煉化企業(yè)智能化建設(shè)方向研究

高楊 張成 張敏

[摘 要]本文分析了煉化企業(yè)當(dāng)前在智能化建設(shè)方面存在的問(wèn)題，闡述了煉化企業(yè)智能化建設(shè)的典型特征及自動(dòng)化、信息化建設(shè)基礎(chǔ)，希望可以幫助煉化企業(yè)找準(zhǔn)智能化的建設(shè)方向，更好地助力企業(yè)安全可靠高效運(yùn)行，降低風(fēng)險(xiǎn)，提高生產(chǎn)服務(wù)效率。

[關(guān)鍵詞]煉化企業(yè);智能工廠;智能化技術(shù)

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2020.20.029

[中圖分類號(hào)]F426.7 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1673-0194（2020）20-00-02

0? ? ?引 言

煉油與化工工業(yè)作為流程工業(yè)中最重要的組成部分，是我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)和實(shí)體經(jīng)濟(jì)的重要基石。我國(guó)提出“中國(guó)制造2025”規(guī)劃，以實(shí)現(xiàn)由制造業(yè)大國(guó)向制造業(yè)強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變。中國(guó)共產(chǎn)黨第十九次全國(guó)代表大會(huì)提出了建設(shè)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)、數(shù)字中國(guó)、智慧社會(huì)等戰(zhàn)略目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)要加快傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、智能化，做大做強(qiáng)數(shù)字經(jīng)濟(jì)，引導(dǎo)數(shù)字經(jīng)濟(jì)和實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展。石油化工行業(yè)要認(rèn)真落實(shí)黨的戰(zhàn)略部署，積極推進(jìn)“兩化”深度融合，以智能制造為重要抓手，綜合各方面實(shí)際情況，立足長(zhǎng)遠(yuǎn)，以效益增長(zhǎng)代替規(guī)模增長(zhǎng)，注重效益優(yōu)先和績(jī)效管理，以智能制造技術(shù)推進(jìn)管理與效益提升，使企業(yè)提質(zhì)增效、可持續(xù)發(fā)展等措施落地實(shí)施。在企業(yè)開(kāi)展智能工廠建設(shè)過(guò)程中，如何快速找準(zhǔn)智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)方向，采取科學(xué)的實(shí)施方法，促進(jìn)智能煉廠發(fā)展，是煉化企業(yè)在智能化建設(shè)過(guò)程中的關(guān)鍵。針對(duì)這些問(wèn)題，本研究在深刻解讀煉化企業(yè)智能工廠的內(nèi)涵及目標(biāo)定位的基礎(chǔ)上，提出針對(duì)煉化企業(yè)智能制造的關(guān)鍵要素及體系架構(gòu)，幫助企業(yè)快速找到智能化建設(shè)的實(shí)現(xiàn)路徑，以提升企業(yè)的科學(xué)決策能力、安全運(yùn)行能力、應(yīng)急響應(yīng)與風(fēng)險(xiǎn)防范能力，提高全員勞動(dòng)生產(chǎn)效率、能源利用率，持續(xù)改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，改善運(yùn)行環(huán)境，為煉化企業(yè)提質(zhì)增效轉(zhuǎn)型升級(jí)提供參考。

1? ? ?煉化企業(yè)智能化建設(shè)概述

1.1? ?典型特征

石油煉化流程制造行業(yè)在智能化發(fā)展趨勢(shì)下，將面向產(chǎn)品全產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)，綜合應(yīng)用現(xiàn)代傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、智能化技術(shù)和管理技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，與現(xiàn)有生產(chǎn)過(guò)程的工藝和設(shè)備運(yùn)行技術(shù)高度集成新型工廠，以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境下生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的高效、節(jié)能和可持續(xù)目標(biāo)。煉化企業(yè)智能化建設(shè)具有5個(gè)典型特征：泛在感知、高度集成、模型驅(qū)動(dòng)、自治能力、人機(jī)協(xié)同。技術(shù)方面普遍采用傳感器網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)互操作性、大規(guī)模動(dòng)態(tài)建模與仿真、智能化自動(dòng)控制等方面的新技術(shù)，同時(shí)構(gòu)建可伸縮、多層次的信息安全體系，嵌入服務(wù)信息系統(tǒng)的數(shù)字化控制系統(tǒng)，優(yōu)化生產(chǎn)操作，提高安全性;利用預(yù)防性維護(hù)、統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)和度量進(jìn)行資產(chǎn)管理，提高工廠的可靠性;利用智能傳感器檢測(cè)異常，避免非正常和災(zāi)難性事件;智能系統(tǒng)、能耗管理系統(tǒng)、外部智能電網(wǎng)集成，進(jìn)行實(shí)時(shí)能源優(yōu)化。

1.2? ?智能化建設(shè)基礎(chǔ)

開(kāi)展智能化建設(shè)的煉化企業(yè)，自動(dòng)化控制水平較高，基本具備良好的智能工廠建設(shè)基礎(chǔ)要素條件。在過(guò)程控制層，以DCS、APC、RTO系統(tǒng)為核心，主體裝置大部分實(shí)施了APC系統(tǒng)，在部分裝置實(shí)施RTO系統(tǒng)。在生產(chǎn)執(zhí)行層面，普遍建設(shè)了覆蓋生產(chǎn)、能耗、計(jì)量、質(zhì)量、安環(huán)、設(shè)備等業(yè)務(wù)領(lǐng)域有效的技術(shù)支持平臺(tái)。經(jīng)營(yíng)管理層以ERP為核心，實(shí)現(xiàn)成本管控和物資需求的集中管控。

2? ? ?煉化企業(yè)智能化建設(shè)主要方向

煉化企業(yè)智能化建設(shè)重點(diǎn)聚焦在ISA 95標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)中的L2-L4層，即控制系統(tǒng)層、先進(jìn)應(yīng)用層、生產(chǎn)執(zhí)行層，不斷夯實(shí)L1層泛在感知，這是智能工廠的基礎(chǔ)。重點(diǎn)關(guān)注供應(yīng)鏈優(yōu)化、操作優(yōu)化、設(shè)備可靠性管理、安全環(huán)保以及決策分析域的業(yè)務(wù)和能力提升，設(shè)計(jì)對(duì)象也主要落在供應(yīng)鏈、生產(chǎn)操作、設(shè)備可靠性、安全環(huán)保以及決策分析的預(yù)測(cè)、優(yōu)化、綜合分析與業(yè)務(wù)協(xié)同等智能化能力上。

2.1? ?供應(yīng)鏈優(yōu)化

供應(yīng)鏈業(yè)務(wù)場(chǎng)景主要聚焦在供應(yīng)鏈優(yōu)化、計(jì)劃優(yōu)化、生產(chǎn)調(diào)度、操作優(yōu)化等各個(gè)方面，如計(jì)劃與調(diào)度協(xié)同，調(diào)度與生產(chǎn)聯(lián)動(dòng)，生產(chǎn)對(duì)計(jì)劃的反饋，構(gòu)建閉環(huán)優(yōu)化鏈，環(huán)環(huán)相扣，協(xié)調(diào)一致，促使工廠生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)更加高效、協(xié)同，實(shí)現(xiàn)效益最大化。

2.2? ?生產(chǎn)操作優(yōu)化

生產(chǎn)操作優(yōu)化業(yè)務(wù)場(chǎng)景主要聚焦在生產(chǎn)執(zhí)行層面的計(jì)劃管理、調(diào)度執(zhí)行等方面，也包括過(guò)程控制層面先進(jìn)控制、實(shí)時(shí)優(yōu)化、能量?jī)?yōu)化、油品調(diào)和優(yōu)化、罐區(qū)自動(dòng)化、操作管控。在生產(chǎn)運(yùn)行層面要實(shí)現(xiàn)從生產(chǎn)計(jì)劃管理到運(yùn)行調(diào)度管理、指令管理，生產(chǎn)過(guò)程管控涉及的物料管理、能源管理、質(zhì)量管理、操作管理、異常管理以及決策分析所需的數(shù)據(jù)結(jié)果分析工藝分析、質(zhì)量分析、生產(chǎn)分析和績(jī)效分析，從而實(shí)現(xiàn)一體化管控。在生產(chǎn)操作層面，要實(shí)時(shí)監(jiān)控工藝操作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)智能移動(dòng)巡檢，通過(guò)操作導(dǎo)航提升關(guān)鍵操作工序的操作效率和可靠性，應(yīng)用智能報(bào)警管理系統(tǒng)，提升事件響應(yīng)的有效性和響應(yīng)速度，確保生產(chǎn)安全。

2.3? ?能源管控

能源管控業(yè)務(wù)場(chǎng)景主要聚集點(diǎn)是能源的管控和優(yōu)化，管理和優(yōu)化蒸汽、電力、循環(huán)水、氫氣燃料和其他的公用工程，并建立全廠級(jí)、裝置級(jí)、設(shè)備級(jí)的能源績(jī)效指標(biāo)，定期衡量評(píng)估能量水平，挖掘企業(yè)節(jié)能潛力，持續(xù)降低能耗。能源優(yōu)化方面，要建立企業(yè)級(jí)公用系統(tǒng)的蒸汽、燃料氣、氫氣、化學(xué)水等公用工程系統(tǒng)流程模型，以最小化的能源成本為目標(biāo)，在滿足各裝置生產(chǎn)需求的前提下優(yōu)化系統(tǒng)流程，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)，同時(shí)建立關(guān)鍵設(shè)備機(jī)理模型，減少能源消耗。從管理、技術(shù)兩方面入手，采用節(jié)能績(jī)效衡量方法，監(jiān)控能源系統(tǒng)產(chǎn)供耗和高耗能設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)關(guān)鍵裝置與設(shè)備的耗能指標(biāo)，可以最大限度地降低能耗;優(yōu)化產(chǎn)能與用能管網(wǎng)流程，通過(guò)裝置過(guò)程優(yōu)化、主要設(shè)備優(yōu)化、公用工程系統(tǒng)優(yōu)化，降低成本，減少排放，提高能效。

2.4? ?設(shè)備管控

設(shè)備管控業(yè)務(wù)場(chǎng)景主要聚焦在通過(guò)設(shè)備可靠性管理、健康管理、維修管理的協(xié)同，提高設(shè)備可用性，降低運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，減少運(yùn)維成本，對(duì)設(shè)備管理業(yè)務(wù)提供全面支持，通過(guò)對(duì)設(shè)備可靠性策略開(kāi)發(fā)、管理、執(zhí)行、評(píng)估提升設(shè)備的性能管理水平，實(shí)現(xiàn)設(shè)備資產(chǎn)日常狀態(tài)監(jiān)控、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)智能管理、故障自動(dòng)診斷、狀態(tài)預(yù)測(cè)、維護(hù)執(zhí)行的智能化閉環(huán)管理，提升企業(yè)設(shè)備資產(chǎn)管理的感知監(jiān)控能力、數(shù)據(jù)管理能力、預(yù)測(cè)分析能力、優(yōu)化控制能力、執(zhí)行協(xié)同能力。

2.5? ?安全管理

安全管理業(yè)務(wù)場(chǎng)景主要聚焦在安全作業(yè)管理、排放管理及應(yīng)急管理上。其通過(guò)HSE管控和風(fēng)險(xiǎn)管控，加強(qiáng)關(guān)鍵裝置風(fēng)險(xiǎn)控制，監(jiān)控職業(yè)衛(wèi)生風(fēng)險(xiǎn)、現(xiàn)場(chǎng)施工人員作業(yè)過(guò)程，建立HSE規(guī)范管理體系;通過(guò)安全管控保證裝置、工藝、操作、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)等各個(gè)環(huán)節(jié)安全平穩(wěn)，排放監(jiān)測(cè)及分析功能從本質(zhì)上控制“三廢”排放，通過(guò)安全管控與環(huán)保監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展。

2.6? ?決策支持

決策支持業(yè)務(wù)場(chǎng)景聚焦在協(xié)同工作環(huán)境下，集成所有的為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理與優(yōu)化操作的必要資源，提供數(shù)據(jù)分析和決策支持工具，實(shí)現(xiàn)各專業(yè)的有效合作，提高生產(chǎn)系統(tǒng)管理效率，降低生產(chǎn)管理成本，實(shí)現(xiàn)卓越運(yùn)行。決策支持提供面向不同角色的差異化服務(wù)，面向企業(yè)主管生產(chǎn)領(lǐng)導(dǎo)，提供生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)績(jī)效分析、供需平衡分析、突發(fā)事件應(yīng)急指揮服務(wù);面向車間主管領(lǐng)導(dǎo)，提供計(jì)劃、調(diào)度一體化優(yōu)化、生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控、設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控服務(wù);面向生產(chǎn)調(diào)度，提供實(shí)時(shí)調(diào)度、現(xiàn)場(chǎng)人員管理、操作動(dòng)態(tài)監(jiān)控服務(wù);面向設(shè)備維護(hù)人員，提供設(shè)備報(bào)警匯總、設(shè)備預(yù)測(cè)性維護(hù)、專家支持及工作協(xié)同服務(wù);面向成本分析人員，提供生產(chǎn)成本分析、對(duì)標(biāo)分析以及績(jī)效管理與優(yōu)化功能。決策支持將實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的全程可視化，能夠支持快速響應(yīng)的信息通訊、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控與應(yīng)急指揮;提供全面應(yīng)急預(yù)案和故障分析服務(wù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)供應(yīng)鏈協(xié)同、生產(chǎn)應(yīng)急指揮中各專業(yè)的協(xié)同。

要依托移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)、工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)、三維數(shù)字化、云服務(wù)平臺(tái)等新一代信息技術(shù)，為煉化企業(yè)智能工化建設(shè)的各項(xiàng)應(yīng)用服務(wù)提供高性能、高可用性、高擴(kuò)展性和高安全性的技術(shù)支持。要通過(guò)建立工業(yè)大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能決策基礎(chǔ)支撐平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取、存儲(chǔ)、處理、分析及智能決策，為企業(yè)生產(chǎn)、設(shè)備、安全、經(jīng)營(yíng)等各應(yīng)用領(lǐng)域提供智能化的決策支持;各國(guó)建立移動(dòng)應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)，集成推送生產(chǎn)優(yōu)化、設(shè)備管控、安全環(huán)保、能源管理等經(jīng)營(yíng)數(shù)據(jù)以及審核審批等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，提供通信服務(wù)、信息和內(nèi)容服務(wù)及個(gè)性化服務(wù);通過(guò)建立全廠三維數(shù)字化模型，集成工廠全生命周期動(dòng)靜態(tài)數(shù)據(jù)，形成數(shù)字虛擬工廠，實(shí)現(xiàn)真實(shí)世界與虛擬世界的連接，有效支撐生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)、設(shè)備監(jiān)控、預(yù)測(cè)、安全等管理，為智能工廠建設(shè)打下數(shù)字化基礎(chǔ)。

4? ? ?結(jié) 語(yǔ)

信息化及新技術(shù)正快速推進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)模式、銷售模式和管理模式變革，煉化企業(yè)的智能化建設(shè)是企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的必然選擇。要通過(guò)生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)與生產(chǎn)管理系統(tǒng)全面集成，及時(shí)掌握準(zhǔn)確的物流信息以及每套裝置和產(chǎn)品的每日生產(chǎn)成本動(dòng)態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)和精細(xì)化管理。要有效集成、共享、應(yīng)用煉化生產(chǎn)過(guò)程和經(jīng)營(yíng)業(yè)務(wù)流程的相關(guān)信息，統(tǒng)一管理規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，以推動(dòng)煉化企業(yè)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理智能化。

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[收稿日期]2020-09-03