上海鍋爐廠：火電鍋爐領域的智能化實踐
發布時間：2023-08-24 www.xstr.xyz
“十四五”期間，國家大力發展數字經濟、推進數字產業化和產業數字化，數字化轉型已成為各行各業的“必修課”。“數字化轉型”專題報道將從多角度剖析制造企業數字化轉型的現狀、發展與未來，匯編發布一系列富有價值的專家觀點和企業案例文章。通過標桿企業示范引領，帶動產業鏈數字化轉型，賦能制造業高質量發展。
當前，中國進入經濟社會全面數字化時代，制造業是國民經濟的主體，持續推進制造業轉型升級是鞏固壯大實體經濟根基的重要舉措，制造業數字化轉型是產業數字化的重點體現。
上海電氣集團是世界級的綜合性高端裝備制造企業，作為中國工業的領導品牌，上海電氣在數字化轉型方面也一直走在前列。2022年，上海電氣集團發布題為《數制融合·智慧賦能》的白皮書，梳理了上海電氣數字化轉型的實踐場景和成功經驗，嘗試總結形成了一整套裝備制造業數字化轉型基因模型，助力制造企業開展數字化轉型。集團多家企業依托在行業的深厚發展與上海電氣集團數字科技有限公司（簡稱“電氣數科”）的合作，積極進行數字化轉型、智能工廠建設，探索出一條適合本行業發展的數字化轉型之路。我們將以案例的形式，展示上海電氣集團的各公司數字化轉型的實踐與經驗。
本期，我們將以上海鍋爐廠有限公司（簡稱“上鍋”）為代表，探索大型制造企業的數字化轉型之路。
前言概要
2020年8月，國資委印發《關于加快推進國有企業數字化轉型工作的通知》，提出以智能制造為主攻方向，打造制造業數字化轉型示范等，為制造業數字化轉型方向提供了參考。2021年12月，國家工信部、發改委等8部委印發《“十四五”智能制造發展規劃》，提出到2025年，規模以上制造業企業大部分實現數字化網絡化，重點行業骨干企業初步應用智能化。2022年10月，上海市發布《上海市制造業數字化轉型實施方案》，到2025年，規模以上制造業企業數字化診斷全覆蓋，形成10個試點示范園區，200家示范性智能工廠，30個行業性工業互聯網平臺，40家“工賦鏈主”，50個數字化轉型超級場景。隨著新一代新技術與業務融合的不斷深化，少部分國有企業在實現業務流程的數字化管理、運行的基礎上，轉向有效應用新一代信息技術構建數字時代競爭能力，開展新技術、新產品、新模式和新業態培育，推動業務創新轉型。據中國企業聯合會統計，開展網絡化協同、服務化延伸、個性化定制的國有企業比例大幅提升，總共98家央企中已有64家央企（超過60%）專門設立了數字產業公司，2020年收入規模超2000億元。
2022年是上海電氣成立120周年，也是上海電氣搶占新賽道、壯大新動能、推進“十四五”戰略的關鍵之年。120年是上海電氣深耕主業、合作共贏、融合發展賦能全球的創新征程。120年的蛻變，上海電氣見證了中國工業的崛起，從全球高端裝備技術引進來的主力軍，成長成為中國高端裝備走出去的金名片。
在數字化浪潮下，上海電氣推進新一輪高質量發展，著力推進“智慧能源、智能制造”的雙智聯動，“產業智能化、服務產業化”的雙輪驅動，“能源互聯網、工業互聯網”的雙網互動。上海電氣各產業企業正在紛紛探索數字化，集團已經成立了數字科技公司，以數字技術賦能產業企業的高質量發展。
上鍋簡介
上海鍋爐廠有限公司是全球領先的綜合能源解決方案提供商之一，是新中國最早創建的專業制造發電鍋爐的國有大型企業。
公司位于上海市閔行區華寧路250號，占地面積52萬平方米，公司在冊員工數1800余人，電站鍋爐年制造能力達2700萬千瓦。經過半個多世紀的開拓進取，公司已成為電站鍋爐（島）、環保（島）、化工技術與工程、鍋爐改造、太陽能發電、垃圾焚燒鍋爐、特種鍋爐、壓力容器、鋼結構等產品和服務的重要提供商之一。
面向“十四五”，公司堅持轉型發展的戰略,以客戶為中心，以市場為導向，為客戶創造價值，全方位提升市場美譽度，力爭實現三個轉變：一是實現從以煤電為主向以煤電為基礎，以化工技術和工程、可再生能源為重要支撐的行業轉變；二是實現從國內市場為主向國內、外市場并重的市場區域轉變；三是實現從以設備制造為主向核心技術、核心設備、系統方案和工程承包提供商的市場角色轉變。
進入新時代的上鍋時不我待、只爭朝夕，彰顯“共創蒸蒸日上的生活”的企業精神，致力于成為一個受人尊敬的企業、一個為市場提供一流產品與服務的企業，一個內部高度協同的企業，一個干部與職工創業發展的企業，最終成為一個“國內第一、國際一流”的世界級企業。
上鍋數字化轉型實踐
1、數字化轉型的發展現狀、背景和必要性
上鍋在兩化融合建設過程中，歷經了制造業信息化和兩化融合等各個階段，通過二十幾年的不懈努力，進一步發揮信息化對公司戰略目標實現的推動作用，提高辦公自動化、決策科學化、管理現代化水平，促進鍋爐行業科技進步，提升企業生產力和市場競爭力。從1999年開始開展基礎建設，為了適應業務發展需求，啟動了信息化建設，逐步建立了集團統一的辦公自動化、知識管理平臺KOA、圖紙及技術文件審批簽名歸檔信息管理系統、項目信息反饋系統PPMS、企業資源管理系統(SAP)、MES系統、NCR系統、AMS系統、SRM系統、CAPP、質量檢驗系統等核心業務信息系統。
鍋爐作為傳統能源行業，正在進行數字化轉型及創新等方面的工作。鍋爐產品的用戶已經意識到發展智能化的重要性和緊迫性，對上鍋的智能化提出了相關的要求。
2、戰略規劃、實施路徑、發展階段、應用場景及取得的成效
在業務領域，上海鍋爐廠將改變原來純制造廠的定位，業務模式將轉變為設計+制造+服務。將全生命周期智能運維模塊將變成上鍋新的業務增長點。
在服務領域，上海鍋爐廠將逐步減少現場服務人員的出差頻次，以智能運維手段代替技術服務人員的現場指導。不僅減少了差旅費成本，也可避免由于技術服務人員水平不一致導致的服務質量差異。
在管理領域，火電企業可利用智能運維平臺，對檢修和運行進行更先進的管理，改變原來經驗式的管理模式，變為以數據基礎為依據、以精準預測為導向的精細化管理。
通過上線SG-BOX，賦予鍋爐全生命周期的屬性，并給產品“眼睛”和“大腦”，實現鍋爐檢修智能化預警，提供精確的運行指導建議，提升機組經濟性，縮短檢修周期，減少更換工作量，減輕用戶工作壓力，提高鍋爐運行質量，真正做到火電企業的降本增效。
上鍋國內的在役存量鍋爐有近千臺，模塊開發完成后，預計三年內每年銷售20臺套智能化模塊，年銷售額近4000萬元。經過市場培育及開發，三年后預計每年將有50臺套智能化模塊的銷售量。后續還將通過軟件升級、更新、技術服務等多維度、多手段與客戶建立密切的商務往來。
對火電企業而言，部署智能化模塊后，可有效降低供電煤耗約1.5g/kw.h，直接經濟效益500萬元/年（按單臺600MW超臨界機組計算），年降低燃煤消耗7200噸（按標煤計算），年降低CO2排放1.7萬噸；可延長火電企業檢修周期，減少檢修工期，直接經濟效益240萬元/年（按單臺600MW超臨界機組計算），大幅降低非停率，保證電網安全；利用機器人巡檢及檢修，可進一步提高火電企業巡檢人員的安全保障及火電企業安全管理水平。
3、數字化工廠建設概況
上鍋集箱制造數字化車間，主要制造鍋爐關鍵部件--集箱，目前已具備離散型制造智能化應用水平，初步形成數字化與工業化融合。上鍋集箱制造數字化車間建設是對設計、工藝、制造、質檢等進行業務流程再造、數字化提升。通過物聯網技術對關鍵設備進行管控，并結合數字化設計和鍋爐數字孿生平臺，把設計、采購、制造、運維有機結合，縮短制造周期、提升生產效率、降低生產成本、提高產品質量，提升客戶滿意度。上鍋目標是擬通過打造集箱數字化車間并進一步拓展智能制造應用，信息化與工業化深度融合，構建管理、設計、制造一體化的智能制造工廠。
4、數字化轉型的難點和成功的關鍵要素
制約鍋爐服務增長的主要因素有檢修人工費高、設備故障不可預測、受熱面壽命無法預估、燃料成本高漲等。數字化鍋爐的重點和難點在于：
? 鍋爐受熱面壽命可實時預測：目前均采用周期性檢修并進行相關測厚的方式，來進行受熱面壽命的檢測。這種方式容易遺漏相關信息，且無法及時預估受熱面失效時間，易造成機組的非停。
? 減少鍋爐檢修相關費用：鍋爐關鍵受熱面的測厚及清灰，目前均為人工清理。由于鍋爐爐膛大，人工測厚及清理需搭建全爐膛腳手架，不僅拖延工期，成本已非常高。
? 受熱面按需吹灰：目前各受熱面的吹灰均采用周期性吹灰的方式，部分電廠運行水平較高，輔助參考一些運行參數對吹灰周期進行及時調整，但整體來說仍未達到按需吹灰的目的。
? 鍋爐自動化燃燒調整：目前主要的燃燒調整試驗由各大電科院完成，電科院完成后提供相應的運行工況卡，運行人員按該方式運行。由于試驗范圍不可能完全包括所有運行工況，因此實際運行時燃料發生變化或其它相關設備運行工況發生變化，推薦的運行工況卡將失效，各班組的運行人員將采用自身經驗進行調整，導致調整效率不高，效果不佳等問題。
制粉系統自化優化：由于目前煤粉細度和煤粉濃度無法自動測量，為保證制粉系統的安全和出力，火電企業均采用高一次風量運行，這不僅影響鍋爐效率，對制粉系統設備的安全也造成了隱患。
在線顯示鍋爐各主要部件三維膨脹量：目前鍋爐配置的膨脹指示器均設置為就地，各指示器無規律的分布在80米高度的鍋爐上，導致讀數困難。且就地膨脹指示器受安裝質量影響較大，誤差較大，不能準確反應鍋爐的膨脹情況，易造成鍋爐膨脹不暢應力集中，導致受熱面失效的情況。
腐蝕監測及預警：由于燃料價格上漲，大部分火電企業均要燃用高硫煤以攤平運營成本，其H2S腐蝕的風險非常高。H2S腐蝕后，受熱面失效速度非常快，受影響的受熱面面積大，其造成的結果非常嚴重。目前火電企業均未設置為H2S濃度的測點，無法實時了解爐內腐蝕狀態，該問題成為火電鍋爐運行的典型隱患。
腐蝕監測及預警：受環保政策影響，部分火電企業開始燃用生物質和城市污泥，導致煙氣中HCL濃度飆升，造成受熱面的腐蝕。目前電廠均無HCL的測量手段，因此急需對HCL濃度進行在線測量，以保證鍋爐的安全運行。
通過建設電站鍋爐智能運維軟件，整合數字化、信息化、可視化的設計數據和檢修數據、運行數據。在智能檢修方面，通過將鍋爐三維可視化技術與火力發電廠鍋爐設備技術管理工作相結合，對鍋爐本體設備及外管道進行精細化建模，可實現鍋爐內外部構造及外管道的三維可視化展示。利用三維數字化管理系統，可以實現對鍋爐主要承壓及受力部件的原設計狀態、運行狀態、改造狀態、歷次檢修狀態及相關資料、圖紙、運行情況進行數字化管理；可以對鍋爐防磨防爆及檢查檢修數據進行整理及分析，摸索研究鍋爐承壓部件損壞規律，制定合理的檢修計劃，降低鍋爐四管泄漏概率。同時，為進一步提高檢修效率，降低檢修成本，對于鍋爐爐膛水冷壁的檢修測厚可采用機器人方式。機器人檢修測厚可全爐膛測量，無死區、定位數據、測量精準，對進一步減少人力成本有重要意義。
5、數字化轉型的下一階段規劃和市場需求
建成火電鍋爐領域的標桿智能化項目，全方位地提升機組安全性、環保性、經濟性，實現大幅降低機組的非停，減少人力成本，提升鍋爐效率的目標，為火電企業實現“碳中和”、“碳達峰”提供支撐和幫助。
數科賦能
上海電氣集團數字科技有限公司為上海鍋爐廠規范業務流程，通過CRM、ERP、MES的實施將數據高度集中并實現各系統高度協同，減少工作重復，提升業務效率，實現數據的精準流轉，建立以數據為核心的產、供、銷及項目管理體系。系統的集成提升了上海鍋爐廠的經營管理能力和人員的工作效率，減少系統切換時間80%，提升數據準確性40%，有效降低業務風險。
通過ERP、APS、MES、WMS、QMS等系統的實施，對各項數據和業務實時監控，打造數字化工廠，并基于系統和數據的高度集成，利用星云智匯工業互聯網平臺實現上海鍋爐廠“運”、“維”數字化、智能化，以數據為中心，以業務為本搭建系統體系，自下而上與自上而下的設計相結合構建數字化工廠。
供需對接
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