煉化企業(yè)智能化建設(shè)方向研究

高楊 張成 張敏

[摘 要]本文分析了煉化企業(yè)當(dāng)前在智能化建設(shè)方面存在的問題，闡述了煉化企業(yè)智能化建設(shè)的典型特征及自動化、信息化建設(shè)基礎(chǔ)，希望可以幫助煉化企業(yè)找準(zhǔn)智能化的建設(shè)方向，更好地助力企業(yè)安全可靠高效運行，降低風(fēng)險，提高生產(chǎn)服務(wù)效率。

[關(guān)鍵詞]煉化企業(yè);智能工廠;智能化技術(shù)

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2020.20.029

[中圖分類號]F426.7 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A [文章編號]1673-0194（2020）20-00-02

0? ? ?引 言

煉油與化工工業(yè)作為流程工業(yè)中最重要的組成部分，是我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)和實體經(jīng)濟(jì)的重要基石。我國提出“中國制造2025”規(guī)劃，以實現(xiàn)由制造業(yè)大國向制造業(yè)強(qiáng)國的轉(zhuǎn)變。中國共產(chǎn)黨第十九次全國代表大會提出了建設(shè)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國、數(shù)字中國、智慧社會等戰(zhàn)略目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)要加快傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、智能化，做大做強(qiáng)數(shù)字經(jīng)濟(jì)，引導(dǎo)數(shù)字經(jīng)濟(jì)和實體經(jīng)濟(jì)深度融合，推動經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展。石油化工行業(yè)要認(rèn)真落實黨的戰(zhàn)略部署，積極推進(jìn)“兩化”深度融合，以智能制造為重要抓手，綜合各方面實際情況，立足長遠(yuǎn)，以效益增長代替規(guī)模增長，注重效益優(yōu)先和績效管理，以智能制造技術(shù)推進(jìn)管理與效益提升，使企業(yè)提質(zhì)增效、可持續(xù)發(fā)展等措施落地實施。在企業(yè)開展智能工廠建設(shè)過程中，如何快速找準(zhǔn)智能化轉(zhuǎn)型升級方向，采取科學(xué)的實施方法，促進(jìn)智能煉廠發(fā)展，是煉化企業(yè)在智能化建設(shè)過程中的關(guān)鍵。針對這些問題，本研究在深刻解讀煉化企業(yè)智能工廠的內(nèi)涵及目標(biāo)定位的基礎(chǔ)上，提出針對煉化企業(yè)智能制造的關(guān)鍵要素及體系架構(gòu)，幫助企業(yè)快速找到智能化建設(shè)的實現(xiàn)路徑，以提升企業(yè)的科學(xué)決策能力、安全運行能力、應(yīng)急響應(yīng)與風(fēng)險防范能力，提高全員勞動生產(chǎn)效率、能源利用率，持續(xù)改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，改善運行環(huán)境，為煉化企業(yè)提質(zhì)增效轉(zhuǎn)型升級提供參考。

1? ? ?煉化企業(yè)智能化建設(shè)概述

1.1? ?典型特征

石油煉化流程制造行業(yè)在智能化發(fā)展趨勢下，將面向產(chǎn)品全產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)，綜合應(yīng)用現(xiàn)代傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動化技術(shù)、智能化技術(shù)和管理技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，與現(xiàn)有生產(chǎn)過程的工藝和設(shè)備運行技術(shù)高度集成新型工廠，以實現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境下生產(chǎn)運營的高效、節(jié)能和可持續(xù)目標(biāo)。煉化企業(yè)智能化建設(shè)具有5個典型特征：泛在感知、高度集成、模型驅(qū)動、自治能力、人機(jī)協(xié)同。技術(shù)方面普遍采用傳感器網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)互操作性、大規(guī)模動態(tài)建模與仿真、智能化自動控制等方面的新技術(shù)，同時構(gòu)建可伸縮、多層次的信息安全體系，嵌入服務(wù)信息系統(tǒng)的數(shù)字化控制系統(tǒng)，優(yōu)化生產(chǎn)操作，提高安全性;利用預(yù)防性維護(hù)、統(tǒng)計評價和度量進(jìn)行資產(chǎn)管理，提高工廠的可靠性;利用智能傳感器檢測異常，避免非正常和災(zāi)難性事件;智能系統(tǒng)、能耗管理系統(tǒng)、外部智能電網(wǎng)集成，進(jìn)行實時能源優(yōu)化。

1.2? ?智能化建設(shè)基礎(chǔ)

開展智能化建設(shè)的煉化企業(yè)，自動化控制水平較高，基本具備良好的智能工廠建設(shè)基礎(chǔ)要素條件。在過程控制層，以DCS、APC、RTO系統(tǒng)為核心，主體裝置大部分實施了APC系統(tǒng)，在部分裝置實施RTO系統(tǒng)。在生產(chǎn)執(zhí)行層面，普遍建設(shè)了覆蓋生產(chǎn)、能耗、計量、質(zhì)量、安環(huán)、設(shè)備等業(yè)務(wù)領(lǐng)域有效的技術(shù)支持平臺。經(jīng)營管理層以ERP為核心，實現(xiàn)成本管控和物資需求的集中管控。

2? ? ?煉化企業(yè)智能化建設(shè)主要方向

煉化企業(yè)智能化建設(shè)重點聚焦在ISA 95標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)中的L2-L4層，即控制系統(tǒng)層、先進(jìn)應(yīng)用層、生產(chǎn)執(zhí)行層，不斷夯實L1層泛在感知，這是智能工廠的基礎(chǔ)。重點關(guān)注供應(yīng)鏈優(yōu)化、操作優(yōu)化、設(shè)備可靠性管理、安全環(huán)保以及決策分析域的業(yè)務(wù)和能力提升，設(shè)計對象也主要落在供應(yīng)鏈、生產(chǎn)操作、設(shè)備可靠性、安全環(huán)保以及決策分析的預(yù)測、優(yōu)化、綜合分析與業(yè)務(wù)協(xié)同等智能化能力上。

2.1? ?供應(yīng)鏈優(yōu)化

供應(yīng)鏈業(yè)務(wù)場景主要聚焦在供應(yīng)鏈優(yōu)化、計劃優(yōu)化、生產(chǎn)調(diào)度、操作優(yōu)化等各個方面，如計劃與調(diào)度協(xié)同，調(diào)度與生產(chǎn)聯(lián)動，生產(chǎn)對計劃的反饋，構(gòu)建閉環(huán)優(yōu)化鏈，環(huán)環(huán)相扣，協(xié)調(diào)一致，促使工廠生產(chǎn)經(jīng)營更加高效、協(xié)同，實現(xiàn)效益最大化。

2.2? ?生產(chǎn)操作優(yōu)化

生產(chǎn)操作優(yōu)化業(yè)務(wù)場景主要聚焦在生產(chǎn)執(zhí)行層面的計劃管理、調(diào)度執(zhí)行等方面，也包括過程控制層面先進(jìn)控制、實時優(yōu)化、能量優(yōu)化、油品調(diào)和優(yōu)化、罐區(qū)自動化、操作管控。在生產(chǎn)運行層面要實現(xiàn)從生產(chǎn)計劃管理到運行調(diào)度管理、指令管理，生產(chǎn)過程管控涉及的物料管理、能源管理、質(zhì)量管理、操作管理、異常管理以及決策分析所需的數(shù)據(jù)結(jié)果分析工藝分析、質(zhì)量分析、生產(chǎn)分析和績效分析，從而實現(xiàn)一體化管控。在生產(chǎn)操作層面，要實時監(jiān)控工藝操作狀態(tài)，實現(xiàn)智能移動巡檢，通過操作導(dǎo)航提升關(guān)鍵操作工序的操作效率和可靠性，應(yīng)用智能報警管理系統(tǒng)，提升事件響應(yīng)的有效性和響應(yīng)速度，確保生產(chǎn)安全。

2.3? ?能源管控

能源管控業(yè)務(wù)場景主要聚集點是能源的管控和優(yōu)化，管理和優(yōu)化蒸汽、電力、循環(huán)水、氫氣燃料和其他的公用工程，并建立全廠級、裝置級、設(shè)備級的能源績效指標(biāo)，定期衡量評估能量水平，挖掘企業(yè)節(jié)能潛力，持續(xù)降低能耗。能源優(yōu)化方面，要建立企業(yè)級公用系統(tǒng)的蒸汽、燃料氣、氫氣、化學(xué)水等公用工程系統(tǒng)流程模型，以最小化的能源成本為目標(biāo)，在滿足各裝置生產(chǎn)需求的前提下優(yōu)化系統(tǒng)流程，實現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)，同時建立關(guān)鍵設(shè)備機(jī)理模型，減少能源消耗。從管理、技術(shù)兩方面入手，采用節(jié)能績效衡量方法，監(jiān)控能源系統(tǒng)產(chǎn)供耗和高耗能設(shè)備運行狀態(tài)，統(tǒng)計評價關(guān)鍵裝置與設(shè)備的耗能指標(biāo)，可以最大限度地降低能耗;優(yōu)化產(chǎn)能與用能管網(wǎng)流程，通過裝置過程優(yōu)化、主要設(shè)備優(yōu)化、公用工程系統(tǒng)優(yōu)化，降低成本，減少排放，提高能效。

2.4? ?設(shè)備管控

設(shè)備管控業(yè)務(wù)場景主要聚焦在通過設(shè)備可靠性管理、健康管理、維修管理的協(xié)同，提高設(shè)備可用性，降低運行風(fēng)險，減少運維成本，對設(shè)備管理業(yè)務(wù)提供全面支持，通過對設(shè)備可靠性策略開發(fā)、管理、執(zhí)行、評估提升設(shè)備的性能管理水平，實現(xiàn)設(shè)備資產(chǎn)日常狀態(tài)監(jiān)控、設(shè)備運行數(shù)據(jù)智能管理、故障自動診斷、狀態(tài)預(yù)測、維護(hù)執(zhí)行的智能化閉環(huán)管理，提升企業(yè)設(shè)備資產(chǎn)管理的感知監(jiān)控能力、數(shù)據(jù)管理能力、預(yù)測分析能力、優(yōu)化控制能力、執(zhí)行協(xié)同能力。

2.5? ?安全管理

安全管理業(yè)務(wù)場景主要聚焦在安全作業(yè)管理、排放管理及應(yīng)急管理上。其通過HSE管控和風(fēng)險管控，加強(qiáng)關(guān)鍵裝置風(fēng)險控制，監(jiān)控職業(yè)衛(wèi)生風(fēng)險、現(xiàn)場施工人員作業(yè)過程，建立HSE規(guī)范管理體系;通過安全管控保證裝置、工藝、操作、現(xiàn)場作業(yè)等各個環(huán)節(jié)安全平穩(wěn)，排放監(jiān)測及分析功能從本質(zhì)上控制“三廢”排放，通過安全管控與環(huán)保監(jiān)測實現(xiàn)綠色發(fā)展。

2.6? ?決策支持

決策支持業(yè)務(wù)場景聚焦在協(xié)同工作環(huán)境下，集成所有的為實現(xiàn)生產(chǎn)管理與優(yōu)化操作的必要資源，提供數(shù)據(jù)分析和決策支持工具，實現(xiàn)各專業(yè)的有效合作，提高生產(chǎn)系統(tǒng)管理效率，降低生產(chǎn)管理成本，實現(xiàn)卓越運行。決策支持提供面向不同角色的差異化服務(wù)，面向企業(yè)主管生產(chǎn)領(lǐng)導(dǎo)，提供生產(chǎn)運營績效分析、供需平衡分析、突發(fā)事件應(yīng)急指揮服務(wù);面向車間主管領(lǐng)導(dǎo)，提供計劃、調(diào)度一體化優(yōu)化、生產(chǎn)過程監(jiān)控、設(shè)備運行監(jiān)控服務(wù);面向生產(chǎn)調(diào)度，提供實時調(diào)度、現(xiàn)場人員管理、操作動態(tài)監(jiān)控服務(wù);面向設(shè)備維護(hù)人員，提供設(shè)備報警匯總、設(shè)備預(yù)測性維護(hù)、專家支持及工作協(xié)同服務(wù);面向成本分析人員，提供生產(chǎn)成本分析、對標(biāo)分析以及績效管理與優(yōu)化功能。決策支持將實現(xiàn)生產(chǎn)過程的全程可視化，能夠支持快速響應(yīng)的信息通訊、現(xiàn)場監(jiān)控與應(yīng)急指揮;提供全面應(yīng)急預(yù)案和故障分析服務(wù)，實現(xiàn)生產(chǎn)供應(yīng)鏈協(xié)同、生產(chǎn)應(yīng)急指揮中各專業(yè)的協(xié)同。

要依托移動應(yīng)用平臺、工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺、三維數(shù)字化、云服務(wù)平臺等新一代信息技術(shù)，為煉化企業(yè)智能工化建設(shè)的各項應(yīng)用服務(wù)提供高性能、高可用性、高擴(kuò)展性和高安全性的技術(shù)支持。要通過建立工業(yè)大數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能決策基礎(chǔ)支撐平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取、存儲、處理、分析及智能決策，為企業(yè)生產(chǎn)、設(shè)備、安全、經(jīng)營等各應(yīng)用領(lǐng)域提供智能化的決策支持;各國建立移動應(yīng)用服務(wù)平臺，集成推送生產(chǎn)優(yōu)化、設(shè)備管控、安全環(huán)保、能源管理等經(jīng)營數(shù)據(jù)以及審核審批等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，提供通信服務(wù)、信息和內(nèi)容服務(wù)及個性化服務(wù);通過建立全廠三維數(shù)字化模型，集成工廠全生命周期動靜態(tài)數(shù)據(jù)，形成數(shù)字虛擬工廠，實現(xiàn)真實世界與虛擬世界的連接，有效支撐生產(chǎn)運營、設(shè)備監(jiān)控、預(yù)測、安全等管理，為智能工廠建設(shè)打下數(shù)字化基礎(chǔ)。

4? ? ?結(jié) 語

信息化及新技術(shù)正快速推進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)模式、銷售模式和管理模式變革，煉化企業(yè)的智能化建設(shè)是企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的必然選擇。要通過生產(chǎn)自動化系統(tǒng)與生產(chǎn)管理系統(tǒng)全面集成，及時掌握準(zhǔn)確的物流信息以及每套裝置和產(chǎn)品的每日生產(chǎn)成本動態(tài)信息，實現(xiàn)智能化生產(chǎn)和精細(xì)化管理。要有效集成、共享、應(yīng)用煉化生產(chǎn)過程和經(jīng)營業(yè)務(wù)流程的相關(guān)信息，統(tǒng)一管理規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，以推動煉化企業(yè)實現(xiàn)生產(chǎn)經(jīng)營管理智能化。

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[收稿日期]2020-09-03