本标准规定了用于过程工业的能效评估指标体系、能效评估通用模型和能效评估通用流程。 本标准适用于过程工业的能效评估、能效诊断等。

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ICS25.040
中华人民共和国国家标准
GB/T39115—2020
过程自动化能效评估方法
Energy efficiency evaluation methods for process automation2020-10-11发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2021-05-01实施
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术语和定义
过程工业生产能效相关因素
能源消耗
物质消耗
污染排放
生产管理
产出因素
4过程工业能效评估指标
过程工业能效相关指标概述
4.2能效指标定义
5过程工业能效评估通用模型
能效基准
过程工业能效评估通用流程
过程工业能效诊断
附录A（资料性附录）
参考文献
能效评估示例
图1过程工业能效评估指标
设备级/过程级/系统级能效评估模型图2
过程生产能效指标分析
能效评估流程框图
换热器能效评估模型
离心压缩机能效评估模型
乙烯裂解炉能效评估模型
乙烯生产系统能效评估模型
换热器输入输出参数表(示例）
离心压缩机输人输出参数表（示例）离心压缩机参数计算表（示例）SG
GB/T39115—2020
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本标准按照GB/T1.1-2009给出的规则起草GB/T39115—2020
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分公司、大连理工大学、中国科学院沈阳自动化研究所、浙江大学本标准主要起草人：王麟琨、张春庭、钱新华、邵诚、邹涛、赵均、王克峰、张士博、丁宝苍、王洲m
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1范围
过程自动化能效评估方法
GB/T39115—2020
本标准规定了用于过程工业的能效评估指标体系、能效评估通用模型和能效评估通用流程。本标准适用于过程工业的能效评估、能效诊断等。术语和定义
下列术语和定义适用于本文件
能源energy
电、燃料、蒸汽、热力、压缩空气以及其他类似介质。注1：能源包括可再生能源在内的各种形式，可被购买、贮存、处置，在设备或过程中使用以及被回收利用。注2：能源可被定义为一个系统产生外部活动或开展工作的动力。［GB/T23331—2012，定义3.5]
能量转换
energy conversion
能源的物理或化学形态的变换
「CEN/CLC/TR16103：2010.定义4.1.72.3
primaryenergy
一次能源
还未经历任何转换过程的能源。注：一次能源包括不可再生能源和可再生能源。来自所有能源资源的一次能源总和可称为总一次能源，［CEN/CLC/TR16103:2010.定义4.1.6]2.4
原secondaryenergy
二次能源
由一次能源的能量转换所得到的能源。注：二次能源包括电力、汽油、过程蒸汽和压缩空气、［CEN/CLC/TR16103:2010.定义4.1.8]2.5
energyconsumption
使用能源的量。
［GB/T23331-—2012.定义3.7]
energysaving
实施能效提升行动后，能耗的减少。［CEN/CLC/TR16103:2010.定义4.2.8]2.7
energyefficiency
输出的能源、产品、服务或绩效与输人的能源之比或其他数量关系。如：转换效率、能源需求/能源1
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GB/T39115—2020
实际使用、输出/输人、理论运行的能源量/实际运行的能源量。［GB/T23331—2012，定义3.8］2.8
efficiencyindicaton
能效指标
能效的指示值。
[CEN/CLC/TR16103:2010，定义4.3.82.9
单位能耗
specificenergyconsumption
每物理单位输出的能耗。
CEN/CLC/TR16103：2010.定义4.3.102.10
energymanagement
能源管理
指导和控制实体的能源使用的协调活动。[CEN/CLC/TR16103:2010.定义4.5.1]2.11
输入input
进入一个单元过程的产品、物质或能量流。［GB/T24040—2008，定义3.21]2.12
output
离开一个单元过程的产品、物质或能量流[GB/T24040—2008.定义3.25]
device
实现控制、执行和（或）传感功能以及与自动化系统内其他此类实体连接的实体。GB/T19659.12005.定义3.11
process
一组将输人转化为输出的相互关联或相互作用的活动。[GB/T24040—2008.定义3.11]
产品product
劳动的或自然过程或人工过程的预期或已完成的结果。[GB/T6988.1—2008,定义3.1.11]2.16
排放releases
排放到空气、水体和土壤中的物质。［GB/T24040—2008，定义3.30]］2.17
处置的或打算予以处置的物质或物品。[GB/T24040—2008.定义3.35]
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3过程工业生产能效相关因素
3.1概述
GB/T39115—2020
能效反映生产过程中投人与产出的比例关系。影响生产过程中各个环节能源与物质消耗的因素都是能效影响因素。在过程工业生产过程中考虑的能效因素有能源消耗、物质消耗、污染排放、生产管理、产出因素。
3.2能源消耗
过程工业生产过程中设备、生产单元、生产过程以及其他产品生产全过程所消耗的各类能源介质的消耗量，包括一次能源和二次能源，示例：石化行业生产消耗的能源介质有电能、燃气、燃油、蒸汽、水、压缩空气、氮气等，3.3物质消耗
过程工业生产过程中设备、生产单元、生产过程以及其他产品生产全过程所消耗的各类物料、辅料等的消耗量。
示例：乙烯生产过程消耗的物料有混合石脑油、加氢尾油等，消耗的辅料有各类催化剂、添加剂等：钢铁生产过程消耗物料有铁矿石，辅料有冷却剂、增碳剂等。3.4污染排放
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排放
示例：钢铁生产过程排放的水污染物、大气污染物和固体废物等废弃物。大气污染物主要含氟、二氧化硫、各类颗粒物等，水污染物主要含氟化物、氰化物、铅等重金属、悬浮物等，固体废物主要包括高炉炉渣、钢渣等。3.5生产管理
过程工业生产过程中对设备、生产单元、生产工艺段的现场操作、工艺参数设置与调整等，以及对原料、中间产品及最终产品质量检测和保障，物料和能源供需平衡等因素。示例：高炉，裂解炉等的出口温度、空气过剩系数、排烟温度设置等。3.6产出因素
能效的定义是输出的能源、产品、服务或绩效与输人的能源之比或其他数量关系。因此产出因素包括产品的数量、输出的能源量等都会影响能效示例：生产过程中产能、设备能源利用效率、单位能耗的产品产量等，4过程工业能效评估指标
4.1过程工业能效相关指标概述
过程工业生产过程复杂，单一指标难以全方位反映能效的整体情况，应采用多指标从不同层面对能效情况进行描述。
按照过程工业生产相关内容，能效指标可分为：经济能效指标：应考虑能效对企业经济效益的影响，主要包括单位产品能耗指标和单位能耗收益指标等；
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GB/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、生产设备能量转换效率、生产单元单位产能能耗、生产负荷率等；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。按照不同的粒度，能效指标可分为：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、原材料和辅助材料质量、生产负荷率等。
系统级能效指标：主要包括单位产品能耗指标、单位产品能耗收益指标、生产负荷率、单位产品污染物排放等。
过程工业能效评估指标体系如图1所示。能效指标
经济能效指标
设备欲朗效指标
过程级能效指标
察统级能效指标
4.2能效指标定义
工：单位产品能耗
逆危能耗收益
单位产品能耗指标
管理能效指标
T:设各计划外停机
义生产单元计划外停机
原材料质量
辅材料质匹
原材料质望
生产能效指标
江生产设备单位产能能耗
生产设备能三转换效率
然生产病巢位产能柜
()生产负荷率
过程工业能效评估指标
单位产品能耗指标（nu)应按照式(1)计算：E
式中：
产品的综合耗能，单位为吨（t）；产品产量，单位为吨(t)。
注：耗能单位可为标油或标煤
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（nE）应按照式(2)计算：4
环境能效指标
·单位产品污染物排改指标
（1）)
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式中：
Sm———单位产品的销售收入，单位为万元；ne
E—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S
生产设备/单元的单位产能能耗指标（nc）应按照式（3）计算：E
式中：
一设备/单元综合能耗，单位为吨（t）；M.
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应按照式（4)计算：E
式中：
E。—一设备或单元的输出能量，单位为千焦（kJ)或千瓦(kW）；E设备或单元的输入能量，单位为千焦（kJ)或千瓦（kW）。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（mm）应按照式（5）计算：np
式中：
T，一计划外停机时间，单位为小时（h）；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
GB/T39115—2020
·（2）
（4）
·（5）
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(n)应按照式(6)计算：P
式中：
P—一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（np）应按照式（7)计算：（6）
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GB/T39115—2020
式中：
Md——污染物排放，单位为千克（kg）或吨(t)；M，——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Mwo模型中包含的辅助物料因素包括输人辅助物料M.、回收辅助物料M、辅助废料Mw（7)
模型中包含的能量因素包括物料输入能量E、物料输出能量E、输人能量E、输出能量E。、可回收能量E，、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E1。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。
设备/过程/系统边界
输入物料
物料赖入能至上。
设备/过程/系统对象
专生产管理
一输出产品
输出物料
一物料输而能堡
输出度品
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）：
M,+Mi=M+Mw+M.+Mw+M。
能量平衡方程见式（9）：
E,.+Emi=-E,+E.+Em+E。
.（8)
式中，物料输人能量E品、物料输出能量E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。6
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1：管理能效指标
2）生产能效指标
输入资源R
！I）管理能效指标
21生产能效指标
同收资源R损失资源R:
生产过程！
设备！
设备1！
使用资源R.
过程牛产索统
收资源R2预失资源R:2
生产过程2
设备21
设备2m
使用资源下.2
[】经济能效指构
2】普理能效指标
3）生产能效指标
4）环境能效指标
图3过程生产能效指标分析
根据本章的能效评估方法，实际应用中的评估示例参见附录A。6
能效基准
GB/T39115—2020
同收资源Rc，损失资源R，
生产过程”
段备G
使州资源3
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：辅出资源比
机理建模方法：根据热力学定律、化学反应、物理变化等客观规律推导能效函数关系式，采用机a
理建模方法建立的能效基准是理想值：数理分析方法：基于历史数据，通过数据拟合或统计分析方法确定能效基准线；b）
c）经验方法：将行业确定标准，或优秀企业或本企业生产过程中最优能效结果作为能效基准。能效基准优先选取采用机理建模方法计算出的设计值；当没有设计值，可考虑使用数理统计法选取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况下也可采用经验方法确定能效基准。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。TiKaeerKAca-
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能效评估流程应包括：
能效据标体系
对应的能效基准
硒定评估对数
评估对象边界改纽成部外外解
建文评估对象及阻成部分的评
估模型·能源流和物料流：
评估对象和纠成部分的多能效
指标计算
能效指标与基泄对比和分析
能效诊断
图4能效评估流程框图
确定评估对象（设备、生产单元、过程、系统等）；a）
根据评估对象，界定评估边界；并根据生产流程和工艺特点，将评估对象划分为各组成部分：对于能源消耗量非常小的设备或过程可以忽略不计；梳理评估对象各组成部分的能源流和物料流，建立能效评估模型，同时把经济能效指标、管理能效指标、生产能效指标、环境能效指标对应到设备、过程及系统中：d)
针对评估对象的各组成部分，基于已建立的能效指标体系，计算适用的各个指标；e)
将评估对象的各个指标的计算结果，与已建立的能效基准进行对比，并对对比结果进行分析；f）
形成能效诊断输出，用于生产能效优化；g)
采用各种能效优化手段，提升能效水平，同时修改对应的能效基准。8过程工业能效诊断
过程工业的制造过程是连续的，要求运行操作处于平稳状态，应尽量避免反映运行状态的参数存在较大的变化。生产过程出现能效异常时，可通过对设备级、过程级和系统级的多能效指标进行计算和分析，对产生能效异常的原因进行诊断和异常定位，对生产和管理进行相应的调整，相应地改善能效水平。8
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A.1概述
附录A
（资料性附录）
能效评估示例
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以乙烯裂解系统为评估对象，其典型工艺包括：原料预热、裂解、急冷、压缩、冷分离、热分离、制冷、废碱氧化、汽油加氢等。本附录针对设备级、过程级和系统级给出能效评估示例，设备级主要包括：换热器、离心压缩机，过程级围绕乙烯裂解炉，系统级评估围绕乙烯裂解系统。设备能效评估示例—换热器
评估模型及指标
以乙烯裂解过程使用的线性换热器为评估对象，其输人热流体是高温高压裂解气，输人冷流体为锅炉水，输出热流体为低温低压裂解气，输出冷流体为热蒸汽和水。换热器的评估模型见图A.1。输入高温高正裂解气
输入锅炉水
塑能气换热器
输山低温低正裂解气
输出过热蒸汽和水
换热器能效评估模型
选取换热效率（n)作为换热器的能效评估指标：n=Qi/Qa
式中：
Q—实际换热量，单位为千焦（kJ）；Q。—设计换热量，单位为千焦（kJ）。输入输出参数Www.vV99.net
换热器的输人输出参数见表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
裂解气：乙烯/丙烯/C4/汽油/氢气/甲烷/焦油管程人口温度Tμ/管程出口温度T壳程人口温度T/壳程出口饱和蒸汽温度T.示例值
33%/15.5%/12%/22.6%/1%/11.4%/4.5%848℃/514℃
116℃/322℃
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