石油化工項目前期工程信息系統(tǒng)的結構建設與開發(fā)流程實例

劉 洋，李 浩，祖 超，朱春田，孟祥武

(1.中國石化工程建設有限公司，北京 110101；2.北京郵電大學)

0 引言

石油化工設計是一個由多專業(yè)協(xié)同完成的龐大工程，按照實施階段可以大致分為：可研和方案設計階段（項目前期）、基礎設計階段、詳細設計階段、項目實施及運維階段。通常，項目前期也可以稱為項目的立項階段，包括方案研究、預可研和可研的編制等，主要解決擬建項目在市場、技術經(jīng)濟和環(huán)保等方面的可行性，為了使項目建設得到批準。項目前期工作具有周期短，需求變化快的特點，如何構建能為前期工作提供有效支持的信息系統(tǒng)是當前石化設計企業(yè)普遍需要面對的問題[1-4]。本文中，我們以中國石化工程建設有限公司某前期部門的決策支持系統(tǒng)為例，從系統(tǒng)的整體構架、裝置數(shù)據(jù)庫、技術經(jīng)濟指標匯總表、報表生成系統(tǒng)四個模塊的開發(fā)角度對石化前期信息系統(tǒng)的構建進行介紹,本項實踐對于我國石化設計企業(yè)前期工程的數(shù)字化和信息化具有較強的參考意義。

1 整體構架

與基礎設計階段不同，前期工作中的大量的設計決策并不是靠精確的工藝計算，而是依靠工程師的經(jīng)驗和歷史近似數(shù)據(jù)做出的判斷。但由于各種原因，前期工作更多使用電子文件及紙質打印文件作為歷史數(shù)據(jù)的載體，信息顆粒度過大、文件易損壞、容易出現(xiàn)信息丟失等問題，并且缺乏對數(shù)據(jù)的快速檢索和查找能力，直接影響石化前期工作質量。可以看出，對于石化前期工作，數(shù)據(jù)的保存和使用方式是問題的核心所在，而解決問題的第一步是構建一個能保存石化前期設計所需要數(shù)據(jù)的歷史數(shù)據(jù)庫[5,6]。同時，出于對歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性、安全性、易用性等問題的考慮，本系統(tǒng)采用B/S構架進行實現(xiàn)。

2 裝置數(shù)據(jù)庫

石油化學裝置數(shù)據(jù)結構復雜，相關聯(lián)性強，但長期以來，設計數(shù)據(jù)嚴重異構化問題降低了歷史數(shù)據(jù)的可用性和數(shù)據(jù)價值。在本研究，我們中實現(xiàn)了完整的從數(shù)據(jù)上傳→數(shù)據(jù)保存→數(shù)據(jù)使用的完整工作流程（圖1），通過標準化模板實現(xiàn)了對工藝裝置概況、原料性質、產(chǎn)品性質、物料平衡、操作條件、催化劑、公用工程、三廢排放、主要設備、裝置投資，的格式規(guī)范化，并將數(shù)據(jù)導入每個工藝裝置所對應的相關數(shù)據(jù)庫，提高了石化裝置設計的可復用性，讓前期設計工作從主要依賴經(jīng)驗判斷，轉為更多根據(jù)歷史數(shù)據(jù)進行決策，提升了設計的可靠性，并讓裝置設計數(shù)據(jù)真正成為了企業(yè)的數(shù)據(jù)資產(chǎn)。

圖1 煉化裝置數(shù)據(jù)庫工作流程

針對前期設計人員的實際需要，工藝裝置數(shù)據(jù)可以按照所屬項目（圖2）或裝置類型（圖3）進行劃分，同一個項目可以包括多個裝置，通過樹形結構，項目→裝置類型→裝置，可以項目為單位對裝置數(shù)據(jù)進行訪問，并查看一個項目中包含哪幾種類型的裝置。

圖2 決策支持系統(tǒng)：工藝數(shù)據(jù)查詢界面-按裝置劃分

圖3 決策支持系統(tǒng)：工藝數(shù)據(jù)查詢界面-按項目劃分

同時，為了對不同項目同類型裝置的數(shù)值進行比對分析，在系統(tǒng)中實現(xiàn)了提供了同類型數(shù)據(jù)比對功能，并用可視化圖表進行輔助分析（圖4）。決策支持系統(tǒng)能夠對所選中的項目裝置數(shù)據(jù)集，如原料性質、物料平衡等中存在于多于個裝置中的性質數(shù)據(jù)分別進行數(shù)值比對，支持決策者的分析與決策，從而提高了石化設計前期工作的效率。

圖4 決策支持系統(tǒng)：工藝裝置數(shù)據(jù)比對界面（按裝置劃分）

3 技術經(jīng)濟指標匯總表

技術經(jīng)濟指標匯總表（圖5），是技術參數(shù)的匯總集合，本系統(tǒng)將技術經(jīng)濟指標匯總表的數(shù)據(jù)按照裝置品種（如乙烯、聚丙烯、乙二醇等）分類存儲，通過查找與所輸入規(guī)模參數(shù)最為接近的歷史數(shù)據(jù)對象，計算出規(guī)模系數(shù)，然后根據(jù)規(guī)模系數(shù)根據(jù)原技術經(jīng)濟指標匯總表中數(shù)據(jù)進行重新運算，用所算出的新數(shù)值生成新的技術經(jīng)濟指標匯總表，用于單裝置預可研、工程項目產(chǎn)品方案選擇和公用工程條件估算。需要注意的是技術經(jīng)濟指標匯總表中定員，占地等相關的一些項目不參與運算，投資的數(shù)值生成則還與專門的算法有關。另一方面，不同裝置的規(guī)模輸入條件也有所差別，如乙二醇裝置是計算EO/EG 當量來尋找最為適合的裝置數(shù)據(jù)。

圖5 技術經(jīng)濟指標匯總表局部截圖

同時根據(jù)所選擇的裝置產(chǎn)品種類，本系統(tǒng)會從市場分析模塊中調取該品種產(chǎn)品的市場報告文件，并提供了將市場報告與生成的技術經(jīng)濟指標匯總表一起下載的功能（圖6）。

圖6 決策支持系統(tǒng)：技術經(jīng)濟指標匯總表生成模塊界面

4 報表生成系統(tǒng)

在前期總流程優(yōu)化中，現(xiàn)在行業(yè)中多使用Aspen PIMS等線性規(guī)劃軟件，但由于這些軟件多為單獨開發(fā)的商業(yè)軟件，缺乏能將生成的結果自動轉化為我們實際工作所需要的各種圖表的接口。每次模擬完成后工程人員都要手動畫圖并從PIMS 的輸出結果（包括Excel、Access、網(wǎng)頁等形式）中逐個摘取裝置名稱、物料名稱、物料量，并手動計算物料比例，過程繁瑣，極其影響效率。針對以上問題，我們自主開發(fā)了以讀取PIMS 輸出結果數(shù)據(jù)實現(xiàn)自動生成圖表的報表生成系統(tǒng)（圖7），可以讀取PIMS 結果數(shù)據(jù)并自動生成總流程相關、公用工程相關、投資與財務相關、方案對比四大類28種常用圖表。

圖7 報表生成系統(tǒng)

總流程優(yōu)化平臺報表生成系統(tǒng)已被應用于超過60 個實際煉化項目的前期工作當中，使過去可能要花費幾個小時的繪圖操作可以在幾秒鐘內完成，大幅度提高了工作的速度和質量。報表生成系統(tǒng)于2017年6月8日通過國家版權中心認證，被授予軟件著作權證書。

5 結束語

對于石化工程的前期階段，計算機技術所提供的支持應該首先集中在對歷史數(shù)據(jù)的保存和利用、標準模板的建立和使用，以及在這些基礎上的快速成表成圖，數(shù)據(jù)分析，輔助決策等功能上。目前的研究已經(jīng)證明了本路線的可行性及實效性，而接下來的工作還將集中在對歷史數(shù)據(jù)的收集和根據(jù)實際需求進行的功能開發(fā)上，并且希望可以在完成數(shù)據(jù)整理和集成后取得進一步的進展。