基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的石化企業(yè)腐蝕管理系統(tǒng)的研究與建設(shè)

徐豪杰 胡 偉 崔振偉 田 欣

（1. 中國石油天然氣股份有限公司獨山子石化公司，新疆 克拉瑪依 833600；2. 昆侖數(shù)智科技有限責(zé)任公司，北京 100007）

0 引言

腐蝕無處不在，是世界各國共同面臨的問題，被人們稱為金屬的癌癥。據(jù)《我國腐蝕狀況及控制戰(zhàn)略研究》重大咨詢項目研究表明，2014年我國的腐蝕總成本約占當(dāng)年GDP的3.34%，總額超過2萬1千億元人民幣，相當(dāng)于每個中國人當(dāng)年承擔(dān)1555多元的腐蝕成本[1]。在石油化工企業(yè)中，腐蝕造成的損失所占比例更大。其原因在于：目前世界上工業(yè)設(shè)備的絕大部分是鋼鐵所構(gòu)成的，而石化化工生產(chǎn)設(shè)備、儲罐、廠房都是在易于生銹的大氣中使用，因而腐蝕是難以避免的[1-3]，某生產(chǎn)裝置腐蝕形貌如圖1所示。

圖1 石化企業(yè)生產(chǎn)裝置腐蝕形貌

隨著現(xiàn)代腐蝕科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，新的防腐蝕技術(shù)不斷涌現(xiàn)，加上我國腐蝕科學(xué)知識的不斷普及，進一步把已取得的成熟的防腐蝕科學(xué)技術(shù)在各個領(lǐng)域進行推廣應(yīng)用，不僅對我國現(xiàn)代化建設(shè)發(fā)展意義深遠，而且還將成為節(jié)約能源，保護資源，減少污染，減少災(zāi)害隱患，提高社會、經(jīng)濟和環(huán)境效益的有效途徑之一[1-3]。

本文提出的腐蝕管理系統(tǒng)通過結(jié)合企業(yè)現(xiàn)有多種腐蝕監(jiān)檢測手段及監(jiān)測數(shù)據(jù)，利用信息技術(shù)對企業(yè)防腐管理制度進行有效、完整的體現(xiàn)，助力防腐管理水平的提升，是石化企業(yè)防腐管理工作的重要組成部分，通過實施該系統(tǒng)將有助于提高企業(yè)防腐管理工作效率，有效融合腐蝕監(jiān)測數(shù)據(jù)提升數(shù)據(jù)價值，進一步保障企業(yè)生產(chǎn)裝置安全平穩(wěn)運行。

1 石化企業(yè)腐蝕管理現(xiàn)狀分析

石化企業(yè)受原油劣質(zhì)化影響，設(shè)備腐蝕持續(xù)加重，生產(chǎn)裝置長期穩(wěn)定運行受到了嚴重威脅。為了有效控制因腐蝕而造成的安全隱患、事故，石化企業(yè)多措并舉，包括完善防腐管理制度、增加監(jiān)檢測點位、建設(shè)腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)等一系列措施，以促進提升腐蝕管理水平而有效管控腐蝕風(fēng)險。隨著企業(yè)腐蝕管理信息化應(yīng)用水平提升，仍存在一些問題：

1.1 數(shù)據(jù)標準不統(tǒng)一，利用率不高

企業(yè)內(nèi)部存在多廠家腐蝕監(jiān)測設(shè)備和系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲標準不一致，造成數(shù)據(jù)無法集中統(tǒng)一管控，利用率較低，未最大化發(fā)揮數(shù)據(jù)價值。

1.2 防腐管理制度未完整、高效與信息系統(tǒng)進行結(jié)合

腐蝕管理制度的建立是開展腐蝕管理工作的重要保障，信息系統(tǒng)是助力企業(yè)提升管理水平的重要手段，在石化企業(yè)中兩者仍缺乏高效有機的融合，腐蝕管理系統(tǒng)未能完整、高效將制度要求內(nèi)容進行體現(xiàn)貫徹。

1.3 腐蝕失效案例庫亟待建立

材料的腐蝕問題不是偶然發(fā)生或單獨發(fā)生的，它往往具有普遍性和繼發(fā)性。同類設(shè)備或相似服役條件下設(shè)備的腐蝕事故往往對于其他設(shè)備的腐蝕管理具有重要的指導(dǎo)意義。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前大多數(shù)組織缺乏對腐蝕防護經(jīng)驗教訓(xùn)的及時總結(jié)與持續(xù)迭代，使腐蝕失效案例僅僅成為設(shè)備全壽命周期內(nèi)的一次孤立事故[1]。

1.4 已建信息系統(tǒng)可擴展性差

隨著信息技術(shù)的日新月異，石化企業(yè)已建信息系統(tǒng)技術(shù)和架構(gòu)落后，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和信息安全大背景下，已建平臺的技術(shù)、架構(gòu)與當(dāng)前信息技術(shù)發(fā)展存在一定差距。

2 腐蝕管理系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)

在新一代工業(yè)革命和信息技術(shù)發(fā)展日新月異背景下，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的提出和應(yīng)用已成為先進制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化發(fā)展的重要基石，是建立工業(yè)新業(yè)態(tài)、實現(xiàn)智能制造的關(guān)鍵支撐，因此基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)對信息系統(tǒng)進行規(guī)劃、設(shè)計和建設(shè)是先進制造業(yè)的必經(jīng)之路[4,5]。

2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

本系統(tǒng)基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺架構(gòu)，采用“Ant Design+微服務(wù)”的前后端技術(shù)和Mysql數(shù)據(jù)庫技術(shù)進行建設(shè)。

基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)、平臺、安全三大功能體系，從而打造人、機、物全面互聯(lián)的腐蝕管理系統(tǒng)，如圖2所示的系統(tǒng)架構(gòu)由設(shè)備與設(shè)施層、邊緣層、資源層、PAAS層、應(yīng)用層和展現(xiàn)層，以及貫穿六層的信息化標準與規(guī)范體系和網(wǎng)絡(luò)安全與工控安全防護體系構(gòu)成[4-7]。

圖2 基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的系統(tǒng)總體架構(gòu)

企業(yè)在物聯(lián)網(wǎng)層級通過配套部署智能傳感器為前端監(jiān)控對象賦能，實現(xiàn)監(jiān)控對象被動感知，在資源層（IAAS層）部署的PAAS平臺上部署安裝本系統(tǒng)應(yīng)用。

依托企業(yè)現(xiàn)有系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過接入工藝操作、介質(zhì)監(jiān)測、介質(zhì)化驗分析、腐蝕速率、管道壁厚、設(shè)備臺賬及參數(shù)信息等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)靜設(shè)備基礎(chǔ)信息、腐蝕監(jiān)測、腐蝕決策支持、腐蝕綜合管理等功能的信息化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，系統(tǒng)集成架構(gòu)如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)集成架構(gòu)

2.2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 Spring Cloud

Spring Cloud是基于Spring Boot的一整套實現(xiàn)微服務(wù)治理的框架。他提供了微服務(wù)開發(fā)所需的服務(wù)發(fā)現(xiàn)注冊、配置中心、消息總線、負載均衡、斷路器、數(shù)據(jù)監(jiān)控等組件。最重要的是，它跟Spring Boot框架一起使用，會使微服務(wù)架構(gòu)的云服務(wù)開發(fā)工作非常方便。Spring Boot旨在簡化創(chuàng)建產(chǎn)品級的 Spring應(yīng)用和服務(wù)，簡化了配置文件，使用嵌入式Web服務(wù)器，含有諸多開箱即用微服務(wù)功能，所以Spring Cloud是微服務(wù)一站式解決方案的最佳選擇。

2.2.2 Redis

Redis是完全開源的，遵守BSD協(xié)議，是一個高性能的key-value數(shù)據(jù)庫。Redis支持數(shù)據(jù)的持久化，可以將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)保存在磁盤中，重啟的時候可以再次加載進行使用。Redis不僅僅支持簡單的keyvalue類型的數(shù)據(jù)，同時還提供Strings, Lists, Hashes,Sets及Ordered Sets 數(shù)據(jù)類型操作。Redis支持數(shù)據(jù)的備份，即master-slave模式的數(shù)據(jù)備份。

2.2.3 多源數(shù)據(jù)處理技術(shù)

建立大數(shù)據(jù)平臺，解決研發(fā)已有系統(tǒng)數(shù)據(jù)標準不統(tǒng)一的問題，將多種來源的腐蝕數(shù)據(jù)提取、容納進來，為數(shù)據(jù)應(yīng)用做技術(shù)準備，解決各系統(tǒng)標準不統(tǒng)一，腐蝕管理缺乏規(guī)范的技術(shù)體系和支持其運行的信息化管理系統(tǒng)的問題。

2.3 系統(tǒng)主要功能

系統(tǒng)劃分為數(shù)據(jù)層、基礎(chǔ)管理層、應(yīng)用層和展現(xiàn)層（如圖4所示），其中應(yīng)用層即為系統(tǒng)功能，主要涵蓋了腐蝕監(jiān)測、腐蝕決策支持、腐蝕綜合管理、基礎(chǔ)管理功能模塊，實現(xiàn)對防腐蝕管理業(yè)務(wù)的重點覆蓋。

圖4 系統(tǒng)功能架構(gòu)

2.3.1 腐蝕監(jiān)測

集成MES系統(tǒng)、LIMS系統(tǒng)、在線腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)中腐蝕介質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行集中管控，建設(shè)設(shè)防值并配置報警策略，當(dāng)發(fā)生超標報警時由系統(tǒng)根據(jù)策略自動推送至相關(guān)人員，相關(guān)人員在系統(tǒng)中進行報警處理并關(guān)閉，最終實現(xiàn)業(yè)務(wù)閉環(huán)管理。包括工藝防腐介質(zhì)監(jiān)測和設(shè)備防腐監(jiān)測。

根據(jù)腐蝕機理，建立腐蝕回路圖，在腐蝕回路中關(guān)聯(lián)腐蝕監(jiān)測因子并進行動態(tài)顯示，通過回路圖直觀反映現(xiàn)場監(jiān)測點實時數(shù)據(jù)，對超標、異常數(shù)據(jù)腐蝕因子高亮預(yù)警。

2.3.2 腐蝕決策支持

根據(jù)監(jiān)測的長期腐蝕速率，結(jié)合設(shè)備當(dāng)前壁厚和安全壁厚預(yù)測設(shè)備剩余壽命。

對腐蝕監(jiān)測報警情況及處理情況進行統(tǒng)計分析，分析報警原因及考核各單位業(yè)務(wù)處理進度，從而進一步提高腐蝕監(jiān)測部位準確性，提升業(yè)務(wù)處理效率，加強業(yè)務(wù)閉環(huán)管理。

2.3.3 腐蝕綜合管理

對腐蝕業(yè)務(wù)管理進行集中管控，包括對水質(zhì)管理、水冷器管理、藥劑管理、腐蝕月報、腐蝕知識庫、腐蝕報表業(yè)務(wù)的線上化管理，提高防腐蝕管理工作效率及完整性。

其中腐蝕知識庫將實現(xiàn)對相關(guān)防腐知識系統(tǒng)化的匯聚，從而建立腐蝕失效案例庫和資料庫，為企業(yè)腐蝕管理提供知識共享和指導(dǎo)。包括：防腐標準庫，腐蝕案例庫、專家經(jīng)驗庫和設(shè)備文檔管理等。

2.3.4 基礎(chǔ)管理

為系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)提供基礎(chǔ)信息支持，包括設(shè)備臺賬、回路圖配置、流程配置、測點配置、模板配置，其中設(shè)備臺賬通過與ERP系統(tǒng)進行集成，實現(xiàn)設(shè)備主數(shù)據(jù)唯一性。

3 系統(tǒng)應(yīng)用效益

基于我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的當(dāng)前快速發(fā)展趨勢以及企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的背景下，以業(yè)務(wù)驅(qū)動為原則、基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的本系統(tǒng)在石化企業(yè)具體良好應(yīng)用前景：

依托工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)進行系統(tǒng)應(yīng)用建設(shè)，將助力企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型智能化發(fā)展，推動企業(yè)升級生產(chǎn)模式，實現(xiàn)提質(zhì)增效降本。

在石化企業(yè)設(shè)備管理領(lǐng)域拓寬工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景，充分體現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的先進性，實現(xiàn)“全面連接、信息共享、上下聯(lián)動、資源整合、安全可靠”。

構(gòu)建基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的腐蝕管理系統(tǒng)，實現(xiàn)涵蓋腐蝕監(jiān)測、監(jiān)測評估到?jīng)Q策支持的體系化管理，進一步夯實企業(yè)防腐管理體系。

構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型，實現(xiàn)對多廠商不同數(shù)據(jù)標準的數(shù)據(jù)集成，實現(xiàn)線上數(shù)據(jù)集成率100%。

切實貫徹落實企業(yè)“管理制度化、制度流程化、流程表單化、表單信息化”要求，將腐蝕監(jiān)測、腐蝕報警處理和防腐月報等業(yè)務(wù)在系統(tǒng)中進行充分體現(xiàn)。

建立統(tǒng)一的防腐蝕知識庫，形成企業(yè)內(nèi)部或行業(yè)的腐蝕失效案例庫，為企業(yè)及行業(yè)提供數(shù)據(jù)支持和經(jīng)驗分享。

4 結(jié)語

石化企業(yè)防腐蝕管理的信息化水平逐步提升，防腐蝕信息化管理系統(tǒng)的研發(fā)和使用不是一勞永逸的事，必須緊跟企業(yè)生產(chǎn)的具體情況和實際需要，不斷完善，持續(xù)改進。在數(shù)字化轉(zhuǎn)型大背景下，要結(jié)合企業(yè)管理需求和數(shù)據(jù)沉淀，建設(shè)具備高集成、多協(xié)同、業(yè)務(wù)全覆蓋、可擴展、高可用等特點的信息系統(tǒng)。