GB∕T 39115-2020 过程自动化能效评估方法

ICS25.040GB/T39115—2020过程自动化能效评估方法2020-10-11发布2021-05-01实施国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会GB/T39115—2020 12术语和定义 13过程工业生产能效相关因素 3 33.2能源消耗 33.3物质消耗 33.4污染排放 33.5生产管理 33.6产出因素 34过程工业能效评估指标 34.1过程工业能效相关指标概述 3 45过程工业能效评估通用模型 66能效基准 77过程工业能效评估通用流程 7 8附录A(资料性附录)能效评估示例 9 图1过程工业能效评估指标 4图2设备级/过程级/系统级能效评估模型 6图3过程生产能效指标分析 7图4能效评估流程框图 8图A.1换热器能效评估模型 9图A.2离心压缩机能效评估模型 图A.3乙烯裂解炉能效评估模型 图A.4乙烯生产系统能效评估模型 表A.1换热器输入输出参数表(示例) 9表A.2离心压缩机输入输出参数表(示例) 表A.3离心压缩机参数计算表(示例) IⅢGB/T39115—2020本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本标准由中国机械工业联合会提出。本标准由全国工业过程测量控制和自动化标准化技术委员会(SAC/TC124)归口。本标准起草单位：机械工业仪器仪表综合技术经济研究所、中国石油天然气股份有限公司抚顺石化1GB/T39115—2020过程自动化能效评估方法下列术语和定义适用于本文件。[GB/T23331—2012,定义3.5]能源的物理或化学形态的变换。[CEN/CLC/TR16103:2010,定义4.1.7][CEN/CLC/TR16103:2010,定义4.1.6][CEN/CLC/TR16103:2010,定义4.1.8][GB/T23331—2012,定义3.7][CEN/CLC/TR16103:2010,定义4.2.8]输出的能源、产品、服务或绩效与输入的能源之比或其他数量关系。如：转换效率、能源需求/能源2GB/T39115—2020[GB/T23331—2012,定义3.8][CEN/CLC/TR16103:2010,定义4.3.8]2.10[CEN/CLC/TR16103:2010,定义4.5.1]2.11[GB/T24040—2008,定义3.21]2.12[GB/T24040—2008,定义3.25]2.13[GB/T19659.1—2005,定义3.11]2.14[GB/T24040—2008,定义3.11]2.15[GB/T6988.1—2008,定义3.1.2.16[GB/T24040—2008,定义3.30]2.17[GB/T24040—2008,定义3.35]3GB/T39115—20203过程工业生产能效相关因素能效反映生产过程中投入与产出的比例关系。影响生产过程中各个环节能源与物质消耗的因素都产出因素。3.2能源消耗等的消耗量。过程工业生产过程中设备、生产单元、生产工艺段以及其他产品生产全过程所产生的各类污染4过程工业能效评估指标效情况进行描述。4GB/T39115—2020——管理能效指标：应考虑管理工作对企业能效的影响，主要包括关键设备和生产单元的计划外停机指标、原材料和辅助材料质量指标等；——生产能效指标：应考虑生产过程对企业能效的影响，主要包括生产设备单位产能能耗、生产设---环境能效指标应考虑生产过程对环境的影响，主要包括单位产品污染物排放指标等。——设备级能效指标：主要包括设备计划外停机、设备单位产能能耗、设备能量转换效率等。---过程级能效指标：主要包括生产单元计划外停机、生产单元单位产能能耗、原材料和辅助材料污染物排放等。过程工业能效评估指标体系如图1所示。能效指标能效指标管理能效指标①设备计划外停机①生产单元计划外停机量①原材料质量①生产设备单位产能能耗②生产设备能量转换效率①生产负荷率①单位产品污染物排放指标设备级能效指标系统级能效指标经济能效指标环境能效指标生产能效指标图1过程工业能效评估指标4.2能效指标定义4.2.1单位产品能耗指标单位产品能耗指标(7u)应按照式(1)计算：式中：E——产品的综合耗能，单位为吨(t);单位产品能耗指标也可转换为单位产品能源成本指标。…………4.2.2单位产品能耗收益指标单位产品能耗指标(ηe)应按照式(2)计算：5GB/T39115—2020式中：…………Eb——单位产品消耗的能源成本，单位为万元。4.2.3生产设备/单元单位产能能耗生产设备/单元的单位产能能耗指标(yc)应按照式(3)计算：式中：E——设备/单元综合能耗，单位为吨(t);Mp——设备/单元中间或最终产品产量，单位为吨(t)。………4.2.4生产设备/单元能量转换效率生产设备/单元的能量转换效率指标ηr应按照式(4)计算：式中：4.2.5生产设备/单元计划外停机指标生产设备/单元计划外停机指标(ηp)应按照式(5)计算：式中：Tw-—单位时间段内的生产时间，单位为小时(h)。4.2.6原料和辅助材料质量指标对于其成分含量影响产品质量的原料和辅助材料，应设置质量指标。原料和辅助材料的质量指标可定义为实际成分值与限值(上限值或下限值)的偏离量和限值的比值。4.2.7生产负荷率生产负荷率指标(ηL)应按照式(6)计算：式中：…………P₁——某类产品在规定时间内的实际生产量，单位为千克(kg)或吨(t);Pa——某类产品在规定时间内的设计生产能力，单位为千克(kg)或吨(t)。4.2.8单位产品污染物排放指标单位产品污染物排放指标(ηp)应按照式(7)计算：6GB/T39115—2020……式中：Ms———污染物排放，单位为千克(kg)或吨(t);Mp——产品产量，单位为千克(kg)或吨(t)。5过程工业能效评估通用模型过程工业生产能效评估模型如图2所示。模型中包含的主物料因素包括输入物料M;、输出物料M。、输出产品M。、输出废品Mw。模型中包含的辅助物料因素包括输入辅助物料M、回收辅助物料M₂、辅助废料Mws。模型中包含的能量因素包括物料输入能量Em、物料输出能量Emo、输入能量E、输出能量E。、可回收能量Er、消耗能量E。其中消耗能量E.包括生产中的使用能量E,和损失能量E。模型中包含的生产管理因素作用于设备/过程/系统实体，会直接或间接地影响整个设备/过程/系统的物料和能量消耗。回收辅料M设备/过程/系统边界输出产品M输出物料M。物料输入能量Em一物料输出能量Em输出废品Mwo设备/过程/系统对象输入物料M图2设备级/过程级/系统级能效评估模型能效评估模型体现了物质平衡和能量平衡。物质平衡方程见式(8):能量平衡方程见式(9):式中，物料输入能量Em、物料输出能量Em受温度、压力等因素影响，难以计量，可不做统计。过程生产系统按工艺分成不同的生产过程。应针对每个设备和过程来分析输入、输出、使用、回收和损失的资源。资源包括物料、产品和能量。设备对应于管理能效指标和生产能效指标，过程对应于管理能效指标和生产能效指标，系统对应于经济能效指标、管理能效指标和环境能效指标。具体指标应从指标体系中选取。过程生产能效指标分析如图3所示。7GB/T39115—2020回收资源Rc²损失资源R₁₂1)管理能效指标2)生产能效指标生产过程2设备21设备2m1)管理能效指标2)生产能效指标使用资源Ru使用资源R使用资源R1)经济能效指标2)管理能效指标3)生产能效指标4)环境能效指标设备11回收资源Rc1回收资源Rc损失资源R能效基准是为了比较能效水平所提供的基础量化值。能效基准的建立方法包括：理建模方法建立的能效基准是理想值；过去历史段的数据或历史最优数据；上述两种情况都不可行情7过程工业能效评估通用流程过程工业生产能效通用评估流程如图4所示。8GB/T39115—2020评估对象边界及组成部分分解建立评估对象及组成部分的评估模型(能源流和物料流)评估对象和组成部分的多能效指标计算能效指标与基准对比和分析能效诊断对应的能效基准能效指标体系b)根据评估对象，界定评估边界；并根据生产流对于能源消耗量非常小的设备或过程可以忽略不计；8过程工业能效诊断9GB/T39115—2020(资料性附录)A.1概述A.2设备能效评估示例——换热器A.2.1评估模型及指标输入高温高压裂解气输入锅炉水输出低温低压裂解气输出过热蒸汽和水图A.1换热器能效评估模型y=Q₁/QaA.2.2输入输出参数换热器的输入输出参数现表A.1。表A.1换热器输入输出参数表(示例)序号输入输出参数项示例活1开转裂解气：乙烯/丙烯/C4/汽油/品气/甲烷/元油33%/15.5%/12%/22.6%/1%/11.4%/4.5%2协调管程入口协调Tpi/管程出口协调Tp3壳程人口协调Ts/壳程出口饱和蒸汽协调TGB/T39115—2020废A.1(续)序号设备设工源系项素述服4理按程定备炉理按Ppi/程定工炉理按Pp0.25MPa/0.04MPa5壳定备炉理按P,/壳定工炉理按P。6因解程定因解Sp7壳定锅参与因解S,A.2.3过程源耗出物水反料例数绩污率解分压作二排烯(c):c=3.596kJ/(kg·℃)。耗分染排解：Qa=125.52×10⁶kJA.3位管过程能效理输——离心压缩设A.3.1能效备产品源耗照标用料例和定或效缩料例数放管理出指收业生需象，料例数放管理出指缩比系收5。标用料例物质或效缩之料例数放管理出指，义过业生相关元消A.2。输入低压裂解气裂解气离心压缩机输出高压裂解气入A.2离心压缩设过程能效备产现此理出指过行(η)一收义过业生产能：7=N;/NN,——轴务行，为界设备义解，输入收调进(kW)。A.3.2指标指单排放放管理出指缩设备设工源系元考A.2。表A.2离心压缩机输入输出参数表(示例)序号段数裂解气流量Q;/(kg/s)入口温度T;/出口温度T。i/K入口压力Py/出口压力P₀;/(MPa)入口绝热指数Kj/出口绝热指数K。进气口压缩系数Zy/出气口压缩系数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,对应段数。A.3.3能效指标计算A.3.3.1计算公式主要计算包括：a)段压缩比e;E;=P。;/P;(j=1～5,对应段数)式中：P;——第j段出口压力，单位为兆帕(MPa)。b)绝热指数K;K;=(K;+K。;)/2(j=1～5,对应段数)式中：K;——第j段进气口压缩指数；K。;——第j段出口绝热指数。c)压缩系数Z;Z;=(Z;+Z。;)/2(j=1～5,对应段数)式中：Z;——第j段进气口压缩系数；Z。;——第j段出气口压缩系数。d)多变指数m,(j=1～5,对应段数)式中：P;-——第j段出口压力，单位为兆帕(MPa);T——第j段入口温度，单位为开尔文(K);To;——第j段出口温度，单位为开尔文(K)。e)多变效率7o7=(m;/m;-1)/(K;/K;-1)(j=1～5,对应段数)式中：m;——第j段多变指数；K;——第j段绝热指数。f)内功率NQ第j段工况质量流量，单位为千克每秒(kg/s);m;——第j段多变压缩指数；T,——第j段进气温度，单位为开尔文(K);E;——第j段压缩比；7o——第j段多变效率。A.3.3.2计算结果离心压缩机参数计算结果见表A.3。表A.3离心压缩机参数计算表(示例)序号段数压缩比E绝热指数K;压缩系数Z;多变效率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,对应段数。N;=Z;-1~5N;=32014.82(kW)裂解气离心压缩机的轴功率设计值N。为40171kW。压缩机的效率：η=N;/N.=32014.82/40171=79.7%A.4过程能效评估示例——乙烯裂解炉A.4.1评估模型及指标乙烯裂解炉的能效评估模型见图A.3。GB/T39115—2020热空气裂解气指A.3通用分析基过程能效产工虑段估标通评过行(η)作使定过生产能效：η=(1-QL/QG)×100%式参：Q₁——变都是定设，统分使水反(kJ);A.4.2过程评估标业A.4.2.1标业生图准流可计机式模基析考过行(η):η=[1-(Qu+Qi₂+Qi3)/Qc]×100%QG=Qdw+Hrx+Qw+Qwi式参：Q—---工果都是评设，统分使水反(kJ);Q12——算理系数例比图算去都是评设，统分使水反(kJ);QL3——两评都是评设，统分使水反(kJ);Qdw-——算理或历述没示评设，统分使水反(kJ);Hrx——算理程业评，统分使水反(kJ);Qw——雾系本的录显评，统分使水反(kJ);Qwi——算去关规热录显评，统分使水反(kJ)。不简系机式实计：式参：tg——工果将结，统分使摄氏结(℃);t。——述物将结，统分使摄氏结(℃);△t——将差，统分使摄氏结(℃);Wco——工果参为值系如际设；α——规热出用。A.4.2.2指标计算取经济诊断厂1号料参设分效相备据：烟单算一氧不碳含可：Wco=0适单定剩通备：α=1.24A.5系统目次评估示例乙烯生产系统A.5.1评估模型及指标等析制不企工诊断业生通用为指，以程艺定过大连计原估预型、料参、急冷、准流、冷模基、型模基、及冷、废碱氧不数体化加氢要中元组成。诊断业生通用分产能消耗出评见标A.4。LPG石脑油轻烃进料加氢裂化尾油减一减顶油加氢碳五丙烷驰放丙烯调质油长母烷乙烯一裂解碳四裂解汽油加氢汽油加氢碳五未加氢碳五加氢碳九污油污油乙烯废油调质油冲洗油蒸汽凝液(凝结水乙烯返炼丙烯返炼蒸汽凝液(凝结水图A.4乙烯生产系统目次评估模型选取诊断业生通用分诊断和丙断中提生品产因(η)作为产能物管：η=E/Mp式算：E——生品分量的因产，中提为吨(t);GB/T39115—2020Mp——产品产量，单位为吨(t)。A.5.2能效指标计算A.5.2.1计算公式主要计算包括：a)乙烯生产系统输入能量：M,——输入的第i种燃料、蒸汽、电、水或耗能工质的质量，单位为吨(t)、千瓦时(kW·h)或立方米(m³);R,——折能系数，即为输入的第i种燃料、蒸汽、电、水或耗能工质与千克标准油的换算关系，GB30250—2013对折能系数做了规定；Q;———外界输入乙烯生产系统的第j种能源量，单位为千克标准油(kgoe)。b)乙烯裂解装置能耗乙烯裂解系统包括乙烯裂解装置和汽油加氢装置。乙烯裂解装置耗能分摊系数0.7,汽油加氢装置的耗能分摊系数0.3。消耗能源种类包括燃料、水、电、蒸汽、氮气和风，所有能源都折算成标准油：c)汽油加氢装置能耗汽油加氢装置消耗的能源种类包括水、电、蒸汽以及氮气：R脱盐水×0.3+M循环水×R循环水×0.3+M热水×R热水×0.3A.5.2.2指标计算指标计算如下：a)输入条件以某日相关数据计算能效：乙烯产量2546.41t,甲烷的自产率为12%,使用的燃料为燃料气。b)能耗计算E₁=En+E₂+E₃+E₄+E15=1293458.66kgoeE₄=Eqi+E+E₃+Eq=147796.33kgoec)能效指标计算能效指标计算包括：1)乙烯单位产品能耗2)象烯单位产品能耗GB/T39115—2020[1]GB/T2587—2009用能设备能量平衡通则[2]GB/T2589—2008综合能耗计算通则[3]GB/T3484—2009企业能量平衡通则[4]GB/T3485—1998评四企业合理用电技术导则[5]GB/T6422—2009用能设备能量测五导则[6]GB/T6988.1—2008电气技术用文件的第制绝1部分：规则[7]GB/T8174—2008设备及管兆号热效果的测五与评四[8]GB/T8222—2008用电设备电能平衡通则[9]GB/T13234—2018用能单位节能量计算方法[10]GB/T