大型煉油化工企業(yè)工藝平穩(wěn)性管理研究

李傳坤，李 鵬，楊 哲，周建華，王春利，徐 偉

(1.中國石化青島安全工程研究院化學(xué)品安全控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島 266071 2.中國石化煉油事業(yè)部，北京 100728)

0 前言

“管安全就是管風(fēng)險(xiǎn)[1]”已經(jīng)成為共識(shí)，強(qiáng)化安全風(fēng)險(xiǎn)管控已成為危險(xiǎn)化學(xué)品安全生產(chǎn)工作的重要環(huán)節(jié)[2，3]。目前廣泛應(yīng)用的過程安全管理(Process Safety Management)體系，其核心就是運(yùn)用風(fēng)險(xiǎn)管理和系統(tǒng)管理思想、方法建立管理體系，在對過程系統(tǒng)進(jìn)行全面風(fēng)險(xiǎn)分析的基礎(chǔ)上，主動(dòng)地、前瞻性地管理和控制過程風(fēng)險(xiǎn)，預(yù)防重大事故發(fā)生[4,5]。煉油化工裝置的生產(chǎn)過程中，其“風(fēng)險(xiǎn)”與“平穩(wěn)運(yùn)行”存在此消彼長的關(guān)系。從工藝技術(shù)管理角度看，裝置如果能平穩(wěn)運(yùn)行，其風(fēng)險(xiǎn)必將降低。

埃克森美孚、殼牌、英國石油公司等均建立了包含了控制工藝平穩(wěn)運(yùn)行的管理機(jī)制[6，7]。如英國石油公司(BP p.l.c.)建立了運(yùn)營管理體系(Operation management system，OMS)，提供了一個(gè)推動(dòng)運(yùn)營卓越的框架。它整合了BP在健康、安全、環(huán)境、運(yùn)營可靠性等方面的各項(xiàng)要求，形成一套共同的體系。通過不斷優(yōu)化裝置運(yùn)行中的各種風(fēng)險(xiǎn)，改善過程安全的長期管理。殼牌公司(Shell)形成了適合多層次跨國經(jīng)營的HSSE&SP管理體系，分別從工藝安全、個(gè)人安全、公共安全、產(chǎn)品管理等方面提出了全球統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。其核心是危害和影響管理程序(HEMP)，分為4個(gè)步驟：辨識(shí)、評估、控制、整改，最后使風(fēng)險(xiǎn)降至合理的最低限度(ALARP)。?？松梨?Exxon Mobil)建立了以操作完整性管理體系(Operational integrity management system，OIMS)為核心的一體化管理體系，強(qiáng)調(diào)了過程安全中的信息資料、工藝操作與設(shè)備維護(hù)、操作界面管理等。該體系在工藝管理方面有良好的實(shí)踐，具備規(guī)范的制度和技術(shù)支撐。

在國內(nèi)，以最大的煉化企業(yè)——中國石化為例，其煉油企業(yè)的工藝技術(shù)管理以基礎(chǔ)管理為重點(diǎn)[8]，重視工藝技術(shù)改進(jìn)，在國內(nèi)處于領(lǐng)先水平。但是，中國石化的工藝管理也存在部分問題。

a) 體系化理念不強(qiáng)：以基礎(chǔ)管理為重點(diǎn)，重視工藝技術(shù)改進(jìn)，管理較為“碎片化”。

b) 制度之間聯(lián)系性不強(qiáng)：各專業(yè)人員協(xié)同性較差，缺乏將各專業(yè)緊密聯(lián)系的有效體系。

c) 管理基于經(jīng)驗(yàn)積累：做法不一，好的做法沒有得到共享和傳承。

d) 缺乏有效的技術(shù)分析工具和手段。

體系化管理的缺失，導(dǎo)致各生產(chǎn)企業(yè)在工藝平穩(wěn)管理方面存在如下問題：

a) DCS報(bào)警“過多過濫，淹沒有效信息”，導(dǎo)致運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測、預(yù)警和分析不到位。

b) 部分控制回路PID整定及控制閥維護(hù)不到位，導(dǎo)致控制回路波動(dòng)大，自控率低。

c) 異常工況的處置經(jīng)驗(yàn)不足、自動(dòng)化水平低，導(dǎo)致異常工況處置延遲操作、誤操作。

d) 先進(jìn)控制(APC)有效投用率低，缺乏有效的監(jiān)控手段，導(dǎo)致裝置整體化自動(dòng)運(yùn)行水平不高。

e) 缺乏一體化的技術(shù)支撐平臺(tái)，導(dǎo)致工藝運(yùn)行支撐技術(shù)架構(gòu)不一致、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，甚至數(shù)據(jù)互相沖突等。

因此，有必要探索建立一套符合我國煉化企業(yè)實(shí)際的工藝平穩(wěn)性管理方法。本文結(jié)合中國石化工藝技術(shù)管理實(shí)際，以系統(tǒng)化、體系化的思維探索建立了一套工藝平穩(wěn)性管理體系，并在某大型煉化企業(yè)進(jìn)行了試點(diǎn)應(yīng)用。

1 “工藝平穩(wěn)性管理體系”主要內(nèi)容

工藝平穩(wěn)性管理體系基于風(fēng)險(xiǎn)管理和系統(tǒng)化思維建立，一方面建立工藝管理制度，規(guī)范工藝管理過程；另一方面使用工藝平穩(wěn)性相關(guān)配套工具，不斷完善工藝技術(shù)管理，最終實(shí)現(xiàn)管理規(guī)范化與精細(xì)化。

1.1 總體內(nèi)容

借鑒設(shè)備完整性管理體系建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，突出工藝平穩(wěn)性技術(shù)特色，構(gòu)建工藝平穩(wěn)性管理體系。該體系包含管理和技術(shù)兩個(gè)層面，在管理層面應(yīng)重視保障工藝穩(wěn)定運(yùn)行的流程管理，包括報(bào)警、聯(lián)鎖、控制回路、先進(jìn)控制(APC)、變更、異常波動(dòng)管理等。而在技術(shù)層面，側(cè)重于基于自控系統(tǒng)的監(jiān)控、評估與優(yōu)化。如圖1所示。

圖1 工藝平穩(wěn)性管理體系總體內(nèi)容

工藝平穩(wěn)性管理體系建立了《工藝報(bào)警管理辦法》等10個(gè)程序文件，以報(bào)警評估與優(yōu)化、控制回路性能評估優(yōu)化、異常工況監(jiān)測預(yù)警等技術(shù)作為抓手，創(chuàng)建了“5+13”項(xiàng)績效指標(biāo)。通過管理程序和技術(shù)工具的支撐，最終滿足《工藝平穩(wěn)性體系管理手冊》的要求。

1.2 體系編制依據(jù)

工藝平穩(wěn)性管理體系依據(jù)法律標(biāo)準(zhǔn)、安全標(biāo)準(zhǔn)化、責(zé)任關(guān)懷、過程安全管理、ISO標(biāo)準(zhǔn)/原則、工藝平穩(wěn)管理最佳實(shí)踐等為編寫依據(jù)，遵循“計(jì)劃-實(shí)施-檢查-改進(jìn)”(PDCA)的結(jié)構(gòu)，按照ISO管理體系標(biāo)準(zhǔn)(MSS)高階結(jié)構(gòu)進(jìn)行框架設(shè)計(jì)，便于體系有效落地及一體化體系融合。主要編制依據(jù)如下：國際與國內(nèi)石化行業(yè)工藝平穩(wěn)性管理通用要求[9]；中國石化HSSE管理體系和煉化企業(yè)設(shè)備完整性管理體系[10]；中國石化總部及各分公司工藝技術(shù)管理制度、各相關(guān)專業(yè)管理制度[8,11]；國際管理體系的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)( ISO 9001 質(zhì)量管理體系， ISO 45001職業(yè)健康安全管理體系等)；國際能源化工公司管理實(shí)踐(SHELL、BP、Exxon Mobil、BASF等)；各煉化企業(yè)如福建聯(lián)合石化等工藝技術(shù)管理制度和良好實(shí)踐。

1.3 體系結(jié)構(gòu)與要素設(shè)置

工藝平穩(wěn)性管理體系一級要素和二級要素，參照《中國石化煉油化工工藝技術(shù)管理規(guī)定》，結(jié)合企業(yè)工藝技術(shù)管理的實(shí)際進(jìn)行設(shè)置，整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 工藝平穩(wěn)性管理體系結(jié)構(gòu)

其中，一級要素“8 運(yùn)行”的內(nèi)容如表1所示。

表1 一級要素“8 運(yùn)行”的各級要素

要素8突出了工藝管理的專業(yè)特色，與中國石化總部及各企業(yè)目前運(yùn)行的工藝管理制度相對應(yīng)。

1.4 體系文件

以上述一級要素和二級要素為核心，形成了1個(gè)體系要求和10個(gè)體系文件，如圖3所示。

圖3 工藝平穩(wěn)性體系“1+10”體系文件

1.5 體系關(guān)鍵支撐技術(shù)

如圖4所示，體系支撐技術(shù)通過對實(shí)時(shí)控制的評估診斷，及時(shí)定位存在的隱患，進(jìn)而實(shí)施優(yōu)化技術(shù)，消除隱患、提升控制性能、增強(qiáng)工藝平穩(wěn)性，形成實(shí)時(shí)評估與控制優(yōu)化相互促進(jìn)的“閉環(huán)模式”，持續(xù)循環(huán)提升控制效果。

圖4 工藝平穩(wěn)性體系關(guān)鍵支撐技術(shù)

首先以報(bào)警性能評估[12，13]為切入點(diǎn)，分析影響裝置平穩(wěn)運(yùn)行的滋擾報(bào)警。進(jìn)一步分析報(bào)警根原因，從設(shè)備、儀表、工藝方面去解決報(bào)警問題。

對于儀表方面導(dǎo)致的報(bào)警，進(jìn)行控制回路性能評估，進(jìn)一步從控制閥、儀表漂移、PID參數(shù)設(shè)置等方面分析異常根原因，進(jìn)而采用取有針對性的措施進(jìn)行優(yōu)化。

當(dāng)裝置的報(bào)警數(shù)減少到一定范圍，控制回路性能良好、自控率提高到一定程度，說明裝置基本控制系統(tǒng)已達(dá)到了平穩(wěn)，則進(jìn)一步提高先進(jìn)控制系統(tǒng)(APC)的投用率，實(shí)現(xiàn)裝置的平穩(wěn)高效運(yùn)行。在上述整個(gè)過程中，對工藝異常的監(jiān)測預(yù)警貫穿始終。

2 “工藝平穩(wěn)性管理體系”建設(shè)方案

2.1 總體建設(shè)思路

工藝平穩(wěn)性管理體系建設(shè)是對現(xiàn)有工藝管理進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，并確保工藝平穩(wěn)性管理滿足國家與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和中國石化工藝管理相關(guān)要求，涉及到的部門主要為工藝技術(shù)管理、儀表、信息等部門。參考HSSE等管理體系[14]，工藝平穩(wěn)性體系整體建設(shè)思路如圖5所示。

圖5 工藝平穩(wěn)性體系整體建設(shè)方案

首先，建立工藝平穩(wěn)性管理體系，完善相關(guān)制度文件，通過管理體系提升整個(gè)工藝管理的水平。其次，以報(bào)警評估與優(yōu)化技術(shù)、控制回路性能評估與診斷優(yōu)化技術(shù)為核心，進(jìn)行工藝平穩(wěn)性支撐技術(shù)建設(shè)，以“體系文件+支撐技術(shù)+技術(shù)培訓(xùn)”的模式，提升煉油化工裝置平穩(wěn)運(yùn)行的5項(xiàng)一級關(guān)鍵績效指標(biāo)、13項(xiàng)二級關(guān)鍵績效指標(biāo)。最終，建立工藝平穩(wěn)性平臺(tái)，實(shí)時(shí)監(jiān)控所有的關(guān)鍵績效指標(biāo)。相關(guān)技術(shù)人員和專家可以利用工藝平穩(wěn)性平臺(tái)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵績效監(jiān)控、優(yōu)化分析。為了實(shí)現(xiàn)企業(yè)自身對工藝運(yùn)行的持續(xù)優(yōu)化，不斷提升工藝平穩(wěn)性績效指標(biāo)將對企業(yè)相關(guān)人員進(jìn)行績效指標(biāo)優(yōu)化和提升技術(shù)培訓(xùn)。

2.2 體系文件建設(shè)

工藝平穩(wěn)性管理體系建設(shè)按照體系建設(shè)四步法進(jìn)行，主要通過專家團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)、審核建立，各階段詳細(xì)的工作內(nèi)容如下：第一階段：現(xiàn)狀評審與策劃；第二階段：編寫和審查體系文件；第三階段：工藝平穩(wěn)性管理體系實(shí)施；第四階段：體系審核與持續(xù)改進(jìn)。

2.3 關(guān)鍵支撐技術(shù)建設(shè)

由于影響工藝平穩(wěn)性的因素包括工藝、設(shè)備和儀表等多個(gè)方面，因此單獨(dú)依靠報(bào)警管理、控制回路性能評估、PID參數(shù)整定等技術(shù)，對工藝平穩(wěn)性的提升效果都有限。本技術(shù)方案綜合考慮工藝、設(shè)備、儀表等因素，借助多個(gè)專業(yè)技術(shù)軟件以及專家經(jīng)驗(yàn)，形成一體化的支撐技術(shù)，協(xié)同解決工藝、儀表、設(shè)備等方面的問題，最終提升工藝運(yùn)行的平穩(wěn)性。整體建設(shè)思路如圖6所示。

圖6 工藝平穩(wěn)性關(guān)鍵支撐技術(shù)建設(shè)思路

首先，以DCS、LIMS等系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控及人工確認(rèn)的部分信息作為運(yùn)行數(shù)據(jù)、以控制回路臺(tái)賬、工藝卡片臺(tái)賬等臺(tái)賬信息作為業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，共同組成裝置平穩(wěn)運(yùn)行的數(shù)據(jù)，在實(shí)施之前，進(jìn)行工藝平穩(wěn)性數(shù)據(jù)源的融合。

其次，依托報(bào)警評估與優(yōu)化、控制回路性能評估與診斷優(yōu)化等系統(tǒng)軟件作為關(guān)鍵支撐工具，評估裝置當(dāng)前平穩(wěn)運(yùn)行的狀態(tài)，并對低性能的指標(biāo)進(jìn)行根原因分析(診斷)，然后采取PID參數(shù)整定、控制方案優(yōu)化、設(shè)備閥門檢修等措施，進(jìn)行性能優(yōu)化。

最終，實(shí)現(xiàn)工藝平穩(wěn)性關(guān)鍵績效指標(biāo)的優(yōu)化提升。

以報(bào)警評估與優(yōu)化技術(shù)為例，其建設(shè)步驟如圖7所示。

圖7 報(bào)警性能評估與優(yōu)化實(shí)施流程

a) 報(bào)警管理現(xiàn)狀評估。評估煉化裝置報(bào)警現(xiàn)狀及企業(yè)管理現(xiàn)狀，主要包括報(bào)警參數(shù)設(shè)置情況、平均報(bào)警數(shù)量、以及報(bào)警制度建設(shè)情況和執(zhí)行情況。

b) 報(bào)警管理制度完善。根據(jù)企業(yè)報(bào)警管理的現(xiàn)狀，通過分析企業(yè)現(xiàn)有制度與《工藝報(bào)警管理辦法》的偏差，策劃相應(yīng)的整改方案，完善企業(yè)報(bào)警管理制度。

c) 報(bào)警參數(shù)篩選。按照合理性、唯一性、必要性三原則，對報(bào)警點(diǎn)、報(bào)警位置、報(bào)警限等設(shè)置進(jìn)行分析梳理，減少不必要的報(bào)警。

d) 報(bào)警優(yōu)先級劃分。分析工藝參數(shù)報(bào)警產(chǎn)生的原因，評估報(bào)警后果嚴(yán)重性及處置需要的時(shí)間緊迫性，實(shí)現(xiàn)對報(bào)警優(yōu)先級劃分。

e) 報(bào)警評估與優(yōu)化系統(tǒng)(報(bào)警管理系統(tǒng))軟件建設(shè)。實(shí)時(shí)獲取裝置的報(bào)警數(shù)據(jù)(DCS的原始報(bào)警記錄)，實(shí)現(xiàn)報(bào)警評估、報(bào)警分析、報(bào)警變更等功能，實(shí)現(xiàn)報(bào)警的在線管理。

2.4 管理平臺(tái)建設(shè)

工藝平穩(wěn)性管理平臺(tái)集成企業(yè)專業(yè)系統(tǒng)和總部專業(yè)系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)，將工藝平穩(wěn)性的績效指標(biāo)(一級、二級指標(biāo))進(jìn)行綜合展示，實(shí)現(xiàn)工藝指標(biāo)合格率、工藝參數(shù)報(bào)警率、工藝參數(shù)波動(dòng)率、流程自動(dòng)化率、非計(jì)劃停工等績效指標(biāo)的實(shí)時(shí)查看。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)報(bào)警日常管理、變更管理等管理流程審批流程。通過建設(shè)總部級平臺(tái)和各企業(yè)子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工藝平穩(wěn)性全過程的信息化、流程化、統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化。

2.5 績效指標(biāo)優(yōu)化和提升技術(shù)培訓(xùn)

工藝平穩(wěn)性績效指標(biāo)的提升是一個(gè)長期過程，只有企業(yè)自身的相關(guān)人員掌握相關(guān)技術(shù)并實(shí)施，才是工藝平穩(wěn)性能真正落地的關(guān)鍵。因此，有必要對企業(yè)相關(guān)人員進(jìn)行績效指標(biāo)優(yōu)化和提升技術(shù)培訓(xùn)。

技術(shù)培訓(xùn)分為初級、中級、高級三層遞進(jìn)的模式，完整進(jìn)行三級培訓(xùn)后，技術(shù)人員可以利用已實(shí)現(xiàn)的平臺(tái)軟件解決大部分(初定90%)控制問題，對部分特殊情況或難點(diǎn)問題，可提供技術(shù)支持或直接提供可行的方案，以實(shí)現(xiàn)深度優(yōu)化。

3 應(yīng)用實(shí)例

本文開發(fā)的工藝平穩(wěn)性管理體系在某大型煉化企業(yè)進(jìn)行了應(yīng)用。整個(gè)體系的建設(shè)經(jīng)過了“確定總體思路、開展現(xiàn)狀分析、確定體系要素、修訂制度體系、體系文件編寫、建設(shè)體系支撐技術(shù)(工具)、開展宣貫培訓(xùn)”等過程。

3.1 體系建設(shè)情況

a) 體系文件建設(shè)。根據(jù)《工藝平穩(wěn)性管理體系要求》和相應(yīng)的體系文件，由該煉化企業(yè)煉油生產(chǎn)管理部牽頭，聯(lián)合發(fā)展技術(shù)部、設(shè)備工程部等職能部門根據(jù)本單位實(shí)際管理情況，編制了《工藝平穩(wěn)性管理手冊》和相應(yīng)的體系文件。

b) 關(guān)鍵支撐技術(shù)建設(shè)。以該煉化企業(yè)煉油八大類共19套裝置為試點(diǎn)，建設(shè)了以報(bào)警評估與優(yōu)化、控制回路性能評估與優(yōu)化為核心的工藝平穩(wěn)性體系關(guān)鍵支撐技術(shù)。

3.2 管理技術(shù)實(shí)施效果

a) 關(guān)鍵績效指標(biāo)提升情況。報(bào)警評估與優(yōu)化技術(shù)通過開展報(bào)警設(shè)置合理化、不合理報(bào)警消除與優(yōu)化等工作后，裝置全口徑DCS參數(shù)小時(shí)平均報(bào)警數(shù)下降到6次，下降率70%；控制回路性能評估與診斷技術(shù)針對問題回路，通過PID整定進(jìn)行回路優(yōu)化，全回路自控率由79%提高至93%。通過控制回路性能評估與優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了卡邊操作，可提升裝置生產(chǎn)效益3%～5%，降低單位產(chǎn)品成本。

b) 裝置整體運(yùn)行情況。2019年10月，該煉化企業(yè)所在地由于舉辦大型賽事，各煉油裝置都不同程度地降低了加工量，維持低負(fù)荷運(yùn)行。生產(chǎn)負(fù)荷的降低，使裝置偏離了設(shè)計(jì)時(shí)的最佳運(yùn)行區(qū)間，容易發(fā)生裝置無法穩(wěn)定運(yùn)行的情況，存在較高的安全風(fēng)險(xiǎn)。而工藝平穩(wěn)性管理體系正是以提升裝置工藝平穩(wěn)性為核心目標(biāo)，在該體系相關(guān)技術(shù)的輔助下，各裝置在降量操作期間運(yùn)行穩(wěn)定，未出現(xiàn)大幅工藝波動(dòng)或非計(jì)劃停車事件。

由于新冠疫情的特殊影響，該煉化企業(yè)原計(jì)劃于2020年4月開展的檢修推遲至10月份。由于工藝平穩(wěn)管理已在2019年開展試運(yùn)行，各級部門普遍適應(yīng)了工藝平穩(wěn)管理體系的管理模式。在各裝置連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)長大幅增加的前提下，該體系為降低長周期連續(xù)運(yùn)行的事故風(fēng)險(xiǎn)、提升裝置工藝平穩(wěn)運(yùn)行水平及保障防疫期間生產(chǎn)任務(wù)的有序開展發(fā)揮了巨大作用。

4 結(jié)論

研究了一種工藝技術(shù)管理體系和標(biāo)準(zhǔn)，使傳統(tǒng)基于經(jīng)驗(yàn)、碎片式的管理方式向系統(tǒng)化、基于風(fēng)險(xiǎn)的管理方式轉(zhuǎn)變，為我國石油煉化企業(yè)的工藝管理方式轉(zhuǎn)變提供有益參考。主要結(jié)論如下。

a) 共享和傳承工藝管理實(shí)踐中的優(yōu)良做法，制定了統(tǒng)一的程序文件和作業(yè)文件，對現(xiàn)有工藝管理進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，確保工藝平穩(wěn)性管理滿足國家與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的相關(guān)要求。

b) 開發(fā)了工藝平穩(wěn)性關(guān)鍵支撐技術(shù)，并提出了工藝指標(biāo)合格率、工藝參數(shù)報(bào)警率、工藝參數(shù)波動(dòng)率、流程自動(dòng)化率和非計(jì)劃停工等績效指標(biāo)，可實(shí)現(xiàn)集團(tuán)公司、化工園區(qū)等層面統(tǒng)一的管理和考核標(biāo)準(zhǔn)。