5G技術在石化行業的應用場景及預期效益簡析

＊王 鵬

（石化盈科信息技術有限責任公司 北京 100020）

5G帶來了超越光纖的傳輸速度、超越工業總線的實時能力以及全空間的連接。5G網絡下行峰值數據速率可達20Gbps，上行峰值數據速率可能超過10Gbps，大大降低時延并提高整體網絡效率。5G技術與工業互聯網已成為石油化工行業推進數字化、智能化轉型升級的重要載體[1]。5G技術應用在工業物聯網層面，可快速構建泛在感知的工廠運行環境，實現物料、產品、設備、環境、人員的感知、識別和控制。利用5G技術的高帶寬、低時延、大連接的特性，實現現場海量傳感器、高清工業現場視頻和生產實時數據的無線實時傳輸，可為企業搭建信息高速公路支撐現場數據傳輸和向云端匯聚以及分析。

石油化工行業作為國民經濟的重要基礎與支柱產業，在國民經濟發展中占有舉足輕重的地位，經過多年的發展，國內石油化工行業不僅面臨著產能過剩、產品創新、環保要求、安全要求、節能降耗等多種壓力與挑戰。5G技術對石化行業的企業數字化轉型、智能化發展起到了巨大的推動力，開拓了新的產業格局。一方面5G的發展為工業互聯網落地起到加速助推的作用，加速產業融合，助推企業轉型升級；另一方面，企業在5G+工業互聯網下也推動石油化工行業在數字化推進過程中發展出現代化運營新模式，石化行業衍生產品也參與到5G行業的建設與擴張中，對化工產業升級起到推動作用。

1.石油化工企業的業務痛點

國內石油石化自動化程度與國際先進水平還有一定差距，中國仍處于智能化起步階段。以油田勘探業務為例，BP利用先進的地震成像技術大幅度提升油田的數據分析效率，加速油田發現；挪威國家石油公司進行無人平臺建設，運營交付成本遠低于預算，項目盈虧平衡從34美元/桶降至20美元/桶以下；?？松梨谝胛④浽破脚_，收集、共享油田實時數據，制定更快的鉆井決策，優化安全人員部署，檢測泄露并監測溫室氣體排放[2]。而國內受到石油化工企業自身管理水平和整體投資的影響，石油化工企業的自動化技術應用程度還處于較低水平，當前多數企業處于數據采集、簡單處理和系統展示的階段。石油化工行業急需形成5G行業應用規范、5G行業應用方案及標桿案例，以促進石油化工企業在新技術驅動下開拓產業新格局。一方面采用現代化技術解決石化企業智能化發展過程中的難題；另一方面，石化企業要結合5G新技術科學制定創新的發展策略，在行業市場競爭中提升競爭力。

2.國內外實踐

（1）5G國外實踐。目前全球5G商用發展初具規模。截至2020年8月，全球有24個國家/地區的47家運營商已開始計劃部署或試驗面向公眾的5G SA網絡。韓國、歐洲、美國、日本等國家和地區均積極推動5G建設，鼓勵開展5G融合應用。5G產業生態逐步豐富，應用探索不斷深入，5G促進經濟社會發展效能初步顯現。

德國化工巨頭巴斯夫集團公司應用5G技術在生產領域的各個層面，如圖1所示。結合5G技術及化工行業的專業知識，不斷提高生產流程的安全、效率與有效性，為客戶創造額外的價值。

圖1 BASF 5G技術應用案例

（2）5G國內實踐。我國高度重視5G應用發展，國家領導人在2020年2月3日的中央政治局常委會上指出要積極豐富5G技術應用場景，并加快5G網絡等新型基礎設施建設[3]。2017年初，中國石化啟動了5G技術預研，加入GTI組織（全球TD-LTE計劃合作伙伴）及5G聯合創新中心，開展流程行業應用研究，為下一步中國石化企業建設5G奠定基礎。2019年初，中國石化啟動了“面向石化企業5G工業物聯網技術及應用研究”課題，結合石油石化企業實際業務需求，聯合開展了5G工業物聯網技術的實地應用研究。2020年選取茂名石化、九江石化、鎮海煉化作為5G工業物聯網試點建設單位，基于“5G+CPE”開展了“VR高清視頻、AR遠程檢維修、NB-IoT無線數采、變電房無人值守和高壓電線無人機巡線”等方面的典型應用技術驗證工作。中國石油于2018年底發布了首個主營業務智能共享平臺——“夢想云”，2019年7月在蜀南氣礦初步實現了5G通信技術的工業化應用。中海油則一直努力拓展海洋通信與5G應用方面的創新研究，于2021年立項5G智慧海油項目，著重打造中國海油海陸生產作業一體化專網架構設計，搭建上、中、下游生產智能化運營支撐環境，首創海上5G長距離通信應用，可實現海上平臺在臺風環境下遠程操控，全面賦能海洋油氣行業。

與前幾代移動網絡相比，5G網絡的能力有飛躍發展。大疆5G無人機已在油氣田和煉化企業進行了探索應用，場景主要包括油田管道與設施安全自動巡護、數字三維實景模型重建、應急態勢感知和氣液泄漏檢測。清華大學智能機器人研究中心每年得到國家和省市大量資金支持，在機器人自主裝配、混合物料分揀等方面進行了自主學習機器人的研發、設計與生產。華為分別與中國電信和中國移動合作進行了5G技術在江西星火有機硅和東營港石化園區的探索應用。

3.價值與意義

5G技術作為目前通信領域最前沿的技術，是產業變革和智能互聯的基礎和支撐。5G技術應用具有示范性及代表性，符合國家“制造強國”戰略的核心內容，是5G技術應用在流程行業實踐的重要舉措[4]?！?G+工業互聯網”“5G+人工智能”“5G+大數據”等是5G技術戰略和實施的核心內容，其產業化推進是企業ERP、DCS、MES、EMS等系統與平臺對接的必經之路，也是智能企業最重要的組成部分。5G技術應用的社會效益預期可觀。

（1）對全面應用有標桿示范作用。通過5G網絡連接，實現數據互聯互通、動態閉環。提高企業產品產量和生產效率，縮減企業生產用工，降低生產成本，增強生產制造精益化，通過5G應用，實現生產實時化、透明化、管理便捷化，提升企業生產制造水平，進一步提升企業在石化行業的競爭力，帶動我國石化行業的轉型升級、快速發展。

（2）對石化行業有帶動作用。5G應用智能工廠采用自動化、信息化、智能化手段，為我國乃至國際石化行業改造升級提供應用示范平臺，樹立樣板標桿模式，進一步提升企業在石化市場的競爭力，帶動我國石化行業的轉型升級、快速發展。

（3）對關聯產業有引導作用。5G應用成果將會在整個煉化和化工新材料行業中起到配套引領作用，同時還可向相近行業，如鋼鐵、建材、化工等關鍵重要領域延伸開發，帶動相關行業智能工廠的發展推廣。

4.能源化工行業5G應用解決方案

石化盈科成立以來，在生產制造執行系統（MES）研發和實施的基礎上，不斷豐富工業軟件套件種類，研發了ProMACE工業互聯網平臺、調度指揮、操作報警、能源管理、工藝管理、質量管理、安全管理、環保管理、APC等一批具有自主知識產權的核心工業軟件，實現了工業技術軟件化，形成了一整套較為完整的可推廣、可復制的石油與化工行業智能制造的解決方案。以搶占我國面向石化行業工業級5G應用制高點，大力推進5G技術與石化生產過程核心環節的全鏈接和深度融合為目標，石化盈科與多家煉化企業及上游生產企業一起探索5G技術應用，在生產運行、現場安全、節能環保等典型場景應用進行了部署應用[5]，為企業的數字化轉型發揮了重要作用。同時，為持續提升5G技術在我國石化領域的規模化應用水平做出了貢獻。

（1）生產運行應用場景?；?G移動通訊技術的新一代智能巡檢系統（含移動端）滿足企業多崗位巡檢的統一管理的需求，實現現場巡檢數據的及時上傳和共享，確?，F場巡檢定時、定點、定內容，開展標準化巡檢。借助5G通訊模組和5G網絡實現現場圖像視頻實時回傳，實現機器人長周期高頻率自動巡檢，減輕人工巡檢勞動強度，具體應用場景如圖3所示。采用多功能攝像頭巡檢，降低現場巡檢人員勞動強度和人身傷害的風險，保障人員安全。通過自動采集現場數據，為現場操作人員提供綜合分析，輔助現場操作，促進現場高效作業。

圖3 智能巡檢場景

（2）現場安全應用場景。基于5G技術，采集罐內的圖像信息并遠傳展示，支持受限空間內部可燃氣體濃度顯示、支持遠程行走路徑控制、支持實現水射流和推鏟清理工作；采用智能清掃機器人替代人工開展污油罐進罐清理作業?？刹杉迌鹊膱D像信息并遠傳展示，支持受限空間內部可燃氣體濃度顯示，支持遠程行走路徑控制，支持實現水射流和推鏟清理工作，無人清罐場景如圖4所示。其最大的功效是降低安全風險，提高工作效率。

圖4 無人清罐/池場景描述

（3）節能環保應用場景。探索LDAR密封點標識新方式，通過圖片建檔及5G+北斗定位技術，實現LDAR組件的標識，方便檢測人員根據定位實時調取密封圖片，解決LDAR檢測路徑難找、點位難尋的難題；利用智能檢測終端、5G等技術的應用，實現LDAR現場檢測流程的合規化監管、檢測過程的自動記錄、檢測記錄的智能化傳輸和檢測路線回放，確保數據真實可靠，LDAR檢測場景如圖5所示。自動繪制并記錄LDAR檢測路徑，大幅降低查找待檢測點的時間，進而提高檢測效率。檢測人員降低至一人的條件下單人的檢測工作強度同步降低。同時，可在環保地圖上直觀展示每個檢測人員的檢測軌跡，確保檢測數據的真實性。

圖5 5G+LDAR智能檢測示意圖

（4）特色政務應用場景。基于5G真正意義上的大數據，自下而上地刻畫我國經濟，深刻地揭示經濟系統、金融系統的運行規律，服務于智慧政府，為海量數據資源賦能。打造兩套產品，即區域石化產業大腦和B2B石化集棧。前者著力于石化企業間生產銷售的優化，從企業外部把握產業鏈的動態供需關系，與石化企業內部的數字化轉型互為補充，為企業和區域賦能。后者利用該平臺整合現有的石化產品信息、電商資源，實現數據融通，形成具有國際競爭力的B2B石化產品電商平臺。圍繞九江石化、天津石化、福建石化已在省市工信廳倡導下通過自具特色的區域特點開始產業鏈延伸的行動舉措[6-8]。

5.總結與展望

5G專網服務不僅僅是一張通信網絡，更是一種融合網絡、云計算、邊緣計算、應用平臺全面定制的綜合解決方案。石油化工行業易燃易爆高溫高壓的特殊生產環境結合5G新特性可以創新出更多新業務場景，解決了傳統技術手段長期困擾的問題，全面有效的提升生產效率，規避人員操作的安全風險。