基于工業互聯網的石化企業腐蝕管理系統的研究與建設

徐豪杰 胡 偉 崔振偉 田 欣

（1. 中國石油天然氣股份有限公司獨山子石化公司，新疆 克拉瑪依 833600；2. 昆侖數智科技有限責任公司，北京 100007）

0 引言

腐蝕無處不在，是世界各國共同面臨的問題，被人們稱為金屬的癌癥。據《我國腐蝕狀況及控制戰略研究》重大咨詢項目研究表明，2014年我國的腐蝕總成本約占當年GDP的3.34%，總額超過2萬1千億元人民幣，相當于每個中國人當年承擔1555多元的腐蝕成本[1]。在石油化工企業中，腐蝕造成的損失所占比例更大。其原因在于：目前世界上工業設備的絕大部分是鋼鐵所構成的，而石化化工生產設備、儲罐、廠房都是在易于生銹的大氣中使用，因而腐蝕是難以避免的[1-3]，某生產裝置腐蝕形貌如圖1所示。

圖1 石化企業生產裝置腐蝕形貌

隨著現代腐蝕科學技術的迅速發展，新的防腐蝕技術不斷涌現，加上我國腐蝕科學知識的不斷普及，進一步把已取得的成熟的防腐蝕科學技術在各個領域進行推廣應用，不僅對我國現代化建設發展意義深遠，而且還將成為節約能源，保護資源，減少污染，減少災害隱患，提高社會、經濟和環境效益的有效途徑之一[1-3]。

本文提出的腐蝕管理系統通過結合企業現有多種腐蝕監檢測手段及監測數據，利用信息技術對企業防腐管理制度進行有效、完整的體現，助力防腐管理水平的提升，是石化企業防腐管理工作的重要組成部分，通過實施該系統將有助于提高企業防腐管理工作效率，有效融合腐蝕監測數據提升數據價值，進一步保障企業生產裝置安全平穩運行。

1 石化企業腐蝕管理現狀分析

石化企業受原油劣質化影響，設備腐蝕持續加重，生產裝置長期穩定運行受到了嚴重威脅。為了有效控制因腐蝕而造成的安全隱患、事故，石化企業多措并舉，包括完善防腐管理制度、增加監檢測點位、建設腐蝕監測系統等一系列措施，以促進提升腐蝕管理水平而有效管控腐蝕風險。隨著企業腐蝕管理信息化應用水平提升，仍存在一些問題：

1.1 數據標準不統一，利用率不高

企業內部存在多廠家腐蝕監測設備和系統，數據采集、傳輸、存儲標準不一致，造成數據無法集中統一管控，利用率較低，未最大化發揮數據價值。

1.2 防腐管理制度未完整、高效與信息系統進行結合

腐蝕管理制度的建立是開展腐蝕管理工作的重要保障，信息系統是助力企業提升管理水平的重要手段，在石化企業中兩者仍缺乏高效有機的融合，腐蝕管理系統未能完整、高效將制度要求內容進行體現貫徹。

1.3 腐蝕失效案例庫亟待建立

材料的腐蝕問題不是偶然發生或單獨發生的，它往往具有普遍性和繼發性。同類設備或相似服役條件下設備的腐蝕事故往往對于其他設備的腐蝕管理具有重要的指導意義。調研發現，目前大多數組織缺乏對腐蝕防護經驗教訓的及時總結與持續迭代，使腐蝕失效案例僅僅成為設備全壽命周期內的一次孤立事故[1]。

1.4 已建信息系統可擴展性差

隨著信息技術的日新月異，石化企業已建信息系統技術和架構落后，在工業互聯網和信息安全大背景下，已建平臺的技術、架構與當前信息技術發展存在一定差距。

2 腐蝕管理系統設計及實現

在新一代工業革命和信息技術發展日新月異背景下，工業互聯網的提出和應用已成為先進制造業數字化轉型、智能化發展的重要基石，是建立工業新業態、實現智能制造的關鍵支撐，因此基于工業互聯網架構對信息系統進行規劃、設計和建設是先進制造業的必經之路[4,5]。

2.1 系統總體架構

本系統基于工業互聯網平臺架構，采用“Ant Design+微服務”的前后端技術和Mysql數據庫技術進行建設。

基于工業互聯網平臺構建網絡、平臺、安全三大功能體系，從而打造人、機、物全面互聯的腐蝕管理系統，如圖2所示的系統架構由設備與設施層、邊緣層、資源層、PAAS層、應用層和展現層，以及貫穿六層的信息化標準與規范體系和網絡安全與工控安全防護體系構成[4-7]。

圖2 基于工業互聯網平臺的系統總體架構

企業在物聯網層級通過配套部署智能傳感器為前端監控對象賦能，實現監控對象被動感知，在資源層（IAAS層）部署的PAAS平臺上部署安裝本系統應用。

依托企業現有系統數據，通過接入工藝操作、介質監測、介質化驗分析、腐蝕速率、管道壁厚、設備臺賬及參數信息等數據，實現靜設備基礎信息、腐蝕監測、腐蝕決策支持、腐蝕綜合管理等功能的信息化、數字化、網絡化、智能化，系統集成架構如圖3所示。

圖3 系統集成架構

2.2 系統關鍵技術

2.2.1 Spring Cloud

Spring Cloud是基于Spring Boot的一整套實現微服務治理的框架。他提供了微服務開發所需的服務發現注冊、配置中心、消息總線、負載均衡、斷路器、數據監控等組件。最重要的是，它跟Spring Boot框架一起使用，會使微服務架構的云服務開發工作非常方便。Spring Boot旨在簡化創建產品級的 Spring應用和服務，簡化了配置文件，使用嵌入式Web服務器，含有諸多開箱即用微服務功能，所以Spring Cloud是微服務一站式解決方案的最佳選擇。

2.2.2 Redis

Redis是完全開源的，遵守BSD協議，是一個高性能的key-value數據庫。Redis支持數據的持久化，可以將內存中的數據保存在磁盤中，重啟的時候可以再次加載進行使用。Redis不僅僅支持簡單的keyvalue類型的數據，同時還提供Strings, Lists, Hashes,Sets及Ordered Sets 數據類型操作。Redis支持數據的備份，即master-slave模式的數據備份。

2.2.3 多源數據處理技術

建立大數據平臺，解決研發已有系統數據標準不統一的問題，將多種來源的腐蝕數據提取、容納進來，為數據應用做技術準備，解決各系統標準不統一，腐蝕管理缺乏規范的技術體系和支持其運行的信息化管理系統的問題。

2.3 系統主要功能

系統劃分為數據層、基礎管理層、應用層和展現層（如圖4所示），其中應用層即為系統功能，主要涵蓋了腐蝕監測、腐蝕決策支持、腐蝕綜合管理、基礎管理功能模塊，實現對防腐蝕管理業務的重點覆蓋。

圖4 系統功能架構

2.3.1 腐蝕監測

集成MES系統、LIMS系統、在線腐蝕監測系統中腐蝕介質監測數據進行集中管控，建設設防值并配置報警策略，當發生超標報警時由系統根據策略自動推送至相關人員，相關人員在系統中進行報警處理并關閉，最終實現業務閉環管理。包括工藝防腐介質監測和設備防腐監測。

根據腐蝕機理，建立腐蝕回路圖，在腐蝕回路中關聯腐蝕監測因子并進行動態顯示，通過回路圖直觀反映現場監測點實時數據，對超標、異常數據腐蝕因子高亮預警。

2.3.2 腐蝕決策支持

根據監測的長期腐蝕速率，結合設備當前壁厚和安全壁厚預測設備剩余壽命。

對腐蝕監測報警情況及處理情況進行統計分析，分析報警原因及考核各單位業務處理進度，從而進一步提高腐蝕監測部位準確性，提升業務處理效率，加強業務閉環管理。

2.3.3 腐蝕綜合管理

對腐蝕業務管理進行集中管控，包括對水質管理、水冷器管理、藥劑管理、腐蝕月報、腐蝕知識庫、腐蝕報表業務的線上化管理，提高防腐蝕管理工作效率及完整性。

其中腐蝕知識庫將實現對相關防腐知識系統化的匯聚，從而建立腐蝕失效案例庫和資料庫，為企業腐蝕管理提供知識共享和指導。包括：防腐標準庫，腐蝕案例庫、專家經驗庫和設備文檔管理等。

2.3.4 基礎管理

為系統應用服務提供基礎信息支持，包括設備臺賬、回路圖配置、流程配置、測點配置、模板配置，其中設備臺賬通過與ERP系統進行集成，實現設備主數據唯一性。

3 系統應用效益

基于我國工業互聯網的當前快速發展趨勢以及企業數字化轉型的背景下，以業務驅動為原則、基于工業互聯網建設的本系統在石化企業具體良好應用前景：

依托工業互聯網進行系統應用建設，將助力企業數字化轉型智能化發展，推動企業升級生產模式，實現提質增效降本。

在石化企業設備管理領域拓寬工業互聯網應用場景，充分體現工業互聯網的先進性，實現“全面連接、信息共享、上下聯動、資源整合、安全可靠”。

構建基于工業互聯網平臺的腐蝕管理系統，實現涵蓋腐蝕監測、監測評估到決策支持的體系化管理，進一步夯實企業防腐管理體系。

構建統一的數據模型，實現對多廠商不同數據標準的數據集成，實現線上數據集成率100%。

切實貫徹落實企業“管理制度化、制度流程化、流程表單化、表單信息化”要求，將腐蝕監測、腐蝕報警處理和防腐月報等業務在系統中進行充分體現。

建立統一的防腐蝕知識庫，形成企業內部或行業的腐蝕失效案例庫，為企業及行業提供數據支持和經驗分享。

4 結語

石化企業防腐蝕管理的信息化水平逐步提升，防腐蝕信息化管理系統的研發和使用不是一勞永逸的事，必須緊跟企業生產的具體情況和實際需要，不斷完善，持續改進。在數字化轉型大背景下，要結合企業管理需求和數據沉淀，建設具備高集成、多協同、業務全覆蓋、可擴展、高可用等特點的信息系統。