石化企業(yè)數(shù)字化環(huán)保管理系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用

趙欣梅

(石化盈科信息技術(shù)有限責(zé)任公司,北京 100007)

近年來，綠色發(fā)展成為國際主流發(fā)展意識。發(fā)達國家通過建立綠色機制、綠色標準，把生態(tài)環(huán)保與貿(mào)易、發(fā)展等問題掛鉤［1］。我國在推動經(jīng)濟發(fā)展的同時，加快開展生態(tài)文明體制改革與美麗中國的建設(shè)。石化行業(yè)面臨經(jīng)濟快速發(fā)展與環(huán)境約束的雙重挑戰(zhàn)，在滿足國家不斷提升的石油資源需求同時，開采與加工副產(chǎn)污染物也對環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生了一定影響［2］，因此對石化企業(yè)環(huán)境保護工作提出了更高要求。我國石化企業(yè)環(huán)保管理工作一度采用末端控制的粗獷管理模式，缺乏數(shù)字化等有效的支持手段，主要表現(xiàn)為：專職環(huán)保崗位設(shè)置不足；環(huán)境監(jiān)測體系不健全；源頭與過程排污疏于管控，多為事后治理整改；海量的環(huán)境數(shù)據(jù)指標分散、孤立，沒有統(tǒng)一的口徑與標準［3］；污染排放底數(shù)不清，環(huán)保指標分解、下達與統(tǒng)計沒有科學(xué)有效的手段；項目未批先建、久試未驗問題持續(xù)困擾管理決策人員等等。隨著全球進入互聯(lián)網(wǎng)時代，我國適時抓住歷史機遇，比肩發(fā)達國家加速推進各行業(yè)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，企業(yè)面臨著制度創(chuàng)新、模式變革［4］。在這種新的時代背景下，由綠色革命引領(lǐng)與驅(qū)動，我國石化企業(yè)面臨著環(huán)保管理體系、管理模式的創(chuàng)新與提升，借助數(shù)字化手段提升石化企業(yè)的環(huán)保管理模式，以數(shù)據(jù)驅(qū)動環(huán)保管理革新，是深度認知并優(yōu)化改造環(huán)保管理體系的有效途徑。

本文介紹了新時期提升石化企業(yè)管理模式的數(shù)字化環(huán)保管理系統(tǒng)，并闡述了某石化集團環(huán)保管理的數(shù)字化轉(zhuǎn)型實踐，為石化企業(yè)推行綠色革命提供可參考的模式和經(jīng)驗。

1 石化企業(yè)數(shù)字化環(huán)保管理目標

數(shù)字化環(huán)保管理的一項重點工作是創(chuàng)新提升環(huán)保業(yè)務(wù)管理模式［5］。應(yīng)通過全面梳理環(huán)保業(yè)務(wù)，將環(huán)保業(yè)務(wù)流程標準化，規(guī)范全口徑環(huán)境數(shù)據(jù)指標體系，厘清各管理層級管理職責(zé)，實現(xiàn)項目全生命周期的污染過程監(jiān)控、環(huán)保專業(yè)化管理、綜合決策的環(huán)保業(yè)務(wù)協(xié)同管理。

1.1 環(huán)保業(yè)務(wù)范疇

圖1 石化企業(yè)PDCA閉環(huán)環(huán)保管理體系示意

石化企業(yè)的環(huán)保業(yè)務(wù)涵蓋了勘探開發(fā)、石油加工、油品銷售全產(chǎn)業(yè)鏈。在集團層面通常設(shè)置健康、安全、安保和環(huán)境（HSSE）管理委員會及環(huán)保綜合監(jiān)管部門，由集團HSSE委員會對環(huán)保工作進行統(tǒng)一監(jiān)督和管理。集團下屬分公司是各專業(yè)板塊的環(huán)保管理主體，設(shè)置環(huán)保主管處室，負責(zé)板塊環(huán)保管理。直屬企業(yè)是環(huán)保責(zé)任主體，通常設(shè)置企業(yè)級環(huán)保主管處室、二級單位及基層單位環(huán)保主管崗位。

石化企業(yè)環(huán)保業(yè)務(wù)經(jīng)梳理提煉可歸納為4條主線：1）通過實施項目全生命周期環(huán)保管理，支撐建設(shè)項目階段的環(huán)保工作和生產(chǎn)運行階段污染預(yù)防、源頭削減、過程控制及綜合治理。2）構(gòu)建環(huán)境風(fēng)險防控機制，提高企業(yè)風(fēng)險防控水平，降低突發(fā)環(huán)境事件發(fā)生概率，支持應(yīng)急處置。3）實現(xiàn)環(huán)保計劃、統(tǒng)計、分析評價與績效考核全面管理，監(jiān)督、核算與評價環(huán)保持續(xù)改善成效。4）基于環(huán)保基礎(chǔ)信息、實時監(jiān)測及排放指標等數(shù)據(jù)輔助各級決策。按業(yè)務(wù)鏈梳理，石化企業(yè)環(huán)保業(yè)務(wù)有計劃、監(jiān)控、統(tǒng)計檢查、績效評價和對標考核的閉環(huán)管理特點，符合計劃-執(zhí)行-檢查-決策（PDCA）循環(huán)，遵從環(huán)保管理體系要求，見圖1。

1.2 數(shù)字化環(huán)保管理目標

石化企業(yè)的數(shù)字化環(huán)保管理需依據(jù)石化產(chǎn)業(yè)鏈特點與環(huán)保業(yè)務(wù)范疇，搭建上下一體化、統(tǒng)一高效的環(huán)保管控平臺，提升企業(yè)自身環(huán)保水平與環(huán)境風(fēng)險防范能力，加速實現(xiàn)“綠色轉(zhuǎn)型”。在直屬企業(yè)層面，應(yīng)定位污染物源頭—過程—末端的環(huán)保全過程管理，融合基層單位、二級單位與直屬企業(yè)三級環(huán)保組織的環(huán)保業(yè)務(wù)，集成物料、裝置、工藝運行等環(huán)保關(guān)注生產(chǎn)信息，實現(xiàn)建設(shè)項目環(huán)保、環(huán)境監(jiān)測、污染源產(chǎn)排管理、“三廢”管控治理、風(fēng)險管控等環(huán)保核心業(yè)務(wù)管控。在集團層面，應(yīng)規(guī)范上下貫通的五級環(huán)保流程，建立全口徑數(shù)據(jù)指標標準，構(gòu)建環(huán)境風(fēng)險管控、排污許可、污染治理及建設(shè)項目環(huán)保管理四大預(yù)警機制，對直屬企業(yè)實施統(tǒng)一標準的環(huán)保專業(yè)化監(jiān)管，統(tǒng)籌決策，助力企業(yè)實現(xiàn)重點外排污染源監(jiān)控率100%，環(huán)保指標監(jiān)控率和覆蓋范圍100%，企業(yè)排污執(zhí)行過程監(jiān)控率100%，重大環(huán)境風(fēng)險源動態(tài)管理率100%。

2 石化企業(yè)數(shù)字化環(huán)保管理系統(tǒng)的研發(fā)

數(shù)字化環(huán)保管理系統(tǒng)的研發(fā)定位于先進數(shù)字化技術(shù)與主流運行環(huán)境，著眼于打破末端控制管理模式，深入到污染產(chǎn)排過程摸清環(huán)保排放底數(shù)。在石化企業(yè)崗位設(shè)置與監(jiān)測能力不足的情況下，通過數(shù)字化建模、逐點定義賦值提升信息獲取的真實有效性是技術(shù)關(guān)鍵所在。此外還應(yīng)進一步提煉環(huán)保核心業(yè)務(wù)，整合數(shù)據(jù)資源，遵從業(yè)務(wù)主線設(shè)計模塊與功能交互。

2.1 數(shù)字化環(huán)保管理系統(tǒng)技術(shù)要點

2.1.1 污染物排放業(yè)務(wù)建模與工廠模型

石化企業(yè)環(huán)保管理系統(tǒng)的數(shù)字化升級，首先應(yīng)打破“管結(jié)果”的傳統(tǒng)管理模式，向“管過程”轉(zhuǎn)變［6-7］，縱深到石化企業(yè)基層推動“綠色轉(zhuǎn)型”。系統(tǒng)設(shè)計擬采用多維數(shù)據(jù)建模技術(shù)，搭建生產(chǎn)單元級污染物產(chǎn)排模型，依據(jù)現(xiàn)有環(huán)保指標監(jiān)控、核算、統(tǒng)計規(guī)則的雛形優(yōu)化建模，實現(xiàn)生產(chǎn)單元污染物排放即時跟蹤、環(huán)保指標監(jiān)控、統(tǒng)計分析。環(huán)保管理系統(tǒng)的工廠模型見圖2。由圖2可見，工廠模型涵蓋煉油、化工裝置及廢水/氣污染治理等類設(shè)施，支撐污染源管控業(yè)務(wù)的運行與核算，包括測量網(wǎng)絡(luò)層、生產(chǎn)操作層、統(tǒng)計歸并層與核算模型層。測量網(wǎng)絡(luò)層描述真實物理儀表或虛擬儀表，測量點包括在線監(jiān)測與計量儀表、分析儀器、檢測儀器等。生產(chǎn)操作層描述企業(yè)裝置產(chǎn)排要素與污染源、治理設(shè)施的連接關(guān)系。統(tǒng)計歸并層按業(yè)務(wù)統(tǒng)計規(guī)則及不同統(tǒng)計口徑抽象描述環(huán)保拓撲邏輯關(guān)系。核算模型層描述企業(yè)污染產(chǎn)排的核算關(guān)系。

圖2 石化企業(yè)數(shù)字化環(huán)保管理系統(tǒng)的工廠模型

2.1.2 基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的研發(fā)與服務(wù)

在國家政策引導(dǎo)和企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型驅(qū)動下，我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺已進入快速發(fā)展期［8］，將助力企業(yè)在產(chǎn)業(yè)競爭中搶占優(yōu)勢，降低企業(yè)信息化部署的成本和難度。石化企業(yè)數(shù)字化環(huán)保管理系統(tǒng)擬基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，采用“平臺+應(yīng)用+服務(wù)”技術(shù)路線，開發(fā)面向環(huán)保領(lǐng)域的業(yè)務(wù)應(yīng)用，技術(shù)架構(gòu)見圖3。如圖 3所示：環(huán)保應(yīng)用可以通過瀏覽器和移動應(yīng)用APP訪問；應(yīng)用層調(diào)用業(yè)務(wù)組件和技術(shù)組件服務(wù)，支持通用業(yè)務(wù)和計算，實現(xiàn)“三廢”管理、治理設(shè)施管理等專業(yè)應(yīng)用，用戶可以訂閱多種應(yīng)用，實現(xiàn)個性化業(yè)務(wù)覆蓋；服務(wù)層新增環(huán)保指標計算、監(jiān)測計劃編制等各項業(yè)務(wù)組件，并以組件組合方式滿足各應(yīng)用的業(yè)務(wù)需求。

2.2 數(shù)字化環(huán)保管理系統(tǒng)功能設(shè)計

石化企業(yè)數(shù)字化環(huán)保管理系統(tǒng)的總體功能框架見圖4，主要分為5類20多個功能模塊，分述如下。

2.2.1 項目建設(shè)期環(huán)境保護

“項目建設(shè)期環(huán)境保護”類實現(xiàn)企業(yè)新、改、擴建項目的環(huán)保管理，支持勘探開發(fā)過程中環(huán)境敏感目標的識別與評估，防止項目建設(shè)期的生產(chǎn)活動對環(huán)境產(chǎn)生污染和生態(tài)破壞。“建設(shè)項目環(huán)保管理”的內(nèi)容是建設(shè)項目各階段的環(huán)保過程管控，保障環(huán)保設(shè)施與主體工程同時設(shè)計、同時施工、同時投產(chǎn)使用，重點監(jiān)管各階段產(chǎn)生的環(huán)保違規(guī)、超期和進展情況。“環(huán)境敏感目標管理”是針對勘探開發(fā)區(qū)塊中涉及的各類環(huán)境敏感目標，開展環(huán)境敏感目標評估與識別的應(yīng)用。

2.2.2 在役運行期環(huán)境保護

“在役運行期環(huán)境保護”類主要是對生產(chǎn)運行階段的污染物源頭削減、過程控制及末端治理進行監(jiān)控。其中，“環(huán)境監(jiān)測”是對企業(yè)廢水、廢氣污染源排放進行24 h全天候的環(huán)境在線監(jiān)測，包括監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控、超標報警及趨勢分析、現(xiàn)場分析設(shè)備有效性審核、對無效數(shù)據(jù)修約補遺等，實現(xiàn)企業(yè)從監(jiān)測資源、計劃、任務(wù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)采集的過程管理與分析預(yù)警；“三廢管控”是基于污染源產(chǎn)排模型，實施廢水分級控制、廢氣監(jiān)測計量及固體廢物全生命周期管理；“治理設(shè)施管理”是對企業(yè)污染治理設(shè)施的運行及停運進行管理，實時監(jiān)控治理設(shè)施的運行狀態(tài)。

圖3 石化企業(yè)數(shù)字化環(huán)保管理系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)

圖4 石化企業(yè)數(shù)字化環(huán)保管理系統(tǒng)的總體功能框架

2.2.3 環(huán)境風(fēng)險防控

“環(huán)境風(fēng)險防控”類是針對突發(fā)環(huán)境事件特點，構(gòu)建風(fēng)險防控機制，對重大環(huán)境風(fēng)險源實施“一源一案”管理，支撐環(huán)境事件事前預(yù)防、事中控制及事后處理?！碍h(huán)境風(fēng)險管理”是通過建立環(huán)境風(fēng)險評估模型，識別企業(yè)環(huán)境風(fēng)險，對重大風(fēng)險源及分布情況監(jiān)督管理；“環(huán)境隱患管理”是開展環(huán)保隱患排查和隱患分級管理，進行隱患治理項目進度跟蹤、項目后評估等；“環(huán)境應(yīng)急管理”是進行應(yīng)急預(yù)案、應(yīng)急資源、應(yīng)急監(jiān)測等日常管理，支持區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控；“環(huán)境事件管理”是針對企業(yè)環(huán)境事件進行報告、分級、調(diào)查與處理，建設(shè)集團統(tǒng)一的環(huán)境事件案例庫，指導(dǎo)企業(yè)風(fēng)險防范，支持環(huán)境事件處置的輔助決策。

2.2.4 環(huán)保監(jiān)督考核

“環(huán)保監(jiān)督考核”類以石化企業(yè)環(huán)保工作中遠期規(guī)劃與年度工作計劃為基準，通過實施環(huán)保計劃、統(tǒng)計、分析評價與監(jiān)督考核全面管理，評價企業(yè)環(huán)保管理的持續(xù)改善成效，對企業(yè)環(huán)境績效進行量測與評估。其中，“環(huán)保規(guī)劃計劃”是進行企業(yè)環(huán)保規(guī)劃和年度計劃的編制與發(fā)布，跟蹤環(huán)保計劃與指標的完成情況；“環(huán)保統(tǒng)計”是通過建立環(huán)保指標核算模型，逐級核算統(tǒng)計分析；“檢查督辦”是進行各類環(huán)保檢查的跟蹤及問題整改跟蹤；“綠色企業(yè)行動”是根據(jù)“一方案兩清單”（綠色企業(yè)創(chuàng)建方案、項目清單、任務(wù)清單）要求，固化綠色企業(yè)評價指標體系，實施綠色企業(yè)申報、審核與備案管理；“排污許可”是根據(jù)國家“按證排污、自證守法”一證式污染源管理模式要求［9］，進行排污執(zhí)行過程監(jiān)控；“污染源普查”是進行污染源普查數(shù)據(jù)登記審批，針對污染源及污染源強進行統(tǒng)計分析。

2.2.5 環(huán)保綜合決策

“環(huán)保綜合決策”類是基于海量環(huán)保數(shù)據(jù)、環(huán)保業(yè)務(wù)信息及知識庫，頂層設(shè)計“領(lǐng)導(dǎo)駕駛艙”、“環(huán)保地圖”、“移動應(yīng)用”，輔以環(huán)?！熬C合管理”，為環(huán)保決策提供全方位、多層次的決策支持和數(shù)據(jù)服務(wù)。通過建設(shè)“領(lǐng)導(dǎo)駕駛艙”為各級管理者提供決策平臺，包括建設(shè)項目環(huán)保預(yù)警、污染源監(jiān)測預(yù)警、實時污染物排放等環(huán)保核心業(yè)務(wù)，滿足用戶基于數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)場景定制及指標管控分析?！碍h(huán)保地圖”可實現(xiàn)企業(yè)污染源、“三廢”管控、風(fēng)險應(yīng)急等基于地理信息分布的分類監(jiān)控，進一步輔助各級管理用戶的決策?！耙苿討?yīng)用”支撐各級管理用戶隨時隨地監(jiān)控環(huán)保主要業(yè)務(wù)，掌控環(huán)保管理現(xiàn)狀。

3 石化企業(yè)數(shù)字化環(huán)保管理系統(tǒng)的應(yīng)用效果

數(shù)字化環(huán)保管理系統(tǒng)的應(yīng)用能夠有效支撐石化企業(yè)在“綠色轉(zhuǎn)型”和踐行生態(tài)文明中的責(zé)任擔(dān)當［10］。該系統(tǒng)優(yōu)化改造了傳統(tǒng)的環(huán)保管理模式，數(shù)字化定義了各級環(huán)保組織與崗位職責(zé)，實現(xiàn)了企業(yè)污染產(chǎn)排過程的透明化監(jiān)管、重點污染源排放的在線監(jiān)測及建設(shè)項目環(huán)保過程的管控。企業(yè)環(huán)保部門依靠該系統(tǒng)全面規(guī)范整合海量數(shù)據(jù)，解決指標口徑不一、信息孤島問題，徹底摸清污染排放底數(shù)，實現(xiàn)了依數(shù)據(jù)管理、以數(shù)據(jù)決策。如某石化集團通過應(yīng)用該數(shù)字化環(huán)保管理系統(tǒng)，在推動“綠色革命”的進程中取得了一定的經(jīng)驗與成效。

3.1 支撐集團層面環(huán)保業(yè)務(wù)統(tǒng)籌管理

通過數(shù)字化頂層設(shè)計，該石化集團對直屬企業(yè)環(huán)保管理實施全面管控、考核、統(tǒng)計分析與決策，滿足環(huán)保職能部門統(tǒng)籌管理和油/煉/化/銷專業(yè)板塊的環(huán)保監(jiān)管，并建設(shè)領(lǐng)導(dǎo)駕駛艙，全局展現(xiàn)環(huán)保管理核心業(yè)務(wù)，為各級環(huán)保管理者提供可視化的環(huán)保決策平臺。

3.2 細化直屬企業(yè)層面環(huán)保過程管控

數(shù)字化環(huán)保管理系統(tǒng)實現(xiàn)了環(huán)境監(jiān)測、過程管控、環(huán)保統(tǒng)計與評價的閉環(huán)管理，“管結(jié)果”轉(zhuǎn)變?yōu)椤肮苓^程”，“事后追責(zé)”變?yōu)椤笆虑邦A(yù)防控制”。以該石化集團某直屬企業(yè)為例，通過應(yīng)用環(huán)境監(jiān)測、“三廢”管理、VOCs管理、治理設(shè)施監(jiān)控、環(huán)保統(tǒng)計及風(fēng)險防控等環(huán)保核心解決方案，實現(xiàn)環(huán)保業(yè)務(wù)縱向貫通、橫向關(guān)聯(lián)，信息高度共享，支持車間發(fā)起、逐級核算歸并、層層審批的規(guī)范管理模式［11］，輔以便捷審批流程，提升了環(huán)保過程管控的敏捷性和預(yù)警能力。

3.3 提升重點污染源外排達標率

實施重點污染源排放監(jiān)測，能夠支持石化企業(yè)掌控污染源外排超標情況，監(jiān)督企業(yè)污染源排放達標。該石化集團通過進行環(huán)境監(jiān)測，輔以管控固體廢物排放與處置，減少了超標排放與違規(guī)操作。2019年COD、氨氮、二氧化硫、氮氧化物、揮發(fā)性有機物的排放量均得到有效控制，國（省、市）控排放源廢水、廢氣綜合達標率分別達到99.9%和99.8%，固體廢物產(chǎn)生量減少5%，綜合利用率增加5%，妥善處理處置率達到100%。

3.4 助推“綠色企業(yè)”行動

該石化集團通過在各板塊、專業(yè)公司、科研單位范圍內(nèi)實施“綠色企業(yè)”行動，應(yīng)用數(shù)字化環(huán)保管理系統(tǒng)明確了9項總體要求，規(guī)定了10項主要指標和21項重點任務(wù)，有力推動了“綠色企業(yè)”創(chuàng)建工作。至2019年，總體已開展49家企業(yè)的申報與“綠色企業(yè)”創(chuàng)建，其中10家示范企業(yè)已獲得“綠色企業(yè)”稱號并發(fā)揮示范引領(lǐng)作用持續(xù)“增綠”，34家申報企業(yè)入圍完成了“綠色企業(yè)”現(xiàn)場評審。

3.5 協(xié)助污染防治攻堅

該石化集團利用數(shù)字化環(huán)保管理系統(tǒng)輔助開展環(huán)保檢查督辦與問題整改跟蹤，推進了90家企業(yè)1 700余個污染防治項目的實施，2019年項目完成率達50%以上，輔助督辦環(huán)保檢查督查發(fā)現(xiàn)問題的整改1 000余項。同步協(xié)助開展長江、黃河等重點流域33家企業(yè)生態(tài)環(huán)?！盎仡^看”發(fā)現(xiàn)問題的督促整改，基本實現(xiàn)廢水達標排放，未發(fā)生一般及以上級別的污染和生態(tài)破壞事件。

4 結(jié)語

石化行業(yè)穩(wěn)定發(fā)展帶來的污染排放新增壓力仍將處于高位水平。在發(fā)展生態(tài)文明、建設(shè)美麗中國的時代發(fā)展趨勢下，石化企業(yè)作為污染排放主體，面臨著“綠色轉(zhuǎn)型”與環(huán)保管理革新。運用先進數(shù)字化技術(shù)實現(xiàn)石化企業(yè)環(huán)保管理體系的創(chuàng)新，是互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展時代的必然舉措。數(shù)字化浪潮為石化行業(yè)推進綠色革命帶來了前所未有的歷史機遇，數(shù)字化技術(shù)的高速發(fā)展正加速賦能石化企業(yè)節(jié)能減排，實現(xiàn)“綠色轉(zhuǎn)型”。因綠色革命驅(qū)動的環(huán)保業(yè)務(wù)需求可進一步采用智能傳感、智能物聯(lián)等先進技術(shù)，實現(xiàn)環(huán)保管控主體基于網(wǎng)際協(xié)議（IP）的精準感知，打造企業(yè)環(huán)保數(shù)字孿生，更精準支撐管理與決策。進一步，可應(yīng)用大數(shù)據(jù)、云計算、虛擬現(xiàn)實/增強現(xiàn)實（VR/AR）、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)，構(gòu)建生產(chǎn)與生態(tài)的環(huán)境共享平臺，助推石化人、石化企業(yè)與社會、生態(tài)共享和諧。