基于三維模型裝置大檢修的創(chuàng)新與實(shí)踐

丁劍博 馮恒東

(中國石油蘭州石化公司自動(dòng)化研究院,蘭州 730060)

流程工業(yè)的數(shù)字化工廠技術(shù)研究和系統(tǒng)建設(shè)已越來越多地受到國內(nèi)各大煉化企業(yè)的重視，部分煉化企業(yè)已經(jīng)開始試點(diǎn)建設(shè)。中國石油蘭州石化公司2013年實(shí)施了“數(shù)字化工廠研究與試點(diǎn)應(yīng)用”項(xiàng)目，系統(tǒng)構(gòu)建了與現(xiàn)實(shí)裝置完全一致的550萬t/a常減壓三維虛擬裝置和蘭州石化數(shù)字化工廠平臺，并集成了生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)(MES)、設(shè)備管理平臺(EAM)、實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)分析系統(tǒng)(LIMS)、高清視頻、地下管網(wǎng)及文檔管理系統(tǒng)(EDMS)等，建立了與生產(chǎn)、設(shè)備和安全相關(guān)的重點(diǎn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)。深化應(yīng)用數(shù)字化工廠系統(tǒng)，研究基于三維數(shù)字化工廠的管理模式，使之為生產(chǎn)管理發(fā)揮強(qiáng)大的支撐作用顯得尤為重要。

目前，550萬t/a常減壓三維虛擬裝置進(jìn)行了建設(shè)投產(chǎn)以來的第一次大檢修，其存在現(xiàn)場情況復(fù)雜、檢修檢測范圍廣、涉及部門眾多、組織管理復(fù)雜、工作量測算困難及檢維修各類數(shù)據(jù)科學(xué)管理等問題。以“數(shù)字化工廠研究與試點(diǎn)應(yīng)用”項(xiàng)目上線為契機(jī)，探索大檢修的規(guī)劃、調(diào)度、技術(shù)交底、三維檢維修方案和數(shù)據(jù)處理，并形成配套的管理模板，建立大檢修全生命周期知識數(shù)據(jù)庫，從而規(guī)范大檢修管理流程，節(jié)省人力和物力資源，提高工作效率和大檢修的整體質(zhì)量水平，以確保裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 實(shí)施方案與可行性分析①

了解先進(jìn)的數(shù)字化工廠三維虛擬環(huán)境，評估中國石油蘭州石化公司大檢修的管理現(xiàn)狀，找出目前大檢修管理存在的問題，確定大檢修管理的改進(jìn)目標(biāo)，并分析研究出一套最適合該公司大檢修管理的管理體系。

1.1 檢修方案制定

大檢修內(nèi)容復(fù)雜、成本昂貴且工作項(xiàng)目眾多，需要工廠(檢維修、檢測、安全和生產(chǎn))及廠外(承包商和監(jiān)管部門)等多個(gè)部門的協(xié)調(diào)合作。數(shù)字化工廠的三維虛擬模型和可視化的清晰詳細(xì)說明與指導(dǎo)減少了作業(yè)準(zhǔn)備時(shí)間，消除了返工，從而降低了大檢修所耗工時(shí)和生產(chǎn)時(shí)間損失。數(shù)字化工廠在大檢修計(jì)劃、技術(shù)交底、檢修現(xiàn)場調(diào)度及檢修方案等方面實(shí)現(xiàn)了可視化管理，其中，數(shù)字化工廠可視化工程的兩個(gè)應(yīng)用方案如圖1所示。

數(shù)字化工廠不僅集成了現(xiàn)場的真實(shí)空間數(shù)據(jù)，而且還集成了EAM信息、EDMS非結(jié)構(gòu)化信息及設(shè)備相關(guān)的圖紙資料等。因此，以數(shù)字化工廠為平臺進(jìn)行大檢修計(jì)劃的準(zhǔn)備工作，了解設(shè)備環(huán)境、上下游關(guān)系、目前現(xiàn)狀、平時(shí)運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備檢測時(shí)間、設(shè)備的隱患、檢維修記錄及設(shè)備的設(shè)計(jì)資料等，可快速準(zhǔn)確地制定大檢修計(jì)劃[1]。

1.2 技術(shù)交底

確定大檢修范圍。在數(shù)字化工廠中以直觀、三維方式定義大檢修的設(shè)備范圍：高亮、特殊顏色顯示需要檢修的設(shè)備；標(biāo)簽注明檢修的內(nèi)容；標(biāo)簽明確檢修的位置；查閱設(shè)備隱患臺帳，或直接搜索并標(biāo)注隱患設(shè)備，確定待檢修設(shè)備；搜索并標(biāo)注到期檢驗(yàn)時(shí)間和到期維護(hù)設(shè)備清單；根據(jù)日常工作的特殊設(shè)備標(biāo)注直接獲取待檢修設(shè)備等。

a. 腳手架搭建方案 b. 吊車配置方案圖1 數(shù)字化工廠可視化工程應(yīng)用

生成技術(shù)交底知識視圖。在數(shù)字化工廠平臺上，可以將需要檢維修的設(shè)備或周邊環(huán)境存成單獨(dú)的知識視圖，對照檢修計(jì)劃溝通協(xié)調(diào)，直接查閱各種圖紙和資料信息，并打印知識視圖，實(shí)現(xiàn)三維技術(shù)交底。

三維技術(shù)交底。檢修計(jì)劃制定并審核通過后，需要由車間技術(shù)人員與承包商進(jìn)行技術(shù)交底。在數(shù)字化工廠平臺上，雙方可以坐在辦公室直接查看裝置設(shè)備的三維模型與全景視圖，對照檢修計(jì)劃溝通協(xié)調(diào)。打印檢修計(jì)劃的三維圖，車間技術(shù)人員與承包商可以在現(xiàn)場對照檢修計(jì)劃三維視圖，更加清晰地確認(rèn)檢修內(nèi)容與注意事項(xiàng)。承包商可以在三維數(shù)字化工廠中直接通過EAM或EDMS獲取檢修設(shè)備的全部圖紙資料及歷史檢修信息等[2]。

通過可視化的技術(shù)交底，使大檢修承包商與車間技術(shù)人員更加清晰、快捷地達(dá)到技術(shù)交底的目的，避免了誤解。而傳統(tǒng)的技術(shù)交底方式往往容易產(chǎn)生誤解，導(dǎo)致檢修方案與計(jì)劃不一致，從而影響檢修質(zhì)量與進(jìn)度。

1.3 檢修規(guī)劃

獲取大檢修材料清單。通過EDMS和EAM集成，直接獲取關(guān)聯(lián)設(shè)備的圖紙資料，并查閱設(shè)備的零部件清單、規(guī)格型號及材料清單等，形成大檢修設(shè)備的詳細(xì)計(jì)劃。

清晰檢修計(jì)劃。對于需要詳細(xì)說明的設(shè)備檢修計(jì)劃，可以以三維知識視圖的方式說明檢修的范圍，標(biāo)注檢修的內(nèi)容。

三維方式規(guī)劃檢修現(xiàn)場部署。大檢修的統(tǒng)籌安排調(diào)度是大檢修的重點(diǎn)與難點(diǎn)，多支檢修隊(duì)伍同時(shí)進(jìn)廠工作，現(xiàn)場腳手架搭建、吊車進(jìn)出、作業(yè)及檢修材料的擺放等均需要合理的安排和科學(xué)的調(diào)度。傳統(tǒng)方式是由相關(guān)人員憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)度安排，不僅難度大，而且易出差錯(cuò)。

數(shù)字化工廠以三維方式展現(xiàn)大檢修的現(xiàn)場部署，將裝置存成大檢修知識視圖，在視圖上直接測量尺寸，規(guī)劃吊車位置，標(biāo)記檢修設(shè)備，以三維立體方式協(xié)助檢修調(diào)度人員進(jìn)行現(xiàn)場的規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)大檢修任務(wù)調(diào)度的最優(yōu)化，從而確保檢修的合理安排并節(jié)約檢修時(shí)間[3]。圖1所示為裝置大檢修的模擬知識視圖，大檢修指揮調(diào)度人員從圖中可以清晰地了解當(dāng)天檢修現(xiàn)場的作業(yè)情況，合理調(diào)度、安排檢修的順序。

2 三維模型的使用

2.1 換熱器的吊裝

大檢修的主要工作之一是要對換熱器進(jìn)行抽芯清洗，但是部分冷換設(shè)備因設(shè)計(jì)原因，有立柱、斜撐、管線、儀表線及消防栓等障礙物阻擋，影響拆除螺栓、吊裝頭蓋及抽芯等檢修工作的正常進(jìn)行。傳統(tǒng)的檢修費(fèi)用預(yù)決算對這部分工作費(fèi)用計(jì)算比較粗放，在空間比較狹小的地方對于換熱器能否移出難以做出快速準(zhǔn)確地判斷。通過使用數(shù)字化工廠可以對換熱器能否移出做出模擬，由于數(shù)字化工廠的建模精度在±2mm左右，以此為依據(jù)可以快速準(zhǔn)確地判斷此類換熱器能否移出。此次550萬t/a常減壓裝置大檢修需要進(jìn)行抽芯清洗的換熱器共99臺，通過使用數(shù)字化工廠做檢修方案，發(fā)現(xiàn)有33臺換熱器被遮擋無法抽出，如圖1右上所示。因此，數(shù)字化工廠為提高檢修質(zhì)量和效率提供了有效的技術(shù)支撐。

2.2 吊車的使用

在數(shù)字化工廠中對所有需要吊裝的設(shè)備進(jìn)行了吊裝模擬，發(fā)現(xiàn)吊車預(yù)定占位存在重要地下管路，及時(shí)通知吊裝單位將吊車路基板增大，避免了吊裝時(shí)對地下管網(wǎng)的破壞。在核對空冷吊裝方案時(shí)，發(fā)現(xiàn)預(yù)定的200t吊車根本無法將設(shè)備吊出，經(jīng)模擬推翻了原方案，新制定了400t吊車方案。在數(shù)字化工廠中事先對吊車進(jìn)廠路線、占位、臂長及仰角等參數(shù)進(jìn)行模擬和優(yōu)化，確保所有吊裝方案的準(zhǔn)確無誤，使吊車移位次數(shù)最少，保證了吊裝的安全和高效。

以數(shù)字化工廠為工作平臺進(jìn)行大檢修工作，可以使工廠各部門管理人員、現(xiàn)場技術(shù)人員與承包商之間的交流可視化，并可以直接在三維模型上進(jìn)行檢修計(jì)劃制定、審核、技術(shù)交底和工程決算，實(shí)現(xiàn)無缺陷大修和零返工，節(jié)省大檢修費(fèi)用7%以上，確保了工廠的運(yùn)行安全[4]。

3 結(jié)束語

中國石油蘭州石化公司通過大檢修管理搭建了大檢修知識庫，包括全面設(shè)備信息，為提高全裝置設(shè)備的資產(chǎn)管理水平提供了依據(jù)，同時(shí)在安全方面也有很大的提升。數(shù)字化工廠項(xiàng)目在國內(nèi)屬于比較前沿的領(lǐng)域，通過這次項(xiàng)目的實(shí)施，為下一步的推廣并提升應(yīng)用水平奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。