油氣田油氣集輸智能化站庫(kù)發(fā)展模式探討

竇 強(qiáng)，范振業(yè)

（1.山東萊克工程設(shè)計(jì)有限公司，山東 東營(yíng) 257000；2.中石化石油工程設(shè)計(jì)有限公司，山東 東營(yíng) 257000）

0 引言

油氣田滾動(dòng)開(kāi)發(fā)后期，受開(kāi)發(fā)難度、員工老齡化、生產(chǎn)運(yùn)行成本升高等影響，如何提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、優(yōu)化管理運(yùn)行成為企業(yè)面臨的一大難題。近幾年來(lái)，大多數(shù)油氣田開(kāi)展信息化建設(shè)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集、視頻監(jiān)控等技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)井場(chǎng)、計(jì)量站等小型場(chǎng)站的遠(yuǎn)程監(jiān)控，給優(yōu)化崗位用工帶來(lái)積極作用。但油氣集輸站庫(kù)僅僅通過(guò)數(shù)據(jù)采集、視頻監(jiān)控根本無(wú)法達(dá)到進(jìn)一步提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的目的。以某油田油氣集輸為例，主要站庫(kù)包括原油庫(kù)、中間輸油站、天然氣處理站等。通過(guò)信息化建設(shè)，各油氣站庫(kù)均實(shí)現(xiàn)了壓力、液位等關(guān)鍵參數(shù)的采集、報(bào)警與控制；重點(diǎn)區(qū)域、重點(diǎn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)了視頻監(jiān)控；生產(chǎn)運(yùn)行管理實(shí)現(xiàn)了內(nèi)操+外操管理模式，減少了一定數(shù)量生產(chǎn)運(yùn)行人員。但由于油氣站庫(kù)存在工藝流程復(fù)雜，正常流程切換、緊急狀態(tài)切斷等手動(dòng)操作環(huán)節(jié)較多，無(wú)法進(jìn)一步優(yōu)化外操人員數(shù)量。如何通過(guò)智能化站庫(kù)建設(shè)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、優(yōu)化管理運(yùn)行成為緊迫問(wèn)題。

1 發(fā)展模式

智能化站庫(kù)應(yīng)按照分步實(shí)施、層層推進(jìn)方式，按照智能化站庫(kù)1.0+、智能化站庫(kù)2.0、智能化站庫(kù)3.0、智能化站庫(kù)4.0 發(fā)展模式，全力打造智能化站庫(kù)，構(gòu)建智能化管理平臺(tái)，才能提高油氣集輸業(yè)務(wù)勞動(dòng)生產(chǎn)率，優(yōu)化油氣集輸業(yè)務(wù)管理運(yùn)行。

1.1 智能化站庫(kù)1.0+

充分利用油氣站庫(kù)信息化建設(shè)取得的成果，通過(guò)信息化提升改造，實(shí)現(xiàn)“集中監(jiān)控、遠(yuǎn)程操作、異常停車(chē)保護(hù)”，在站庫(kù)中控室實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)信息全面感知和遠(yuǎn)程操控，為建設(shè)少人值守、無(wú)現(xiàn)場(chǎng)操作、本質(zhì)安全站庫(kù)提供技術(shù)支持，使油氣站庫(kù)生產(chǎn)運(yùn)行崗位人員達(dá)到每班4 人目標(biāo)。

◇ 自動(dòng)化改造：包括流程本質(zhì)安全，即對(duì)油氣站庫(kù)進(jìn)行HAZOP 及SIL 分析，優(yōu)化工藝流程，完善參數(shù)采集報(bào)警控制等，必要時(shí)建設(shè)安全儀表系統(tǒng)，提高工藝流程的本質(zhì)安全[1,2]；設(shè)備本質(zhì)安全，即對(duì)重要機(jī)泵實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)，發(fā)生超溫、振動(dòng)等異常工況時(shí)能自動(dòng)報(bào)警、停車(chē)保護(hù)等；遠(yuǎn)程操控，即現(xiàn)場(chǎng)操作頻繁或需緊急切換流程的閥門(mén)、動(dòng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)控制室遠(yuǎn)程操控，以此減少現(xiàn)場(chǎng)操作人員；調(diào)節(jié)控制，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量、效率具有直接影響的工藝參數(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)控制實(shí)時(shí)追蹤目標(biāo)值，例如根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量需求實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)閥門(mén)的開(kāi)度；根據(jù)節(jié)能需求實(shí)現(xiàn)電機(jī)變頻控制等。

◇ 可視化改造：油氣站庫(kù)內(nèi)增加視頻監(jiān)控點(diǎn)，達(dá)到重要塔類(lèi)、儲(chǔ)罐、機(jī)泵實(shí)現(xiàn)一對(duì)一現(xiàn)場(chǎng)可視化；對(duì)其他設(shè)施實(shí)現(xiàn)區(qū)域無(wú)死角可視化目標(biāo)。

◇ 網(wǎng)絡(luò)可靠性改造：油氣站庫(kù)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)辦公、工控、視頻三網(wǎng)獨(dú)立，站內(nèi)控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)冗余或環(huán)網(wǎng)運(yùn)行。

1.2 智能化站庫(kù)2.0

充分利用油氣站庫(kù)在智能化站庫(kù)1.0 階段取得完善的信息化成果，通過(guò)廠(chǎng)級(jí)調(diào)控中心至站庫(kù)可靠、安全的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)及SCADA 系統(tǒng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)廠(chǎng)級(jí)調(diào)控中心生產(chǎn)信息全面感知、統(tǒng)一調(diào)度操作；油氣站庫(kù)實(shí)現(xiàn)“有人值守巡視、無(wú)人操作、通信故障干預(yù)操作”的管理模式；使油氣站庫(kù)生產(chǎn)運(yùn)行崗位人員達(dá)到每班2 人目標(biāo)。

◇ 調(diào)控中心SCADA 系統(tǒng)建設(shè)：在廠(chǎng)級(jí)調(diào)控中心建設(shè)完善的SCADA 系統(tǒng)，對(duì)各油氣站庫(kù)實(shí)施遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視控制、安全保護(hù)和統(tǒng)一調(diào)度管理。調(diào)控中心可向各站控系統(tǒng)發(fā)出調(diào)度指令，由站控系統(tǒng)完成控制。全廠(chǎng)實(shí)現(xiàn)調(diào)度中心控制級(jí)、站場(chǎng)控制級(jí)和就地控制級(jí)的三級(jí)控制方式[3]。第一級(jí)為中心控制級(jí)：對(duì)所有站庫(kù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)行統(tǒng)一調(diào)度管理。在正常情況下，由調(diào)控中心對(duì)各站庫(kù)進(jìn)行監(jiān)視和控制。各站庫(kù)控制無(wú)須人工干預(yù)，各油氣站庫(kù)的站控系統(tǒng)在調(diào)控中心的統(tǒng)一指揮下完成各自的工作。第二級(jí)為站場(chǎng)控制級(jí)：在各站庫(kù)通過(guò)站控系統(tǒng)對(duì)站內(nèi)工藝變量及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視控制及聯(lián)鎖保護(hù)。站場(chǎng)控制級(jí)的控制權(quán)限由調(diào)控中心設(shè)定，經(jīng)調(diào)控中心授權(quán)后，才允許操作人員通過(guò)站控系統(tǒng)對(duì)各站進(jìn)行授權(quán)范圍內(nèi)的操作。當(dāng)通信系統(tǒng)發(fā)生故障或系統(tǒng)檢修時(shí)，用站控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)各站的監(jiān)視與控制。第三級(jí)為就地控制級(jí)：就地控制系統(tǒng)對(duì)工藝單體或設(shè)備進(jìn)行手/自動(dòng)就地控制。當(dāng)進(jìn)行設(shè)備檢修或緊急切斷時(shí)，可采用就地控制方式。站場(chǎng)運(yùn)行工藝控制、流程及設(shè)備操作采用SCADA 系統(tǒng)集中管控，通過(guò)實(shí)現(xiàn)站場(chǎng)自動(dòng)邏輯控制、報(bào)警管理、ESD 關(guān)斷和事故處理，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)備診斷，降低人為原因產(chǎn)生的操作不確定性或不安全因素，提高站場(chǎng)的管理水平。

◇ 視頻聯(lián)動(dòng)控制改造：在廠(chǎng)級(jí)調(diào)控中心實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控后，大量的視頻信息無(wú)法使監(jiān)控人員對(duì)各路視頻都能實(shí)時(shí)跟蹤，同時(shí)站庫(kù)值守人員減少，會(huì)使發(fā)現(xiàn)人員闖入、闖入追蹤等工作造成一定難度。通過(guò)對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行闖入報(bào)警、視頻追蹤、報(bào)警事件聯(lián)動(dòng)控制功能擴(kuò)展，在發(fā)生闖入等異常情況時(shí)能自動(dòng)顯示相應(yīng)視頻畫(huà)面；能通過(guò)人臉識(shí)別等技術(shù)實(shí)時(shí)圖像跟蹤人員位置；現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生工藝報(bào)警事件時(shí)，能及時(shí)聯(lián)動(dòng)相應(yīng)攝像頭進(jìn)行圖像顯示。

◇ 安全可靠的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)保障：實(shí)現(xiàn)調(diào)控中心集中監(jiān)控，可靠、安全的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)是基礎(chǔ)，各油氣站庫(kù)至廠(chǎng)級(jí)調(diào)控中心需建設(shè)冗余通信信道及網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備。

1.3 智能化站庫(kù)3.0

在實(shí)現(xiàn)廠(chǎng)級(jí)調(diào)控中心對(duì)各油氣站庫(kù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視、統(tǒng)一調(diào)度操控基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)各油氣站庫(kù)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)可靠性改造、智能化巡檢建設(shè)，實(shí)行區(qū)域化管理，油氣站庫(kù)實(shí)現(xiàn)“無(wú)人值守、定期巡視、區(qū)域維保管理”模式，使油氣站庫(kù)生產(chǎn)運(yùn)行崗位人員達(dá)到零固定人員目標(biāo)。日常生產(chǎn)指揮上，劃分為 2 個(gè)層級(jí)，即總廠(chǎng)調(diào)控中心和作業(yè)區(qū)?？倧S(chǎng)調(diào)控中心作為生產(chǎn)監(jiān)控指揮的中心樞紐，負(fù)責(zé)日常生產(chǎn)監(jiān)控、生產(chǎn)流程切換操作、工藝調(diào)整、故障或應(yīng)急狀況下生產(chǎn)指揮，下達(dá)調(diào)度令并監(jiān)督執(zhí)行。作業(yè)區(qū)負(fù)責(zé)應(yīng)急狀況下或調(diào)控操作失效狀況下的生產(chǎn)操作。

◇ 自動(dòng)控制系統(tǒng)可靠性改造：工藝設(shè)計(jì)允許自動(dòng)切換或考慮充分設(shè)計(jì)余量，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)可自動(dòng)進(jìn)行事故處理或?yàn)槿藛T趕赴現(xiàn)場(chǎng)爭(zhēng)取充足的時(shí)間；站控系統(tǒng)通過(guò)重要硬件冗余配置提高可靠性，重要回路儀表通過(guò)2oo3、多塊儀表偏差報(bào)警提高可靠性；現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)備設(shè)置在線(xiàn)遠(yuǎn)程診斷功能，建設(shè)設(shè)備管理及診斷系統(tǒng)；對(duì)報(bào)警信息進(jìn)行有效的優(yōu)化管理，設(shè)置高級(jí)報(bào)警管理系統(tǒng)，防止報(bào)警泛濫，實(shí)現(xiàn)有效報(bào)警；工控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)置網(wǎng)絡(luò)安全審計(jì)系統(tǒng)、堡壘機(jī)、主機(jī)防護(hù)軟件、入侵檢測(cè)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)隔離設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)安全管控平臺(tái)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、報(bào)告并處理網(wǎng)絡(luò)攻擊或異常行為，有效地保護(hù)站場(chǎng)工控網(wǎng)絡(luò)安全；建設(shè)通信鏈路狀態(tài)診斷自動(dòng)切換、控制器自診斷等完善的故障診斷系統(tǒng)等。

◇ 智能巡檢系統(tǒng)建設(shè)：完善視頻聯(lián)動(dòng)功能，實(shí)現(xiàn)全站的自控、視頻、安防系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)與數(shù)據(jù)融合，達(dá)到智能視頻的目標(biāo)；利用圖像識(shí)別技術(shù)，通過(guò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)讀取關(guān)鍵參數(shù)的就地表指示、閥門(mén)開(kāi)關(guān)、手自動(dòng)狀態(tài)等，實(shí)現(xiàn)智能抄表；視頻巡檢，可以指定巡檢路線(xiàn)及路線(xiàn)中包含的巡檢點(diǎn)畫(huà)面信息，視頻信息按照視頻巡檢類(lèi)別進(jìn)行保存，方便操作員進(jìn)行分類(lèi)歷史巡檢信息查詢(xún)；通過(guò)視頻、紅外熱成像以及激光掃描式可燃?xì)怏w檢測(cè)技術(shù)，識(shí)別火焰、跑冒滴漏、設(shè)備超溫、閥門(mén)卡堵、法蘭腐蝕、保溫層脫落和微小泄漏等，實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)及隱患智能識(shí)別；為定期巡檢人員配備有智能巡檢軟件的一體化智能終端，將通訊、定位、簽到與采集分析合為一體，提高單次巡檢的效率和效果[4]；站場(chǎng)設(shè)置智能巡檢機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)定期自動(dòng)檢測(cè)站場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)信息、氣體泄漏檢測(cè)、風(fēng)險(xiǎn)智能識(shí)別，能夠在減輕運(yùn)維人員的工作負(fù)擔(dān)和安全風(fēng)險(xiǎn)的基礎(chǔ)上，提升巡檢頻次和巡檢質(zhì)量。

1.4 智能化站庫(kù)4.0

在全面實(shí)現(xiàn)“生產(chǎn)實(shí)時(shí)化、過(guò)程自動(dòng)化、現(xiàn)場(chǎng)可視化”基礎(chǔ)上，以市場(chǎng)經(jīng)營(yíng)為主導(dǎo)，油氣集輸經(jīng)濟(jì)、高效和安全可靠為目標(biāo)，以云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)、人工智能等新一代信息技術(shù)為手段，建立油氣集輸業(yè)務(wù)智能化管控平臺(tái)，對(duì)油氣集輸業(yè)務(wù)實(shí)施全面智能感知、智能預(yù)判、先進(jìn)控制、智能管控，實(shí)現(xiàn)管理協(xié)同化、分析模型化、決策科學(xué)化，全面實(shí)現(xiàn)油氣集輸業(yè)務(wù)智慧管理。

◇ 生產(chǎn)運(yùn)行優(yōu)化：通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型分析，用現(xiàn)有的大量運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)，基于機(jī)器學(xué)習(xí)的方法，與傳統(tǒng)的物理仿真方法相結(jié)合，對(duì)站庫(kù)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)、分析和優(yōu)化，使站庫(kù)運(yùn)行的各類(lèi)指標(biāo)可以測(cè)算、跟蹤、預(yù)警、分析，實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)優(yōu)化管理。

◇ 工藝流程仿真模擬研究：利用大數(shù)據(jù)分析手段與虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工藝流程的動(dòng)態(tài)及穩(wěn)態(tài)模擬；同時(shí)，實(shí)現(xiàn)基于系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真的生產(chǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控及預(yù)警。

◇ 設(shè)備全生命周期智能化管理：基于設(shè)備的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及相關(guān)工藝、介質(zhì)、潤(rùn)滑、能耗、歷史檢維修信息、故障信息等數(shù)據(jù)，以設(shè)備模型、規(guī)則、案例、大數(shù)據(jù)算法等為技術(shù)支撐，開(kāi)展設(shè)備在線(xiàn)運(yùn)行分析、故障診斷與預(yù)測(cè)等業(yè)務(wù)模塊。

◇ 智能工地：采集維保、檢維修等施工過(guò)程中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，構(gòu)成全生命周期數(shù)據(jù)庫(kù)。

◇ QHSE 智能管理：利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)，分析隱患，識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)，提高QHSE 本質(zhì)安全管理能力，實(shí)現(xiàn)綜合預(yù)警，量化評(píng)估、全面感知、智能預(yù)警，協(xié)同決策、快速的響應(yīng)，減少和拒絕安全事故發(fā)生。例如，三維應(yīng)急演練、危險(xiǎn)因素識(shí)別等。

◇ 虛擬現(xiàn)實(shí)培訓(xùn)：采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，通過(guò)穿戴VR設(shè)備進(jìn)行沉浸式的工廠(chǎng)漫游，可以對(duì)員工進(jìn)行操作培訓(xùn)、設(shè)備大修模擬、應(yīng)急演練等功能的實(shí)現(xiàn)。該技術(shù)應(yīng)用大大提高培訓(xùn)質(zhì)量和效率、可反復(fù)進(jìn)行培訓(xùn)及應(yīng)急演練，降低培訓(xùn)成本。

2 結(jié)束語(yǔ)

智能化站庫(kù)建設(shè)為油氣田油氣集輸業(yè)務(wù)提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、優(yōu)化管理運(yùn)行將帶來(lái)積極作用。智能化站庫(kù)建設(shè)是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，必須層層推進(jìn)，逐步完善各階段功能，否則反而會(huì)對(duì)油氣站庫(kù)安全運(yùn)行、生產(chǎn)管理運(yùn)行等帶來(lái)一定威脅。