石油化工管線安全運行智能控制設計探討

劉婷

（華陸工程科技有限責任公司，西安 710069）

1 石油化工廠管線信息化建設現(xiàn)狀

目前，我國大部分石油化工廠管線通過DCS 管理系統(tǒng)（中控系統(tǒng)）對工廠管線進行檢測和管理，DCS 是計算機技術、控制技術和互聯(lián)網信息技術高度融合的技術產物。DCS 通常采用若干個控制器（過程站）對一個生產過程中的眾多控制點進行控制，各控制器間通過網絡連接且能實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。過程操作采用計算機操作站，通過網絡與控制臺相連，獲取生產數(shù)據(jù)，并發(fā)出作業(yè)指令。

但是通過實際應用實踐可知，DCS 控制技術也存在以下幾點問題。

1）信息不全、不準確，部分基礎設施落后導致數(shù)據(jù)采集不到，部分工藝設計數(shù)據(jù)、管線參數(shù)未納入系統(tǒng)管理，采用人工錄入數(shù)據(jù)，不能及時、準確錄入系統(tǒng)。

2）關聯(lián)性不強，信息“孤島”現(xiàn)象嚴重。以現(xiàn)場信息收集手段獲取的信息僅僅是當時的單點狀態(tài)，缺乏邏輯聯(lián)系，未建立數(shù)學模型，不能對管線運行工況進行顯示和預測，只能通過技術人員的檢查和經驗判斷。

4）信息掌握不及時、分析不及時或沒有較好的分析手段，當有了應對措施以后，要么結果已經變糟，要么已經過了最佳調整期。

5）對設備裝置運行的異常及隱患沒有做到事前預警，而是基本以事后分析為主，經常發(fā)生被動運維和扯皮現(xiàn)象。

6）信息系統(tǒng)建設缺乏統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一設計、統(tǒng)一標準。

2 石油化工管線安全運行智能控制建設目標

針對管線資料不完整、管線管理技術手段不足、管線隱患不能及時發(fā)現(xiàn)等問題，充分利用互聯(lián)網、云計算、大數(shù)據(jù)等先進技術，構建智能化管線管理系統(tǒng)，逐步實現(xiàn)化工管線安全運行的智能化管理，滿足工廠對管線完整性管理、安全風險隱患監(jiān)管與治理、管線優(yōu)化運行、應急快速響應、信息資源共享服務的目標，加強管線運行監(jiān)控、增強應急能力。

據(jù)黎永蘭的生前好友透露，黎永蘭和林雪川2012年認識之后，林雪川提出交往，但黎一直以閱歷、層次相差太大等為由拒絕。直到2013年，林雪川以“無恥的非法手段”逼迫黎永蘭和他確認了戀愛關系。

3 智能管線的特征

1）全面感知：利用物聯(lián)網技術全面感知設備、人員、介質、環(huán)境信息，實現(xiàn)智能感知、互聯(lián)。

2）運營自動化：完善管線的自控儀器儀表、檢測設備及監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)管線運行狀態(tài)的自動檢測。

3）預測預警：提前預知風險，提早防范，保障安全。

4）應急響應：事故迅速定位、影響后果科學預判，應急資源主動推送、可視化的統(tǒng)一指揮，搶險現(xiàn)場與指揮中心數(shù)據(jù)、視頻、語音的及時交互。

5）決策支持：智能決策基于企業(yè)統(tǒng)一業(yè)務視圖，利用商業(yè)智能和大數(shù)據(jù)技術，把管線完整性管理、生產運行等數(shù)據(jù)進行整合，為決策提供依據(jù)。

4 石油化工管線安全運行智能控制系統(tǒng)架構設計

4.1 管線數(shù)字化管理

管線位置信息，通過對管線建設資料的查閱整理以及現(xiàn)場勘測數(shù)據(jù)，獲得管線具體位置信息，特別是地下管線信息，盡可能通過對施工覆土之前的管線進行勘測，更準確地采集地下管線數(shù)據(jù)。

管線技術數(shù)據(jù)信息，收集整理管線設計與施工文檔資料了解管線技術、工藝數(shù)據(jù)信息。

通過對管線本體、附屬設施、周邊環(huán)境720 全景影像、設計施工資料、空間地理信息等信息采集、處理、入庫，規(guī)范化管理，建立三維模型，構建工廠管線全信息模型，進而實現(xiàn)管線的平面和空間展示和查詢、管線數(shù)據(jù)維護、文檔資料管理等功能[2]。

4.2 管線運行管理

選擇關鍵位置對管線運行的溫度、壓力、流速等運行參數(shù)進行實時監(jiān)測，基于水力學原理建立管網工藝流程仿真模型，真實再現(xiàn)管線運行過程及控制過程，對管線運行的溫度、壓力、流速等進行自動調節(jié)，或者對生產計劃等進行優(yōu)化調整。利用模型進行水力/ 熱力核算、運行方案制訂、培訓考核等應用，提高調度人員綜合操控水平。

同時結合安全儀表系統(tǒng)對管線運行異常情況進行報警和控制，實現(xiàn)工藝管線經濟安全運行。

表1 安全儀表功能的安全完整性等級

4.3 管線安全管理

4.3.1 隱患管理

通過設置的現(xiàn)場監(jiān)測裝置、人員巡檢登記，自動形成隱患管理臺賬，識別定位管線隱患位置，并在三維視圖中進行標注顯示，按照既定管理要求，通知相應人員進行整改或者調整工藝設備。

腐蝕是化工管線失效、損傷的主要原因。智能管線需要設置腐蝕檢測，確定設備的腐蝕程度，查找腐蝕位置，發(fā)現(xiàn)并消除缺陷，防止泄漏、降低損失、減少危害和環(huán)境污染。根據(jù)損傷機理設置腐蝕模型進行預知性維修。通過安裝硫分析儀，實現(xiàn)對硫化物在線實時監(jiān)測和腐蝕分析及預測。

管線泄漏監(jiān)測系統(tǒng)以SCADA 系統(tǒng)或負壓波、次生波、光纖等監(jiān)測傳感器的實時數(shù)據(jù)作為基礎，數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時系統(tǒng)將詳細檢查這些異常數(shù)據(jù)，并分析是否為泄漏。管線泄漏監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)泄漏點后，將立刻發(fā)出警報并顯示泄漏地點、泄漏時間、泄漏速度和泄漏總量等數(shù)據(jù)。

4.3.2 預警管理

可以通過管網工藝流程仿真模型參數(shù)與實際參數(shù)對比分析、智能儀表在線診斷、大數(shù)據(jù)挖掘分析等，建立專家模型，進行在線分析和預警提示[3]。

4.4 管線應急管理

4.4.1 應急響應

如發(fā)生管線泄漏、災、爆炸事故等事故時，可以迅速對突發(fā)事件進行定位，通過工藝流程關聯(lián)性，系統(tǒng)自動切斷相關設備，掌握周邊環(huán)境和管線基本信息，及時通知應急搶險人員進行處置，告知周邊人員及時撤離，及時消除和控制事故形勢?；诘乩硇畔⑵脚_，將重要應急物資、應急機構、重大危險源等重要單位在地圖上進行標注，為事故的搶修提供支撐。對事故地點周邊可利用的應急資源進行自動搜索，并根據(jù)事件類型和級別給出資源調度指揮方案，實現(xiàn)應急資源的聯(lián)動。發(fā)揮智能管網系統(tǒng)應急指揮和應急決策支持的作用，滿足應急指揮決策的需求，主要是實現(xiàn)應急情況下對管線基礎數(shù)據(jù)和管線周邊環(huán)境數(shù)據(jù)的及時調取，并自動計算疏散范圍、安全半徑，自動輸出應急預案、應急處置方案等，通過搶修物資與搶修隊伍的路由優(yōu)化，實現(xiàn)一鍵式應急處置方案文檔輸出，保證科學、有效地采取應急處理措施。

4.4.2 應急演練

采用三維仿真模擬技術，通過收集管線周圍的實際外界風向、風速等重要影響數(shù)據(jù)，利用模型對泄漏、爆炸、環(huán)境危害事故等進行模擬計算，實現(xiàn)對可能發(fā)生的事故進行三維模擬，或者再現(xiàn)已發(fā)生事故，為管線風險管理提供支持。利用三維模型模擬，開展管線泄漏、火災、爆炸等事故應急演練和應急處置培訓,提高人員應急處置能力[4]。

4.5 管線決策管理

基于大數(shù)據(jù)的相關性、非因果性分析理論，管線系統(tǒng)大數(shù)據(jù)的來源包括實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、系統(tǒng)數(shù)據(jù)、網絡數(shù)據(jù)等，類別包括管線腐蝕數(shù)據(jù)、管線建設數(shù)據(jù)、管線地理數(shù)據(jù)、資產設備數(shù)據(jù)、檢測監(jiān)測數(shù)據(jù)、運營數(shù)據(jù)、市場數(shù)據(jù)等。未來管網系統(tǒng)大數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網、云計算、物聯(lián)網實現(xiàn)信息系統(tǒng)集成，將各類數(shù)據(jù)統(tǒng)一整合，通過建立大數(shù)據(jù)分析模型，解決管線當前的泄漏、腐蝕、自然與地質災害影響、第三方破壞等數(shù)據(jù)的有效應用問題，獲得腐蝕控制、能耗控制、效能管理、災害管理、市場發(fā)展、運營控制等綜合性、全局性的分析結論，指導企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[5-7]。

5 結語

石油化工產業(yè)涉及國民生活的方方面面，也是我國綜合實力的重要體現(xiàn)與關鍵基礎。石化公司必須清醒認識到，創(chuàng)建智能管線不僅僅是國家提倡的一項工作，同時也是使工廠提高工廠安全運行管理水平，煥發(fā)新的生機的重要方式。

石化公司在進行管線安全運行智能控制設計前，應綜合考慮安全運行實際、經濟成本等因素，重點從以下3 方面入手：

1）摸清工廠在管線安全運行管理方面現(xiàn)有難點痛點，明確需求和目標。

2）管線安全運行智能控制設計，管線數(shù)字化、管線完整性管理的水平是基礎，數(shù)據(jù)和分析模型的精準性是決定性因素，自動化、智能化裝備是實現(xiàn)途徑。

3）管線安全運行智能控制設計，最重要的是解決從數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)應用的難題。應充分應用大數(shù)據(jù)和云計算技術，建立數(shù)據(jù)和分析模型，精準分析管道運行狀態(tài)。