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新疆石油供水公司

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                                项目概述

                                城市供水管网的智能调度是在保证安全、可靠、保质、保量满足用户用水要求前提下,根据管网监测系统反馈的实时运行状态数据,利用科学的预测手段确定用水量及其分布情况,运用最优化技术,从各种可能的调度方案中,确定一个使系统总运行费用最省,可靠性最高的优化调度方案,从而确定系统中各类设备运行工况,获得满意经济效益和社会效益。

                                项目背景

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                                新疆油田公司供水公司是克拉玛依地区唯一一家集蓄、输、产、转、验、销为一体的供水企业,承担着克拉玛依地区油田生产、农林业灌溉及城市用水的供水任务。主要业务包括:原水的输送和存储、自来水生产、地下水开采、供水管网运行管理、水质化验、生产运行调度、企业供水营销收费管理、农业用水管理、绿化用水管理、水产养殖、大物业管理等方面。供水公司业务点多、面广、战线长,运行、管理难度大,为适应油田高速发展的需要,解决人力资源不断减少的问题,供水公司提出了“管理现代化、供水智能化、服务专业化”的发展战略,大力加强信息化建设工作,几年来,供水公司信息基础设施建设、计算机应用普及、应用系统开发等工作有了较快发展,为信息化建设的深入开展打下了良好基础。

                                克拉玛依市区供水管网形成上、中、下三个环网,三个环网利用地形高差设置,在管网制高点设调节水池,在一定程度上起到定压、调峰蓄水的作用。但长期以来,供水管网运行完全靠经验进行维护、运行和管理,管理人员难以及时精确发现管网及水泵运行中存在的问题,爆管事件频发,漏损率高,水泵能耗大,供水系统难以实现科学合理的调配,严重制约供水智能化发展的水平,实现供水管网智能调配,提高水资源的利用率对克拉玛依市的平稳发展是十分有意义的。

                                项目目标

                                建设供水管网智能调配系统的总体目标是通过广泛使用先进的信息化传感设备和系统,借助完善的信息通讯系统和地理信息系统,开发专业的应用系统和管理系统,建立能够全面感知 、能够自动操控 、能够预测趋势 、能够优化决策的智能供水系统。主要实现以下具体目标:

                                感知目标:应用各种传感设备和系统,构建供水系统的感知网络体系;

                                仿真目标:采用虚拟现实、云计算和数值模拟技术,建立与现实相对应的可交互控制的虚拟环境和实时仿真,实现对供水系统及其运行状况的可视化展示与管理;

                                诊断目标:建立供水安全、运行综合诊断指标体系,通过感知系统进行实时跟踪监测,一旦出现超标事件,能自动判断事件发生的地点、类型和性质;

                                预警目标:应用相应的技术手段和方法对超标事件分析预测,确定影响范围和程度,发布预警信息;

                                调度目标:建立原水调度、水厂调度及管网调度模型,结合实时感知信息, 生成各种调度配置方案并推荐最优调度方案;

                                处置目标:对于突发的供水安全事件,能自动、迅速给出相应的调度应急措施和方案;

                                控制目标:针对各个工艺过程、业务管理的控制环节,运用优化的自适应控制算法,建立所有控制性过程的智能控制模型和有关联关系的联合控制模型;

                                指挥目标:将感知、仿真、诊断、预警、调度、处置统一集成,形成集中控制的指挥和调度平台;

                                数据处理目标:能够对庞大的多源异构数据从数据关联、数据演进、数据维护等方面开展智能化的数据处理;

                                运维目标:对通讯网络和各个业务系统进行统一监控管理,快速定位故障点、确定对业务的影响,实现业务预警、排查和恢复。

                                软件架构


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                                     应用软件是实现整个系统功能的载体,是系统最终能否发挥效用的关键所在,因此可以说管理软件的好坏决定着项目的成败。

                                主要成果及创新点

                                • 取得了有形的成果和知识产权:软件权著作权登记,研论文重要期刊的发表。

                                • 关键技术在行业取得了重大创新:管网评价、分区调度模型实践应用,水表图像识别专利申报。

                                • 突破了供水管网长期以来很难监测的技术,解决了管网漏失的问题,提高了供水效益;

                                • 通过系统实时监测整个供水管网的运行情况,分析出最经济安全的调度方案;

                                • 供水管网智能调配系统在国内外供水行业属于先进系统,按研究报告的调度方案,预估漏失率能降低2-3% 、在生产管理方面管网供水产量提高3-6%、预计每年能耗费用降低2%   左右、预计应急处理时间和效率能提高10%

                                • 研究的成果以模型和应用软件的形式真实落地,供水管网监测进行了创新,将供水管网压力监测数据和流量监测数据实时传送供水公司,随时可以掌握供水管网运行情况;

                                克拉玛依市供水系统管网评价报告

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                                经济效益成果,应用前景广泛

                                 

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                                从管网评价模型运行结果来看,克拉玛依市整个供水管网存在压力普遍偏高的情况,整个管网上环网压力最小,中下环网压力过大,这就容易导致管段的爆管率高而造成水资源不必要的浪费。另外,压力过大必然会导致能耗增加,无形中增加了供水公司的经济压力。

                                根据克拉玛依市供水管网的实际情况和管网评价模型的计算结果,针对整个管网提出的改进方案为:降低泵站扬程(换泵)。

                                基于人工神经网络的城市时用水量预测研究-国内重要刊物发表

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                                基于支持向量机的城市用水量预测研究-国内重要刊物发表

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                                经济和社会效益

                                经济效益

                                本次智能化改造项目完成后,将对十三五期间完成供水公司解困扭亏目标产生深远影响。首先,项目实施后,在人员配备方面,将发生巨大的结构调整;其次,在企业经济效益和运行效率方面,也将比以往有较大的提高。

                                人员方面:供水公司2015——2020年期间,将有257人退休,建立智能化供水系统后,岗位配备人数将完全符合生产发展需要。

                                企业效益方面:企业年支出费用预计节省3900万元。根据岗位人员减少数目,共减少260人,按每人年收入成本15万元计算,共计节省年费用3900万元。

                                生产管理方面:预计供水效率提高5-10%。管理运行决策时间、燃料动力费用等方面都有所减少、调节精度也有所降低。

                                节能降耗方面:预计每年能耗费用降低5%。泵运行的电耗、水处理的加药量将有所降低。

                                应急处理方面:预计应急处理时间和效率能提高20%。智能供水系统将包括应急预案的制定和实施,缩短应急处理时间和效率,且预案更具科学性。

                                社会效益

                                1. 促进城市发展

                                作为戈壁滩上兴起的新兴城市,经过几代人辛苦建设的新疆油田公司已经发展成为具有战略意义的国家石油生产基地,并且已经初步完成了从单一石油城向综合型城市的转轨过程,在此基础上,市政府领导进一步制定了建设“世界石油城”的宏伟蓝图。为了完成此目标,不仅需要石油生产能力进一步提高,同时需要工、农、商、贸等多渠道建设共同进步。

                                新疆油田公司供水智能化改造工程,不仅能够在目前克市源水引用量有限的情况下,最大程度的保障各行业用水供给,支持城市经济建设;同时能够有效提高克市用水效率,优化用水分配结构,平衡城市行业发展需求,在满足克市支柱产业需要的前提下,能够行有余力的鼓励其它行业的发展,为“世界石油城”的建设打造健康的发展环境。

                                2. 保障社会安定

                                新疆油田公司的居民用水主要依赖风城高库存蓄,因此水库及水质安全对于保障城市居民用水至关重要。供水设施的智能化改造,不仅加强了对于水库、大坝安全监测能力,确保设施稳定,同时实时远传的视频监控和触动式自动报警系统也有利于避免人为因素对于水质的破坏,从而降低因为水源污染问题给城市供水带来的不良影响。

                                水不仅是城市发展的重要动力,而且是人民生活的必备之资。新疆油田公司地区的供水管网兴建于城市建设初期,管体狭窄,且因运行年份久远,其内积蓄水垢严重,一旦出现爆管或者逆网输水都会对居民生活用水的水质安全造成重大威胁;同时因为设施老化导致的管路事故频发也易引发群众不满。供水智能化改造对供水管网实现全息可视化监控,并对事故的处理进行自动智能化诊断,从根本上扼制威胁群众用水安全的现象发生。

                                3. 降低能源耗用

                                在供水体系中,泵站、水厂以及水库闸门电机等设备均为高功率设备,其年电能耗用量极其巨大。在实际生产中,为了保障制水工作的顺利进行,通常将泵机等设备超需要负荷甚至是全负荷运转,造成了很多不必要的能源浪费,同时也极大地拉高了制水成本,对环境也造成了重大影响。

                                供水智能化改造工程,对于所有在运行大功率设备实现在线状态监测和智能变频调节,根据实时需要调节设备运行台数和功率,同时对于状态异常的设备及时预警并提请维修,将有效降低供水公司的电能耗用量,既减轻了水厂泵站的供电压力,又降低了碳排放,保护环境。