淺談信息化系統(tǒng)在中哈管道壓縮機組全生命周期管理中的應用

侯世宇，高吉發(fā)，宗鶴宏，張華卓

（1.中油國際管道有限公司，北京 102206；2.中國石油管道局工程有限公司管道投產(chǎn)運行分公司，河北 廊坊 065000；3.國家管網(wǎng)集團北方管道有限公司廊坊輸油氣分公司，河北 廊坊 065000；4.國家管網(wǎng)集團北方管道有限公司丹東輸油氣分公司，遼寧 丹東 118001）

1 研究背景

中哈天然氣管道是中國-中亞天然氣管道的重要組成部分，中哈天然氣管道單線長度1304 公里，三線并設(shè)，設(shè)計壓力9.81MPa，其中AB 線設(shè)計輸量300 億方/年，C 線設(shè)計輸量250 億方/年。由中亞天然氣管道公司（TAPLine）和哈薩克斯坦天然氣輸送公司（KTG）各占50%股權(quán)所組建的合資公司AGP（Asia Gas Pipeline）負責運營管理。

燃驅(qū)壓縮機組是中哈天然氣管道壓氣站廣泛采用的輸氣增壓設(shè)備，管道沿線共設(shè)壓氣站13 座，配置20-30MW 級別燃驅(qū)壓縮機組42 臺，詳細情況如表1 所示。配置特點為機組品牌較為集中，機組功率和選型較為統(tǒng)一但存在部分差異。

表1 中哈天然氣管道壓縮機組配置情況

長輸天然氣管道是典型資產(chǎn)密集型產(chǎn)業(yè)，設(shè)備安全、可靠、高效運行是保障生產(chǎn)任務(wù)的核心，企業(yè)對資產(chǎn)的依賴程度較高，企業(yè)業(yè)績與資產(chǎn)管理水平密切相關(guān)。

鑒于中哈天然氣管道機組規(guī)模、配置差異以及海外復雜的運營環(huán)境，規(guī)劃、建設(shè)一套與之相適應的科學、完備、高效的信息化管理系統(tǒng)頗為必要。

2 機組全生命周期管理策略

2.1 設(shè)備全生命周期管理理念

設(shè)備全生命周期管理（Life Circle Management-LCM）是以保障企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營為任務(wù)，以設(shè)備可靠性和經(jīng)濟性為主要指標，對企業(yè)所屬設(shè)備進行包括從選型設(shè)計、調(diào)試驗收、生產(chǎn)運行、維修保養(yǎng)、升級改造直至停用報廢等設(shè)備全過程所進行的管理。

設(shè)備LCM 可分為三個主要階段。設(shè)備生命前期：進行設(shè)備選型、設(shè)計、采購、安裝、調(diào)試以及狀態(tài)和功能驗收。設(shè)備生命中期：制定操作標準并遵照執(zhí)行，進行必要的保養(yǎng)和維修作業(yè)。設(shè)備生命后期：進行相應的改造和升級，以維持設(shè)備安全、平穩(wěn)運行，當維修及繼續(xù)運行成本遠超新購置設(shè)備成本時，對設(shè)備進行停用和報廢。

在此期間，設(shè)備生命中后期某些階段的運行經(jīng)驗和實踐成果可以反向影響到后續(xù)設(shè)備生命前期的選型設(shè)計決策和生產(chǎn)運行規(guī)則。設(shè)備全生命周期管理流程如圖1所示。

圖1 設(shè)備全生命周期管理流程圖

2.2 機組全生命周期管理架構(gòu)

中哈天然氣管道機組全生命周期管理體系按數(shù)據(jù)流向可分為五個層級。主要有，現(xiàn)場設(shè)備層：通過配備或改造現(xiàn)場設(shè)備使其具備DCS 或PLC 通訊功能，構(gòu)成了數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)。數(shù)據(jù)采集層：現(xiàn)場設(shè)備將運行監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸至機組或SCADA 下位機，而資產(chǎn)數(shù)據(jù)通過SAP 或EAM系統(tǒng)進行收集。數(shù)據(jù)應用層：下位機將數(shù)據(jù)送至SCADA、機組控制面板和遠程監(jiān)控平臺等上位機HMI 進行應用；機組資產(chǎn)和相關(guān)物料淺層管理主要通過EAM 資產(chǎn)接口前端平臺進行。評估決策層：整個機組LCM 的核心層級，從數(shù)據(jù)應用層和數(shù)據(jù)分析層接收數(shù)據(jù)和一次結(jié)論，通過評估后進行機組LCM 構(gòu)架頂層決策。數(shù)據(jù)分析層：大部分機組LCM 數(shù)據(jù)分析功能集中在該層，包括EAM 的運行管理、維護管理、資產(chǎn)管理和物料管理在內(nèi)的各專項模塊，作為機組大數(shù)據(jù)整合和分析工具，為評估決策層提供決策支持。機組全生命周期管理構(gòu)架如圖2 所示。

圖2 機組全生命周期管理構(gòu)架圖

3 機組全生命周期管理信息化系統(tǒng)

3.1 機組全生命周期管理大數(shù)據(jù)平臺

中哈天然氣管道機組LCM 以各類大數(shù)據(jù)的支撐作為管理基礎(chǔ)和依據(jù)，相關(guān)大數(shù)據(jù)具有體量大、多樣性、價值高、速度快等鮮明特征。因此，數(shù)據(jù)采集、格式統(tǒng)一和集中存儲需要通過多數(shù)據(jù)平臺之間的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)整合來實現(xiàn)。

機組大數(shù)據(jù)主要有：SCADA 數(shù)據(jù)平臺的運行類、SAP 數(shù)據(jù)平臺的資產(chǎn)類和EAM 數(shù)據(jù)平臺的綜合類數(shù)據(jù)。其中，SCADA 數(shù)據(jù)平臺立足機組生產(chǎn)技術(shù)管理，通過SCADA 系統(tǒng)自動采集機組運行實時參數(shù)、事件記錄、報警信息、機組狀態(tài)等數(shù)據(jù)并傳輸給EAM 數(shù)據(jù)平臺。SAP 數(shù)據(jù)平臺立足機組資產(chǎn)管理，通過SAP 系統(tǒng)與EAM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口實現(xiàn)機組資產(chǎn)、物資項目、供應廠商、材料需求、備件轉(zhuǎn)移等資產(chǎn)數(shù)據(jù)共享。EAM 數(shù)據(jù)平臺除了接收SCADA 數(shù)據(jù)平臺和SAP 數(shù)據(jù)平臺傳輸?shù)臄?shù)據(jù)外，自身還內(nèi)嵌復合信息采集模塊如：機組檔案、單元信息、故障代碼、作業(yè)標準、維護計劃、工單信息等。EAM 數(shù)據(jù)平臺將以上三大類數(shù)據(jù)進行接收、整合和儲存后形成“機組LCM 大數(shù)據(jù)湖”以作為機組LCM 信息化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。機組全生命周期管理大數(shù)據(jù)湖結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 機組全生命周期管理大數(shù)據(jù)湖結(jié)構(gòu)圖

3.2 機組全生命周期管理信息化系統(tǒng)

作為資產(chǎn)密集型企業(yè)代表的長輸天然氣管道公司，機組設(shè)備是其最重要的資產(chǎn)之一。機組設(shè)備管理信息化是實現(xiàn)企業(yè)降本增效和可持續(xù)發(fā)展的最為重要的手段。

中哈天然氣管道機組LCM 信息化系統(tǒng)建設(shè)，是以EAM系統(tǒng)Maximo 為管理中心，以SCADA、SAP 等三方系統(tǒng)為集成支持，以資產(chǎn)和運維為運行核心，以工單管理為流程主線，以運行管理為功能交互中樞，以資產(chǎn)、運行、維護、物料4個管理模塊為主，進行設(shè)備LCM 和PDCA 循環(huán)管理。機組全生命周期管理信息化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲如圖4所示。

圖4 機組全生命周期管理信息化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

（1）資產(chǎn)管理模塊。資產(chǎn)管理模塊包括設(shè)備生命前中期功能：資產(chǎn)信息管理包含供應廠商、資產(chǎn)位置、資產(chǎn)編碼管理等，通過長期積累篩選質(zhì)量可靠的產(chǎn)品供應渠道。單元細化管理指機組最小可維修單元管理，其劃分原則根據(jù)經(jīng)驗和技術(shù)發(fā)展動態(tài)集合或細分。機組履歷管理包含機組各主要功能體的基礎(chǔ)信息、性能、維修、變更等信息管理，機組履歷為機組技術(shù)評估和事后維修提供關(guān)鍵依據(jù)。設(shè)備生命后期功能：資產(chǎn)移動管理是指在機組生命中后期，機組功能體中、大修后的重新配置和在維修成本高于運營成本情況下的報廢處理，是優(yōu)化配置和重資產(chǎn)分布跟蹤的重要手段。

（2）運行管理模塊。運行管理模塊包括設(shè)備生命全周期功能：指標分析管理既包含機組生命前期的功能驗收，也包含設(shè)備生命中后期的運行、性能、潤滑等指標分析，為預測性維修決策提供數(shù)據(jù)依據(jù)。故障分析管理包含機組故障庫的建立和調(diào)用，這兩個進程相互循環(huán)促進和發(fā)展，形成企業(yè)的技術(shù)經(jīng)驗資產(chǎn)之一。隱患管理主要利用FMECA 工具依照層次和因果分析機組各系統(tǒng)風險，形成機組動態(tài)隱患庫。資源優(yōu)化管理主要指基于各類運行分析形成的統(tǒng)籌策略，在有限的資源條件下，根據(jù)各類因素加權(quán)分析將技術(shù)、人員、機具等資源進行動態(tài)優(yōu)化分配。

（3）維護管理模塊。維護管理模塊包括設(shè)備生命前中期功能：維護計劃管理指在預防性維修模式下根據(jù)機組運行時間自動生成維保計劃，評估決策層可以根據(jù)實際情況進行調(diào)整。標準作業(yè)管理主要是通過EAM 數(shù)據(jù)庫的作業(yè)指導規(guī)范來計劃、執(zhí)行和驗收維護作業(yè)，并根據(jù)設(shè)備更替、隱患變動等情況更新作業(yè)標準。維保方案管理是綜合運行時間、設(shè)備狀態(tài)、隱患分析、維護計劃、作業(yè)標準等一系列數(shù)據(jù)形成的系統(tǒng)作業(yè)流程，主要通過EAM 作業(yè)工單來實現(xiàn)，評估決策層參與方案修訂。設(shè)備生命中后期功能：大修安排管理包含機組各功能組件的中、大修的節(jié)點安排，更換計劃和資源協(xié)調(diào)管理，在維修周期、運行方案、商務(wù)進展和廠家資源等因素影響下，系統(tǒng)生成的大修計劃普遍處于相對穩(wěn)定但動態(tài)微調(diào)的狀態(tài)。

（4）物料管理模塊。物料管理模塊包括設(shè)備生命前中期功能：投產(chǎn)初期，為了保證機組的可用性和維修效率，導入兩年運行安全庫存，隨后根據(jù)機組狀態(tài)、故障分析、出庫分析管理對安全庫存進行動態(tài)優(yōu)化和補充。庫存分析管理主要是針對各庫房在庫物料的物資大類、積壓周期、需求頻率進行綜合分析，采用庫存ABC 分析方法，提供庫房統(tǒng)籌動態(tài)管理決策。出庫分析管理采用依據(jù)分類物料特定周期（年度）內(nèi)出庫歷史數(shù)據(jù)結(jié)合數(shù)學模型算法，自動生成下一周期內(nèi)參考物資需求計劃并根據(jù)歷史出庫信息動態(tài)更新。設(shè)備生命中后期功能：物資需求管理結(jié)合計劃作業(yè)物資配額、安全庫存優(yōu)化補給、參考物資需求計劃以及機組管理評估決策自動生成物資需求整體計劃并隨損耗定額調(diào)整動態(tài)更新。

同時，在EAM 系統(tǒng)中，以運行管理為連接中樞，各個管理模塊功能之間，如隱患管理功能與資產(chǎn)信息功能通過機組設(shè)計、選型優(yōu)化和隱患評估，指標分析功能與維保方案功能通過方案優(yōu)化、監(jiān)控分析，故障分析功能與物資需求功能通過需求優(yōu)化、分析驗證等關(guān)系形成各管理模塊之間的PDCA 循環(huán)。機組全生命周期管理信息化系統(tǒng)流程關(guān)系如圖5 所示。

圖5 機組全生命周期管理信息化系統(tǒng)流程關(guān)系圖

4 結(jié)語

自2018 年以EAM 系統(tǒng)為中心的機組全生命周期管理信息化系統(tǒng)在中哈天然氣管道合資公司開始建設(shè)以來至2021 年底，隨著LCM 體系的逐漸成熟和信息化系統(tǒng)的廣泛應用，機組關(guān)鍵運行和經(jīng)濟指標穩(wěn)步提升。2018-2021年期間，壓縮機組停機次數(shù)下降率達63.89%，萬小時失效時間下降率達76.92%。同時，物資周轉(zhuǎn)流程工作量優(yōu)化率達65.18%，極大提高了物資周轉(zhuǎn)效率，降低了物資調(diào)撥成本。

隨著機組全生命周期管理系統(tǒng)等一系列信息化管理工具的上線運行，在中哈天然氣管道合資公司實現(xiàn)了機組管理前期信息化轉(zhuǎn)型的成功案例，通過信息化管理系統(tǒng)所創(chuàng)造的效率和效益的提升，進一步樹立起了合資公司設(shè)備、資產(chǎn)的信息化管理理念。為下一步的設(shè)備管理全面數(shù)字化轉(zhuǎn)型打下了良好的框架基礎(chǔ)，積累了深厚的開發(fā)經(jīng)驗，營造了積極的發(fā)展氛圍。