石油化工企業(yè)的智能化建設現(xiàn)狀及趨勢分析*

王 鵬

(石化盈科信息技術(shù)有限責任公司，北京 100020)

十九屆五中全會對我國“十四五”開啟建設社會主義現(xiàn)代化國家新征程作出了全面部署，強調(diào)要加快數(shù)字化發(fā)展，發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟，推動數(shù)字經(jīng)濟和實體經(jīng)濟深度融合，推動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)高端化、智能化、綠色化，培育新技術(shù)、新產(chǎn)品、新業(yè)態(tài)、新模式，促進平臺經(jīng)濟、共享經(jīng)濟健康發(fā)展[1]。國家發(fā)改委、國資委、工信部等各部委在2020年紛紛發(fā)布數(shù)字化轉(zhuǎn)型的相關(guān)倡議、通知。面向兩個大局，中國石化圍繞構(gòu)建“一基兩翼三新”發(fā)展格局和“打造世界領(lǐng)先潔凈能源化工公司”的愿景目標，堅持“數(shù)據(jù)+平臺+應用”IT建設模式，發(fā)展智能制造、綠色制造，推動產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效、轉(zhuǎn)型升級，實現(xiàn)高質(zhì)量可持續(xù)跨越式發(fā)展。

中國石化是中國實施智能制造的先驅(qū)。為了實現(xiàn)智能制造，中國石化從2012年開始完成了四項示范工程建設：智能工廠試點(分別在九江石化、鎮(zhèn)海煉化、茂名石化和燕山石化)、綜合性業(yè)務管理平臺、信息技術(shù)共享服務中心、移動應用[2]。通過智能工廠的建設，上述四家智能工廠在自動化、數(shù)字化和可視化方面均發(fā)生了巨大改變。先進控制的投用率達到90%以上，勞動生產(chǎn)率提高10%以上。生產(chǎn)優(yōu)化也由線下優(yōu)化轉(zhuǎn)為線上集成優(yōu)化。后續(xù)又在海南煉化、齊魯石化、青島煉化、濟南煉化、上海石化、天津石化、金陵石化等7家企業(yè)建設了智能工廠2.0。并在長嶺石化、北海石化、廣州石化、揚子石化等4家企業(yè)進行推廣實施。同時，通過提升項目不斷向智能化靠近。中國石化為了實現(xiàn)智能工廠3.0“總體達到國際先進水平、重點場景達到國際領(lǐng)先水平”的目標，仍需要加強與燈塔工廠、國際先進石油石化企業(yè)的對標。

智慧油田的概念最早可追朔到1991年，在《Oil & Gas Journal》雜志上出現(xiàn)了智能油田(Smart Field)詞匯和論述[3]。信息技術(shù)對油氣田企業(yè)的作用越來越顯著，形成信息化氛圍和建設智慧油氣田是油田企業(yè)技術(shù)發(fā)展和精細化管理的趨勢。中國石化按照“數(shù)據(jù)+平臺+應用”建設模式建成了中原普光、西北三廠智能油氣田示范區(qū)，探索了數(shù)據(jù)湖技術(shù)路線，沉淀了一批標準統(tǒng)一、可復用的業(yè)務組件，形成了一群智能油氣田 APP 應用，總結(jié)了一套智能油氣田推廣模板，為智能油氣田推廣建設奠定了基礎(chǔ)。

大數(shù)據(jù)、人工智能、5G 等數(shù)字技術(shù)作為新型信息化技術(shù)在石油化工行業(yè)的各個業(yè)務有著廣闊的應用場景，在國家層面、企業(yè)層面需要持續(xù)挖掘，從企業(yè)外部把握產(chǎn)業(yè)鏈的動態(tài)供需關(guān)系，與石化企業(yè)內(nèi)部的數(shù)字化轉(zhuǎn)型互為補充，加快數(shù)字化和工業(yè)化深度融合。石化企業(yè)一般都是區(qū)域經(jīng)濟GDP的主要貢獻者，自然而然就成了我國發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟的主戰(zhàn)場[4-5]。國家發(fā)改委(能源局)、工信部等各部委紛紛發(fā)布支持政策和行動計劃，幫助石油化工企業(yè)進行數(shù)字化轉(zhuǎn)型，優(yōu)選重要場景實現(xiàn)智能化，逐步實現(xiàn)全覆蓋，進而實現(xiàn)智能化。本文主要針對石油化工企業(yè)在智能化建設道路上的探索實踐及成效進行介紹，進而對國內(nèi)智能化建設趨勢進行預測。

1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 煉化行業(yè)

我國煉化企業(yè)信息化架構(gòu)基本上采用經(jīng)典的三層模型結(jié)構(gòu)，即底層的控制層、中間的生產(chǎn)執(zhí)行層和上層的經(jīng)營決策層[6]。這實際上是美國ARM公司(Advanced Manufacturing Research)于1992年最早倡導的，現(xiàn)在有新增加一層作為信息展示層即企業(yè)信息門戶(或稱之為領(lǐng)導駕駛艙/電子看板)的[7-8]。

以中國石化鎮(zhèn)海煉化為例，鎮(zhèn)海煉化運用移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)，按照“兩化”深度融合的理念制定智能工廠建設方案，實現(xiàn)了生產(chǎn)運行智能化、設備管理智能化、環(huán)保管理智能化、安全管理智能化、經(jīng)營決策管理智能化和產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同優(yōu)化，建成了中國石化智能工廠1.0版本。總結(jié)鎮(zhèn)海煉化的經(jīng)驗可以發(fā)現(xiàn)，智能化建設需要有一定的基礎(chǔ)條件，如一定的加工規(guī)模、較高的自動化控制水平以及已有的一些核心軟件與硬件。

評為工信部2018年智能制造試點示范，并同時被列入國家人工智能應用試點示范和中國石油集團及陜西省首家雙試點的長慶石化智能工廠項目，體現(xiàn)了長慶石化在智能制造方面的行業(yè)領(lǐng)先地位。長慶石化堅持技術(shù)引領(lǐng)、創(chuàng)新驅(qū)動、打造智能工廠的理念，不斷推進企業(yè)生產(chǎn)管理由數(shù)字化向智能化邁進。通過建立統(tǒng)一大數(shù)據(jù)管理平臺、強化信息系統(tǒng)集成應用，這個公司實現(xiàn)了辦公無紙化、業(yè)務移動化、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)采自動化和鏈接安全化，為企業(yè)安全環(huán)保、生產(chǎn)優(yōu)化、節(jié)能降耗、有效管理等提供了全方位支撐。經(jīng)過不斷實踐與探索，長慶石化公司數(shù)字化、智能化水平大幅提升，在降低運營成本、提高生產(chǎn)效率、優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、增強盈利能力等方面取得了顯著成效。

1.2 油氣行業(yè)

國外能源公司積極尋求智能化發(fā)展，目前尚未建設覆蓋完整業(yè)務鏈條的智能化應用，但是在不同環(huán)節(jié)均實施了相關(guān)的重要戰(zhàn)略舉措，并取得良好的實施效果。

(1)殼牌(Shell)通過智能井建設實現(xiàn)了單井運行監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、支持單井動態(tài)分析，提高油田生產(chǎn)分析能力；通過將EDM、SCADA、PI、SAP、eWIMS、FSR等系統(tǒng)有效集成，實現(xiàn)了生產(chǎn)數(shù)據(jù)共享、作業(yè)流程化管理；實現(xiàn)了自動檢測井下和地面設施情況，異常情況及時報警，提高油田反應速度。

(2)挪威石油公司(Statoil)建立了設備狀態(tài)監(jiān)測平臺，實現(xiàn)了關(guān)鍵設備的實時監(jiān)控與分析，制定了一系列關(guān)鍵監(jiān)控因子，并定義了設備關(guān)鍵因子失效規(guī)則模型；實現(xiàn)了設備故障監(jiān)測預警，開發(fā)早期設備故障監(jiān)測預警方法，并根據(jù)預測結(jié)果向維修人員進行預警提示，避免因設備非正常停機造成生產(chǎn)損失；建立了設備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，為不同層級的管理人員提供信息支持，形成運營和維護的決策中心和專家知識庫[9]，領(lǐng)先進入“預測性檢維修”的時代。

(3)雪佛龍(Chevron)建立了油藏和生產(chǎn)應用系統(tǒng)，實現(xiàn)了油田異常部分及事件檢索，能夠快速、及時、可視化地找到異常油井和油藏；異常事件的及時處理及方案執(zhí)行對實時調(diào)整生產(chǎn)計劃和保障生產(chǎn)計劃完成都有非常重要的作用[10]；通過數(shù)據(jù)標準和共有信息平臺，整合多種數(shù)據(jù)并進行應用，提高了油氣田的感知能力和分析能力，實現(xiàn)油氣藏可視化管理。

(4)英國石油公司(BP)實現(xiàn)了跨領(lǐng)域協(xié)同工作，通過組建跨領(lǐng)域協(xié)同工作團隊，包括油藏地質(zhì)工程師、鉆完井工程師、生產(chǎn)工程師、油田管理人員等，共同組成一個一體化、多領(lǐng)域的團隊；建立了協(xié)同研究環(huán)境，利用該環(huán)境中的實時與歷史數(shù)據(jù)、可視化軟件和優(yōu)化軟件實現(xiàn)更快、更準確的生產(chǎn)指揮與決策；建立了自動化數(shù)字工作流程，將正確的信息在正確的時間傳遞給正確的人，實現(xiàn)流程的標準化，促進智能油氣田系統(tǒng)與業(yè)務的有效性結(jié)合。

(5)昆士蘭天然氣公司(QGC)實施了一體化生產(chǎn)分析優(yōu)化系統(tǒng)，實現(xiàn)了從全局角度優(yōu)化油氣生產(chǎn)系統(tǒng)，集中展示和分析油藏、生產(chǎn)井、處理設施等各節(jié)點的運行狀態(tài)和潛能，優(yōu)化調(diào)整運行參數(shù)；能夠輔助管理層進行分析決策，預測產(chǎn)量、調(diào)整生產(chǎn)組織、優(yōu)化貿(mào)易策略，改善上下游協(xié)同等，提高企業(yè)整體績效。

(6)馬來西亞國家石油公司(Petronas)實施了智能管網(wǎng)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了油氣管網(wǎng)的實時監(jiān)控和可視化管理，獲取水合物、結(jié)蠟、積液、死油等信息，進行綜合判斷分析；能夠?qū)τ蜌夤艿赖母g、沖蝕、堵塞、泄露、設備故障等情況進行檢測、分析、預防，實現(xiàn)超前管理；實現(xiàn)與實時監(jiān)測系統(tǒng)(PI)的集成聯(lián)動，一體化模擬管網(wǎng)運行狀態(tài)，實現(xiàn)生產(chǎn)優(yōu)化、化學品注入優(yōu)化，有效降低運營成本。

國內(nèi)上游業(yè)務實現(xiàn)了數(shù)字化方面的重大轉(zhuǎn)型升級，預示著石油數(shù)字化產(chǎn)業(yè)將在中國迎來規(guī)模化擴張時期，有望推動全球油氣工業(yè)的數(shù)字化發(fā)展。中石化和中石油均取得了卓越成效。

依托石化智云，中石化圍繞油田勘探、開發(fā)、生產(chǎn)、運行等重要環(huán)節(jié)，建設了油氣藏動態(tài)管理、單井管理、管網(wǎng)管理、設備管理、QHSE 管理、生產(chǎn)運行優(yōu)化、協(xié)同研究等 7 大主題域、共 28 個應用，在西北三廠和中原普光進行了試點應用。

2001年，新疆油田公司正式提出建設數(shù)字新疆油田的目標，并從基礎(chǔ)設施、數(shù)據(jù)建設、應用系統(tǒng)、標準規(guī)范、管理體系五個方面，安排部署了數(shù)字新疆油田建設工程的78項建設任務[11]。自2006年實現(xiàn)“數(shù)據(jù)正常化”，到2010年全面建成數(shù)字新疆油田，達到油田數(shù)據(jù)共享化、科研工作協(xié)同化、生產(chǎn)運行監(jiān)控自動化、生產(chǎn)指揮可視化和分析決策智能化的目標，大踏步跨進智能化油田的征程。

長慶油田明確了“兩高、一低、三優(yōu)化、兩提升”的建設思路，即建成高水平的生產(chǎn)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn)、管理、安全保障的高效率，堅持低成本發(fā)展思路，優(yōu)化工藝流程、優(yōu)化地面設施、優(yōu)化管理模式，提升工藝過程的監(jiān)控水平、提升生產(chǎn)管理過程智能化水平[12]。

2 智能化建設趨勢分析

2.1 煉化企業(yè)

針對國內(nèi)外煉化行業(yè)業(yè)務及信息技術(shù)發(fā)展趨勢總結(jié)如下：

(1)以智能制造為主攻方向，加快工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展

隨著我國石油化工行業(yè)的迅速發(fā)展，面臨的挑戰(zhàn)和競爭前所未有，同時暴露的問題愈來愈多，特別是關(guān)于安全、健康、環(huán)境等方面的問題和潛在威脅日益突出。各(集團)企業(yè)有必要開展梳理生產(chǎn)安全相關(guān)的主題域規(guī)劃，并同期開展隱患治理和相關(guān)智能化應用工作。構(gòu)建基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的安全感知、監(jiān)測、預警、處置及評估體系，提升工業(yè)企業(yè)安全生產(chǎn)數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化水平，培育“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+安全生產(chǎn)”協(xié)同創(chuàng)新模式，擴大工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用，提升安全生產(chǎn)水平迫在眉睫[13]。

(2)以業(yè)務場景為驅(qū)動力，融合新型信息化技術(shù)實現(xiàn)智能化

面向企業(yè)戰(zhàn)略要求，以提升核心競爭力為主要目標，以支撐業(yè)務提升為驅(qū)動，應用邊緣計算、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新型信息化技術(shù)，集中力量開展流程再造、敏捷制造、安全生產(chǎn)和智能化應用突破。將人工智能與生產(chǎn)專家經(jīng)驗、機理模型相結(jié)合，通過對現(xiàn)場工藝、質(zhì)量、設備、物料、工業(yè)視頻、事故案例等數(shù)據(jù)的分析應用，提升對生產(chǎn)異常的預測預警，態(tài)勢感知、預測預警和科學決策能力。

(3)多方合作，打造新型生產(chǎn)方式

利用5G技術(shù)的高帶寬、低時延、大連接的特性，實現(xiàn)現(xiàn)場海量傳感器、高清工業(yè)現(xiàn)場視頻和生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)的無線實時傳輸，為企業(yè)搭建信息高速公路，支撐現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸和向云端匯聚和分析。利用北斗短報文、定位和授時的三大特性，實現(xiàn)危化品運輸和導航、現(xiàn)場作業(yè)精準定位、管線運維監(jiān)控、重點設施形變監(jiān)測和應急救援處置等領(lǐng)域應用，提升人員、設備設施狀態(tài)的實時監(jiān)測和異常的超限預警。

2.2 油氣行業(yè)

智能油田是在智能化時代大環(huán)境下的一種新型油氣開采運行模式，是油氣行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要實踐。既要緊密結(jié)合業(yè)務發(fā)展戰(zhàn)略不斷提升智能油田的核心業(yè)務能力，又要努力營建智能油田協(xié)同生態(tài)圈實現(xiàn)持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展。針對國內(nèi)外油氣行業(yè)業(yè)務及信息技術(shù)發(fā)展趨勢總結(jié)如下：

(1)借助云平臺，支撐應用敏捷構(gòu)建

隨著云技術(shù)的不斷成熟和推廣，各行各業(yè)為了應對國際經(jīng)濟形勢的壓力，都在借助云技術(shù)實現(xiàn)行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，部分大型石油企業(yè)也開展了統(tǒng)一的云平臺建設，并利用自身在勘探開發(fā)領(lǐng)域應用的優(yōu)勢，順應平臺+應用的建設理念，將油氣勘探開發(fā)特色的應用和服務遷移到技術(shù)平臺上，支撐上層勘探開發(fā)研究及生產(chǎn)應用的靈活敏捷構(gòu)建，支撐業(yè)務應用能力的共享與沉淀。

(2)聚焦核心業(yè)務，注重效益主導

以油氣田業(yè)務領(lǐng)域的重要生產(chǎn)經(jīng)營活動為引領(lǐng)，使信息化為油氣生產(chǎn)經(jīng)營核心業(yè)務服務，通過新技術(shù)推廣與應用，提高上游核心資產(chǎn)，如油氣藏、單井、管網(wǎng)、設備等的可控性，降低意外故障帶來的停產(chǎn)損失，提高油氣田生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)運營成本，優(yōu)化生產(chǎn)現(xiàn)場人員結(jié)構(gòu)，進而推動油氣田生產(chǎn)模式、組織結(jié)構(gòu)與運營方式的優(yōu)化與升級。

(3)依靠數(shù)據(jù)驅(qū)動，引領(lǐng)業(yè)務發(fā)展

在新的信息技術(shù)支撐下，將數(shù)據(jù)作為油氣田企業(yè)核心資產(chǎn)，基于數(shù)字化基礎(chǔ)，建立油氣田綜合研究、生產(chǎn)分析決策模型，形成基于數(shù)據(jù)的預警預測能力，為油氣田管理和決策提供依據(jù)，指明方向，推動勘探開發(fā)業(yè)務發(fā)展，進而實現(xiàn)“數(shù)據(jù)業(yè)務化”“分級推送”的服務性功能。

(4)建立組織協(xié)同，立足全局優(yōu)化

借助數(shù)據(jù)集成共享，對上游全業(yè)務鏈進行整合，建立良好的協(xié)同工作機制，搭建油氣田一體化的工作平臺，對組織機構(gòu)進行必要的調(diào)整變革，針對油氣田全業(yè)務鏈進行整體分析優(yōu)化。

3 石化大腦新概念

諾貝爾經(jīng)濟學獎獲得者，著名經(jīng)濟學家羅伯特·盧卡斯曾經(jīng)指出，宏觀經(jīng)濟理論對大規(guī)模的經(jīng)濟體進行了簡化，忽略了宏觀經(jīng)濟的微觀基礎(chǔ)，因此政策對經(jīng)濟的調(diào)節(jié)效果不盡如人意。大數(shù)據(jù)時代下，涌現(xiàn)出一系列的新技術(shù)，如人工智能、區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)、量子計算等等，深刻地改變了現(xiàn)代人的生活方式，以及經(jīng)濟社會運行的微觀基礎(chǔ)。石油化工行業(yè)是我國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的戰(zhàn)略性支柱產(chǎn)業(yè)，獲取投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)條件較好，依托石化行業(yè)模擬微觀與宏觀經(jīng)濟主體的經(jīng)濟社會行為，進而預測微觀與宏觀經(jīng)濟主體未來決策體系相對更加容易、更加準確。這可稱之為“石化大腦”，即廣義的石油化工企業(yè)的智能化發(fā)展趨勢，具體是指基于5G/6G真正意義上的大數(shù)據(jù)，自下而上地刻畫我國經(jīng)濟，深刻地揭示經(jīng)濟系統(tǒng)、金融系統(tǒng)的運行規(guī)律，服務于智慧政府，為海量數(shù)據(jù)資源賦能。

生產(chǎn)一體化優(yōu)化，作為煉化企業(yè)智能工廠的建設主線之一，實現(xiàn)了煉化企業(yè)內(nèi)部煉油和化工裝置的一體化優(yōu)化，包括原料選購、裝置負荷、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等與生產(chǎn)經(jīng)營相關(guān)的一切活動。同時，為了實現(xiàn)企業(yè)效益最大化，這些優(yōu)化運算的輸入?yún)?shù)，包括市場信息及其價格滾動估算，同時也能進行企業(yè)改擴建工程的效益測算。不難看出，這類信息來自于煉化企業(yè)的“圍墻”之外，跟國內(nèi)外市場以及社會經(jīng)濟有了交互影響。在煉化企業(yè)的改擴建工程項目區(qū)，或者油氣田企業(yè)的開采勘探項目區(qū)，人員密集度勢必升高，這就對煉化企業(yè)所在的園區(qū)、社區(qū)等帶來了促進經(jīng)濟發(fā)展的利好因素，但同時也帶來了治安或者其它方面的隱患矛盾。整體模型的建立，不僅僅需要生產(chǎn)計劃優(yōu)化軟件，更需要借助大數(shù)據(jù)、模型(如代理人基模型，ABM或者可計算的一般均衡模型，CGE)等進行模擬仿真運算。通過數(shù)據(jù)可視化技術(shù)挖掘和透視經(jīng)濟運行內(nèi)在規(guī)律揭示經(jīng)濟發(fā)展與社會、環(huán)保的關(guān)系和影響，為經(jīng)濟統(tǒng)計、分析、監(jiān)管部門提供經(jīng)濟大數(shù)據(jù)相關(guān)的一站式數(shù)據(jù)服務。以石化園區(qū)為“點”，結(jié)合金融經(jīng)濟這條“線”，為社會發(fā)展的“面”做好支撐，促進優(yōu)化，提前制定各種民生保障措施，實現(xiàn)可持續(xù)向好發(fā)展。

4 結(jié) 語

以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導，全面貫徹黨的十九大和全會精神，堅持發(fā)展新理念，堅持以供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革為主線，以推動能源生產(chǎn)和消費革命為中心，以培育能源新技術(shù)、新模式、新業(yè)態(tài)為主攻方向，基于5G等技術(shù)手段全面實現(xiàn)石油化工行業(yè)的智能化建設迫在眉睫。在煉化行業(yè)，以實現(xiàn)視頻、儀表數(shù)據(jù)、高危作業(yè)、危化品運輸、中控室、管廊等監(jiān)控，治污設施檢測、異味溯源等環(huán)保，以及消防、應急智慧車、無人機等應急功能為主。在油氣行業(yè)，以實現(xiàn)油田各場站、單井、儀表等實時數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸，鉆井、定向、錄井、壓裂實時數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理與及時傳輸，以及機器人/無人機巡檢、AR 巡檢維護及大型機器遠程操控功能為主。