智動駕駛 領航未來

“經(jīng)過100天的試運行，兩套系統(tǒng)已經(jīng)能充分滿足生產(chǎn)運行需要。裝置就像加裝了智動駕駛功能，參數(shù)不用動手調，會自適應調整。”

5月22日，在中國石油西南油氣田公司天然氣凈化總廠大竹分廠，工藝技術員鄧蘇恒談起新建的實時優(yōu)化系統(tǒng)（RTO）與先進控制系統(tǒng)（APC）滿眼興奮。

轉型需要

“十四五”以來，高質量發(fā)展成為時代主題。如何強化價值創(chuàng)造、推動企業(yè)轉型升級，成為石油人的新挑戰(zhàn)。

面對考驗，天然氣凈化總廠將目光瞄向數(shù)字化轉型，推進信息技術與業(yè)務工作深度融合，讓科技賦能企業(yè)高質量發(fā)展。

目前，國內天然氣凈化廠主要采用集散控制系統(tǒng)（DCS）控制調整生產(chǎn)工藝參數(shù)。雖然實現(xiàn)了部分基礎控制回路的自動化，但仍以單回路和簡單串級控制為主。如脫硫溶液循環(huán)量、重沸器蒸汽量、閃蒸罐液位等重要參數(shù)不能完全實現(xiàn)自動操作，需要操作員工隨時關注、及時干預。尤其是出現(xiàn)原料氣氣質氣量變化、裝置波動等異常工況時，工藝參數(shù)調整顯得手忙腳亂。

在天然氣凈化生產(chǎn)過程中，一個參數(shù)的變化可能影響整個系統(tǒng)的波動，甚至影響生產(chǎn)安全。而DCS系統(tǒng)具有一定的滯后性，不能直接測量和計算部分生產(chǎn)運行關鍵參數(shù)，無法準確預測生產(chǎn)運行趨勢，對凈化裝置安全平穩(wěn)運行的支撐能力有限，出現(xiàn)依賴操作經(jīng)驗、運行平穩(wěn)性較差、能源消耗偏高等問題。

為解決這一難題，天然氣凈化總廠全面推進智能凈化廠建設，以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺為支撐、啟動“平臺+應用+數(shù)據(jù)”的建設模式，力爭為天然氣凈化生產(chǎn)過程提供最佳的運行條件，用信息化手段攻克發(fā)展難關。

集智探索

2022年，天然氣凈化總廠專門組建技術攻關團隊，開始分階段在大竹分廠脫硫、硫黃回收裝置試點建設APC、RTO系統(tǒng)。

“兩套新系統(tǒng)建設在凈化行業(yè)都是首次，國內外均無可參考借鑒的成功案例和經(jīng)驗。建設初期，攻關團隊只能摸著石頭過河，嘗試以機理模型指導生產(chǎn)參數(shù)調整。”鄧蘇恒介紹說。

天然氣凈化總廠專門引進Promax仿真模擬軟件，模擬天然氣凈化工藝全流程。該軟件數(shù)據(jù)庫較為完善，具備凈化行業(yè)常用的醇胺法脫硫、克勞斯硫黃回收等多種工藝，適用于多組分、多相變、有化學反應的復雜運行體系，并具有良好的外延性。它曾多次用于生產(chǎn)模擬計算，不僅能比較準確地反映裝置生產(chǎn)全過程，而且能在線計算、預判裝置動態(tài)變化規(guī)律，為完善智能控制策略和智能控制參數(shù)提供可靠的理論依據(jù)。

在此基礎上，攻關團隊為裝置搭建機理模型，探索讓仿真軟件計算出符合當前現(xiàn)場工況的最優(yōu)參數(shù)，給出關鍵生產(chǎn)運行建議，再由操作人員手動寫入PID控制器，指導裝置調整，力爭讓凈化裝置達到最優(yōu)運行狀態(tài)。

但是，在試點過程中發(fā)現(xiàn)，當儀表不準確或者個別參數(shù)沒有儀表可供參考時，仿真軟件計算出的工藝參數(shù)與生產(chǎn)實際存在一定的偏差，無法有效指導裝置運行，實現(xiàn)節(jié)能降耗、綠色生產(chǎn)目的。

機理模型最終不能成為凈化裝置生產(chǎn)運行的最優(yōu)解，試點建設一度停滯。

破題沖關

一次不成功的沖鋒，提醒攻關團隊必須保持沉著與冷靜。在反復總結得失提煉經(jīng)驗后，攻堅克難的沖鋒號再次響起。

針對涉及技術領域廣、建設方技術水平限制、網(wǎng)絡安全防護措施相對滯后等層層困難，攻關團隊成員積極尋求上級專業(yè)技術支持，加強與建設方的溝通交流，并大量查閱相關技術資料。

經(jīng)過一次次反復推敲論證，攻關團隊最終決定建立數(shù)學模型，用復雜工業(yè)過程的在線操作解決問題。數(shù)學模型與黑匣子原理類似，能自動尋找各參數(shù)間的關聯(lián)性，計算生產(chǎn)運行趨勢。

為保證系統(tǒng)的可靠性，攻關團隊先后梳理采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)2350條，調用關聯(lián)點位105個，成功搭建RTO“數(shù)據(jù)+機理”雙驅動模型。通過大量投喂相關數(shù)據(jù)，反復與DCS參數(shù)比對、干預，最終成功馴化了數(shù)據(jù)模型，提高了處理運行指標與復雜工藝參數(shù)的能力。

在得到與生產(chǎn)實際相符合的輸出結果后，攻關團隊又在DCS系統(tǒng)架構上部署RTO及APC關聯(lián)點位組近400個，讓系統(tǒng)在檢測到原料氣變化時能自動計算出當前工況下生產(chǎn)裝置最優(yōu)的運行參數(shù)，并與APC和DCS直接聯(lián)動、反寫，讓RTO系統(tǒng)輸出結果直接控制DCS調節(jié)器，自動調整重要生產(chǎn)工藝參數(shù)，完成控制閉環(huán)，成功實現(xiàn)了油氣生產(chǎn)領域凈化行業(yè)首次工藝操作由人工干預轉為模型驅動。

“經(jīng)過3個多月的試運行，脫硫溶液循環(huán)量降低11%，全年可節(jié)約1321噸標煤，裝置綜合能耗下降7.7%左右。”大竹分廠廠長王小強介紹說，“同時有效降低了員工操作強度，關鍵參數(shù)確定經(jīng)驗依賴有效減少，裝置運行更加平穩(wěn)。大竹分廠的智能化水平走在了行業(yè)前列。”

復制推廣

2023年9月，習近平總書記在黑龍江考察調研期間首次提出“新質生產(chǎn)力”，明確指出科技創(chuàng)新是發(fā)展新質生產(chǎn)力的核心要素。當前，天然氣凈化行業(yè)正牢牢把握高質量發(fā)展這個首要任務，因地制宜加快發(fā)展新質生產(chǎn)力，力爭以科技創(chuàng)新推動產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新。

天然氣凈化總廠的APC、RTO系統(tǒng)實現(xiàn)了對凈化裝置的自動平穩(wěn)控制，提供了先進的降本增效解決方案，提高了整個生產(chǎn)過程的管理水平，成為石油人探索推動新質生產(chǎn)力加快發(fā)展邁出的重要一步。

“未來，在不斷變化的市場需求下可以進一步研究改進這兩套系統(tǒng)，把新技術推廣到更多的天然氣處理裝置中，為提高油氣行業(yè)自動化程度，減少人工干預，促進產(chǎn)業(yè)改革升級帶來更多可能。”王小強認為。

目前，天然氣凈化總廠正立足APC、RTO系統(tǒng)繼續(xù)深入探索“黑屏”操作模式，讓員工不用再緊盯參數(shù)變化曲線，而更多地去關注生產(chǎn)報警信息閉環(huán)等本質安全事件的處置，力爭實現(xiàn)凈化裝置由“智動駕駛”向“無人駕駛”升級。

全面總結試點成果，天然氣凈化總廠正在為新區(qū)建設和存量工廠升級改造打造可復制樣板，為西南油氣田公司高質量上產(chǎn)500億立方米和數(shù)字化轉型貢獻凈化力量。

責任編輯：陸曉如