石化企業數字化環保管理系統的研發與應用

趙欣梅

(石化盈科信息技術有限責任公司,北京 100007)

近年來，綠色發展成為國際主流發展意識。發達國家通過建立綠色機制、綠色標準，把生態環保與貿易、發展等問題掛鉤［1］。我國在推動經濟發展的同時，加快開展生態文明體制改革與美麗中國的建設。石化行業面臨經濟快速發展與環境約束的雙重挑戰，在滿足國家不斷提升的石油資源需求同時，開采與加工副產污染物也對環境質量產生了一定影響［2］，因此對石化企業環境保護工作提出了更高要求。我國石化企業環保管理工作一度采用末端控制的粗獷管理模式，缺乏數字化等有效的支持手段，主要表現為：專職環保崗位設置不足；環境監測體系不健全；源頭與過程排污疏于管控，多為事后治理整改；海量的環境數據指標分散、孤立，沒有統一的口徑與標準［3］；污染排放底數不清，環保指標分解、下達與統計沒有科學有效的手段；項目未批先建、久試未驗問題持續困擾管理決策人員等等。隨著全球進入互聯網時代，我國適時抓住歷史機遇，比肩發達國家加速推進各行業企業數字化轉型，企業面臨著制度創新、模式變革［4］。在這種新的時代背景下，由綠色革命引領與驅動，我國石化企業面臨著環保管理體系、管理模式的創新與提升，借助數字化手段提升石化企業的環保管理模式，以數據驅動環保管理革新，是深度認知并優化改造環保管理體系的有效途徑。

本文介紹了新時期提升石化企業管理模式的數字化環保管理系統，并闡述了某石化集團環保管理的數字化轉型實踐，為石化企業推行綠色革命提供可參考的模式和經驗。

1 石化企業數字化環保管理目標

數字化環保管理的一項重點工作是創新提升環保業務管理模式［5］。應通過全面梳理環保業務，將環保業務流程標準化，規范全口徑環境數據指標體系，厘清各管理層級管理職責，實現項目全生命周期的污染過程監控、環保專業化管理、綜合決策的環保業務協同管理。

1.1 環保業務范疇

圖1 石化企業PDCA閉環環保管理體系示意

石化企業的環保業務涵蓋了勘探開發、石油加工、油品銷售全產業鏈。在集團層面通常設置健康、安全、安保和環境（HSSE）管理委員會及環保綜合監管部門，由集團HSSE委員會對環保工作進行統一監督和管理。集團下屬分公司是各專業板塊的環保管理主體，設置環保主管處室，負責板塊環保管理。直屬企業是環保責任主體，通常設置企業級環保主管處室、二級單位及基層單位環保主管崗位。

石化企業環保業務經梳理提煉可歸納為4條主線：1）通過實施項目全生命周期環保管理，支撐建設項目階段的環保工作和生產運行階段污染預防、源頭削減、過程控制及綜合治理。2）構建環境風險防控機制，提高企業風險防控水平，降低突發環境事件發生概率，支持應急處置。3）實現環保計劃、統計、分析評價與績效考核全面管理，監督、核算與評價環保持續改善成效。4）基于環保基礎信息、實時監測及排放指標等數據輔助各級決策。按業務鏈梳理，石化企業環保業務有計劃、監控、統計檢查、績效評價和對標考核的閉環管理特點，符合計劃-執行-檢查-決策（PDCA）循環，遵從環保管理體系要求，見圖1。

1.2 數字化環保管理目標

石化企業的數字化環保管理需依據石化產業鏈特點與環保業務范疇，搭建上下一體化、統一高效的環保管控平臺，提升企業自身環保水平與環境風險防范能力，加速實現“綠色轉型”。在直屬企業層面，應定位污染物源頭—過程—末端的環保全過程管理，融合基層單位、二級單位與直屬企業三級環保組織的環保業務，集成物料、裝置、工藝運行等環保關注生產信息，實現建設項目環保、環境監測、污染源產排管理、“三廢”管控治理、風險管控等環保核心業務管控。在集團層面，應規范上下貫通的五級環保流程，建立全口徑數據指標標準，構建環境風險管控、排污許可、污染治理及建設項目環保管理四大預警機制，對直屬企業實施統一標準的環保專業化監管，統籌決策，助力企業實現重點外排污染源監控率100%，環保指標監控率和覆蓋范圍100%，企業排污執行過程監控率100%，重大環境風險源動態管理率100%。

2 石化企業數字化環保管理系統的研發

數字化環保管理系統的研發定位于先進數字化技術與主流運行環境，著眼于打破末端控制管理模式，深入到污染產排過程摸清環保排放底數。在石化企業崗位設置與監測能力不足的情況下，通過數字化建模、逐點定義賦值提升信息獲取的真實有效性是技術關鍵所在。此外還應進一步提煉環保核心業務，整合數據資源，遵從業務主線設計模塊與功能交互。

2.1 數字化環保管理系統技術要點

2.1.1 污染物排放業務建模與工廠模型

石化企業環保管理系統的數字化升級，首先應打破“管結果”的傳統管理模式，向“管過程”轉變［6-7］，縱深到石化企業基層推動“綠色轉型”。系統設計擬采用多維數據建模技術，搭建生產單元級污染物產排模型，依據現有環保指標監控、核算、統計規則的雛形優化建模，實現生產單元污染物排放即時跟蹤、環保指標監控、統計分析。環保管理系統的工廠模型見圖2。由圖2可見，工廠模型涵蓋煉油、化工裝置及廢水/氣污染治理等類設施，支撐污染源管控業務的運行與核算，包括測量網絡層、生產操作層、統計歸并層與核算模型層。測量網絡層描述真實物理儀表或虛擬儀表，測量點包括在線監測與計量儀表、分析儀器、檢測儀器等。生產操作層描述企業裝置產排要素與污染源、治理設施的連接關系。統計歸并層按業務統計規則及不同統計口徑抽象描述環保拓撲邏輯關系。核算模型層描述企業污染產排的核算關系。

圖2 石化企業數字化環保管理系統的工廠模型

2.1.2 基于工業互聯網平臺的研發與服務

在國家政策引導和企業數字化轉型驅動下，我國工業互聯網平臺已進入快速發展期［8］，將助力企業在產業競爭中搶占優勢，降低企業信息化部署的成本和難度。石化企業數字化環保管理系統擬基于工業互聯網平臺，采用“平臺+應用+服務”技術路線，開發面向環保領域的業務應用，技術架構見圖3。如圖 3所示：環保應用可以通過瀏覽器和移動應用APP訪問；應用層調用業務組件和技術組件服務，支持通用業務和計算，實現“三廢”管理、治理設施管理等專業應用，用戶可以訂閱多種應用，實現個性化業務覆蓋；服務層新增環保指標計算、監測計劃編制等各項業務組件，并以組件組合方式滿足各應用的業務需求。

2.2 數字化環保管理系統功能設計

石化企業數字化環保管理系統的總體功能框架見圖4，主要分為5類20多個功能模塊，分述如下。

2.2.1 項目建設期環境保護

“項目建設期環境保護”類實現企業新、改、擴建項目的環保管理，支持勘探開發過程中環境敏感目標的識別與評估，防止項目建設期的生產活動對環境產生污染和生態破壞。“建設項目環保管理”的內容是建設項目各階段的環保過程管控，保障環保設施與主體工程同時設計、同時施工、同時投產使用，重點監管各階段產生的環保違規、超期和進展情況。“環境敏感目標管理”是針對勘探開發區塊中涉及的各類環境敏感目標，開展環境敏感目標評估與識別的應用。

2.2.2 在役運行期環境保護

“在役運行期環境保護”類主要是對生產運行階段的污染物源頭削減、過程控制及末端治理進行監控。其中，“環境監測”是對企業廢水、廢氣污染源排放進行24 h全天候的環境在線監測，包括監測數據的實時監控、超標報警及趨勢分析、現場分析設備有效性審核、對無效數據修約補遺等，實現企業從監測資源、計劃、任務、監測數據采集的過程管理與分析預警；“三廢管控”是基于污染源產排模型，實施廢水分級控制、廢氣監測計量及固體廢物全生命周期管理；“治理設施管理”是對企業污染治理設施的運行及停運進行管理，實時監控治理設施的運行狀態。

圖3 石化企業數字化環保管理系統的技術架構

圖4 石化企業數字化環保管理系統的總體功能框架

2.2.3 環境風險防控

“環境風險防控”類是針對突發環境事件特點，構建風險防控機制，對重大環境風險源實施“一源一案”管理，支撐環境事件事前預防、事中控制及事后處理。“環境風險管理”是通過建立環境風險評估模型，識別企業環境風險，對重大風險源及分布情況監督管理；“環境隱患管理”是開展環保隱患排查和隱患分級管理，進行隱患治理項目進度跟蹤、項目后評估等；“環境應急管理”是進行應急預案、應急資源、應急監測等日常管理，支持區域聯防聯控；“環境事件管理”是針對企業環境事件進行報告、分級、調查與處理，建設集團統一的環境事件案例庫，指導企業風險防范，支持環境事件處置的輔助決策。

2.2.4 環保監督考核

“環保監督考核”類以石化企業環保工作中遠期規劃與年度工作計劃為基準，通過實施環保計劃、統計、分析評價與監督考核全面管理，評價企業環保管理的持續改善成效，對企業環境績效進行量測與評估。其中，“環保規劃計劃”是進行企業環保規劃和年度計劃的編制與發布，跟蹤環保計劃與指標的完成情況；“環保統計”是通過建立環保指標核算模型，逐級核算統計分析；“檢查督辦”是進行各類環保檢查的跟蹤及問題整改跟蹤；“綠色企業行動”是根據“一方案兩清單”（綠色企業創建方案、項目清單、任務清單）要求，固化綠色企業評價指標體系，實施綠色企業申報、審核與備案管理；“排污許可”是根據國家“按證排污、自證守法”一證式污染源管理模式要求［9］，進行排污執行過程監控；“污染源普查”是進行污染源普查數據登記審批，針對污染源及污染源強進行統計分析。

2.2.5 環保綜合決策

“環保綜合決策”類是基于海量環保數據、環保業務信息及知識庫，頂層設計“領導駕駛艙”、“環保地圖”、“移動應用”，輔以環保“綜合管理”，為環保決策提供全方位、多層次的決策支持和數據服務。通過建設“領導駕駛艙”為各級管理者提供決策平臺，包括建設項目環保預警、污染源監測預警、實時污染物排放等環保核心業務，滿足用戶基于數據的業務場景定制及指標管控分析。“環保地圖”可實現企業污染源、“三廢”管控、風險應急等基于地理信息分布的分類監控，進一步輔助各級管理用戶的決策。“移動應用”支撐各級管理用戶隨時隨地監控環保主要業務，掌控環保管理現狀。

3 石化企業數字化環保管理系統的應用效果

數字化環保管理系統的應用能夠有效支撐石化企業在“綠色轉型”和踐行生態文明中的責任擔當［10］。該系統優化改造了傳統的環保管理模式，數字化定義了各級環保組織與崗位職責，實現了企業污染產排過程的透明化監管、重點污染源排放的在線監測及建設項目環保過程的管控。企業環保部門依靠該系統全面規范整合海量數據，解決指標口徑不一、信息孤島問題，徹底摸清污染排放底數，實現了依數據管理、以數據決策。如某石化集團通過應用該數字化環保管理系統，在推動“綠色革命”的進程中取得了一定的經驗與成效。

3.1 支撐集團層面環保業務統籌管理

通過數字化頂層設計，該石化集團對直屬企業環保管理實施全面管控、考核、統計分析與決策，滿足環保職能部門統籌管理和油/煉/化/銷專業板塊的環保監管，并建設領導駕駛艙，全局展現環保管理核心業務，為各級環保管理者提供可視化的環保決策平臺。

3.2 細化直屬企業層面環保過程管控

數字化環保管理系統實現了環境監測、過程管控、環保統計與評價的閉環管理，“管結果”轉變為“管過程”，“事后追責”變為“事前預防控制”。以該石化集團某直屬企業為例，通過應用環境監測、“三廢”管理、VOCs管理、治理設施監控、環保統計及風險防控等環保核心解決方案，實現環保業務縱向貫通、橫向關聯，信息高度共享，支持車間發起、逐級核算歸并、層層審批的規范管理模式［11］，輔以便捷審批流程，提升了環保過程管控的敏捷性和預警能力。

3.3 提升重點污染源外排達標率

實施重點污染源排放監測，能夠支持石化企業掌控污染源外排超標情況，監督企業污染源排放達標。該石化集團通過進行環境監測，輔以管控固體廢物排放與處置，減少了超標排放與違規操作。2019年COD、氨氮、二氧化硫、氮氧化物、揮發性有機物的排放量均得到有效控制，國（省、市）控排放源廢水、廢氣綜合達標率分別達到99.9%和99.8%，固體廢物產生量減少5%，綜合利用率增加5%，妥善處理處置率達到100%。

3.4 助推“綠色企業”行動

該石化集團通過在各板塊、專業公司、科研單位范圍內實施“綠色企業”行動，應用數字化環保管理系統明確了9項總體要求，規定了10項主要指標和21項重點任務，有力推動了“綠色企業”創建工作。至2019年，總體已開展49家企業的申報與“綠色企業”創建，其中10家示范企業已獲得“綠色企業”稱號并發揮示范引領作用持續“增綠”，34家申報企業入圍完成了“綠色企業”現場評審。

3.5 協助污染防治攻堅

該石化集團利用數字化環保管理系統輔助開展環保檢查督辦與問題整改跟蹤，推進了90家企業1 700余個污染防治項目的實施，2019年項目完成率達50%以上，輔助督辦環保檢查督查發現問題的整改1 000余項。同步協助開展長江、黃河等重點流域33家企業生態環保“回頭看”發現問題的督促整改，基本實現廢水達標排放，未發生一般及以上級別的污染和生態破壞事件。

4 結語

石化行業穩定發展帶來的污染排放新增壓力仍將處于高位水平。在發展生態文明、建設美麗中國的時代發展趨勢下，石化企業作為污染排放主體，面臨著“綠色轉型”與環保管理革新。運用先進數字化技術實現石化企業環保管理體系的創新，是互聯網高速發展時代的必然舉措。數字化浪潮為石化行業推進綠色革命帶來了前所未有的歷史機遇，數字化技術的高速發展正加速賦能石化企業節能減排，實現“綠色轉型”。因綠色革命驅動的環保業務需求可進一步采用智能傳感、智能物聯等先進技術，實現環保管控主體基于網際協議（IP）的精準感知，打造企業環保數字孿生，更精準支撐管理與決策。進一步，可應用大數據、云計算、虛擬現實/增強現實（VR/AR）、深度學習等技術，構建生產與生態的環境共享平臺，助推石化人、石化企業與社會、生態共享和諧。