LNG液化工廠的數字化管理建設與應用

潘 箭

（華油天然氣廣安有限公司，四川廣安 638000）

我國能源市場十分廣闊，在環境保護理念越來越深入人心的今天，類似于液化天然氣的清潔能源開始得到市場的認可和關注，保證液化天然氣的生產效率和安全性，是滿足能源市場需求的必然選擇。LNG液化工廠是生產液化天然氣的主要單位，通過數字化管理建設優化LNG液化工廠的生產效率和管理效果，是未來工作的重中之重，但是從實際情況來看，受到技術條件和理論體系的影響，很多LNG液化工廠在進行數字化管理建設與應用的過程中，都遇到了問題，對本課題進行研究，是解決問題、促進發展的必然選擇。

1 LNG液化工廠概述

液化天然氣屬于有一定安全風險的能源，LNG液化工廠潛在的危險也比較多：①低溫危險性。液化天然氣往往需要在高壓超低溫條件下保存，在液化天然氣發生泄漏的情況下，周邊的環境溫度會大幅下降，空氣中的水蒸氣凝結產生霧團，如果未能得到妥善解決，周邊的生產設備都會在超低溫影響下發生故障甚至被損壞，給LNG液化工廠的正常運行帶來負面影響。②BOG的危害性也不容忽視，在儲罐與外界環境連通的情況下，液化天然氣將會在短時間內迅速蒸發，形成的大量天然氣將會給LNG液化工廠造成燃燒甚至是爆炸等一系列安全風險。③火災危險性大。空氣中天然氣含量在5%～15%的情況下，遇到明火即會發生爆炸事故，但是LNG液化工廠當中存儲有大量的天然氣，稍有不慎就可能出現嚴重的安全事故。④威脅到受眾人身安全。在沒有經過管理建設的LNG液化工廠當中，往往存在大量安全風險因素，很容易給工作人員造成低溫凍傷等傷害，這顯然不符合LNG液化工廠管理的目標[1]。

根據實際工作情況來看，LNG液化工廠的總體工藝形式非常復雜，其中天然氣凈化和液化更是具有不可忽視的困難性，一般需要通過載硫活性炭脫汞、采用MDEA溶液脫二氧化碳等方法對原材料進行凈化，再通過自動化加壓降溫設備對其進行液化處理，最終才能得到液化天然氣成品。而在進行液化處理的過程中，主要是利用三段繞管換熱器作為主換熱器，對經過凈化處理的天然氣進行冷卻，最后使液化的天然氣通過節流閥進入到LNG儲罐中進行保存，對天然氣進行液化處理的過程中，需要對其進行降溫處理，冷源的種類比較多，但是混合冷劑膨脹節流制冷的方式最為常見。進行一系列處理生產出來的液化天然氣需要通過特殊儲罐進行保存，保存環境的壓力值應高于環境大氣壓，并保持高度密封性和絕熱性，否則液化天然氣可能會重新轉化為氣態并帶來一系列安全問題[2]。

2 LNG液化工廠的數字化管理建設與應用

2.1 LNG液化工廠的數字化管理建設

2.1.1 建設三維數字系統

LNG液化工廠數字化管理建設絕非易事，需要從建設三維數字系統入手，為液化天然氣的生產處理等提供有力支持。具體來說，在進行三維數字系統建設的過程中，首先要做好設施和其他管線的查找工作，并對工廠設備的位置數據等進行記錄和勘察，加強坐標量測、水平和垂直距離量測等工作。除此之外，還需要考慮到各種儀表和閥門等合理化設計形式，并嚴格遵守LNG液化工廠的設計圖紙和施工記錄等，確定三維數字系統建設的切入點，同時對LNG液化工廠周邊的地形參數進行記錄，比如坡度、廠區周邊的地理信息等都屬于重要的地形參數，能夠為建設三維數字系統提供有力支持。從實際情況來看，建設三維數字化模型具有一系列重要價值，通過建立PDMS模型的方式，保證模型建設的準確度，再將轉化過的數據傳輸到數字化系統當中，能夠有效提升LNG液化工廠的設備設計質量、結構建設質量等[3]。

2.1.2 建設智能巡視檢查系統

LNG液化工廠數字化管理建設內容非常多，除了要建設三維數字系統之外，還需要對現在常用的巡視檢查系統進行完善。在過去的很長一段時間里，LNG液化工廠的檢查工作都需要人工進行，工作人員通過填寫紙質表格的方式記錄檢查結果，在周期性檢查結束以后，再通過人工錄入的方式把收集到的信息數據上傳到系統當中，這樣的工作模式存在效率較低、準確度存疑等一系列問題，與LNG液化工廠新時期的發展需求截然不同。而借助數字化技術建成的巡視檢查系統則能夠有效規避這一問題，其具有統一的數據平臺作為支撐，在后續的LNG液化工廠巡查工作中，可以利用智能化巡查設備，按照規定的巡視檢查路線，對LNG液化工廠設備的運輸情況進行巡查，同時還能夠按照設定的巡查次數進行常態化巡查，保證了LNG液化工廠巡視檢查工作的有效性。更重要的是，建成以后的智能巡視檢查系統，具有及時上傳數據資料的功能，不需要工作人員手動輸入各類數據，數據出現錯誤的可能性也比較低，在后續需要進行數據調閱時也能更加省時省力[4]。

2.1.3 建設設備管理系統

LNG液化工廠數字化管理建設包括多方面內容，設備管理系統無疑是其中最重要的組成部分之一，對其進行數字化建設并提升設備管理的規范程度，是保證液化天然氣生產效率的必然選擇。從實際情況來看，建成數字化設備管理系統以后，設備管理工作的準確性將會比過去有巨大的提升。更重要的是，相比于傳統的設備管理系統，數字化設備管理系統具有集成性特點，可以將設備管理系統和智能巡視檢查系統的功能統一起來，根據巡查過程中發現的液化天然氣設備運營情況，確定設備參數是否出現錯誤等一系列問題，同時還可以借助自動化控制功能，自動切斷故障設備，真正實現自控、生產管理一體化的發展目標，將可能存在的安全風險扼殺在搖籃里。除此之外，數字化設備管理系統還具有對維修備件、工具和人力資源等設備相關因素進行管理的功能，可以最大限度地提升設備管理的有效性。

2.1.4 建設在線監測系統

在線監測系統同樣是LNG液化工廠數字化管理建設與應用的重中之重，其能夠通過線上監測的形式，對LNG液化工廠的故障和意外情況進行判定，準確確定報警等級和報警信息，同時還能夠在生產管理的同時，對設備管理系統和巡查系統收集到的監測數據進行分析，發現其中存在的問題和風險等，第一時間進行處理，以避免不必要的故障風險。

2.1.5 優化數字化LNG工廠建設方案

除了上文已經提到過的幾方面建設要點之外，想要真正實現LNG液化工廠數字化管理建設，還需要對其具體的建設方案進行調整和完善。目前數字化LNG工廠往往離不開地理空間信息技術GIS、虛擬現實技術VR、三維圖形技術、物聯網技術的支持，而為了切實提升這些技術的一體化應用價值，可從以下幾方面入手調整建設方案。

（1）項目設計、采購、施工數據采集。LNG液化工廠的數字化管理建設難度比較大，要根據液化天然氣工廠的具體情況，做好建設之前的數據整合工作，結合過往類似成功案例對設計資料進行分析，明確液化天然氣工廠數字化建設所需要的各項原材料和設施設備，確保建設能夠一次性成功，避免停工返工等導致的成本上升，對于以后可能投用的處理設備，可以提前預留業務系統集成接口，提高工作效率。

（2）要加強工廠可視化場景建設。數字化LNG工廠的建設復雜性還體現在現場環境上，其需要統籌設計的設備非常多，還需要綜合考慮原有的地下穩高壓消防水管線、循環水管線、生活給水管線以及各類光纜電纜等，稍有不慎就可能出現建設風險，因此有必要集中關注廠區地下結構，并利用三維可視化模型數據對全廠進行綜合模擬，從根本上解決地下情況導致的一系列建設問題[5]。

（3）要做好設備管理及培訓、檢維修工作。LNG液化工廠數字化管理建設往往需要很長一段時間才能取得實質性成果，整個建設過程可以繼續細分為基礎設施建設、設備建設等，在對設備交接不到位的情況下，很容易出現質量問題，特別是在竣工以后，工作人員往往只能按照圖紙文檔指導生產或者是維修設備，這不符合LNG液化工廠的發展要求。而利用好三維可視化系統進行設備管理，則能夠讓每個設備的屬性信息和可視化模型對應起來，工作人員在查看設備參數的過程中，就能了解該設備所有電子資料、圖紙，在后續的工作中必將會更加得心應手。除此之外，利用可視化三維模型技術進行員工培訓，也是LNG液化工廠數字化管理建設的重中之重，借助這一技術，員工將能夠更加清晰直觀地了解液化天然氣生產設備的內部結構等，這對于提升員工培訓的有效性有一定的積極作用。

（4）優化工藝培訓、仿真。LNG液化工廠數字化管理建設過程中涉及到大量的原材料和工藝技術，僅管道材料就可以分成不同介質、不同規格，在進行數字化建設的過程中，僅按照傳統的工作模式，很難保證建設質量。因此可以利用好數字化技術的轉換功能，把二維圖紙轉化成數字化數據并直接顯示在數字工廠平臺上，同時還能夠根據液化天然氣的特性，模擬其在管線和生產設備中的流動傳輸情況，這對于提升建設質量有一定的積極作用。

（5）HSE應急指揮系統。LNG液化工廠當中包括大量危險因素，稍有不慎就可能出現嚴重的安全后果，而傳統的應急預案都是紙質文件，在處理突發事件時只能依靠文字、圖片、流程圖等進行操作，這影響了處理的效率和水平。液化天然氣工廠本身又有一定的特殊性，不允許反復大規模進行實戰演練，這導致了液化天然氣工廠的應急處理效果始終不能盡如人意。而數字化液化天然氣工廠管理系統，則能夠對廠區內主要裝置區、危險源等設備裝置以及管道進行建模和虛擬場景搭建，在此基礎上建立數字化應急處理流程數據庫，從而在真正發生突發事件時，協助工作人員快速完成應急指揮。

（6）想要保證LNG液化工廠數字化管理建設質量，就必須要做好溝通管理和沖突管理。LNG液化工廠數字化管理建設工作包含多種復雜因素，其中涉及到大量信息的收集處理工作，還有許多復雜細節需要進行臨時調整，即使是進行數字化建設方案設計，也很難一次性成型，往往需要和業務部門進行大量溝通，才能獲得最準確的建設方案。同時，項目組的工作人員往往擁有截然不同的工作經驗和受教育背景，在LNG液化工廠數字化管理建設中往往有自己的獨到見解，但是在溝通交流不到位、存在業務沖突的情況下，一些工作人員可能會不愿意表達自己的意見，最終的配合效果可能會大打折扣。在這種情況下，必須要采取行之有效的溝通手段，對工作人員之間存在的沖突進行解決和處理，從而確保每個工作人員都能在LNG液化工廠數字化管理建設中發揮自己的最大努力，提升LNG液化工廠數字化管理建設的有效性。

2.2 LNG液化工廠的數字化管理應用

LNG液化工廠的數字化管理建設工作有一定的復雜性，如何確定數字化形式、如何建設數字化數據分析體系等，都是工作人員必須要探索的重要課題之一，在對其進行數字化管理建設的過程中，應首先從系統總體框架入手進行分析，將數字化管理系統劃分成不同的層級，比如數據層、平臺層以及應用層等，就是數字化系統的基礎性層級，能夠保證LNG液化工廠數字化管理建設的順利進行。另外，還需要強化LNG液化工廠數字化管理建設的基礎設施，通過硬件、網絡和操作系統等方面的逐個研究，確定不同基礎設施建設需要注意的要點。數據層也是LNG液化工廠數字化管理建設的重中之重，其可以分成空間數據和業務數據庫兩部分，構建不同數據庫時，要結合LNG液化工廠基礎地理環境情況和三維模型技術等，確定最基本的數據庫架構。除此之外，平臺層也是不容忽視的重要系統組成部分，它可以分成數據接口平臺、企業共享平臺和SuperEarth企業可視化平臺等幾個部分，承擔著十分重要的數據接口處理責任，具有數據量大、建設較為復雜的特點，必須要給予其足夠的重視與關注。從目前的實際情況來看，LNG液化工廠數字化管理建設已經取得了階段性成果，一些液化天然氣工廠基本實現了二維、三維一體化目標，在進行管理的過程中，許多傳統模式下常見的問題都得到了妥善解決，尤其是三維可視化系統的應用，更是讓工作人員得以更加清晰直觀地了解液化天然氣工廠的具體情況，其具有的檢索功能、漫游功能等，更是簡化了液化天然氣工廠管道檢修、應急搶險等工作的流程，能夠從根本上保證操作和管理效率，LNG液化工廠數字化管理的應用價值極高[8]。

3 結束語

我國的清潔能源開發利用效果十分可觀，尤其是兼具性價比的液化天然氣更是在人們的生產生活中扮演了重要角色。為了確保液化天然氣生產制造的效率與安全性，提出了對LNG液化工廠進行優化的工作目標。尋找LNG液化工廠數字化管理建設與應用的具體方案，也是未來工作的重中之重。