煉化企業(yè)生產(chǎn)智能化規(guī)劃與實(shí)施路徑

刁俊武，喬志強(qiáng)

（中海油信息科技有限公司智能制造（惠州）分公司，廣東 惠州 516086）

1 引言

自2010年以來(lái)，德國(guó)、美國(guó)等傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國(guó)相繼出臺(tái)了以新一代信息技術(shù)為重要支撐的發(fā)展戰(zhàn)略。隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和人工智能等技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，石油化工行業(yè)也提出了“智能煉化”的概念，并與“兩化融合”“工業(yè)4.0”“智能制造”“智能工廠”等概念一脈相承。面對(duì)全球工業(yè)化智能化的大潮流，國(guó)內(nèi)出臺(tái)了《中國(guó)制造2025》戰(zhàn)略，表明國(guó)家開(kāi)始積極行動(dòng)起來(lái)，把握新一輪發(fā)展機(jī)遇實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)。新一代信息技術(shù)與煉油業(yè)的緊密結(jié)合已成為煉油業(yè)發(fā)展新趨勢(shì)，信息技術(shù)的使用將極大提高煉廠的安全性、生產(chǎn)效率和盈利能力。因此，煉化企業(yè)從自動(dòng)化、數(shù)字化煉油廠轉(zhuǎn)型升級(jí)為信息化、智能化煉油廠，是煉油廠升級(jí)發(fā)展的必由之路。

（1）國(guó)外現(xiàn)狀

過(guò)去30年，歐美等國(guó)家在石油化工行業(yè)結(jié)合先進(jìn)的工藝技術(shù)與設(shè)備技術(shù)，開(kāi)發(fā)并應(yīng)用了智能操作管理與優(yōu)化技術(shù)，在安全生產(chǎn)、勞動(dòng)生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益等方面達(dá)到了非常高的水平，特別是Exxon-mobile、Shell等國(guó)外各大石油公司對(duì)于裝置智能化的技術(shù)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用極其重視，從20世紀(jì)90年代就陸續(xù)開(kāi)發(fā)了各自的智能操作管理與優(yōu)化技術(shù)，并推廣至全球各大煉油石化廠及油田管道等生產(chǎn)領(lǐng)域，尤其是煉化企業(yè)的多數(shù)生產(chǎn)裝置都采用了智能控制技術(shù)，其中美國(guó)重點(diǎn)裝置的智能控制技術(shù)普及率已達(dá)到90%以上。

（2）國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀

目前，我國(guó)煉化企業(yè)已基本實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，國(guó)內(nèi)的硬件設(shè)備、工藝技術(shù)等方面已經(jīng)迎頭趕上國(guó)際先進(jìn)水平，但由于智能化、自動(dòng)化等軟領(lǐng)域的差距導(dǎo)致我們與國(guó)際一流煉化企業(yè)在勞動(dòng)生產(chǎn)率、安全管理和經(jīng)濟(jì)效益等方面存在較大的差距。國(guó)內(nèi)煉化裝置的建設(shè)與生產(chǎn)運(yùn)行管理分別由工藝包廠家、設(shè)計(jì)院和業(yè)主負(fù)責(zé)，缺少全生命周期的技術(shù)與規(guī)范。國(guó)內(nèi)煉化領(lǐng)域的智能化程度不高，裝置基本控制回路有效投用率不高，但人工操作負(fù)荷高，導(dǎo)致我國(guó)煉化裝置的操作人員勞動(dòng)生產(chǎn)率大大低于國(guó)際先進(jìn)水平。

2 煉化企業(yè)生產(chǎn)管理面臨的挑戰(zhàn)

結(jié)合國(guó)內(nèi)煉化企業(yè)現(xiàn)狀，通過(guò)自動(dòng)化、數(shù)字化、系統(tǒng)優(yōu)化、一體化、基礎(chǔ)支撐和人員管理六個(gè)方面，對(duì)煉化企業(yè)的信息化進(jìn)行了分析，國(guó)內(nèi)煉化企業(yè)信息化水平總體不均衡，呈現(xiàn)出兩極分化的特征。其中存在的重大技術(shù)瓶頸問(wèn)題和難點(diǎn)問(wèn)題如下。

（1）基礎(chǔ)服務(wù)

煉化企業(yè)自有終端網(wǎng)絡(luò)薄弱，束縛終端銷售新模式、新業(yè)態(tài)發(fā)展。

（2）全面感知

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集水平參差不齊，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性較差，其采集范圍及頻率僅可滿足現(xiàn)有業(yè)務(wù)應(yīng)用；由于各專業(yè)系統(tǒng)獨(dú)立建設(shè)，系統(tǒng)之間沒(méi)有建立有效的數(shù)據(jù)共享機(jī)制或渠道，存在數(shù)據(jù)重復(fù)錄入的情況。

（3）整體協(xié)同

現(xiàn)有信息系統(tǒng)均為各業(yè)務(wù)部門自主牽頭建設(shè)，缺少統(tǒng)一規(guī)劃和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，通常僅對(duì)當(dāng)前自身業(yè)務(wù)支持做重點(diǎn)考慮，系統(tǒng)分散，存在“信息孤島”問(wèn)題，難以支撐跨專業(yè)、跨層級(jí)和跨部門的全業(yè)務(wù)協(xié)同，整體運(yùn)營(yíng)執(zhí)行效率不高，全產(chǎn)業(yè)鏈業(yè)務(wù)協(xié)同能力不足。

（4）科學(xué)決策

大數(shù)據(jù)、智能技術(shù)等新技術(shù)的應(yīng)用滯后，大部分局限在通過(guò)數(shù)據(jù)報(bào)表、看板提供輔助支撐數(shù)據(jù)，缺少基于海量數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)模型，難以有效支撐業(yè)務(wù)決策；因?yàn)槿鄙倌Ｐ?、算法與智能化系統(tǒng)軟件，目前大量的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)沒(méi)有被充分利用，更是很少采用數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘和大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)為經(jīng)營(yíng)管理和優(yōu)化決策提供數(shù)據(jù)支持。

（5）主動(dòng)優(yōu)化

目前工藝流程和關(guān)鍵設(shè)備設(shè)施管理方面缺少基于裝置智能模型的智能控制和優(yōu)化；部分設(shè)備雖然有傳感器和數(shù)據(jù)，但是沒(méi)有智能診斷與預(yù)警軟件。設(shè)備設(shè)施可靠性分析及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估能力較弱，無(wú)法對(duì)故障進(jìn)行早期風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別及預(yù)測(cè)性預(yù)警；各作業(yè)工序缺乏智能管控，工控設(shè)備之間大多缺乏統(tǒng)一的接口和規(guī)范，實(shí)現(xiàn)智能化應(yīng)用需要二次改造。

3 煉化企業(yè)生產(chǎn)智能化發(fā)展規(guī)劃

為促進(jìn)我國(guó)煉化企業(yè)工業(yè)化智能化轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)，本文主要從裝置操作智能化、裝備管理智能化、能源控制與優(yōu)化和生產(chǎn)協(xié)同優(yōu)化四個(gè)方面提出戰(zhàn)略規(guī)劃，具體方法如下所述。

3.1 裝置操作智能化

（1）業(yè)務(wù)痛點(diǎn)

國(guó)內(nèi)煉化企業(yè)裝置的硬件設(shè)備、工藝技術(shù)等方面已經(jīng)迎頭趕上國(guó)際先進(jìn)水平，但由于智能化、自動(dòng)化等軟領(lǐng)域的差距導(dǎo)致我們與國(guó)際一流石化企業(yè)在勞動(dòng)生產(chǎn)率、安全管理和經(jīng)濟(jì)效益等方面仍存在較大的差距。目前國(guó)內(nèi)煉化裝置大多在儀表、控制、數(shù)字化信息平臺(tái)、信息展示、計(jì)劃優(yōu)化和調(diào)度優(yōu)化等工廠管理層次的建設(shè)，對(duì)于工藝操作智能化方面還有較大的差距。

（2）規(guī)劃方案

建立裝置的高精度工藝動(dòng)態(tài)模擬，包括離線的智能模擬裝置與主要工段的在線智能模型，基于機(jī)理的智能動(dòng)態(tài)模型研究、分析裝置瓶頸，提出工藝優(yōu)化與脫瓶頸工藝改造初步建議方案；完善裝置的智能化異常工況受控系統(tǒng)，包括智能異常診斷與預(yù)警技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵儀表、設(shè)備和控制回路的異常診斷和管理，實(shí)時(shí)預(yù)警原因分析，并針對(duì)異常工況進(jìn)行操作指導(dǎo)；通過(guò)裝置的智能控制與操作優(yōu)化，根據(jù)裝置負(fù)荷、原料性質(zhì)變化和進(jìn)料波動(dòng)等實(shí)現(xiàn)裝置自動(dòng)化無(wú)人操作，達(dá)到裝置各種工況的平穩(wěn)過(guò)渡及最終產(chǎn)品切割與能耗優(yōu)化的目的。

3.2 裝備管理智能化

（1）業(yè)務(wù)痛點(diǎn)

石油化工企業(yè)是設(shè)備密集型企業(yè)，設(shè)備資產(chǎn)價(jià)值高，維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用極高，尤其是大型機(jī)組設(shè)備具有價(jià)格昂貴、無(wú)備機(jī)和檢修周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，一旦發(fā)生故障導(dǎo)致停機(jī)檢修，將造成整個(gè)生產(chǎn)裝置的全面停產(chǎn)或大幅度減產(chǎn)，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至引發(fā)安全生產(chǎn)事故。

設(shè)備資產(chǎn)的可用性和可靠性可能落后于基本的性能預(yù)期；設(shè)備停機(jī)時(shí)間不能滿足客戶要求；而且可能帶來(lái)災(zāi)難性的安全后果。故障和不合時(shí)宜的維護(hù)可能造成浪費(fèi)、破壞且效率低下。

（2）規(guī)劃方案

完善煉化企業(yè)設(shè)備管理業(yè)務(wù)相關(guān)的智能巡檢、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、油液監(jiān)測(cè)管理和設(shè)備設(shè)施完整性平臺(tái)等信息化建設(shè)，完善各單位管理手段；基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，采用大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)等，針對(duì)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及與設(shè)備相關(guān)的工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行建模分析，形成數(shù)據(jù)趨勢(shì)預(yù)測(cè)、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性分析、故障及潛在故障的診斷分析和大數(shù)據(jù)分析等設(shè)備預(yù)測(cè)性維護(hù)應(yīng)用，使裝備管理水平向更高水平的預(yù)測(cè)性維修、主動(dòng)維修邁進(jìn)，形成設(shè)備的全生命周期所有管理過(guò)程具有全面感知、安環(huán)受控、生產(chǎn)智能和全廠優(yōu)化特點(diǎn)的智能化管理平臺(tái)。

（3）預(yù)期效益

通過(guò)對(duì)設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)和效能分析，可以建立模型，更好地了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)；確定設(shè)備的最佳維護(hù)策略，提高維護(hù)的可靠性，實(shí)現(xiàn)設(shè)備維護(hù)可持續(xù)改善性循環(huán)；實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行的長(zhǎng)周期，保障設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性，切實(shí)解決企業(yè)痛點(diǎn)；提高設(shè)備安全性、穩(wěn)定性，最小化設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)；節(jié)約維修費(fèi)用，減少設(shè)備及原材料庫(kù)存積壓等問(wèn)題，提高企業(yè)的綜合效益；精簡(jiǎn)管理流程；提高煉化企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，在未來(lái)發(fā)展中處于有利位置。

3.3 能源管控與優(yōu)化

（1）業(yè)務(wù)痛點(diǎn)

煉化企業(yè)能耗數(shù)據(jù)為對(duì)外結(jié)算、離線和非實(shí)時(shí)類的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，信息存在一定的滯后性及人為因素，不利于節(jié)能工作的監(jiān)管。存在采集的數(shù)據(jù)顆粒度相對(duì)較粗糙，不能實(shí)現(xiàn)裝置級(jí)和設(shè)備級(jí)的能耗對(duì)比分析，無(wú)法滿足企業(yè)的能源管理需求。信息化落后的生產(chǎn)企業(yè)大多都是通過(guò)手工填報(bào)和處理，存在人工干預(yù)的情況，無(wú)法保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

隨著煉化企業(yè)智能化煉廠建設(shè)，對(duì)能源管理的精細(xì)化要求進(jìn)一步提升，對(duì)能源的利用情況、異常狀況及節(jié)能方向、節(jié)能空間等及時(shí)甄別和預(yù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)能耗異常問(wèn)題，及時(shí)制定科學(xué)有效的節(jié)能優(yōu)化措施，以持續(xù)降低企業(yè)的能源消耗。為提高蒸汽、氫氣和瓦斯系統(tǒng)管網(wǎng)的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性，有必要根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際及蒸汽、氫氣和瓦斯系統(tǒng)運(yùn)行狀況，構(gòu)建一套智能化能源管控與公用介質(zhì)優(yōu)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)煉化企業(yè)能源管理智能化、精細(xì)化。

（2）規(guī)劃方案

能源管控平臺(tái)采用成熟安全數(shù)據(jù)采集技術(shù)，包括能耗采集端設(shè)備和數(shù)據(jù)傳送加密機(jī)制。高效安全地將分散能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種能源介質(zhì)和重點(diǎn)耗能設(shè)備的監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)分析和綜合管理，及時(shí)了解和掌握各種能源介質(zhì)的生產(chǎn)、使用以及各種關(guān)鍵耗能設(shè)備的運(yùn)行工況。

公用介質(zhì)平衡與優(yōu)化系統(tǒng)以加強(qiáng)氫氣、蒸汽和瓦斯系統(tǒng)監(jiān)控，提高公用介質(zhì)的產(chǎn)耗平衡率以及降低系統(tǒng)波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)煉化企業(yè)干氣有效組分的最大化回收利用、氫氣資源的高效利用、蒸汽產(chǎn)耗裝置整體運(yùn)行效率最大為目標(biāo)；針對(duì)煉化企業(yè)公用介質(zhì)的產(chǎn)耗現(xiàn)狀，構(gòu)建以實(shí)時(shí)監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)分析、績(jī)效考核、管網(wǎng)模擬、產(chǎn)耗預(yù)測(cè)及調(diào)度優(yōu)化為主要功能模塊的信息化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)公用介質(zhì)排放、存儲(chǔ)、輸送和消耗等全過(guò)程的精細(xì)化管控。

（3）預(yù)期效益

使單位產(chǎn)量所需的原料下降，實(shí)現(xiàn)單位成本的下降，綜合收益的提高使企業(yè)在行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中處于有利地位；使單位產(chǎn)量所需的燃料能耗降低，提高能源的利用率；通過(guò)核算設(shè)備實(shí)際效率和能耗，并于設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行偏差分析，找到優(yōu)化方向；有效降低了低壓瓦斯的異常排放，減少了放火炬造成的環(huán)境污染；提高了氫氣資源的利用效率和蒸汽鍋爐運(yùn)行的總體效率，帶來(lái)了明顯的節(jié)能減排效果；降低了調(diào)度及管理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度及工作成本，減少調(diào)度過(guò)程對(duì)調(diào)度人員經(jīng)驗(yàn)的依賴。實(shí)現(xiàn)“十四五”規(guī)劃中對(duì)節(jié)能減排要求，對(duì)整個(gè)社會(huì)起到帶頭示范的作用；實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，使企業(yè)能夠順應(yīng)未來(lái)潮流的發(fā)展。

3.4 生產(chǎn)協(xié)同優(yōu)化

（1）業(yè)務(wù)痛點(diǎn)

煉化企業(yè)生產(chǎn)流程相對(duì)復(fù)雜，原料與產(chǎn)品市場(chǎng)影響因素多，生產(chǎn)過(guò)程多原料輸入、多產(chǎn)品輸出，流程連接呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，對(duì)自動(dòng)化程度要求高。

傳統(tǒng)的計(jì)劃系統(tǒng)不具備生產(chǎn)方案的全局優(yōu)化功能，也不提供自動(dòng)排產(chǎn)，而需要調(diào)度員人工制定方案，在效率和速度方面存在巨大挑戰(zhàn)。

（2）規(guī)劃方案

基于ODS的智能工廠生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)信息綜合集成應(yīng)用模式，將PIMS、RSIM、Orion、MES和LIMS等接入ODS并進(jìn)行輸入輸出信息的標(biāo)準(zhǔn)化交換與共享，使生產(chǎn)計(jì)劃、調(diào)度的需求能夠有效滿足并互相配合，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)計(jì)劃的優(yōu)化。

（3）預(yù)期效益

將傳統(tǒng)的油品和石化產(chǎn)品生產(chǎn)與現(xiàn)代智能化、信息化和自動(dòng)化技術(shù)融合集成；使這些信息集成化、模塊化和可視化；實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)和裝置操作等各種活動(dòng)信息的及時(shí)采集、傳輸、分析處理和綜合應(yīng)用；敏捷響應(yīng)生產(chǎn)計(jì)劃出現(xiàn)的變化和要求；實(shí)現(xiàn)煉化企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)應(yīng)該具備的一體化的計(jì)劃優(yōu)化與操作執(zhí)行體系；實(shí)施生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化與工藝操作流程業(yè)務(wù)信息的有效集成，優(yōu)化生產(chǎn)計(jì)劃。

4 實(shí)施策略

從煉化企業(yè)戰(zhàn)略要求出發(fā)，采取分類施策的實(shí)施策略，通過(guò)差異化設(shè)計(jì)分階段實(shí)施，推動(dòng)試點(diǎn)先行，重點(diǎn)突破，以點(diǎn)帶面，穩(wěn)步有序推進(jìn)煉化企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型。

1）對(duì)于智能化能力薄弱的單位，在綜合考慮經(jīng)濟(jì)成本效益的基礎(chǔ)上，有針對(duì)性地開(kāi)展生產(chǎn)設(shè)備智能化改造、信息系統(tǒng)建設(shè)等，夯實(shí)基礎(chǔ)、補(bǔ)齊短板，為生產(chǎn)智能化建設(shè)打好基礎(chǔ)。

2）對(duì)于智能化能力領(lǐng)先的單位，重點(diǎn)進(jìn)行智能化創(chuàng)新，依靠良好的數(shù)字化基礎(chǔ)，將新興技術(shù)與業(yè)務(wù)發(fā)展要求相結(jié)合，開(kāi)展重點(diǎn)領(lǐng)域的智能化創(chuàng)新與應(yīng)用，并通過(guò)試點(diǎn)項(xiàng)目的示范作用，實(shí)現(xiàn)以點(diǎn)帶面，全面推動(dòng)煉化企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型。

5 建設(shè)路徑

煉化企業(yè)生產(chǎn)智能化建設(shè)路徑分兩步走：2021—2022年首先實(shí)現(xiàn)智能化全面升級(jí)；2023—2025年進(jìn)一步推進(jìn)“智能+煉化”的模式，邁向卓越。

智能化全面升級(jí)：開(kāi)展裝置操作智能化、裝備管理智能化、能源管控與優(yōu)化和生產(chǎn)協(xié)同優(yōu)化建設(shè)，全面推進(jìn)智慧煉廠建設(shè)工作，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)智能、計(jì)劃優(yōu)化和協(xié)同調(diào)度，進(jìn)而推動(dòng)煉化企業(yè)智能化的全面升級(jí)。

智能+煉化：全面實(shí)現(xiàn)裝置操作智能化、裝備管理智能化、能源管控與優(yōu)化和生產(chǎn)協(xié)同優(yōu)化等智能化項(xiàng)目的推廣建設(shè)，實(shí)現(xiàn)一體化優(yōu)化、全流程全局操作優(yōu)化。全面建成生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)智能化信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈的計(jì)劃優(yōu)化、協(xié)同調(diào)度和銷售集成，進(jìn)而推動(dòng)煉化企業(yè)智能化的全面升級(jí)，實(shí)現(xiàn)“智能+煉化”升級(jí)。

6 結(jié)束語(yǔ)

煉化企業(yè)響應(yīng)國(guó)家實(shí)施《中國(guó)制造2025》的戰(zhàn)略要求，綜合利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)及新技術(shù)，做好裝置操作智能化、裝備管理智能化、能源管控與優(yōu)化及生產(chǎn)協(xié)同優(yōu)化的規(guī)劃與建設(shè)工作，推動(dòng)智能化轉(zhuǎn)型，提升企業(yè)整體智能化水平，打造“智能+煉化”產(chǎn)業(yè)鏈，實(shí)現(xiàn)全面感知、優(yōu)化協(xié)同、預(yù)測(cè)預(yù)警和科學(xué)決策的智能生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)能力建設(shè)，支撐企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)在線控制智能化、生產(chǎn)過(guò)程可視化、管理控制一體化和運(yùn)行狀態(tài)最優(yōu)化，為構(gòu)建高效節(jié)能、綠色環(huán)保和環(huán)境舒適的人性化工廠打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。