。实现计量结算流程的自动化，包括计量数据的自动采集、自动分析校正和人工干预（按权限），生成计量结算报表，经审核、批准等管理程序后，进行发布。作为公司结算和考核的依据对加工量、消耗的能源单价和固定生产成本进行设置，根据生产实际消耗量计算产品生产的各项成本。同时结合生产智能优化模型，通过对不同生产模式下能耗分析,最终实现全站运营成本最优化。
06 应用推广
（1）成功开发智慧运维管理系统，建立生产智能优化模型、设备能效分析模型、海水汽化器换热模型，液态外输智能管理模块，为国内的LNG行业生产管理、设备管理、能源管理等提供了理论指导，为今后LNG接收站生产成本管控、提质增效等提供了经验和借鉴，具有较强的推广价值。
（2）对后续设计、建设和运行的LNG接收站提供指导、借鉴作用，尤其是在设计阶段，可以进一步促进完善设计方案和整体布局、优化设备选型、生产维护的智能管理等工作。
07 经济效益
在研究生产智能优化模型、设备能效分析模型，开展能源优化管控，生产方案优化，设备能效优化，海水泵变频改造等技术基础上，将相关研究成果与信息化充分结合，建立了智慧运维管理系统，有效降低了接收站电力（占能源成本的95%）的消耗。实现了对接收站的生产过程监控、能源管理、能耗分析、生产优化、设备优化的管控，为接收站成本管控提供了高效实用的工具。经测算接收站达设计产能（约350万吨/年）运行年节约电能可达700万度，减少电费支出约700万元。
