图扑 Web SCADA 智慧钢厂能源监控 HMI

Posted 2023-02-22 图扑软件

前言

钢铁行业作为我国的支柱产业，也是我国能源消耗的重点行业之一，随着国家节能减排政策的推进，有效实施能源管控是企业提高能源绩效、降低能源成本和提高核心竞争力的重要途径。

通过对钢铁企业能耗现状和能源管理模式的分析可以得知，我国钢铁企业若想实现绿色发展，需以理念转变为基础，以管理创新为主要途径，建立科学的能源管理体系，完善能源管理体制，一定限度地降低能源消耗，提升能源管理水平，促进钢铁企业能源管理发展。

效果展示

通过图扑软件 Web SCADA 工业组态打造智慧钢厂能源监控系统，可实现能源系统电力、动力、水道等各单元的数据采集和控制管理、能源监测和控制、能源介质需求的分析与预测，为提供经济、高质的能源和优质、高效的服务创造了良好条件，同时也为公司能源管理打下良好基础。 

监控管理的能源介质主要有：电力、高炉煤气、转炉煤气、压缩空气、氧气、氮气、氩气、蒸汽、生产水、生活水等，借助 HT 可视化设计绘制出生动形象的 2.5D 设备或建筑，配合瞬时流量和累计流量的关键数据监控，将钢厂水、电、气等能源流向动态呈现出来。

图扑软件基于 html5（Canvas/WebGL/WebVR）标准的 Web 技术，满足了工业物联网跨平台云端化部署实施的需求，以低代码的形式自由构建大屏组态、UI 组态、工业组态、三维组态。从 SDK 组件库，到 2D 和 3D 编辑，到属性修改，构成了一站式的数据可视化解决方案、形成了一整套实践证明的高效开发流程和生态体系。

系统分析

供水

钢铁厂的生产工序几乎都需要用水，大多数工厂的水源可从地表水、地下水，或者沿海取海水使用。主要用于冷却设备构件、产品、副产品和其他介质，还用于洗涤产品或含烟尘气体，剥离钢板表面氧化铁皮、粒化冶金渣和输送物料，制备酸洗液和乳化液等溶液，以及用于生产蒸汽等。

按供水系统中水的利用方式，可分为直流供水系统和循环供水系统，而该案例的供水部分指直流供水系统。

图扑软件以 2.5D 组态图方式展示该系统，从码头和雨水收集池中获取水源后，根据各种用水对水质要求不同，经净水站处理后，供应高棒车间、炼钢车间、发电站等工序使用，并在界面中可对用户所关注的瞬时流量、累计流量进行监测展示。

二次回水

由于钢铁厂的大型化、自动化和生产连续性的水平不断提高，对供水水质的要求越来越高，加以环境保护法规对排水中有害物质浓度的限制越来越严，所以循环供水系统的优越性就更加显著，现在新建的大型钢铁厂普遍都采用循环供水系统。

该案例中二次回水部分指的正是循环供水系统，回收用水设备使用过的水，经水处理中心和深度水处理中心进行处理后，变为二次回水再利用到各个车间和设备。在水使用和处理过程中，会存在部分损失还有少量分散的排水不能回收，要经常向循环水系统补充新水。补充水的多少反映了水的循环利用程度，一般以循环利用率表示，采用循环供水系统，可使循环利用率达到 95% 左右。

钢厂可通过图扑软件的 HT 可视化管理后台进行水资源的合理安排控制，为钢铁工业实现国家“碳达峰”的目标提供有力支撑。

高炉煤气

高炉煤气是高炉炼铁生产过程中副产的可燃气体，主要成分为 CO、CO2、N2、H2、CH4 等，其特点是热值低，产气量大，不过其包含的 N2 和 CO2 会使人窒息，而 CO 则是有毒气体，因此高炉煤气易威胁到工人的生命安全，必须保持煤气设备严密。

高炉煤气在钢铁厂的应用，主要作为燃料用于热风炉、炼焦炉、烧结、石灰窑、轧钢加热炉、炉渣微粉、锅炉加热等工艺中；此外可利用高炉煤气的余压余热发电，将高炉炉顶煤气具有的压力及热能做功转化为机械能，驱动发电机发电，包括湿式、干式、干湿两用型、两座高炉共用型 TRT、高炉鼓风机与高炉透平机同轴型 TRT 等多种形式。

高炉煤气燃烧发电主要有锅炉发电工艺、燃气蒸汽联合循环发电（CCPP）等。此外，利用高炉煤气可以生产多种化工产品，如合成氨、甲醇、醋酸、二甲醚等。利用好这部分副产能源不仅能降低企业的能源消耗，还将改善钢铁企业对周边环境的污染。

采用图扑工业组态 Low-Code 搭建的高炉炼铁生产流程，结合动态效果生动展示制备过程。图扑自研引擎 HT for Web 独创的自定义格式渲染引擎，追求极致的性能，所有组件皆可承受上万甚至几十万以上图元量，上万的表格数据、网络拓扑图元和仪表图表承载力，突破了诸多行业应用传统限制，更好的适应了物联网大数据时代需求。

转炉煤气

转炉煤气是转炉炼钢过程中产生的副产物，其中主要成分为 CO 和 CO2，其热值约为高炉煤气的 2 倍，可作为原料气制备高附加值的化工产品，也可直接用于炼钢或作为燃料使用。转炉煤气与空气的混合爆炸范围为 17%-75%。转炉煤气中的 CO 含量比高炉煤气更高，因此更具毒性。

主要用途：

• 直接用于炼钢；
• 作为锅炉燃料；
• 作为轧钢加热炉或石灰窑燃料；
• 与高炉煤气掺混后用于燃气发电；
• 净化后作为制备化工产品的原料。（变压吸附提纯制备 CO、制备甲醇和乙醇）

蒸汽

蒸汽是钢铁企业生产和生活所必需的能源介质，是除了煤气、电力外占据第三位的能源介质，其地位不容忽视。结合蒸汽利用环节分析得出，低于 0.6MPa 的低压蒸汽主要用于化工生产、生活、采暖等，而高中压蒸汽主要消耗在高炉鼓风机、转炉的真空处理及冷轧等工艺中。

图扑软件以 2.5D 组态图方式展示该系统，在钢铁厂转化炉、轧钢炉等系统中产生的余热蒸汽，通过蒸汽管道之间的支架直接流入余热电厂，借助设置的蒸汽管和支架，进入蒸汽管道和汽轮机主汽阀之间；废热蒸汽形成饱和蒸汽，进入汽轮发电机发电。发电过程中产生的冷凝水经循环冷却水系统的冷凝水泵加压后，返回转炉和钢厂余热锅炉的辅助水箱。再进入辅助水路余热锅炉再生余热蒸汽。形成既能充分利用余热资源，又能有效降低用水量的大型循环系统，对工厂企业的发展具有重要意义。

压缩空气

压缩空气在钢铁厂被广泛用作能源介质，并占所有能源消耗的很大比例（约占总能耗的 5%-15%）。其主要用途可分为: 烧结气力输送、高炉喷吹、连铸蒸汽喷雾冷却、转炉底吹、钢带表面吹风、各种气动仪表阀、空气马达、脉冲袋式过滤器等。压缩空气作为一个主要的动力来源，拥有很多固有的优势，比如安全、经济、适应性强、易于传输，并提供节省劳动力的动力等。

采用图扑软件特殊的材质效果，低代码复现钢厂压缩空气的工艺流程，可验证流程细节的合理性，减少试错成本。

氧气氩气

氧气

在现代钢铁联合企业中，氧气作为钢铁行业第二大消耗的工业气体，具有高度的氧化性，与可燃物可发生剧烈反应，特别是在其纯净状态下，在反应过程中释放出热量，因其反应性主要用于以下几个方面：

• 炼铁：高炉炼铁时，往风中加入氧气，以增加空气的含氧率，即所谓“富氧鼓风”，可强化矿石熔炼过程，提高炉子生产能力，降低焦炭的消耗；
• 炼钢：利用氧气转炉炼钢法，在平炉炼钢和电弧炉炼钢中吹氧，也可缩短熔炼时间和降低能耗；
• 钢坯表面清理：连续铸钢生产的钢坯或初轧钢坯，常用火焰，即用氧气－可燃气体火焰清除钢坯表皮缺陷；
• 熔接和切割：钢铁厂用氧气－可燃气体火焰进行熔接、切割。还大量用于切割大块废钢，烧除凝结在炉口的钢铁；

氩气

氩气因其在高温下完全惰性，以及是真正的惰性气体中很丰富和很便宜的，属于钢铁行业广为使用的工业气体，主要用于在炼钢过程中改善钢的质量。例如，向钢液中吹入氩气，以使成分均匀，清洁钢液，去除钢液中溶解的氢、氧和氮等杂质，并提高钢的质量。吹氩还可以取消还原期，缩短冶炼时间，提高产量，节约电能等。氩气吹炼和保护是提高钢材质量的重要途径，我国已有大多数钢厂采用。

氮气

氮气是消耗很大的工业气体，除了钢铁行业，它还被广泛用于化工、制药、石油加工、玻璃和陶瓷制造等行业。而在钢铁工业中可被用作管道净化的气体、热焦炭干熄灭的冷却剂、高炉炉顶的冷却气体、输送煤粉的载气、底吹转炉的惰性气体、以及钢铁热处理的保护气等。另外氮气也是一种工艺气体，可与其他气体一起用于减少碳化和氮化。

发电

发电站

大型钢铁企业带有自备发电厂，这种发电厂和电力系统的发电厂是一样的，只是机组容量较小，发电以供给本企业用电为主。发电厂除了科室以外，主要分成运行和检修两大部分，具体还分机、电、炉、煤、化多个工种。

TRT 余热发电

TRT —高炉煤气余压透平发电装置(Blast Furnace Top Gas Recovery Turbine Unit，以下简称 TRT) ，是利用高炉冶炼的副产品——高炉炉顶煤气具有的压力能及热能，使煤气通过透平膨胀机做功，将其转化为机械能，再将机械能转化为电能。具体工作原理是由高炉产生的煤气，经重力除尘器，进入 TRT 装置。经入口电动碟阀-入口插板阀-调速阀-快切阀，经透平机膨胀作功，带动发电机发电，自透平机出来的煤气，进入低压管网，与煤气系统中减压阀组并联。

实现价值

相较于 InTouch/IFix/WinCC 这些传统组态软件，图扑基于 Web 的平台更适合 C/S 向 B/S 转型的大趋势，多元素丰富的可视化组件和支持快捷的数据绑定方式，可用于快速创建和部署，完成基于 Web 服务的实时数据监控与服务端的多用户访问等。可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域，为各类工业场景提供 2D、2.5D、3D 多种清晰美观的可视化服务。

利用图扑软件可轻松搭建 No-Code 大屏组态，实现轻量化的数据源管理，支持在线创建云数据接口。支持 2D 可自定义交互逻辑，可延伸到 3D 和 VR 场景，无需二次开发交互逻辑，无需关系鼠标、触屏和 VR 的异构接口。广泛应用于市政、水利、环保、装备制造、石油、化工、国防、冶金、煤矿、配电、新能源、制药、交通、教育、科研、金融等行业，业务涵盖数据展示、态势感知、科学决策等全生命周期监控。

在 10 多年应用基础上不断进行技术创新，与西门子、霍尼韦尔、江森自控、施耐德、研华科技、三一重工、美的、和利时、宝信软件、南方电网、太极计算机、东方电气、顺丰科技、阿里云、腾讯云、华为云、字节跳动、京东物流等均有合作。

企业能源管控平台采用自动化、信息化技术和集中管理模式，对企业的生产、输配和消耗环节实行集中扁平化的动态监控和数据化管理，监测企业电、水、燃气、蒸汽及压缩空气等各类能源的消耗情况，帮助企业加强能源管理、提高设备运行效率和能源利用效率、保证设备经济运行、挖掘节能潜力，成本低，回收期短，经济效益明显，不仅可以提高企业的核心竞争力，同时是保护环境和社会可持续发展的基础和源泉，积极响应国家对于节能降耗的政策，为钢铁行业能源管理提供坚实的基础。

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